CN106089319B - 线密封件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及线密封件，更具体地涉及一种用于密封燃气轮机的两个部件之间的间隙(36)的线密封件(10)，线密封件(10)包括彼此隔开的第一芯(12、25)与第二芯(14、26)、围绕第一芯与第二芯延伸的线捆(22)、以及将线捆固定到第一芯与第二芯的紧固件，其中线密封件(10)是弯曲的。本发明公开了包括多种类型的紧固件的多种实施例。本发明还公开了一种制造线密封件的方法。

Description

线密封件

技术领域

本公开内容涉及线密封件，尤其涉及用于密封燃气轮机的画框形件和第一导叶之间的间隙的线密封件。

背景技术

在燃气轮机中，在燃烧室出口和涡轮的第一导叶之间存在密封交界。两个部分相对于彼此的运动可以是相当大的，在各部分之间必须留有间隙以避免接触。间隙一般利用冷却空气进行清洁。已经意识到的是围绕这一间隙改善设计是有利的，例如从而减少冷却空气的要求。

发明内容

本发明被限定在现在所提到的随附的独立权利要求中。本发明的有利特征在从属权利要求中加以陈述。

本发明的第一方面提供一种用于密封燃气轮机的两个部件之间的间隙的线密封件，线密封件包括彼此隔开的第一芯与第二芯、围绕第一芯与第二芯延伸的线捆(wirepack)、以及用于将线捆固定到第一芯与第二芯的紧固件，其中线密封件是弯曲的。除了线捆之外，板能提供额外的密封，例如如果在使用期间线捆中出现间隙。线捆能帮助保护板，从而提高板在高温环境下的寿命。线密封件能应付画框形件(picture frame)和第一导叶(第一涡轮导叶)的大的轴向和径向相对运动。

在一个实施例中，线密封件包括具有第一面、第二面、包括第一芯的第一边缘、包括第二芯的第二边缘和两个端边缘的板，其中第一边缘与第二边缘相对，其中线捆围绕板的第一面、第一边缘、第二面和第二边缘延伸，并且其中紧固件将线捆固定在板周围。板能改进密封。

在一个实施例中，紧固件包括用于将线捆固定到第一芯的第一夹具，和用于将线捆固定到第二芯的第二夹具。

在一个实施例中，紧固件包括被附接在第一芯和第二芯的每一端的至少一个端件，从而将线捆保持在第一芯和第二芯附近的合适位置。在一个实施例中，紧固件围绕线捆从第一芯延伸到第二芯，从而将线捆保持在板附近的合适位置。在一个实施例中，线密封件包括被附接到第一边缘的第一芯线，以及被附接到第二边缘的第二芯线。在一个实施例中，线密封件是锥形线密封件。在一个实施例中，第一芯是第一芯线，第二芯是第二芯线。

本发明的第二方面提供一种包括上述线密封件的燃气轮机。在一个实施例中，燃气轮机包括被间隙隔开的燃烧室和第一导叶，并且其中线密封件被布置以密封该间隙。因此，可以实现经过该间隙的泄漏减少。在一个实施例中，燃烧室包括画框形件，并且其中间隙位于第一导叶和画框形件之间。在一个实施例中，燃气轮机包括在画框形件中的插口(socket)，其中线密封件位于插口内。这能保持线密封件在合适位置。

本发明的第三方面提供一种制造用于密封燃气轮机的两个部件之间的间隙的线密封件的方法，线密封件包括彼此隔开的第一芯和第二芯、围绕第一芯与第二芯延伸的线捆、以及用于将线捆固定到第一芯与第二芯的紧固件，其中线密封件是弯曲的，该方法包括将线捆围绕板放置的步骤，以及利用紧固件将线捆固定到板的步骤。在一个实施例中，线捆由线制成，并通过将线重复地围绕第一芯和第二芯缠绕而使线捆围绕第一芯和第二芯放置。

