CN107620640A - 燃气涡轮中的燃烧器与涡轮的对接部上的密封布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气涡轮中的燃烧器与涡轮的对接部上的密封布置。具体而言，一种燃气涡轮单元，包括：‑燃烧器，其具有衬套(4)；‑涡轮，其沿主流气体方向(M)布置在衬套(4)的下游且包括多个第一级导叶(28)；‑转子盖支撑件(6)，其位于导叶(28)的内侧；‑燃烧器与涡轮的对接部(1)处的密封布置；其中，密封布置包括，在转子盖支撑件(6)和衬套(4)的内下游端部之间、或转子盖支撑件(6)和位于衬套(4)的内下游端部处的隔板(5)之间延伸的第一狗骨状密封件(3)。

Description

燃气涡轮中的燃烧器与涡轮的对接部上的密封布置

技术领域

本发明涉及一种燃气涡轮单元，其沿主流气体方向包括至少一个燃烧器和至少一个涡轮。

具体而言，本发明涉及位于燃烧器出口和涡轮入口之间的密封布置。

更具体而言，本发明涉及位于燃气涡轮中的燃烧器与涡轮的对接部的内径上的密封布置。

此外，本发明涉及一种用于安装以上密封布置的方法。

背景技术

在燃气涡轮中，密封件用于在涡轮的静止构件之间(相应在涡轮构件的对接部处)密封。例如，密封件用于密封冷却空气通路，用于在引导叶片排的独立节段之间密封，或用作涡轮的壳和引导叶片排之间的周向密封件，或用于密封燃烧器和涡轮之间的构件对接部。

具体而言，燃烧器出口与高导叶移动组合的周向模式现今对于密封解决方案是挑战。实际上，摇摆导叶移动包括高轴向和径向移动，且燃烧器与涡轮的对接部上的密封必须在所有操作条件期间确保。

根据现有技术，在燃烧器与涡轮的对接部上，具体是在燃烧器出口和第一涡轮导叶之间的内径上，密封布置包括蜂窝密封件。

参照图1，其为根据现有技术的燃气涡轮的燃烧器与涡轮的对接部的示意图。具体而言，图1公开了燃烧器与涡轮的对接部，其中，跟随主气流A，燃气涡轮包括连续的衬套B、具有导叶齿部D的涡轮导叶C、以及转子盖支撑件E。位于该燃烧器与涡轮的对接部的内径I上的密封布置包括位于面向内导叶齿部D的蜂窝密封件F。

以上蜂窝密封布置涉及一些可能的风险，如操作期间的整个密封件损失或密封件脱层，其可导致高泄漏。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种燃气涡轮中的燃烧器与涡轮的对接部上的密封布置，具体是燃烧器出口和第一涡轮导叶之间的内径上的密封布置，其安全，准确，具有简单设计，且适合允许第一导叶处的较高压力。

因此，本发明的目的在于密封燃烧器和第一涡轮导叶之间的对接部，以便还在轴向和径向对接部移动的情况下将泄漏减少到尽可能少。

为了达到上文提到的目的，本发明提供了一种燃气涡轮单元，其包括：

-燃烧器，其具有衬套，

-涡轮，其沿主流气体方向布置在衬套的下游且包括多个第一级导叶；

-转子盖支撑件，其位于导叶的内侧；

-在燃烧器与涡轮的对接部处的密封布置。

根据本发明，密封布置包括，在转子盖支撑件和衬套的内下游端部之间、或转子盖支撑件和位于衬套的内下游端部处的隔板之间延伸的第一狗骨状密封件。

具体而言，以上第一狗骨状密封件可限定为平的狗骨状密封件，因为它包括直的边缘，其中第一边缘封装在转子盖支撑件的凹槽中。在一个实施例中，燃烧器是具有多个罐的罐式燃烧器，其中各个罐与涡轮的对接部设有以上密封布置。

