CN105917082B - 用于燃气涡轮发动机中相邻的过渡导管的出口部分之间间隙的密封组件 - Google Patents

Abstract

一种用于密封在燃气涡轮发动机中的第一和第二相邻过渡导管的出口部分之间的圆周的泄露间隙的密封组件包括固定到第一过渡导管的出口部分的第一密封构件和可相对于第一密封构件移动的第二密封构件。第二密封构件可定位在非密封第一位置和密封第二位置。当在第一位置时，第二密封构件与从第二过渡导管的出口部分圆周地间隔。当在第二位置时，第二密封构件延伸穿过泄露间隙并且与第二过渡导管的出口部分形成密封以大体防止通过泄露间隙的泄露。

Description

用于燃气涡轮发动机中相邻的过渡导管的出口部分之间间隙 的密封组件

技术领域

本发明通常涉及用于燃气涡轮发动机中相邻的过渡导管的出口部分之间用于间隙的密封组件，以及更具体地，涉及密封组件，其包括在在安装期间可用的开口位置到关闭位置(其中密封组件防止或减少在发动机运行期间通过间隙的流体泄露)之间可移动的密封构件。

背景技术

传统燃烧燃气涡轮发动机包括压缩机段、包括多个燃烧器的燃烧段、和涡轮段。周围空气在压缩机段中压缩以及传送到在燃烧段中的燃烧器。燃烧器引入燃料到压缩空气中以及点燃形成限定热工作气体的燃烧产物的混合物，所述热工作气体以湍流方式且在高速下流动。工作气体通过多个过渡导管导入涡轮段。在涡轮段内，是许多排定子叶片组件和转动叶片组件。转动叶片组件联接到涡轮转子。当工作气体膨胀通过涡轮段时，工作气体引起叶片组件、和因此涡轮转子旋转。涡轮转子可以连接到发电机，其中涡轮转子的旋转可以用于在发电机内产生电力。

在筒状环形燃烧段中的过渡导管定位为成彼此相邻且通常以某种方式一起密封以防止通过在各自导管出口部分之间延伸的间隙的泄露。过渡导管出口部分也可以密封而在涡轮段的进口处构造以防止在过渡导管和涡轮段结构之间的泄露。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种密封组件提供用于密封燃气涡轮发动机中第一和第二相邻过渡导管的出口部分之间的圆周的泄露间隙。密封组件包括固定到第一过渡导管的出口部分的第一密封构件和与第一密封构件相关联且可相对于第一密封构件移动的第二密封构件。第二密封构件可相对于第二过渡导管的出口部分定位在至少一个非密封第一位置以及相对于第二过渡导管的出口部分定位在密封第二位置。当在第一位置时，第二密封构件与第二过渡导管的出口部分圆周地隔开。当在第二位置时，第二密封构件延伸穿过在第一和第二过渡导管之间的泄露间隙以及与第二过渡导管的出口部分形成密封以大体防止通过泄露间隙的泄露。

根据本发明的第二方面，密封组件提供用于密封在燃气涡轮发动机中的第一和第二相邻过渡导管的出口部分之间的圆周的泄露间隙。密封组件包括固定到第一过渡导管的出口部分且限定圆周延伸的通道的第一密封构件，和可移动地接纳在第一密封构件的通道中的第二密封构件，以使第一和第二密封构件嵌套在一起。第二密封构件可定位在至少相对于第二过渡导管的出口部分的非密封第一位置、相对于第二过渡导管的出口部分的密封第二位置、和在第一和第二位置之间的至少一个中间位置。当在第一位置时，第二密封构件与第二过渡导管的出口部分圆周地间隔。当在第二位置时，第二密封构件延伸穿过第一和第二过渡导管之间的泄露间隙并且与第二过渡导管的出口部分形成密封以大体防止通过泄露间隙的泄露。并且当在至少一个中间位置时，第二密封构件延伸穿过在第一和第二过渡导管之间的泄露间隙的一部分。

