CN107075963A - 用于密封导向叶片的两个区段之间的间隙的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩机的压缩机导轮(2；102)的连接装置(1；101)，所述压缩机导轮装配有大量导向叶片(107)，所述连接装置具有压缩机导轮(2；102)的弧形的至少两个环区段(3；103)并且具有用于密封由所述至少两个环区段(3；103)形成的伸缩缝(5；105)的密封元件(4)，其中，存在磨损保护装置(15；115)，以便减少由于所述密封元件(4)导致的对于彼此相互作用的所述至少两个环区段(3；103)的磨损，并且所述密封元件被构造为刚性的并且与相关的环区段耦合，以使得环区段彼此相互作用。

Description

用于密封导向叶片的两个区段之间的间隙的装置

技术领域

本发明涉及一种压缩机的装配有多个导向叶片的压缩机导轮的连接装置，所述连接装置具有压缩机导轮的至少两个相互作用的环区段，并且具有用于密封由两个环区段形成的伸缩缝的密封元件。

此外，本发明涉及一种涡轮机或压缩机，其具有至少一个压缩机导轮，所述压缩机导轮包括至少两个环区段。

背景技术

由现有技术公知了与涡轮机或压缩机相关地连接装置。

燃气涡轮机例如主要由压缩机装置、燃烧室装置和实际的涡轮机装置构成。借助于压缩机装置将从周围环境抽吸的空气压缩接着输送到燃烧室装置，在所述燃烧室装置中，与被压缩的空气混合的燃料(燃气)在与压缩机装置中相似的压缩比的情况下作为空气燃料混合物燃烧。接着，所述空气燃料混合物在涡轮机装置中在做功下降压至环境压力。

此外，压缩机装置还具有导向叶片单元和转子叶片单元，其中，在圆盘形的压缩机导轮的构型中所实施的导向叶片单元包括多个导向叶片，这些导向叶片在各自的导向叶片根部上借助于径向布置在较内部的内环并且在各自的径向位于较外部的导向叶片端部上借助于相应地径向布置在较外部的外环而固定在压缩机装置中。

特别是内环在此由两个环部件构成，所述环部件用于固定各个导向叶片的压铸在各自的导向叶片根部上的保持元件，其中，这两个环部件被设计为使得所述环部件固定地包围这些保持元件。通常，这些环部件彼此焊接。

构造为圆盘状的压缩机导轮可以根据燃气涡轮机的设计在周向方向上由不同数量的多个围绕旋转轴线布置的环区段组成，其中，需要将压缩机导轮分成至少两半，以便例如可以进行维修措施。

在此，各个环区段彼此固定在接口上，其中，所述接口也必须被密封，以便可以使在内环上后续连接的压缩机级彼此更好地分隔开。

在各个环区段之间分别设置有伸缩缝，以便可以对由于温度导致的关于各个环区段的伸缩差进行补偿，其中，存在关于接口不同的连接方案。

例如第一连接方案设置，构造为圆盘状的导向叶片单元的两个在周向方向上直接彼此相邻的环区段通过滑键连接彼此固定在共同的接口上，然而其中在这个第一连接方案中，借助于这种滑键连接几乎不能有效实现密封作用。

另一种连接方案设置有齿形装置，其中，两个在周向方向直接彼此相邻的环区段的朝向彼此的端面分别具有齿排列，所述齿排列的齿可以彼此啮合，以便将环区段彼此固定。通过所述齿形装置可以在内环上更好地密封后续连接的压缩机级。

另一种连接方案设置有具有交叉密封片的密封元件，所述交叉密封片具有至少两个交叉的并且在此彼此啮合的密封片元件，所述密封片元件在此位于内环中的槽中。这种交叉密封片一方面将环区段彼此固定，并且另一方面良好地密封这些环区段之间的伸缩缝。