附图说明

本发明的实施例现在将仅以示例的方式且参考附图被描述，在附图中：

图1示出了线密封件的透视图；

图2示出了图1的线密封件的示意性顶视图；

图3，4和5示出了在燃气轮机运行的不同阶段期间的包括线密封件的燃气轮机的局部剖视图；

图6示出了另一种线密封件的透视图；并且

图7示出了又一种线密封件的透视图。

具体实施方式

图1示出了包括第一芯线12、第二芯线14、板16、第一夹具18、第二夹具20以及线捆22的线密封件10。

第一芯线12被附接到板16的一个边缘(第一边缘)，第二芯线14被附接到板16的相对边缘(第二边缘)。线捆22围绕第一和第二芯线12、14以及板16延伸。线捆被紧固件(在本情形中是第一和第二夹具18、20)保持在合适位置。第一夹具围绕最靠近第一芯线的线捆的一部分延伸，第二夹具以相同的方式靠近第二芯线布置。因为板比第一和第二芯线的直径薄，所以线捆22的截面在芯线12、14处的垂直于板16的有效宽度(包括板/芯线的宽度)大于线捆22的在板16处的主要部分内的宽度。

图2示出了图1的线密封件10的顶视图。与只示出了小部分密封件且弯曲没有被示出的图1相比，图2示出了线密封件10的弯曲。

图3示出了在燃气轮机中的线密封件10的截面。燃气轮机包括第一导叶30、画框形件32和隔板34。隔板34可以是画框形件32的一体部分，或者是被附接到画框形件32的独立部件，如图3所示。线密封件10延伸跨过第一导叶30和画框形件32/隔板34之间的间隙36。线密封件10的第一夹具18接触第一导叶30，线密封件10的第二夹具20安装在隔板34中(或画框形件32中)的插口38内。

在燃气轮机中，多个画框形件(相继的衬套出口)围绕燃气轮机的纵轴线以环形被布置，画框形件通常被附接到相继的衬套(燃烧室衬套)，相继的衬套通常包围罐式燃烧器。画框形件通常全部与垂直于燃气轮机纵轴线的平面相交。本申请中所讨论的线密封件能被用在画框形件的内直径或外直径(画框形件最靠近燃气轮机纵轴线的边缘)的任一者上。这能允许在制造、维护和修理期间单个导叶/叶片的组装和/或拆卸。

在图3中示出了在加热阶段中的燃气轮机。在图4中示出了在正常操作的运行阶段中的燃气轮机，并且在图5中示出了在强迫冷却阶段中的燃气轮机。在不同的阶段期间，第一导叶30相对于画框形件32运动，从而改变间隙36的形状和宽度。第一导叶30相对于画框形件32的运动包括相对于燃气轮机纵轴线(也是沿线密封件纵向40的线密封件纵轴线)的轴向和径向运动。线密封件10正是被设计以对抗这种运动，从而维持跨越间隙36的密封。

图6示出了替代的线密封件10。像图1的线密封件那样，该线密封件包括板16和线捆22，但不包括第一和第二芯线。任选地，芯线能被加入该实施例。图6的实施例包括与图1中所示的紧固件不同的紧固件。在图6的实施例中，四个端件60被设置作为紧固件。这些端件被附接到板16的四个角，像图1中所示的夹具那样，端件60被布置以将线捆22保持在板16上。板16在侧面延伸超出线捆22，从而提供用于夹具的附接的表面，尽管这不是必要的。类似地，端件上设置有板被放置其中的槽，这些槽也是任选的。在板16上为端件60提供更大的接触表面能允许端件60与板16之间的更好的连接。

图7示出了另一种替代的线密封件10。如图6中所示，四个端件60被提供。除了端件60之外，中间夹具形式的另一种紧固件跨越线密封件10被提供，从板的一个端边缘延伸跨过线密封件10到达另一个端边缘，中间夹具沿与第一边缘和第二边缘相同的方向延伸。中间夹具包括两个中间夹具端件72以及至少一个连杆74。

在制造图1中所示的线密封件10的方法中，第一和第二芯线12、14首先被附接到板16。然后线捆22被放置围绕第一和第二芯线12、14及板16，例如通过重复地围绕第一和第二芯线12、14以及板16绕线，从而产生线捆22。在线被缠绕之前，线的一端被附接(例如通过焊接)到第一和第二芯线12、14和/或板16中的一者。在线捆22就位后，第一和第二夹具18、20被附接。

构成线捆22的线在前面被描述为在围绕板被缠绕之前被附接到线密封件的另一部分，但是线的一端或两端可以在线围绕板被缠绕之前或之后被附接。

为了制造图6中所示的线密封件10，板16首先被附接到端件60，线捆22随后围绕板16被放置，例如通过围绕板16重复地绕线。替代地，端件60可以在线捆22围绕板16被放置之后被附接。