根据本发明的第三个方面，密封系统提供在燃气涡轮发动机中，其包括将热工作气体从发动机燃烧段提供到涡轮段的过渡导管的环形阵列，所述过渡导管包括出口部分。密封系统包括与每个各自过渡导管出口部分相关联的相应的密封组件，其中，每个密封组件包括固定到各自过渡导管的出口部分的第一密封构件，和与第一密封构件相关联且可相对于第一密封构件移动的第二密封构件。第二密封构件可相对于相邻的过渡导管的出口部分定位在至少一个非密封第一位置和相对于相邻的过渡导管的出口位置的密封第二位置。当在第一位置时，每个密封组件的第二密封构件与相邻的过渡导管的出口部分圆周地间隔，以及当在第二位置时，每个密封组件的第二密封构件延伸穿过在相邻的过渡导管出口部分之间的圆周的泄露间隙以及与相邻的过渡导管的出口部分形成密封以大体防止通过泄露间隙的泄露。

附图说明

当说明书以特别地指出和明显地要求保护本发明的权利要求书作为结论时，应当相信的是本发明会从下文描述结合附图中更好地理解，其中相似的附图说明表示相似的元件，以及其中：

图1是根据本发明的一个方面的从向着包括多个过渡导管的出口部分的组件的轴向方向上看的局部正视图，所述多个过渡导管的出口部分包括密封组件；

图2A是来自图1且示出图1中的密封组件的一个在打开位置的部分2A的局部正视图；

图2B是图2A的相似图，其中密封组件在关闭位置中；

图3A是在图1中示出的密封组件的一个的从径向方向向内看的局部正视图，其中密封组件在打开位置中；

图3B是图3A的相似图，其中密封组件在关闭位置；

图4是图1的密封组件的一个的放大透视图，其中为了清楚，相邻的过渡导管已经移除；以及

图5是图1的密封组件的一个的一部分的侧截面视图以及还示出了与密封组件部分形成密封的发动机涡轮段的部件。

具体实施方式

在下面优选实施例的下文详细描述中，参考来自形成本文一部分的附图，以及其中通过例述来示出，并且不是以限制的方式，优选实施例可在本发明实施。需要理解的是其他实施例可以使用并且可以做出改变而不会脱离本发明的精神和范围。

参照图1，示出燃气涡轮发动机燃烧段12的出口部分10。会理解的是本领域技术人员，燃气涡轮发动机的筒状环形燃烧段如图1如中所示，其包括多个燃烧装置14，在本文中也称为燃烧器，其燃烧燃料和空气的混合物以形成热工作气体。热工作气体通过燃烧器装置14的各自过渡导管16传送到发动机的涡轮段TS(见图5)，其中热工作气体用于以已知的方式旋转转子(未示出)。尽管三个过渡导管16的部分示出在图1中，需要理解的是这样的过渡导管16的环形阵列在示出的燃烧段12的出口部分10处提供。

根据本发明形成的密封系统20在图1中描述。密封系统20包括多个密封组件22，即每个过渡导管16一个密封组件22。密封组件22用于密封外部泄露间隙LG(见图2A和3A)，如在本文中描述的，外泄露间隙LG在相邻的过渡导管16的也已知为过渡出口法兰的出口部分24之间以圆周方向CD(见图1)延伸。具体地，密封组件22限制流体(例如，热工作气体和/或提供到在发动机内的冷结构的冷流体)在发动机运行期间通过泄露间隙LG泄露。密封组件22还限制例如在过渡导管出口部分24和限定涡轮段TS的进口部分28A的进口结构28之间的此流体的泄露，见图5。