目前为止所公知的连接方案中的缺点是：各个环区段之间的密封效果差，甚至根本不存在的密封效果；内环的环区段或者所述内环的环部件上存在不期望的高磨损；和/或在连接装置的构件上的材料部分由于材料疲劳导致的断开，其中在此存在的危险是，相应地导致压缩机的或涡轮机的流路中断，并且在中断处导致更大的损害。

燃气涡轮机中常见的密封系统以各种方式由若干公开文献公知。例如WO 2013/189883 A1公开了用于避免从燃气涡轮机的流路中泄流的铰接地构造的狗骨式密封装置，所述流路由相对彼此可运动的构件限界。

由GB 2 396 193 A公知了另一种用于密封在两个由于热伸缩可移动的构件之间的间隙的密封装置。由此公知的密封片被弹簧支承地嵌入到槽中，由此应当保护构件。替代地，例如由EP 1 918 549 A1公知密封片装备有耐磨损的保护层。

发明内容

本发明的任务在于，进一步改进这种压缩机，以便至少克服前述的缺点。

本发明的任务由一种压缩机的压缩机导轮的连接装置来解决，所述压缩机导轮装配有多个导向叶片，所述连接装置具有压缩机导轮的至少两个弧形的环区段，并且具有用于密封由至少两个环区段形成的伸缩缝的密封元件，其中，密封元件构造为刚性的并且与相关的环区段耦合，以使得所述环区段彼此相互作用，并且所述连接装置的特征是磨损保护装置，以便减少由于密封元件导致的对于至少两个彼此相互作用的环区段的磨损。

通过设置相应构造的磨损保护装置，连接装置根据本发明被构造为，使得环区段的材料在下述区域中更小地磨损，在所述区域中布置有伸缩元件并且可以与环区段直接触碰或接触。因此，显著地降低了环区段上不可预知的材料断裂的危险。

优选地，磨损保护装置被选择为，使得环区段的材料比密封元件的材料更小地磨损。

在此，连接装置主要包括压缩机导轮的至少两个彼此相互作用的环区段，以及用于密封由这两个环区段形成的伸缩缝和存在的磨损保护装置的密封元件。

如同开头已述的那样，圆盘状的压缩机导轮主要由内环、外环和多个由内环和外环保持的导向叶片构成。

特别是内环在此被分成至少两个弧形的环区段，所述环区段布置为同心地绕着压缩机轴线或涡轮机轴线地组成内环。

这些弧形的环区段在其各自的朝向彼此的端侧上彼此连接，以使得所述环区段构成内环。

此外，这些弧形的环区段进而又由两个彼此连接的环部件或内环部件构成，所述环部件或内环部件构造为，使得所述多个导向叶片保持同心地绕着压缩机轴线或涡轮机轴线。

通常，在将导向叶片插入环部件接着将彼此对应的环部件组合之后，将这些环部件彼此焊接。

由此，导向叶片全部以确定的间距相对彼此固定地布置在相应的环区段中。

就这方面来说，内环由至少两个弧形的环区段构成，所述环区段进而又由至少两个环区段部件构成。

此外，前面关于内环所述的结构也适用于压缩机导轮的外环。

在此重要的是，通过磨损保护的密封元件使相应的环区段彼此刚性地耦合，由此使这些环区段彼此相互作用。刚性的、相互作用的耦合理解为，两个环区段中的一个环区段的移动被至少部分、然而特别是大部分地传递到两个环区段中的另一个环区段上。这种构型改善了压缩机导轮的机械结构的完整性。

根据本发明的连接装置可以有利地使用在完全不同的压缩机上或者具有这种压缩机的涡轮机、例如燃气涡轮机或类似物上，以便在那里显著地降低故障的危险。由此特别是通过布置在两个直接相邻的环区段的端侧之间的伸缩间隙，当没有完全阻止时至少可以减少从压缩机导轮的在下游侧的端部至压缩机导轮的在上游侧的端部的泄流。

术语“在上游”和“在下游”在此涉及要压缩的介质，所述介质流过配备有压缩机导轮的压缩机。

就这方面来说，本发明的任务也由一种涡轮机或压缩机解决，其具有至少一个压缩机导轮，所述压缩机导轮包括至少两个环区段，其中，压缩机导轮具有根据在此所述特征中的一个特征的连接装置。