为了制造图7中所示的线密封件10，制造图6中实施例的相同方法被再次使用，另外增加了中间夹具。中间夹具能以两种方式被增加。第一，中间夹具被制造为散件然后一旦在它围绕线捆22就位后即被连接在一起，在这种情况下中间夹具能在线捆22就位后的任意时刻被附接。第二，中间夹具能被制造为整件(或者被制造为散件然后在被附接到线捆之前被组装好)，然后从第一边缘(或者在笔直的线密封件的情况下从第二边缘)滑动到线捆上。在这种情况下，中间夹具必须在线捆22就位之后且在端件已被附接之前被附接，在例如图7的实施例的实施例中，其中端件的直径大于线捆上被中间夹具附接的位置处的线捆的有效宽度(如下面更详细描述)。

线密封件10在之前被描述为密封燃气轮机的画框形件和第一导叶之间的间隙，但是更一般地，线密封件也可以密封在两个部件之间的间隙，例如在第一导叶和燃烧室的另一部分(比如燃烧室衬套)之间的间隙。待密封的部件通常都是静止的(静-静密封)。

线密封件10可以是笔直的，如图1，6和7中以一小部分示出那样，或者可以是沿周向弯曲的(相对于线密封件的纵轴线)，如图2中所示。弯曲的线密封件对于用于如图3-5中所描述的燃气轮机中的线密封件而言是优选的。线密封件还可以是完整环。但是一般地，多个线密封件将被用于一个环中。在一个示例中，20个线密封件围绕360°的环形接头被加以放置，每个都沿周向方向42围绕燃气轮机周向延伸15°。围绕燃气轮机周向的每个画框形件优选地在内直径(内侧平台)上具有至少一个线密封件，因为这能帮助实现单个导叶/叶片的组装/拆卸。

线密封件可以是环形的。在环形的线密封件的情况下，线密封件限定了一种环(的一部分)，其中第一边缘和第二边缘距离燃气轮机纵轴线(线密封件纵轴线)的距离相等；也即是说，第一边缘和第二边缘的曲率半径相等。径向线密封件也能够被使用，其中第二边缘比第一边缘距离燃气轮机纵轴线更远，且在垂直于燃气轮机纵轴线方向的相同平面内。

然而优选地，线密封件是锥形的线密封件。锥形的线密封件的第二边缘比第一边缘距离燃气轮机纵轴线更远，且在垂直于燃气轮机纵轴线方向的不同平面内。

出于完整性，应当注意锥形是一种从平坦底部平滑地渐缩的三维几何形状；底部可以是圆形或者可以是其他形状。在数学上，与其中线密封件遵循柱形的表面形状的环形线密封件相比，锥形的线密封件是锥形截头体，表面形状是锥形的截头体(即锥的部分不包括顶点，也被称为截头锥)。

第一和第二芯线12、14是任选的，其中一者或两者可以被省略，比如在图6和7的实施例中。例如，图1的实施例中的两个芯线中的一者可以被省略，图6和图7的实施例中可以加入一个或两个芯线。替代地，一个或两个芯线可以作为板16的一体部分被包括，或者可以只分别是板16的第一边缘25与第二边缘26。两个芯线优选地具有相同的直径，但也可以具有不同的直径。

尽管板16的大部分在图中不能直观地看到，但板16在下面参考图1和2被更详细地描述。板16具有第一面23、第二面24和四个边缘25、26、27。对于这四个边缘，线捆22围绕第一边缘25和第二边缘26延伸，第一边缘25和第二边缘26彼此相对。在图1中，第一边缘25和第二边缘26分别靠近第一芯线12和第二芯线14。两个端边缘27使板16完整，图1、6和7中能看到地正是这些端边缘27中的一者。典型地，第一边缘和第二边缘比两个端边缘长。典型地，两个端边缘长度相等。典型地，在线密封件沿周向(相对于线密封件纵轴线)延伸的情况下，第二边缘比第一边缘(略)长，第二边缘的曲率半径比第一边缘的曲率半径(略)大。板16可以是实心板或网。在具有板的一个实施例中，第一芯和第二芯是分别在第一边缘和第二边缘处的板的一部分。在这种情况下，第一和第二芯线可以额外地被分别附接到第一和第二芯。板是任选的且在某些实施例中可以被省略。当没有板存在时，第一和第二芯相当于第一和第二芯线。

在包括芯线的实施例中，板优选地比第一和第二芯线的直径薄，但在某些实施例中，板可以比第一和第二芯线的直径更宽或相等。板和第一和第二芯线在之前描述的实施例中作为单独部件被描述，但它们可以是一体部件。芯线还可以被完全省略，如图6和7的实施例。