如图1所示，过渡导管16的出口部分24通常具有矩形截面。相邻过渡导管出口部分24的中间侧部分24A通过曲径或拉链类密封30来密封，这是已知的构造。与外泄露间隙LG相关联的相邻的过渡导管出口部分24的外侧部分24B通过如在本文中描述的密封系统20的密封组件来密封。需要理解的是在相邻的过渡导管出口部分24的内侧部分24C之间相应的泄露间隙通过相似的密封组件(未示出)来密封在本文中描述的密封组件22。因此，在本文中描述的密封组件22不意味着限制为密封在相邻的过渡导管出口部分24的外侧部分24B之间的泄露间隙LG，如在本文中描述的密封组件22还可以用于密封在相邻的过渡导管出口部分24的内侧部分24C之间的泄露间隙。

将描述与过渡导管16的一个相关联的密封组件22的一个。需要注意的是燃烧段12的过渡导管16和它们的相关联的密封组件22是基本上类似于在本文中描述的一个。

示出的实施例中的过渡导管16包括大致矩形出口部分24，其通过支架结构40联接到固定到压缩机出口壳体(未示出)的结构(未示出)。出口部分24限定用于热工作气体从相关联的燃烧器装置14到涡轮段TS中的流动通道。出口部分24围绕开口O延伸，开口O限定过渡导管16的出口，见图1。

更清楚的如图5所示，密封组件22的第一密封构件42固定到过渡导管出口部分24的轴向面对表面44。任何合适的联接可以使用在第一密封构件42和表面44之间，但是在示出的实施例中，联接通过如下面描述的螺栓连接来完成。然而，在所示的实施例中，所示出的第一密封构件42通过螺栓连接联接到出口部分24，指出的是出口部分24和第一密封构件42可以整体地形成为单一结构而不会脱离本发明的精神和范围。

第一密封构件42包括限定圆周延伸的通道46的圆周延伸的主体部分44，见图3A、3B、4和5。主体44可以通过单件形成，该单件包括由相应的形成在主体44上的凹陷分开的多个相邻的板或瓦片48，如最清楚地在图2A、2B和4中所示，或主体44可以具有其它合适的构造，例如，其中主体是由固体的、弯曲的元件形成。在第一密封构件42由相邻匹配部件变形时，通过为主体44提供板48和相应凹陷，改进了第一密封构件42的柔性并且减小了在第一密封构件42中的应力。如图5中所示，第一密封构件42包括后部面50，其接触限定在接触界面52处的涡轮段TS的进口部分28A的进口结构28以大体上防止过渡导管16的出口部分24和涡轮段进口结构28之间的泄露。

密封组件22进一步包括第二密封构件56，其与第一密封构件42相关联且可在圆周方向CD上相对于第一密封构件42移动。具体地，第二密封构件56滑动地接纳在第一密封构件42的通道46中，使得第一和第二密封构件42、56嵌套在一起。第二密封构件56可相对于相邻的过渡导管16的出口部分24定位在至少一个非密封第一位置P1(见图2A和3A)中，即在第一位置P1时第二密封构件56与相邻过渡导管16的出口部分24圆周地间隔，以使泄露间隙LG解除阻塞；以及相对于相邻过渡导管16的出口部分24定位在密封第二位置P2(见图1、2B和3B)，即第二密封构件56延伸穿过在相邻过渡导管出口部分24之间的泄露间隙LG的至少一部分以及与相邻过渡导管出口部分24的出口部分24形成密封以在第二位置P2时大体上防止通过泄露间隙LG的泄露。

如图2A和3A中所示，当第二密封构件56定位于第一位置P1时，第二密封构件56的整体可以布置在第一密封构件42的通道46中。因此，当在第一位置P1时，第二密封构件56整体上隐藏且不会干涉过渡导管16的安装或维修。

现参照图2B和3B，当在第二密封构件56定位于第二位置P2时，第二密封构件56的密封端部分56A圆周地布置在第一密封构件42的通道46的外侧以及接触过渡导管16的出口部分24或贴近相邻过渡导管16的出口部分24以密封泄露间隙LG，同时第二密封构件56的剩余部分56B布置在第一密封构件42的通道46中。