衬套可为连续的衬套。

狗骨状密封件现今良好地用于燃气涡轮，且包括中间件，其在两个相对侧上具有凸起的形式的相应边缘。凸起紧密布置在静止构件中的凹槽中。

有利地，布置在隔板和转子盖支撑件之间的平的狗骨状密封件减少泄漏，且此外补偿例如在强制冷却操作期间生成的沿燃烧器与涡轮的对接部的轴向方向的相对移动。

具体而言，根据本发明，转子盖支撑件的设有凹槽的部分可实现为整体结合在现有的转子盖支撑件中的附加部分。

有利地，本发明的密封布置可安装在现有的再加工转子盖支撑件上。

具体而言，根据本发明的实施例，密封布置还包括在转子盖支撑件和内导叶平台之间延伸的第二狗骨状密封件，其中第二狗骨状密封件包括弯曲形状的边缘。

有利地，该弯曲的狗骨状密封件减少泄漏，且此外补偿例如在冷启动操作期间生成的沿燃烧器与涡轮的对接部的径向方向的相对移动。

具体而言，根据本发明，在燃烧器与涡轮的对接部的内径处，燃气涡轮可设有面向内平台导叶齿部的布置在隔板上的蜂窝密封件，其中蜂窝密封件钎焊成倾斜的。

有利地，不用作实际密封件的以上钎焊成倾斜的蜂窝密封件，与相关的导叶齿部一起避免了热气体摄入，以实现具有限定间隙宽度的迷宫密封。

具体而言，根据本发明，隔板和燃烧器衬套端部可构造成实现近壁冷却通道。

有利地，以上近壁冷却通道避免热气体摄入。

具体而言，根据本发明，狗骨状密封件布置成以分段方式沿360°围绕涡轮轴线。

有利地，分段的狗骨状密封件在替换的情况下改善拆卸各个单个导叶的能力，从而降低了操作成本。

具体而言，根据本发明，密封布置包括沿侧向连接到狗骨状密封件上的侧密封件。

有利地，以上侧密封件允许闭合狗骨到狗骨的间隙。

具体而言，根据本发明，燃气涡轮可设有固定板，其安装在转子盖支撑件上以将弯曲的狗骨内边缘保持就位。

有利地，以上固定板允许两个相邻的弯曲的狗骨的边缘重叠彼此。

具体而言，根据本发明，转子盖支撑件包括位于平的狗骨状密封件内侧的孔。

有利地，以上的孔允许冷却空气供应至导叶内侧的气室。

将理解的是，前面的大体描述和以下详细描述两者都是示例性的，且旨在提供如请求保护的本发明的进一步解释。本发明的其他优点和特征从以下描述、附图和权利要求将显而易见。

认为是新颖的本发明的特征具体在所附权利要求中阐述。

附图说明

在适当参照附图而仔细阅读详细描述之后，本发明的其他利益和优点将变得显而易见。

然而，通过参照连同附图描述了本发明的一些示例性实施例的本发明的以下详细描述，可最佳地理解本发明，在附图中：

图1是根据现有技术的燃气涡轮的燃烧器与涡轮的对接部的示意图；

图2是根据本发明的实施例的燃烧器与涡轮的对接部的密封布置的示意性截面视图；

图3是根据本发明的另一个实施例的燃烧器与涡轮的对接部的密封布置的示意性截面视图；

图4是图3的密封布置的局部透视示意图；

图5是根据本发明的密封布置的一些元件的透视示意图；

图6A是适合用于将根据本发明的密封布置安装在现有的涡轮中的一些元件的局部透视示意图；

图6B和6C分别是适合用于将密封布置安装在当前的涡轮中的图6A的密封布置的元件的前示意图和透视示意图；

图7和图8是根据本发明的密封布置的元件的两个实施例的截面示意图；

图9A至图9F是图3的密封布置的实施例的六个不同设计变型的截面示意图；

图10A至图10D是用于安装根据本发明的密封布置的方法步骤的截面示意图；

图11是根据本发明的另一个实施例的密封布置的示意性透视图；

图12是图11的密封布置的元件的示意性透视图。

具体实施方式

与附图结合，本发明的技术内容和详细描述在下文中根据优选实施例描述，而不用于限制其运行范围。根据所附权利要求进行的任何等同的变型和改型都由本发明请求保护的权利要求覆盖。