在第一和第二芯线与板16之间的附接可以是物理附接比如焊接。替代地或额外地，在第一和第二芯线上可以设置槽，板被布置在该槽内。如果设置了槽，第一和第二芯线与板之间的物理附接是任选的，因为线捆能将第一和第二芯线与板保持在一起。

线捆22由一个或多个围绕板(在具有芯线的实施例中还包括第一和第二芯线)重复缠绕的线构成。替代的线捆也是可能的；例如，除了线以外，网或链也可以用来缠绕。线捆的线、网、链、或类似物通常被附接在每个末端处，从而防止其散开，且能被附接到线密封件的任意合适的部分，例如紧固件、板或线捆的另一部分。

线捆被一个或多个紧固件保持到板上。在没有合适紧固的情况下，线捆会散开和/或从板的端边缘滑脱，夹具被设计以约束线捆相对于板的运动。线捆还能被直接固定到板和/或夹具。

在本申请中描述了多种紧固件，但其他类型紧固件以及所述紧固件的改型是可能的。除了已经被描述过的那些组合，所述紧固件的任意组合也是可能的。例如，图1和6的线密封件的紧固件都能被用在同一个线密封件上，从而改善线捆的夹持。

第一和第二夹具18，22在形状上能变化，但各自通常都被设计以包围板的端边缘。第一和第二夹具可以被制造为弹簧，从而使第一和第二夹具张紧并夹在线捆上，将线捆保持抵靠在板上。这能帮助确保第一和第二夹具不会滑出线捆，在没有芯线的情况下尤其有用。第一和第二夹具能通过一个或多个跨越线捆的表面(沿垂直于板的第一和第二边缘的方向)延伸的连杆被彼此附接，类似于图7的实施例中的在中间夹具端件72之间的连杆74。第一和第二夹具还能被附接到线捆或板。第一和第二夹具在图1中被示出具有垂直于板的第一和第二边缘的平面内的滚圆截面，但是夹具还能具有正方形或矩形截面，类似于中间夹具端件72的形状。

在图6的线密封件中的端件60是具有圆形面的柱形，但不同形状的夹具能被提供，比如正方形或六边形面的夹具。两个或多个夹具还能被连接在一起，例如，在板的一个端边缘的任何一端处的两个端件能够被连接，或者可以是一块沿着端边缘的整个或局部范围延伸的单板。

在具有第一和第二芯线的实施例中，端件可被附接到第一和第二芯线和/或板。第一和第二芯线可以延伸超出板的端边缘，在这种情况下将在端件中设置孔以连接第一和第二芯线。这提供第一和第二芯线与端件之间的更好的连接。端件还可以被附接到线捆。

图6和7中的线密封件的端件的直径大于线捆的宽度(沿垂直于板的平面的方向)。替代地，端件的直径可以等于线捆的宽度。在某些实施例中，端件的直径甚至可以稍微小于线捆的宽度，只要端件的直径足以将线捆保持到板上。不同的端件的直径可以不同；例如，板的第一边缘附近的两个端件在直径上可小于在板的第二边缘附近的两个端件。

燃气轮机的第一导叶可以包括一个或多个槽，以容纳紧固件(比如端件60)的形状。这能改善密封，且还能确保线密封件在间隙中维持在正确的位置。在部分实施例中，紧固件接触第一导叶和/或隔板/画框形件，在其他实施例中，线密封件接触第一导叶和/或隔板/画框形件。

中间夹具70可以是一个一体部分，或者可以是两个或多个部分。在图7的实施例中，中间夹具70是三个被连接的部分，即两个中间夹具端件72和一个连杆74。多种其他的中间夹具的布置是可行的。例如，在图7的实施例中，连杆比中间夹具端件窄(沿垂直于板的第一和第二边缘跨过密封件的方向)，但也能够与中间夹具端件的宽度相等或者更宽。T形夹具可具有两个以上的中间夹具端件和/或一个以上的连杆。其他的连杆可在线密封件的相同面上作为第一连杆和/或在相对面上(即，在图7中未示出的面上)。T形夹具能够在没有其他形式的紧固件的情况下被使用，或者联合另一紧固件被使用。T形夹具的位置一般能将线捆保持在板上，使得线捆不滑出端边缘以及使得构成线捆的线被保持紧贴板16的面。这防止线捆远离板地膨胀或弯曲。

