CN104196636B - 具有密封结构的燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气轮机技术领域，公开了一种具有密封结构的燃气轮机，其中，在相邻轮盘的相邻表面上具有环形的伸出部，在两伸出部的相对面上设有沿周向的沟槽部，在沟槽部所组成的空间中设置密封结构，所述密封结构包括：伸出部、沟槽部和密封板组件，沟槽部具有多个槽段，相邻槽段的形状或宽度不相同；密封板组件卡嵌在沟槽部内，且密封板组件具有多个与槽段相对应的卡位段，卡位段的形状和宽度与所在槽段的形状和宽度相匹配。本发明的密封板组件与轮盘的沟槽部直接扣合，因此无需使用防转动部件，结构较为简单，方便安装；没有贯通性缝隙，密封性更好。

Description

具有密封结构的燃气轮机

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种具有密封结构的燃气轮机。

背景技术

燃气轮机的工作原理是采用压气机压缩空气，压缩空气进入燃烧室后，与注入燃烧室的燃料发生燃烧反应，放出热量，变为高温压缩气体，然后透平在此高温压缩气体的推动下旋转做功。透平所做功的一部分用于推动压气机运转，剩余的功主要用于带动发电机等外部负载。燃气轮机的实际效率和燃烧室产生的送给透平的压缩高温气体的温度(即透平前温度)密切相关，因此现代燃气轮机往往设计了尽可能高的透平前温度，以获得更高的效率。目前透平中气体的温度已经远远超出气缸、叶片等材料所能承受的温度，必须使用冷却技术才能保证燃气轮机的正常工作。冷却的方法，一般是抽取一部分压气机排气和压气机中间级的气体作为冷却介质，引入静叶、动叶和转子，完成冷却。从提高燃气轮机效率的角度，需要严格控制冷却介质在流动通道中的泄漏。

如图1和2所示，转子的结构剖视图，每个转子包括多个依次排列的轮盘5，相邻轮盘5之间通过特定方式固定，为了适应热膨胀等等的要求，在固定结构以外，相邻轮盘5是没有直接接触的。相邻轮盘5之间为冷却空气腔15，冷却空气腔15与转子内部的高压空气腔16之间的密封是通过下述结构完成的：在相邻轮盘5的环形的伸出部51上设置有沟槽部7，沿沟槽部7的周向插入环状的密封板组件14。在转子转速达到一定值后，密封板组件14随转子旋转所产生的离心力会使得密封板组件14与沟槽部7的外侧面紧贴，从而实现了对于冷却气体的密封。

关于这种密封结构，已有的公知技术包括：

日本专利公开特开平11-247999A公开一种密封结构，所述密封板组件由两个重叠的密封板(外侧密封板和内侧密封板)构成，并通过焊接固定到密封板上的固定销固定这些部件，以防止部件间的周向偏移。该专利虽然使用了固定销限制密封板和簧板相互间的相对移动，但是密封板组件并未一体地相对于转盘固定，所以在燃气轮机启动、停机等转速较小的情况下，离心力较小，密封板会相对于转盘产生相对移动。长此以往，密封板会出现磨损，从而必须定期更换。而且由于密封板固定销的焊接结构，使得更换时必须返厂拆卸转子，增加了维修时间和成本。

我国发明专利申请号200510116122.8公开了一种密封结构，在密封板和轮盘凸缘上设置扣合部，使用防转动部件设置在密封板和轮盘凸缘的扣合部上，从而卡定两者。该专利利用防转动部件卡定密封板，从而解决了密封板的滑动和磨损问题。防转动部件和密封板都是可以现场拆卸的，从而大大降低了维修时间和成本。该专利虽然解决了密封板的磨损和现场更换问题，但是由于防转动部件要同时完成密封板之间的固定、密封板与轮盘凸缘之间的固定，所以对其结构设计的要求较高。由于防转动部件的受力比较复杂，为了保持强度，就难以减小重量，当燃气轮机以额定转速运行时，任何一点质量所造成的离心力都是很大的，因此，该设计不可避免地对于防转动部件处的轮盘、密封板的结构强度有较高要求。虽然防转动部件和密封板可以在现场拆卸，但是考虑了密封的防转动部件具有落入燃气轮机内部的可能，维修时一旦不小心让防转动部件落入并卡在燃气轮机的内部，还是需要返厂拆卸转子。此外，在防转动部件处，不可避免地具有贯通性缝隙，降低了密封的严密程度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种具有密封结构的燃气轮机，通过密封板组件与沟槽部的卡定结构，防止密封板组件滑动和磨损；采用贯穿设计的固连组件，使得结构简单、安装方便。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种具有密封结构的燃气轮机，其中，在相邻轮盘的相邻表面上具有环形的伸出部，在两伸出部的相对面上设有沿周向的沟槽部，所述密封结构包括：