现在将参照附图来详细地描述本发明。

参照图1，其为根据现有技术的燃气涡轮单元的燃烧器与涡轮的对接部的示意图。

燃气涡轮单元沿主流气体方向A包括至少一个燃烧器和至少一个涡轮。具体而言，燃烧器与涡轮的对接部由以下限定：

-燃烧器连续的衬套B，

-具有面向燃烧器连续的衬套B的导叶齿部D的导叶C，

-位于转子(未示出)和导叶C之间的转子盖支撑件E，以及

-密封布置F；

根据该现有技术的实施例，位于燃烧器与涡轮的对接部的内径I处的密封布置F包括蜂窝密封件F。

现在参照图2，其为燃气涡轮单元的部分的示意性截面视图。燃气涡轮单元包括燃烧器(其可为罐式燃烧器)、涡轮、以及在燃烧器和涡轮之间的对接部(燃烧器与涡轮的对接部1)处的根据本发明的第一实施例的密封布置1。具体而言，图2示出了燃烧器衬套4的下游端部的内部分和第一涡轮级的定子导叶28的导叶内平台2。

导叶内平台可为沿360°围绕所有导叶的公共涡轮轴线的单个环，或各个导叶可设有相关的平台节段。

主流M限定热气流，其从燃烧器朝第一导叶28流动。

表达"内或内侧"是指燃气涡轮轴线附近的元件或部分。

面向连续的衬套4的内端部，燃气涡轮设有第一涡轮导叶，其在图2中仅示为内部分2。

在转子和导叶内平台2之间，燃气涡轮单元包括构造成实现导叶2和转子盖支撑件6之间的气室10的转子盖支撑件6。

具体而言，气室10由导叶内平台2在外侧闭合，由转子盖支撑件6在内侧和下游闭合，且由平的狗骨状密封件3在上游闭合，密封件3从转子盖支撑件6的前部分延伸至布置在连续的衬套端部4内侧的隔板5。

表达"下游"和"上游"是指主流M方向。

平的狗骨状密封件3包括中部层叠薄部分29(其在图2的实施例中以竖直展开而垂直于转子轴线)、以及两个相对的凸起边缘18、20，其中第一内边缘18联接到转子支撑件6上，且第二外边缘20联接到隔板5上。

具体而言，第一狗骨状密封件3限定为平的狗骨状密封件3，因为边缘18、20是直的。

平的狗骨状密封件3的内边缘18布置在转子盖支撑件6中的凹槽11中，而平的狗骨状密封件3的外端部20布置在隔板5的凹槽21中。

在一个实施例中，燃气涡轮单元可不具有隔板5，且平的狗骨外边缘20可直接可密封地联接到连续的衬套4上。

参照图3和4，其分别是根据本发明的第二实施例的密封布置的示意性截面视图和局部透视示意图。

导叶平台2包括导叶齿部13，其面向隔板5的设有对角蜂窝密封件12的部分。间隙存在于导叶齿部13和对角蜂窝密封件12之间。

壁冷却通道1限定在隔板5和连续的衬套端部4之间。

根据本发明的该第二实施例，除平的狗骨状密封件3之外，燃气涡轮对接部1还包括第二狗骨状密封件7，其在转子盖支撑件6和导叶内平台2的内部分之间延伸。

该第二狗骨状密封件7包括中间薄层叠部分(其在图3的实施例中以竖直展开而垂直于转子轴线)、以及两个相对的凸起边缘19、22。第一内边缘19联接到转子支撑件6上，且第二外边缘22联接到导叶内平台2上。

具体而言，第二狗骨状密封件7是弯曲形状的，因为至少外边缘22是围绕涡轮轴线的弯曲形状的。该外边缘22布置在导叶内平台2的面向气室10的凹槽23中。

弯曲的狗骨内边缘19布置在转子盖支撑件6的台阶部分24处。该台阶部分24由固定板9在上游闭合。

转子盖支撑件6包括孔15，以用于将气室10与衬套4内侧的密封布置上游的容积流体地连接。具体而言，孔15是水平孔，其布置在平的狗骨状密封件3内侧且经过凹槽11，平的狗骨状密封件3的内边缘18位于该处。