画框形件32、隔板34和第一导叶30在形状上相比上面所示的实施例都可以发生改变，并且设计可取决于诸如线密封件的形状和画框形件/隔板与第一导叶的相对运动这样的变量。

画框形件/隔板中的插口38是任选的，在某些实施例中不是必要的。例如，插口能替代地被设置在第一导叶中，从而将线密封件保持在合适位置。插口还能被设置在第一导叶和画框形件/隔板的两者上。其他的连接部件也能被提供，从而将线密封件枢转地附接到第一导叶或画框形件/隔板。

典型地，间隙也利用诸如冷却空气的冷却流体进行清洁，所以在线密封件的更远离热气体路径的一侧上的压力大于在密封件的更靠近热气体路径的一侧上的压力。这种压力差能将密封件保持在合适位置，还能提高密封件的品质。

本文中所描述的线密封件优选地用于密封两个静止部分之间的间隙，而不是转子和定子之间的间隙。

在不脱离随附权利要求所限定的本发明的前提下，所描述的实施例的多种修改是可能的，并且是本领域技术人员可以意识到。

附图标记

10 线密封件

12 第一芯线

14 第二芯线

16 板

18 第一夹具

20 第二夹具

22 线捆

23 第一面

24 第二面

25 第一边缘

26 第二边缘

27 端边缘

30 第一导叶

32 画框形件

34 隔板

36 间隙

38 插口

40 线密封件纵向(燃气轮机纵向)

42 周向

60 端件

70 中间夹具

72 中间夹具端件

74 连杆

Claims (10)

1.一种用于密封燃气轮机的两个部件之间的间隙（36）的线密封件（10），

所述线密封件（10）包括

-彼此隔开的第一芯（12、25）与第二芯（14、26），

-围绕所述第一芯与所述第二芯延伸的线捆（22），以及

-用于将所述线捆固定到所述第一芯与所述第二芯的紧固件，

其中，所述线密封件（10）是弯曲的，

所述线密封件（10）包括具有第一面（23）、第二面（24）、包括所述第一芯的第一边缘（25）、包括所述第二芯的第二边缘（26）和两个端边缘（27）的板，其中所述第一边缘（25）与所述第二边缘（26）相对，

-其中，所述线捆（22）围绕所述板（16）的所述第一面（23）、所述第一边缘（25）、所述第二面和所述第二边缘（26）延伸，并且

-其中，所述紧固件（18、20、60、70）将所述线捆（22）固定在所述板（16）周围；

其特征在于，所述第一芯是第一芯线（12），并且所述第二芯是第二芯线（14）；所述第一芯线（12）被附接到所述第一边缘（25）以及所述第二芯线（14）被附接到所述第二边缘（26）。

2.如权利要求1所述的线密封件（10），其中，所述紧固件包括用于将所述线捆（22）固定到所述第一芯的第一夹具（18）和用于将所述线捆（22）固定到所述第二芯的第二夹具（20）。

3.如权利要求1所述的线密封件（10），其中，所述紧固件包括附接在所述第一芯和所述第二芯的每一端的至少一个端件（60），从而在所述第一芯和所述第二芯附近将所述线捆（22）保持就位。

4.如权利要求1所述的线密封件（10），其中，所述紧固件围绕所述线捆（22）从所述第一芯延伸到所述第二芯，从而在所述板（16）附近将所述线捆（22）保持就位。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的线密封件（10），其中，所述线密封件（10）是锥形线密封件。

6.一种包括如权利要求1至5中任一项所述的线密封件（10）的燃气轮机。

7.如权利要求6所述的燃气轮机，包括被间隙（36）隔开的燃烧室和第一导叶（30），并且其中，所述线密封件（10）被布置以密封所述间隙（36）。

8.如权利要求7所述的燃气轮机，其中，所述燃烧室包括画框形件（32），并且其中，所述间隙（36）位于所述第一导叶（30）和所述画框形件（32）之间。

9.如权利要求8所述的燃气轮机，包括在所述画框形件（32）中的插口（38），并且其中，所述线密封件（10）位于所述插口（38）中。

10.一种制造用于密封燃气轮机的两个部件之间的间隙（36）的根据前述权利要求1到5中任一项所述的线密封件（10）的方法，所述方法包括以下步骤：

-将所述第一芯线和所述第二芯线附接到所述板的第一边缘和第二边缘；

-将所述线捆（22）围绕板（16）放置；

-以及利用所述紧固件（18、20、60、70）将所述线捆（22）固定到所述板（16）。

Images