指出的是第二密封构件56优选地可定位在第一位置P1和第二位置P2之间的至少一个中间位置PN处(见第二密封构件56的密封端部分56A的位置所描述的图1中的虚线)。选择中间位置PN可以基于允许通过相邻过渡导管16的出口部分24之间的泄露间隙LG的期望泄露量来选择，如本文将更详细地描述的。

当第二密封构件56滑动地接纳在第一密封构件42的通道46中以及当在位置P1、P2、PN之间移动时在通道46内滑动，第二密封构件56优选地能够固定到第一密封构件42，例如，通过螺栓连接，使得第二密封构件56可以选择性地保持在期望的位置P1、P2、PN。具体地，类似于第一密封构件42，第二密封构件56也包括圆周地延伸的主体部分58，该主体部分58限定圆周地延伸通道60，见图3A、3B、4和5。通道60接纳固定附加结构62(见图4和5)，所述附加结构固定结构62包括被用于固定将第二密封构件56紧固到第一密封构件42的延伸的板64，以便至于将保持第二密封构件56保持在期望的位置P1、P2、PN。板64包括接纳相应螺栓68的多个孔66(见图5)，所述相应的螺栓68用于将第二密封构件56固定到第一密封构件42。在所示出的实施例中螺栓68也用于将第一密封构件42固定到过渡导管出口部分24，尽管第一密封构件42可以以任何适合的方式固定到过渡导管出口24或可以与上文提到的过渡导管出口部分24整体地形成。

为了便于在位置P1、P2、PN之间的第二密封构件56的有效移动，第二密封构件包括至少一个片70，该片70适于由操作员抓取以及在圆周地方向上滑动以在位置P1、P2、PN之间移动第二密封构件56。在所示实施例中的第一密封构件42也包括相应的片72，所述片72可以用作操作员的手指或工具(未示出)(例如钳子)的锚定点，和也作为将第二密封构件56定位在期望位置P1、P2、PN中的对准辅助。例如，在图1所示的示例性构造中，第一和第二密封构件42、56各自包括两个片70、72。如果第二密封构件定位在第一位置P1中，则对准图1所示的中间过渡导管16的右手侧上的片70、72，以及如果第二密封构件定位在第二位置P2中，则对准在图1中所示的中间过渡导管16的左手侧上的片70、72。需要理解的是，可以使用用于片70、72的附加结构而不脱离本发明的范围和精神。

在本文中描述的密封系统20限制通过相邻的过渡导管出口部分24之间的泄露间隙LG，和还通过第一密封构件42和涡轮段进口结构28之间的接触界面52的流体泄露。因此，从各自的过渡导管出口部分24通过的热工作气体的温度减小是最小化的或减少的，以及用于冷却在发动机中的结构的冷却流体保持用于待冷却的那些结构。然而，如上指出的，除了可在非密封第一位置P1和密封第二位置P2中的定位，第二密封构件56可优选地定位在第一和第二位置P1、P2之间的至少一个中间位置PN中。该中间位置PN在这样的情况下可能是有用的，即通过相邻的过渡导管出口位置24之间的泄露间隙GP的流体泄露的一些量是期望的，即以便很好地调节发动机性能。

另外，虽然在所示的实施例中的密封系统20的密封组件22刚性地固定到过渡导管出口部分24，而非固定到涡轮段进口结构28，在过渡导管出口部分24/密封组件22和涡轮进口结构28之间经由密封组件22传递的力认为是减小的。也就是说，在过渡导管出口部分24/密封组件22和涡轮段进口结构28之间经由密封组件22传递的力认为通常限于摩擦力，即其通过第一密封构件42抵靠涡轮段进口结构28摩擦引起的摩擦力，其中在过渡导管出口部分24/密封组件22和涡轮段进口结构28之间的刚性全力传递(即结合力)(例如，由过渡导管出口部分24/密封组件22和涡轮段进口结构28之间的任一或两者的生成热引起)被认为是减小或避免。此外，甚至在过渡导管出口部分24/密封组件22和涡轮段进口结构28的任一或两者的生成热的情况下，密封组件22能够大体实现在它们之间的流体紧密密封，因为密封组件22的第一密封构件42可以预加载抵靠涡轮段进口结构28。