所述伸出部；

所述沟槽部，所述沟槽部具有多个槽段，相邻所述槽段的形状或宽度不相同；

密封板组件，所述密封板组件卡嵌在所述沟槽部内，且所述密封板组件具有多个与所述槽段相对应的卡位段，所述卡位段的形状和宽度与所在槽段的形状和宽度相匹配。

其中，所述密封板组件包括多段依次对接形成环状的主连接板和多段用于覆盖所述主连接板对接缝隙的辅助板；所述主连接板与所述辅助板的对应位置设有贯穿孔；所述贯穿孔可拆卸地安装有固连组件，用于连接所述主连接板和辅助板；所述辅助板形成卡位段。

其中，所述辅助板为一层，一层所述辅助板设置在所述主连接板的内侧或者外侧；每层所述辅助板的总长度小于一个圆周的长度。

其中，所述主连接板和辅助板的数量相同，一段所述辅助板覆盖一对相邻所述主连接板之间的对接缝隙。

其中，所述主连接板和辅助板由所述固连组件一对一地连接。

其中，每段所述主连接板的弧度相等，所述辅助板沿周向均匀布置。

其中，所述辅助板为两层，两层所述辅助板分别设置在所述主连接板的内侧和外侧；每层所述辅助板的总长度小于一个圆周的长度。

其中，所述贯穿孔为星形孔；所述固连组件包括贯穿部件；在所述贯穿部件的前端设有与所述贯穿孔对应的星形板，所述贯穿部件的后端设有沿径向限位凸起，所述限位凸起的直径大于所述贯穿孔的中心孔直径；所述贯穿部件的前端穿过所述贯穿孔，所述星形板与所述贯穿孔形成旋扣结构。

其中，该固连组件还包括限位垫片和紧固部件，所述限位垫片的一面设有与所述贯穿孔相对应的限位齿；所述贯穿部件的后端面设有螺柱，所述限位垫片套入所述螺柱中，且所述限位齿卡入所述贯穿孔内；所述紧固部件与所述螺柱相连接，夹紧所述限位垫片。

其中，所述伸出部设有缺口，所述缺口与所述固连组件相对应。

(三)有益效果

本发明提供的具有密封结构的燃气轮机，与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：(1)由于密封板组件与轮盘的沟槽部直接扣合，因此无需使用防转动部件，结构较为简单，方便安装；没有贯通性缝隙，密封性更好。(2)使用固连组件对密封板组件进行固定，所以其结构较为简化，重量较轻，在燃气轮机旋转时固连组件对周围密封板组件、轮盘伸出部所施加的力较小。(3)在密封板组件安装完成后再安装固连组件，在固连组件的贯穿部件的设计，防止固连组件的部件掉入转子轮盘的内部，在维修过程中，不需要返厂修理，提高生产效率。

附图说明

图1为燃气轮机轮盘周围的结构图；

图2为本发明实施例1的装配结构分解示意图；

图3为本发明的密封结构在贯穿部件处的剖面示意图；

图4为本发明实施例1的密封板组件的立体分解图；

图5为本发明实施例1的固连组件分解图；

图6为图5中固连组件的放大图；

图7为本发明实施例2的示意图。

图中，1：固连组件；2：缺口；3：槽段；4：主连接板；5：轮盘；6：辅助板；7：沟槽部；8：贯穿孔；9：贯穿部件；10：限位垫片；11：紧固部件；12：限位凸起；13：限位齿；14：密封板组件；15：冷却空气腔；16：高压空气腔；51：伸出部；91：星形板；30：密封条；33、34：槽段。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：

