CN106894849A - 呼啦圈式密封件 - Google Patents

Abstract

提供一种呼啦圈式密封件（10），所述呼啦圈式密封件相对于中心轴线（3）在周向方向（5）、径向方向（6）和轴向方向（4）延伸。呼啦圈式密封件在轴向方向从第一边缘（12）处的第一边缘区域（13）延伸到第二边缘（14）处的第二边缘区域（15）。呼啦圈式密封件包括从第一边缘区域延伸到第二边缘区域的第一叶形物（20）和从第一边缘区域延伸到第二边缘区域的第二叶形物（21）。当安装在燃气涡轮机中时，第一叶形物与第二叶形物在径向方向距中心轴线的距离相同。当安装在燃气涡轮机中时，第一叶形物在周向方向邻近第二叶形物且与第二叶形物重叠。当安装在燃气涡轮机中时，第一叶形物附接到第二叶形物，使得第一叶形物能够在周向方向相对于第二叶形物移动。还描述了将呼啦圈式密封件安装在燃气涡轮机中的方法。

Description

呼啦圈式密封件

技术领域

本公开涉及呼啦圈式密封件(hula seal)，且具体地涉及当安装在燃气涡轮机中时叶形物（leaf）彼此重叠的呼啦圈式密封件。

背景技术

呼啦圈式密封件在燃气涡轮机中多个地方使用以密封相邻燃气涡轮机部分之间的间隙。图1示出了现有的呼啦圈式密封件1。呼啦圈式密封件包括围绕相对于中心轴线3的圆周延伸的多个叶形物2。虽然如图1所示的呼啦圈式密封件能够提供良好的密封，但是已经察觉多个局限性。一个具体问题在于应力裂纹。呼啦圈式密封件可以由与所附接的部分不同的材料制成。然而，呼啦圈式密封件经受的温度范围可能容易地为数百度（例如，从环境温度到800摄氏度）。由于不同材料和在燃气涡轮机使用期间的温度变化，将呼啦圈式密封件连接到所述部分的焊接部可能容易地破裂，或者疲劳裂纹可能在呼啦圈式密封件出现。

发明内容

本发明在现在应当参考的所附独立权利要求中限定。本发明的有利特征在从属权利要求中陈述。

第一方面提供一种尤其用于燃气涡轮机的呼啦圈式密封件，相对于中心轴线在周向方向、径向方向和轴向方向延伸，所述呼啦圈式密封件在轴向方向从第一边缘处的第一边缘区域延伸到第二边缘处的第二边缘区域，所述呼啦圈式密封件包括从第一边缘区域延伸到第二边缘区域的第一叶形物和从第一边缘区域延伸到第二边缘区域的第二叶形物，其中，当安装在燃气涡轮机中时，第一叶形物与第二叶形物在径向方向距中心轴线的距离相同，当安装在燃气涡轮机中时，第一叶形物在周向方向邻近第二叶形物且与第二叶形物重叠，当安装在燃气涡轮机中时，第一叶形物附接到第二叶形物，使得第一叶形物能够在周向方向相对于第二叶形物移动。

该呼啦圈式密封件可以减少呼啦圈式密封件中以及呼啦圈式密封件与呼啦圈式密封件所附接到的燃气涡轮机部件之间的接头中的应力，尤其是在燃气涡轮机部件和呼啦圈式密封件由具有不同热膨胀系数的材料制成时和/或在呼啦圈式密封件和燃气涡轮机部分在使用期间处于不同的温度或者以不同的速率加热或冷却时。因而，呼啦圈式密封件可以减少呼啦圈式密封件中的高和低循环疲劳裂纹，且可以减少呼啦圈式密封件和燃气涡轮机部分之间的焊接接头的疲劳。

呼啦圈式密封件也可以提供对周向方向的膨胀和收缩的改进公差。因而，其可以减少当呼啦圈式密封件由于热膨胀差异而拉伸时呼啦圈式密封件的相邻叶形物之间的间隙增大范围。具体地，可以减少或避免叶形物的扭曲，所述扭曲趋于降低密封效率且可能是现有设计中的问题。