可以理解的是，本文所述的磨损保护装置可以是完全不同的类型，以便可以更好地保护环区段或环部段在布置有密封元件的区域中免遭磨损。

优选地，本文所述的磨损保护装置是固体磨损保护装置，所述固体磨损保护装置形状锁合地和/或材料锁合地与环区段或者其环部件连接。

就这方面来说有利的是，磨损保护装置相对于环区段或者其环部件位置固定地布置。

根据本发明的第一方面有利的是，磨损保护装置包括磨损保护套，所述磨损保护套至少部分地布置在密封件和至少两个彼此相互作用的环区段之间。

如果在密封件和环区段的环区段表面之间布置有磨损保护套，所述磨损保护套至少部分地包围密封件，以保持所述密封件与环区段隔开间距，则可以完全排除由于密封元件和环区段之间的作用接触导致环区段提早磨损的危险。

就这方面来说有利的是，通过本文所述的磨损保护套来保护与密封元件作用接触的环区段表面。

术语“磨损保护套”在本发明的意义中表示下述的构件，所述构件可以布置在密封元件和环区段之间，以使得所述环区段与密封元件隔离。换句话说，密封元件不与环区段直接接触。

特别有利的是，磨损保护套具有至少两个彼此垂直地布置的插槽，密封件能够插入到所述插槽中。因此，尽管存在根据本发明的磨损保护套，仍可以例如提供交叉密封片装置。

如果磨损保护套被布置在密封元件接收槽中，则密封元件仍然可以准确地定位在内环部件上。

此外有利的是，磨损保护套被布置在至少两个彼此相互作用的环区段的至少两个环部件之间。有利的是，磨损保护套不仅关于两个彼此对置的环区段减少磨损地作用，而且关于环区段的两个环部件减少磨损地作用。

当磨损保护套被布置为直接邻接于两个构成环区段的环部件时，磨损保护套可以更好地集成在连接装置中。

当磨损保护套与环区段材料相比由较软的材料制造时，可以实现更好地磨损保护。

必要时，磨损保护套被布置在至少一个环区段的密封元件接收槽中，从而使磨损保护套可以特别紧密地与环区段连接。

根据本发明的另一方面累加地或替换地有利的是，磨损保护装置包括至少部分地安置在与密封元件作用接触的环区段表面上的磨损保护层。

通过可相对简单地并且成本低廉地安装的磨损保护层可以很好地降低环区段上或环区段的环部件上磨损增大和材料断裂的危险。

就这方面来说有利的是，与密封元件作用接触的环区段表面被涂覆有磨损保护层。

这种磨损保护层例如可以通过对相应区域的电镀、硝化或类似方式实现。

当磨损保护层被布置在至少两个彼此相互作用的环区段的端侧的区域中时，可以实现很好的磨损保护。

术语“端侧”在此表示环区段或环区段的环部件的下述面区域，所述面区域存在于环区段的对置的端部上。

这些面区域也可以是存在于环区段或环区段的环部件上的槽或类似物。

就这方面来说，对此有利的一种实施方案设置，磨损保护层被布置在至少两个彼此相互作用的环区段的密封元件接收槽的表面上。

当磨损保护层比环区段材料硬时，可以通过密封元件更好地保护环区段免遭磨损。

根据本发明的至少另一个方面累加地或替换地有利的是，磨损保护装置包括密封件，所述密封件构造为比至少两个彼此相互作用的环区段更软。

磨损保护装置在结构上同样有利的实现方案在于，密封件自身构造为比与其直接作用接触的环区段软。由此可以避免，环区段或环区段的环部件的与密封件直接接触的区域由于这种接触而较快地磨损。