平的、或直的、和弯曲的狗骨3、7沿360°围绕燃气涡轮轴线分段，且图4公开了沿侧向布置至两个相邻区段的侧密封件17。

参照图5，其为根据本发明的密封布置的一些元件的透视示意图。

具体而言，图5公开了隔板5、相关的蜂窝密封件12、平的狗骨状密封件3、以及连接两个相邻平的狗骨状密封件3的径向密封件8。

现在参照图6A、6B和6C，其分别是适合用于将根据本发明的密封布置安装在现有的涡轮中的附加元件的局部透视示意图、前示意图、透视后示意图。

如之前描述的那样，平的狗骨状密封件3的内边缘18布置在转子盖支撑件6的凹槽11中，且弯曲的狗骨7的内边缘19布置在转子盖支撑件6的台阶24上。

由于现有的转子盖支撑件可能原来并未设有此以上凹槽11和台阶24，故在本发明的一个实施例中，这些部分可设在附加部分16中，附加部分16在再加工操作期间固定到转子盖支撑件6上。

图6B公开了附加部分16的上游视图，其设有弯曲的狗骨7，狗骨7通过固定板9布置就位且具有相关的侧密封件17。

附加部分16在内侧设有突起部25，其具有用于与设在转子盖支撑件6中的孔27匹配的孔26。

参照图7和8，其为根据本发明的不同实施例的密封布置的元件的截面示意图。

具体而言，图7和8示出了隔板5的细节。

在图7中，隔板5的外部分向上游以蜂窝密封件12终止，且导叶齿部13向外侧面向衬套4。

在图8中，隔板5的外部分还在蜂窝密封件12处继续，且导叶齿部13位于蜂窝密封件12和隔板5之间。

根据图8的实施例，壁冷却通道14延伸直至导叶平台2。

参照图9A至9F，其为图3的密封布置的实施例的六个不同设计变型的截面示意图。

在之前描述的图中，报道了平的狗骨3，其具有带第一"内"边缘18和第二"外"边缘20的竖直展开。

然而，根据本发明，平的狗骨3可在转子盖支撑件6和隔板5之间以不同定向延伸。

图9A公开了实施例，其中平的狗骨3是水平的(或平行于主流M)，且第一边缘变成"上游"边缘18，而第二边缘变成"下游"边缘20。在该实施例中，密封布置不设有蜂窝密封件12。

图9B公开了类似于图9A的实施例，其中导叶平台2不设有导叶齿部13。

图9C公开了类似于图9A的实施例，其中密封布置设有蜂窝密封件12。

图9D公开了类似于图9C的实施例，其中导叶齿部13至少部分地穿透蜂窝密封件12。

图9E公开了类似于图9D的实施例，其中平的狗骨3状密封件是竖直的或正交于主流M(如图2中报道)，以限定内边缘18和外边缘20。

图9F公开了类似于图9D的实施例，其中平的狗骨状密封件3是竖直的、或正交于主流M。如图9A-9F中公开那样，且根据本发明，侧密封件设置成沿周向方向，以便减少泄漏，这是现有技术。

参照图10A至10D，其为安装方法的接着的步骤中的根据本发明的密封布置的截面示意图。

在图10A的开始点处，衬套4与导叶2分开。弯曲的狗骨7由固定板9保持就位。平的狗骨3具有布置在相关的隔板凹槽21中的外边缘20，而内边缘18在转子盖支撑件凹槽11外是自由的。

在该构造中，平的狗骨3可倾斜来将内边缘18设置在适合的位置来进入转子盖支撑件凹槽11。

一旦内边缘18接合转子盖支撑件凹槽11(图10B中公开的构造)，则通过使衬套4沿主流M前移移动，平的狗骨内边缘18在支撑件凹槽11中行进较深，而平的狗骨3开始朝竖直配置倾斜旋转(见图10C)。

在衬套4的前移移动结束时，当导叶齿部13接近蜂窝密封件12时，平的狗骨3在如图10D中公开的正确竖直位置。

如之前描述的那样，根据本发明的实施例的双狗骨布置允许了减少泄漏，且补偿在操作条件期间的对接部的轴向和径向移动两者。

最终，参照图11和12，其为根据本发明的另一个实施例的密封布置的示意性透视图。

如之前描述的那样，具有凹槽11和台阶24的转子盖支撑件部分可设为适合于固定到现有的转子盖支撑件上的附加部分16。

然而，根据本发明，燃气涡轮单元可设有具有以上凹槽11和台阶24的转子盖支撑件6。

图11和12公开了直接生产成具有凹槽11和台阶24的此类改型的转子盖支撑件6的示例。

尽管关于如上文提到的其一个或多个优选实施例论述了本发明，但将理解的是，可进行许多其他可能的改型和变型，而不脱离本发明的范围。因此，可构想出的是，所附一项或多项权利要求将覆盖落入本发明的真正范围内的此类改型和变型。