一个实施例提供一种呼啦圈式密封件，其中，第一叶形物和第二叶形物由单件材料形成。设置由单件制成的呼啦圈式密封件可以提供更强硬的密封件，这可以改进性能。

在一个实施例中，第一叶形物和第二叶形物由狭缝分开，且设置从所述狭缝的端部延伸的其它狭缝。设置其它狭缝可以减少疲劳。

在一个实施例中，第一叶形物直接附接到第二叶形物。在一个实施例中，第一叶形物通过连接件附接到第二叶形物，所述连接件附接到第一叶形物和第二叶形物。

在一个实施例中，第一叶形物在第一边缘区域和第二边缘区域中附接到第二叶形物。如图1所示的呼啦圈式密封件，其中，叶形物仅仅在一个端部处彼此附接，在组装期间可能易于各个叶形物被捕获且起皱。在叶形物的两个端部处将叶形物连接在一起可以有助于避免该问题。

第二方面提供一种燃气涡轮机，包括如上所述的呼啦圈式密封件。在一个实施例中，所述燃气涡轮机包括燃气涡轮机部分，第一叶形物和第二叶形物直接附接到所述燃气涡轮机部分。

附图说明

现在将仅通过示例且参考附图来描述本发明的实施例，在附图中：

图1示出了现有的呼啦圈式密封件；

图2示出了在叶形物置于重叠位置之前根据本发明的呼啦圈式密封件的部段的俯视图；

图3示出了沿图2的I-I的视图；

图4示出了在叶形物置于重叠位置之后沿图2的II-II的横截面；

图5和6示出了在叶形物置于重叠位置之后和之前沿图2的III-III的视图；

图7示出了在叶形物置于重叠位置之前可选呼啦圈式密封件的俯视图；

图8示出了在叶形物置于重叠位置之后图7的连接条的侧视图；

图9示出了在叶形物置于重叠位置之前另一可选呼啦圈式密封件的俯视图；

图10示出了在叶形物置于重叠位置之后图9的连接条的侧视图；

图11示出了在叶形物置于重叠位置之前另一可选呼啦圈式密封件的俯视图；和

图12示出了带有如上所述的呼啦圈式密封件的燃气涡轮机燃烧器的部分的横截面。

具体实施方式

图2示出了呼啦圈式密封件10的部分，呼啦圈式密封件10在轴向方向4从第一边缘12延伸到第二边缘14且在周向方向5延伸。呼啦圈式密封件由叶形物之间的狭缝22分成叶形物20，21。狭缝在轴向方向延伸，但是并不到达任一边缘。在每个边缘处，在边缘12，14和狭缝22的端部之间有边缘区域13，15。在每个狭缝的每个端部处，端部狭缝24垂直于轴向方向（因而平行于周向方向）延伸。总体来说，因而每个狭缝是I形。在图2中，呼啦圈式密封件显示为处于其未折叠状态；这将在下文更详细阐述。

图3示出了图2的呼啦圈式密封件从线I-I的视图。可以看到叶形物21在径向方向6的宽度，连同叶形物在轴向方向4的弯曲部一起。图2中的虚线示出了该弯曲部的范围（因而边缘区域13，15的范围）。

在图2和3中，呼啦圈式密封件10显示为处于其未折叠状态；这是其在折叠并安装在燃气涡轮机中之前的形状。图4和5示出了一旦折叠后的呼啦圈式密封件10。图4示出了沿图2中的线II-II的横截面，其中，可以看到多个叶形物20，21。叶形物21在叶形物的一个端部处（在周向方向）在一个相邻叶形物20下方延伸，在叶形物的另一个端部处（在周向方向）相邻叶形物20在叶形物21下方延伸。

图5示出了沿图2的III-III的视图。叶形物20，21可以在第二边缘14之后看到。也可以看到由于第二边缘14和第二边缘区域15的移位而可见的叶形物20，21的边缘26。每个叶形物与相邻叶形物重叠，因而，每个叶形物的边缘26在径向方向6相对于相邻叶形物移位。在图5所示的示例中，这导致由于边缘26移位引起的不平坦的表面（在以周向方向和轴向方向延伸的平面中）。该表面通常附接到燃气涡轮机部分，且通常优选该表面是平坦的，从而边缘26将通常例如通过研磨而变平，以设置平坦表面。

如图5那样，图6示出了沿图2的III-III的视图，但是在叶形物置于重叠位置之前。为了允许相邻叶形物重叠，边缘区域15在图5中处于翘曲形状，与图6中的平坦形状不同，紧挨端部狭缝的边缘区域部分弯曲离开以适用叶形物重叠。