最后，如上所述，在本文中描述的密封组件22不是意味着限制到密封相邻过渡导管出口部分24的外侧部分24B之间的泄露间隙LG，如在本文中描述的密封组件22也可以用到密封相邻过渡导管出口部分24的内部侧部分24C之间的相应的泄露间隙。通过倒转密封组件22的定向来实现，即其中第一和第二密封构件42、56的通道46、60具有径向向内面向的凹进定向。在这样的排列中第一密封构件42的后部面50可以接触附加涡轮段进口结构(未示出)以大体防止通过它们之间的相应界面的泄露。

尽管已经示出和说明本发明的特定实施例，对于本领域技术人员而言明显的是可以做出各种其它改变和修改而不脱离本发明的精神和范围。因此，意图的是涵盖在附加的权利要求中，所有这些改变和修正都在本发明的范围中。

Claims (20)

1.一种用于密封在燃气涡轮中的相邻的第一和第二过渡导管的出口部分之间的圆周的泄露间隙的密封组件，所述密封组件包括：

第一密封构件，其固定到第一过渡导管的出口部分；

第二密封构件，其与第一密封构件相关联且可相对于第一密封构件移动，第二密封构件可以至少相对于第二过渡导管的出口部分定位在非密封第一位置处以及相对于第二过渡导管的出口部分定位在密封第二位置；

其中，当在第一位置时，第二密封构件与第二过渡导管的出口部分圆周地间隔；以及

其中，当在第二位置时，第二密封构件延伸穿过第一和第二过渡导管之间的泄露间隙以及与第二过渡导管的出口部分形成密封以大体防止通过泄露间隙的泄露。

2.根据权利要求1所述的密封组件，其中第一密封构件限定圆周地延伸的通道，所述通道接纳第二密封构件以使第一和第二密封构件嵌套在一起，其中当在第一和第二位置之间移动时，第二密封构件在通道内滑动。

3.根据权利要求2所述的密封组件，其中第一密封构件包括接触涡轮段进口结构的后部面，以大体防止在第一过渡导管和涡轮段进口结构之间的泄露。

4.根据权利要求2所述的密封组件，其中第二密封构件包括至少一个片，所述片适于由操作员抓取且在圆周方向上滑动以在第一和第二位置之间移动第二密封构件。

5.根据权利要求2所述的密封组件，其中第二密封构件限定圆周地延伸的通道，所述通道接纳用于将第二密封构件紧固到第一密封构件的固定结构，以将第二密封构件保持在期望位置中。

6.根据权利要求2所述的密封组件，其中，当第二密封构件在第一位置时，第二密封构件的整体定位在第一密封构件的通道中。

7.根据权利要求6所述的密封组件，其中，当第二密封构件在第二位置时，第二密封构件的密封端部分圆周地定位在第一密封构件的通道的外侧且与第二过渡导管的出口部分形成密封，同时，第二密封构件的剩余部分定位在第一密封构件的通道中。