Claims (15)

1.一种燃气涡轮单元，包括：

-燃烧器，其具有衬套(4)；

-涡轮，其沿主流气体方向(M)布置在所述衬套(4)的下游且包括多个第一级导叶(28)；

-转子盖支撑件(6)，其位于所述导叶(28)的内侧；

-燃烧器与涡轮的对接部(1)处的密封布置，

其特征在于，

所述密封布置包括，在所述转子盖支撑件(6)和所述衬套(4)的内下游端部之间、或所述转子盖支撑件(6)和位于所述衬套(4)的内下游端部处的隔板(5)之间延伸的第一狗骨状密封件(3)。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮单元，其特征在于，所述第一狗骨状密封件(3)包括中心层叠部分(29)以及第一凸起边缘(18)和第二凸起边缘(20)，所述边缘(18,20)是直的。

3.根据权利要求2所述的燃气涡轮单元，其特征在于，平的狗骨状密封件(3)的第一端部(18)封装在所述转子盖支撑件(6)的凹槽(11)中。

4.根据权利要求3所述的燃气涡轮单元，其特征在于，所述转子盖支撑件(6)的设有所述凹槽(11)的一部分实现为附加部分(16)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的燃气涡轮单元，其特征在于，所述密封布置包括在所述转子盖支撑件(6)和导叶内平台(2)之间延伸的第二狗骨状密封件(7)。

6.根据权利要求5所述的燃气涡轮单元，其特征在于，所述第二狗骨状密封件(7)包括中心层叠部分(30)以及第一凸起边缘(19)和第二凸起边缘(22)，至少所述第二边缘(22)是弯曲的。

7.根据前述权利要求中任一项所述的燃气涡轮单元，其特征在于，所述燃气涡轮单元包括布置在隔板(5)部分上的蜂窝密封件(12)，其面向所述燃气涡轮的燃烧器与涡轮的对接部(1)的内径处的内平台导叶齿部(13)。

8.根据权利要求7所述的燃气涡轮单元，其特征在于，所述蜂窝密封件(12)钎焊成倾斜的。

9.根据前述权利要求中任一项所述的燃气涡轮单元，其特征在于，所述隔板(5)和所述燃烧器的连续的衬套端部(4)构造成限定近壁冷却通道(14)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的燃气涡轮单元，其特征在于，所述狗骨状密封件(3,7)设置成以分段方式沿360°围绕所述涡轮轴线。

11.根据权利要求10所述的燃气涡轮单元，其特征在于，所述密封布置包括沿侧向连接到所述狗骨状密封件(3,7)上的侧密封件(8,17)。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的燃气涡轮单元，其特征在于，所述燃气涡轮单元包括固定板(9)，其安装在转子盖支撑件(6)上以将弯曲的狗骨状密封件(7)的第一端部(19)保持就位。

13.根据前述权利要求中各项所述的燃气涡轮，其特征在于，所述转子盖支撑件(6)包括位于所述平的狗骨状密封件(3)内侧的孔(15)。

14.组装根据前述权利要求中各项所述的燃气涡轮的方法，包括以下步骤：

a)在转子盖支撑件(6)上提供凹槽(11)，以用于接收平的狗骨(3)的第一边缘(18)；

b)通过安装在所述转子盖支撑件(6)上的固定板(9)，将弯曲的狗骨(7)在所述转子盖支撑件(6)和内平台导叶(2)之间布置就位；

c)将所述平的狗骨(3)的第二边缘(20)布置在隔板凹槽(21)中；

d)使所述平的狗骨(3)的第一边缘(18)进入所述转子盖支撑件凹槽(11)中；

e)使衬套端部(4)朝导叶(28)移动，从而引起所述平的狗骨(3)朝竖直位置的旋转。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，向所述转子盖支撑件(6)提供凹槽(11)的步骤a)通过提供待固定到所述转子盖支撑件(6)上的具有所述凹槽(11)的附加部分(16)来实现。