图7示出了可选方案，其中，狭缝22一直延伸到第一边缘12（在轴向方向4）。在端部狭缝24和第二边缘14之间仍存在与第二边缘14相邻的第二边缘区域15。为了连接叶形物，连接条30在第一边缘附近附接到叶形物。图8示出了在叶形物已经置于重叠位置之后连接条30的侧视图；连接条以与图5所示类似的方式翘曲到边缘区域。

图9示出了另一可选方案，其中，狭缝22一直延伸到第一边缘12和第二边缘14，意味着叶形物有效地彼此分开。为了将叶形物结合在一起，设置连接条30以连接相邻叶形物20，21。图9中的连接条设置在第一边缘12和第二边缘14两者附近。图10示出了在叶形物已经置于重叠位置之后连接条30的侧视图；连接条以与图5所示和图8的连接条类似的方式翘曲到边缘区域。

图11示出了与图2类似的另一个示例，但是其中狭缝22相对于轴向方向4以一角度延伸，而不是平行于轴向方向4。设置成角度的狭缝可以减少在冲击在密封件上的流动不再垂直于狭缝方向冲击时通过密封件的流动。

图12示出了燃气涡轮机燃烧器的部分，燃气涡轮机燃烧器包括燃烧装置42、衬套44和过渡件46。呼啦圈式密封件10附接到衬套44，且为燃烧装置和衬套之间的间隙以及衬套和过渡件之间的间隙提供密封。为了参考，箭头粗略地示出了燃料和气体如何通过燃烧器。

为了将本文所述的呼啦圈式密封件安装在燃气涡轮机中，呼啦圈式密封件首先以例如图2，7，9或11所示的形状制造，其中叶形物在周向方向彼此相邻且在周向方向没有重叠。呼啦圈式密封件然后将通常弯曲以在周向方向增加相邻叶形物之间的重叠。呼啦圈式密封件然后附接到燃气涡轮机部分，例如通过焊接或钎焊。

本文所述的呼啦圈式密封件可以改型到现有的燃气涡轮机。当从单件材料制造呼啦圈式密封件时，可以使用激光切割器以形成切口。

燃气涡轮机包括压缩机、在压缩机下游的燃烧器和在燃烧器下游的涡轮机。呼啦圈式密封件包括至少两个叶形物，通常包括比两个多很多的叶形物。呼啦圈式密封件可以围绕部分环或完整环延伸，如图1所示。可以设置多个部分环呼啦圈式密封件，以提供密封件的完整环。不需要在每一对叶形物之间设置重叠，且重叠可以设置在例如每个第三和第四叶形物之间。呼啦圈式密封件将通常是一层密封件，单层叶形物在周向方向延伸，而不是一层距中心轴线比另一层更远的两层。

在一些实施例中，呼啦圈式密封件可以由单件（整体式）材料制成，如图2所示，其中，边缘区域13，15连接叶形物20，21。在其它实施例中，设置额外的连接结构，例如图7和9所示的连接条。在如图9所示的实施例中，叶形物将通常从单件材料切割且使用连接条附接回到一起。

没有尝试示出图4-6中的周向弯曲部，但是总体上呼啦圈式密封件将在周向方向连续地弯曲。

第一边缘区域13和第二边缘区域15分别是邻近呼啦圈式密封件的第一边缘12和第二边缘14的区域。第一和第二边缘区域通常是呼啦圈式密封件的邻近呼啦圈式密封件所附接的燃气涡轮机部分的区域。在图2，3，7，9和11中，这是边缘和虚线之间的区域。通常，呼啦圈式密封件将在一个边缘区域（例如第二边缘区域）处附接到燃气涡轮机部分，且将在另一个边缘区域与燃气涡轮机部分接触并相对于燃气涡轮机部分自由移动。

呼啦圈式密封件中的叶形物通常均相同，每个叶形物通常如图3所示弯曲。为了便于参考，任何给定叶形物20在附图中显示为由两个叶形物21在任一侧上相接。虽然叶形物不必均相同，但是也不必在叶形物20和21之间有任何差异；该命名仅仅是为了便于参考。

在图4中，叶形物21在叶形物的一个端部处在一个相邻叶形物20下方延伸（即，叶形物21在周向方向与叶形物20重叠且比叶形物20更靠近中心轴线）。可选地，叶形物21可以在一个相邻叶形物20上延伸。作为另一个可选方案，不是如图4中的横截面那样弯曲叶形物为轻微S形，叶形物可以保持直的横截面，且简单地相对于燃气涡轮机部分稍微倾斜以允许重叠。