当所述密封元件包括两个插入到彼此中的交叉密封片元件时，可以实现两个环区段之间的伸缩缝的区域中特别好的密封。

在此还要再次指出，至少两个彼此相互作用的环区段是压缩机导轮的内环的、两个安置在转子轴上或者在转子盘上的环区段。

此外，一种优选的实施方案设置，至少两个彼此相互作用的环区段分别由至少两个环部件构成。

可理解的是，前文或者在权利要求中所述的解决方案的特征必要时也可以组合，以便可以相应地累加实现这些优点。

附图说明

下面根据示意图解释根据本发明的压缩机的装配有多个导向叶片的压缩机导轮的、分别具有构造不同的磨损保护装置的连接装置的优选的实施方式。附图中：

图1示意性示出根据本发明的连接装置的立体图，所述连接装置具有包括磨损保护套的磨损保护装置，所述磨损保护套至少部分地布置在密封元件和至少两个彼此相互作用的环区段之间；

图2示意性示出根据本发明的替换的连接装置的立体图，所述连接装置具有包括磨损保护层的磨损保护装置，借助于所述磨损保护层涂覆被加工在压缩机导轮的环区段中的密封元件接收槽；以及

图3示意性示出图2的替换的连接装置的另一个立体图。

具体实施方式

在图1中所示的第一实施例中，部分地示出关于涡轮机(未示出)的未进一步示出的压缩机的压缩机导轮2的连接装置1，其中，所述连接装置1主要包括两个彼此相互作用的环区段3(仅仅示例性地示出)和用于密封被设置在两个环区段3之间的伸缩缝5的密封元件4。

压缩机导轮2主要由内环6、外环(未示出)和多个保持在内环6和外环上的导向叶片107(仅示例性地参见图2和3，仅仅示例性地标出)构成。

所述内环6由多个同心地围绕压缩机导轮2的旋转轴线(未示出)布置的环区段3组成。就这方面来说，明确的是，压缩机导轮2的特征在于多个连接装置1。

环区段3分别由两个环部件8和9组成，其中，两个环部件8和9彼此焊接。

在该第一实施例中，密封元件4由交叉密封片元件10构成，所述交叉密封片元件进而又由两个插入到彼此中的并且彼此垂直地布置的密封片11和12构成。

根据本发明，连接装置1还具有磨损保护装置15，借助于所述磨损保护装置可以减小两个彼此相互作用的环区段3的区域上的磨损，在所述磨损保护装置中，交叉密封片元件8与相应的环区段3的环部件6和7接触。

就这方面来说，通过磨损保护装置15使环区段3的材料较小地磨损。

在该第一实施例中，磨损保护装置15包括磨损保护套16，所述磨损保护套被集成到连接装置1中，以使得交叉密封片元件8不直接与环部件8和9接触，由此也不直接与形成伸缩缝5的两个环区段3接触。

在此，磨损保护套16由下述材料制成，所述材料比环区段3的或环部件8和9的材料软，从而使磨损保护套16比环区段3更好地遭受磨损。

此外，磨损保护套16具有至少两个彼此垂直地布置的插槽17和18，交叉密封片元件10或密封元件4的密封片11和12被插入到所述插槽中。

此外，磨损保护套16布置为直接邻接于构成相应环区段3的两个环部件8和9，从而使较软的磨损保护套16直接与相应环区段3的或相应环部件8或9的环区段表面19(在此仅仅示例性地标出)作用接触。

在图2和图3中所示的另外的实施例中，部分地示出关于另外的涡轮机(同样未示出)的另外的在此未进一步示出的压缩机的压缩机导轮102的替换的连接装置101，其中，该连接装置101主要包括两个彼此相互作用的环区段103(仅仅示例性地示出)和这次未示出的用于密封被设置在两个环区段103之间的伸缩缝105的密封元件。在这个另外的实施例中，未示出的密封元件被构造为具有两个密封片的交叉密封片元件10(参见图1)。