参照图2～6所示，本发明的具有密封结构的燃气轮机，其中，在相邻轮盘5的相邻表面上具有环形的伸出部51，在两伸出部51的相对面上设有沿周向的沟槽部7，密封结构包括：伸出部51、沟槽部7和密封板组件14，沟槽部7具有多个槽段3，相邻槽段3的形状或宽度不相同。密封板组件14卡嵌在沟槽部7内，且密封板组件14具有多个与槽段3相对应的卡位段，卡位段的形状和宽度与所在槽段3的形状和宽度相匹配。密封板组件14与沟槽部7产生直接的扣合结构，当转子的轮盘5转动时，密封板组件14具有沿着伸出部51的沟槽部7转动的趋势，但是由于各卡位段的结构不相同，密封板组件14被沟槽部7沿周向卡住，不会与轮盘5发生相对转动，不需要设置防转动部进行定位。

如图4所示，本实施例的密封板组件14包括多段依次对接形成环状的主连接板4和多段用于覆盖主连接板4对接缝隙的辅助板6；其中，辅助板6形成卡位段。主连接板4依次头尾衔接，在衔接部位不叠加，而是以对接的方式排布，在每个衔接部位缝隙的内侧或者外侧覆盖辅助板6。本实施例中，沟槽部7相邻槽段3的宽度不相同，主连接板4长度方向上的宽度不均匀，其宽度与所在沟槽部7的宽度相匹配。如图4所示，主连接板4和辅助板6均为一层，辅助板6设置在主连接板4的内侧。主连接板4与辅助板6的对应位置设有贯穿孔，贯穿孔8可拆卸地安装有固连组件1，用于连接主连接板4和辅助板6。辅助板6的总长度小于一个圆周的长度。主连接板4和辅助板6的数量相同，一段辅助板6覆盖一对相邻主连接板4之间的对接缝隙，主连接板4和辅助板6由固连组件1一对一地连接。优选的，每段主连接板4的弧度相等，辅助板6沿周向均匀布置。

本实施例中，如图5至6所示，贯穿孔8为星形孔，本实施例中的星形孔为一个三角星形孔，即在中心孔的周围设有三个叶孔。固连组件1包括贯穿部件9、紧固部件11及限位垫片10。贯穿部件9的本体是一个圆柱，在贯穿部件9的前端设有与贯穿孔8对应的星形板91；贯穿部件9的后端设有沿径向限位凸起12，限位凸起12的直径大于贯穿孔8的中心孔直径。贯穿部件9的前端穿过贯穿孔8，星形板91与贯穿孔8形成旋扣结构，旋转贯穿部件9，由于限位凸起12的直径大于贯穿孔8的中心孔直径，使主连接板4和辅助板6卡夹在星形板91与限位凸起12之间。在安装或拆卸时，贯穿部件9始终能够被贯穿孔8卡住，无法穿过贯穿孔8掉到转子轮盘的内部。限位垫片10的一面设有与贯穿孔8相对应的限位齿13，本实施例中的限位齿为三个，与星形孔的三个叶孔相匹配，限位垫片的内径大于贯穿部件9上的限位凸起12的外径。贯穿部件9的后端面设有螺柱，限位垫片10套入螺柱中，且限位齿13卡入贯穿孔8内。紧固部分11为螺母，紧固部件11与螺柱相连接，与螺柱旋紧后，紧固部件11与贯穿部件9的星形板91共同将限位垫片10、密封板4和密封板6的贯穿孔8的内齿夹紧，此时限位垫片10的限位齿穿过贯穿孔8的内齿缺口，并穿过贯穿部件9的星形板91的齿缺口，防止贯穿部件9相对于贯穿孔8转动。

为了方便安装人员的安装定位，在伸出部51设有缺口2，缺口2的位置与固连组件1的位置相对应，安装人员通过缺口2的指示，将主连接板4和辅助板6的贯穿孔8与缺口相对应地安装入沟槽部7，避免安装人员进行试错工作，提高安装效率。