8.根据权利要求1所述的密封组件，其中第二密封构件可移动到在第一位置和第二位置之间的至少一个中间位置。

9.根据权利要求8所述的密封组件，其中至少一个中间位置基于允许通过在第一和第二过渡导管的出口部分之间的泄露间隙的期望泄露量来选择。

10.一种用于密封在燃气涡轮发动机中相邻的第一和第二过渡导管的出口部分之间的圆周的泄露间隙的密封组件，密封组件包括：

第一密封构件，其固定到第一过渡导管的出口部分，第一密封构件限定圆周地延伸的通道；

第二密封构件，其可移动的接纳在第一密封构件的通道中以使第一和第二密封构件嵌套在一起，第二密封构件可至少：

相对于第二过渡导管的出口部分定位在非密封第一位置，其中第二密封构件与第二过渡导管的出口部分圆周地间隔；

相对于第二过渡导管的出口部分定位在密封第二位置中，其中，第二密封构件延伸穿过在第一和第二过渡导管之间的泄露间隙以及与第二过渡导管的出口部分形成密封以大体防止通过泄露间隙的泄露；以及

在第一和第二位置之间的至少一个中间位置，其中第二密封构件延伸穿过在第一和第二过渡导管之间的泄露间隙的一部分。

11.根据权利要求10所述的密封组件，其中第一密封构件包括后部面，其接触涡轮段进口结构以大体防止在第一过渡导管和涡轮段进口结构之间的泄露。

12.根据权利要求10所述的密封组件，进一步包括固定结构以将第二密封构件紧固，以便将第二密封构件保持在选择的位置中。

13.根据权利要求12所述的密封组件，其中，所述第二密封构件限定圆周地延伸的通道，所述通道接纳所述固定结构，固定结构还用于将第一密封构件固定到第一过渡导管的出口部分。

14.根据权利要求10所述的密封组件，其中，当第二密封构件在第一位置中时，第二密封构件的整体布置在第一密封构件的通道中，以及当第二密封构件在第二位置中时，第二密封构件的密封端部分圆周地定位于第一密封构件的通道的外侧，同时，第二密封构件的剩余部分定位在第一密封构件的通道中。

15.根据权利要求10所述的密封组件，其中，所述至少一个中间位置基于允许通过第一和第二过渡导管的出口部分之间的泄露间隙的期望泄露量来选择。

16.一种在燃气涡轮中的密封系统，其包括将热工作气体从发动机燃烧段提供到涡轮段的过渡导管的环状阵列，所述过渡导管包括出口部分，所述密封系统包括：

与每个相应的过渡导管出口部分相关联的相应的密封组件，每个密封组件包括：

第一密封构件，其固定到各自的过渡导管的出口部分；以及

第二密封构件，其与第一密封构件相关联且可相对于第一密封构件移动，第二密封构件可至少相对于相邻的过渡导管的出口部分定位在非密封第一位置中以及相对于相邻的过渡导管的出口部分定位在密封第二位置中；

其中，当在第一位置时，每个密封组件的第二密封构件与相邻的过渡导管的出口部分圆周地间隔；以及

其中，当在第二位置时，每个密封组件的第二密封构件延伸穿过在相邻的过渡导管出口部分之间的圆周的泄露间隙以及与相邻的过渡导管的出口部分形成密封以大体防止通过泄露间隙的泄露。

17.根据权利要求16所述的密封系统，其中：

每一个密封组件的第一密封构件限定圆周地延伸的通道，所述通道接纳相应的第二密封构件，使得每个密封组件的第一和第二密封构件嵌套在一起，其中在第一和第二位置之间移动时第二密封构件在通道内移动。

18.根据权利要求16所述的密封系统，其中每个密封组件的第一密封构件包括后部面，所述后部面接触涡轮段进口结构以大体防止在每个过渡导管和涡轮段进口结构之间的泄露。

19.根据权利要求16所述的密封系统，其中，每个密封组件的第二密封构件限定圆周地延伸的通道，所述通道接纳固定结构，所述固定结构用于将各自第二密封构件保持在选择的位置，所述固定结构还用于将每个密封组件的第一密封构件固定到相应的过渡导管的出口部分。

20.根据权利要求16所述的密封系统，其中每个密封组件的第二密封构件可移动到在第一位置和第二位置之间的至少一个中间位置，以及其中至少一个中间位置基于允许通过各自过渡导管的出口部分之间的泄露间隙的期望泄露量来选择。