在这个另外的实施例中，压缩机导轮2也主要由内环106、外环(未示出)和多个保持在内环106和外环上的导向叶片107构成。

内环6进而又由多个同心地围绕压缩机导轮102的旋转轴线(未示出)布置的环区段103组成。就这方面来说，明确的是，压缩机导轮102包括多个连接装置1。

环区段103又分别由两个环部件108和109组成。

根据本发明，连接装置101具有磨损保护装置115，所述磨损保护装置包括至少部分地施加到与密封元件作用接触的环区段表面119(仅仅示例性地标出)上的磨损保护层130。

这个磨损保护层130至少在这个另外的实施例中被构造为比环区段103的材料硬，从而使环区段103被很好地保护免受由密封元件造成的磨损。

为了保持低的制造成本，仅仅以磨损保护层130涂覆所述至少两个彼此相互作用的环区段103的密封元件接收槽131和132的区域中的环区段表面119。

就这方面来说，这个磨损保护层130仅仅处于由环区段103形成的端侧133(仅仅示例性地标出)的区域中。

虽然本发明在细节上通过优选的实施例进行详细地图解和说明，但是本发明不局限于所公开的实施例，而是可以在不脱离本发明的保护范围的情况下由本领技术人员由此推导出其他方案。

Claims (13)

1.一种压缩机的压缩机导轮(2；102)的连接装置(1；101)，所述压缩机导轮装配有多个导向叶片(107)，所述连接装置具有所述压缩机导轮(2；102)的弧形的至少两个环区段(3；103)并且具有用于密封由所述至少两个环区段(3；103)形成的伸缩缝(5；105)的密封元件(4)，

其中，存在磨损保护装置(15；115)，以便减少由于所述密封元件(4)导致的对于彼此相互作用的所述至少两个环区段(3；103)的磨损，

其特征在于，

所述密封元件(11)被构造为刚性的并且与相关的环区段(4)耦合，以使得所述环区段(4)彼此相互作用。

2.根据权利要求1所述的连接装置(1)，其中，所述磨损保护装置(15)包括磨损保护套(16)，所述磨损保护套至少部分地布置在所述密封元件(4)和彼此相互作用的所述至少两个环区段之间。

3.根据权利要求2所述的连接装置(1)，其中，所述磨损保护套(16)具有至少两个彼此垂直地布置的插槽(17，18)，所述密封元件(4，10，11，12)能够插入到所述插槽中。

4.根据权利要求2或3所述的连接装置(1)，其中，所述磨损保护套(16)被布置在彼此相互作用的所述至少两个环区段(3)的至少两个环部件(8，9)之间。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的连接装置(1)，其中，所述磨损保护套(16)被布置为直接邻接于构成所述环区段(3)的两个环部件(8，9)。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的连接装置(1)，其中，所述磨损保护套(16)由比环区段材料更软的材料制造。

7.根据权利要求1所述的连接装置(1；101)，其中，所述磨损保护装置(15；115)包括至少部分地安置在与所述密封元件(4，10，11，12)作用接触的环区段表面(19；119)上的磨损保护层(130)。

8.根据权利要求7所述的连接装置(1；101)，其中，所述磨损保护层(130)被布置在彼此相互作用的所述至少两个环区段(103)的端侧(133)的区域中。

9.根据权利要求7或8所述的连接装置(1；101)，其中，所述磨损保护层(130)被布置在彼此相互作用的所述至少两个环区段(103)的密封元件接收槽(131，132)的环区段表面(119)上。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的连接装置(1；101)，其中，所述磨损保护层(130)比环区段材料更硬。

11.根据权利要求1所述的连接装置(1；101)，其中，所述磨损保护装置包括密封元件，所述密封元件被构造为比彼此相互作用的所述至少两个环区段(3；103)软。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的连接装置(1；101)，其中，所述密封元件(4，10，11，12)包括交叉密封片元件(10)的两个插入到彼此中的密封片(11，12)。

13.一种涡轮机或压缩机，具有至少一个压缩机导轮(2；102)，所述压缩机导轮包括至少两个环区段(3；103)，其中，所述压缩机导轮(2；102)具有根据前述权利要求中任一项所述的连接装置(1；101)。