需要说明的是，上述实施例1以一层主连接板和一层辅助板为例，且辅助板设置在主连接板4的内侧，实际上，辅助板6也可以设置在主连接板的外侧。当然，本发明的辅助板可以为两层或者三层以上。如辅助板可以有两层，其中，一层设置在主边接板的内侧，另一层设置在主连接板的外侧。

实施例2：

本实施例与实施例1不同之处在于，如图7所示，为密封板组件14与沟槽部7部分的结构分解图，密封板组件14与沟槽部7的形状和宽度相匹配。本实施例的沟槽部7的具有槽段33和槽段34两种，槽段33和槽段34的形状不相同、且相邻交错设置。密封板组件14包括沿周向顺序交叠放置的多条密封条30。槽段33的形状与密封条30相叠加部分的形状匹配；槽段34的形状与密封条30的形状相匹配。多条密封条依次从槽段33或槽段34的插入口安装到沟槽部7中，各密封条之间不需要使用任何刚性连接件进行连接。此时，各密封条沿着径向有一定角度，在燃气轮机旋转时，由于离心力的作用，沟槽部7对密封条30形成卡位结构，防止密封条与沟槽部发生相对滑动，即密封板组件被沿周向卡位，密封板组件14与伸出部51之间不发生相对滑动。所有的密封条形成一个几乎没有缝隙的密封板组件14，相对于其他具有接头的密封结构，可以获得更好的密封效果。

需要说明的是，交叠放置的密封条数目不限于此实施例的描述，交叠的层数也可以是3层甚至4层以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有密封结构的燃气轮机，其中，在相邻轮盘的相邻表面上具有环形的伸出部，在两伸出部的相对面上设有沿周向的沟槽部，其特征在于，所述密封结构包括：

所述伸出部；

所述沟槽部，所述沟槽部具有多个槽段，相邻所述槽段的形状或宽度不相同；

密封板组件，所述密封板组件卡嵌在所述沟槽部内，且所述密封板组件具有多个与所述槽段相对应的卡位段，所述卡位段的形状和宽度与所在槽段的形状和宽度相匹配；所述密封板组件包括多段依次对接形成环状的主连接板和多段用于覆盖所述主连接板对接缝隙的辅助板；所述主连接板与所述辅助板的对应位置设有贯穿孔；所述贯穿孔可拆卸地安装有固连组件，用于连接所述主连接板和辅助板；所述辅助板形成卡位段。

2.如权利要求1所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于，所述辅助板为一层，一层所述辅助板设置在所述主连接板的内侧或者外侧；所述辅助板的总长度小于一个圆周的长度。

3.如权利要求2所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于，所述主连接板和辅助板的数量相同，一段所述辅助板覆盖一对相邻所述主连接板之间的对接缝隙。

4.如权利要求3所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于，所述主连接板和辅助板由所述固连组件一对一地连接。

5.如权利要求4所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于，每段所述主连接板的弧度相等，所述辅助板沿周向均匀布置。

6.如权利要求1所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于，所述辅助板为两层，两层所述辅助板分别设置在所述主连接板的内侧和外侧；每层所述辅助板的总长度小于一个圆周的长度。

7.如权利要求2至6任一项所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于，所述贯穿孔为星形孔；所述固连组件包括贯穿部件；在所述贯穿部件的前端设有与所述贯穿孔对应的星形板，所述贯穿部件的后端设有沿径向限位凸起，所述限位凸起的直径大于所述贯穿孔的中心孔直径；所述贯穿部件的前端穿过所述贯穿孔，所述星形板与所述贯穿孔形成旋扣结构。

8.如权利要求7所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于，该固连组件还包括限位垫片和紧固部件，所述限位垫片的一面设有与所述贯穿孔相对应的限位齿；所述贯穿部件的后端面设有螺柱，所述限位垫片套入所述螺柱中，且所述限位齿卡入所述贯穿孔内；所述紧固部件与所述螺柱相连接，夹紧所述限位垫片。

9.如权利要求8所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于，所述伸出部设有缺口，所述缺口与所述固连组件相对应。