叶形物在周向方向的重叠意味着对于周向方向的某些点，两个叶形物在径向方向的不同点处都存在。

狭缝22可以跨过呼啦圈式密封件从第一边缘区域13延伸到第二边缘区域15，而不到达第一边缘12或第二边缘14，如图2所示。可选地，取决于实施例，狭缝可以到达不同点，例如第一边缘和第二边缘中的一个或两个，如图7和9所示。

端部狭缝24在上文所有的示例中示出为平行于周向方向5延伸，且也示出为延伸到狭缝22的两侧。但是对此的各种可选方案是可能的；例如，端部狭缝可以弯曲且/或可以仅仅延伸到狭缝的一侧。设置弯曲的端部狭缝可以改进对疲劳的抵抗性，尤其是高循环疲劳。端部狭缝通常短于狭缝22。

图9的示例中的连接条仅仅将两个相邻叶形物附接在一起，而图7中的连接条将多于两个的相邻叶形物附接在一起；在这些示例中，这两个设计是可互换的。

最小程度上，叶形物仅仅需要通过一些类型的连接结构相对于彼此附接。在上文给出的示例中，附接通过沿边缘（第一边缘区域和/或第二边缘区域）延伸的连接区域或者通过连接件（在该情况下是连接条或多个连接条）提供；这些连接将通常在呼啦圈式密封件的边缘12，14处或附近，例如在边缘区域13，15中。除了上文所述的那些之外，用于连接件的各种形状和结构是可能的。

在上文的示例中，每个叶形物在两个点处从而在两个附接点处在每一侧上附接到叶形物。在任何给定的相邻对叶形物之间具有两个附接点可能是优选的，因为其可能改进稳定性，但是在一些情况下，单个附接点或者三个或更多个附接点可以在叶形物中的一些或全部之间使用。

在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的前提下，对所述实施例的各种修改是可能的，且本领域技术人员将能意识到。

附图标记

1现有的呼啦圈式密封件

2叶形物

3中心轴线

4轴向方向

5周向方向

6径向方向

10呼啦圈式密封件

12第一边缘

13第一边缘区域

14第二边缘

15第二边缘区域

20第一叶形物

21第二叶形物

22狭缝

24端部狭缝

26边缘

30连接条

40燃气涡轮机燃烧器

42燃烧装置

44衬套

46过渡件

Claims (8)

1.一种呼啦圈式密封件（10），相对于中心轴线（3）在周向方向（5）、径向方向（6）和轴向方向（4）延伸，所述呼啦圈式密封件在轴向方向从第一边缘（12）处的第一边缘区域（13）延伸到第二边缘（14）处的第二边缘区域（15），所述呼啦圈式密封件包括从第一边缘区域延伸到第二边缘区域的第一叶形物（20）和从第一边缘区域延伸到第二边缘区域的第二叶形物（21），其中，

当安装在燃气涡轮机中时，所述第一叶形物与所述第二叶形物在径向方向距中心轴线的距离相同，

当安装在燃气涡轮机中时，所述第一叶形物在周向方向邻近所述第二叶形物且与所述第二叶形物重叠，

当安装在燃气涡轮机中时，所述第一叶形物附接到所述第二叶形物，使得第一叶形物能够在周向方向相对于第二叶形物移动。

2.根据权利要求1所述的呼啦圈式密封件（10），其中，所述第一叶形物（20）和所述第二叶形物（21）由单件材料形成。

3.根据权利要求1或2所述的呼啦圈式密封件（10），其中，所述第一叶形物（20）和所述第二叶形物（21）由狭缝（22）分开，且其中设置从所述狭缝的端部延伸的其它狭缝（24）。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的呼啦圈式密封件（10），其中，所述第一叶形物（20）直接附接到所述第二叶形物（21）。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的呼啦圈式密封件（10），其中，所述第一叶形物（20）通过连接件附接到所述第二叶形物（21），所述连接件附接到第一叶形物和第二叶形物。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的呼啦圈式密封件（10），其中，所述第一叶形物（20）在第一边缘区域（13）和第二边缘区域（15）中附接到所述第二叶形物（21）。

7.一种燃气涡轮机，包括根据权利要求1所述的呼啦圈式密封件（10）。

8.根据权利要求7所述的燃气涡轮机，其中，所述燃气涡轮机包括燃气涡轮机部分，且所述第一叶形物（20）和所述第二叶形物（21）直接附接到所述燃气涡轮机部分。