CN110761904A - 燃气轮机的冷却系统、冷气腔室密封结构及密封隔板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气轮机的冷却系统、冷气腔室密封结构及密封隔板，利用本发明的一种燃气轮机冷气腔室的密封隔板分隔燃气轮机的密封腔室时，将两块半环形隔板拼接而成的环形密封隔板，两个半环形隔板的拼接端部之间设有密封条可以使得两个半环形隔板的对接缝隙密封，两个半环形隔板外缘的两个第一U形密封条拼成外密封环，两个半环形隔板内缘的两个第二U形密封条拼成内密封环，在密封隔板两侧的气压差的作用下，内密封环的侧面与燃气轮机转子的筒形外壳上的环形密封槽侧面压紧密封配合，外密封环的侧面与二次空气冷却系统的密封筒体上的环形密封槽侧面压紧密封配合。

Description

燃气轮机的冷却系统、冷气腔室密封结构及密封隔板

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机的冷却系统、冷气腔室密封结构及密封隔板。

背景技术

工业燃气轮机主要包括压气机、燃烧室及透平三大部件。空气进入压气机后被压缩成高温高压的空气，供给燃烧室燃料燃烧，产生的高温高压燃气在透平中膨胀做功。提高透平前温度是提高燃气轮机出力与热效率的主要技术措施，发展至今，透平前温度已经达到了1600℃，远远高于金属熔化温度，为了达到这一指标，就必须对燃气轮机高温部件进行冷却，保证其结构强度以及寿命。一般采用外部引气管路或内部流道结构从压气机引气对透平的高温部件进行冷却或密封，这些引气结构设计组成了燃气轮机的二次空气冷却系统。因此，二次空气冷却系统就成为了燃气轮机设计中的关键问题之一。

目前，燃气轮机一般采用多级透平设计，工作温度和压力逐级降低，考虑整机性能，二次空气冷却系统也会相应的采用多级引气设计，即透平前面级引入相对较高的压气机级的压缩空气，而后面级引入相对低的压气机级的压缩空气。多级引起设计，一方面保证透平各级在合理的工作温度环境下稳定、可靠地工作，另一方面可以最大化降低由于引气造成的功损失，从而提高机组出力和效率。

如图1所示，主流的“E”级、“F”级及“小F”级燃气轮机都是在压气机1与透平3间设置不少于两级的外部抽气管路，由压气机进口至出口依次为低压引气管路7和高压引气管路9，部分机组还包括中压引气管路8；每级引气位置周向布置至少1条引气管路，并且管道的尺寸需合理设计，以保证引入适量的压缩空气至透平高压冷气腔室17、中压冷气腔室18和低压冷气腔室19，为对应位置的透平流道4内中间级和后面级结构提供冷却空气及封严。对于透平流道4内前面级叶片，一般则是通过设计在燃烧室2内的引气结构直接从压气机3出口引入冷却空气，如燃压缸腔室16。燃压缸腔室16和冷气腔室17、18、19一般采用设置在透平内缸5和透平外缸6之间的密封隔板10、11、12进行分割，常用的隔板结构通常存在高压腔室流向低压腔室的泄漏流13、14、15，从而导致压缩气体压力损失，降低整机效率；另一方面，隔板结构会影响静叶持环5和透平缸6的装配过程，从而影响透平装配所需的时间和工具以及透平检修拆卸的方便性。

可见，现有技术中燃气轮机透平冷气腔室的隔板结构复杂，密封部可靠且难以装配。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种燃气轮机的冷却系统、冷气腔室密封结构及密封隔板，结构简单、密封可靠。

为实现上述目的，本发明提供一种燃气轮机冷气腔室的密封隔板，采用如下技术方案：一种燃气轮机密封腔室的密封隔板，包括由两个半环形隔板拼接而成的环形密封隔板，两个半环形隔板的拼接端部之间设有密封条，半环形隔板的外缘包覆有第一U形密封条，半环形隔板的内缘包覆有第二U形密封条，第一U形密封条包覆住半环形隔板的外缘及其两侧的部分侧面，第二U形密封条包覆住半环形隔板的内缘及其两侧的部分侧面；两个半环形隔板外缘的两个第一U形密封条拼成外密封环，两个半环形隔板内缘的两个第二U形密封条拼成内密封环。

优选地，其中一个半环形隔板的端部焊接有连接片，连接片与另一个半环形隔板之间通过螺栓连接。

优选地，所述环形密封隔板的外缘两侧设有凹槽，所述第一U形密封条上设有与凹槽配合的凸面。

优选地，所述环形密封隔板的内缘两侧设有凸棱，所述第二U形密封条上设有与凸棱配合的槽面。

与本发明的一种燃气轮机冷气腔室的密封隔板相应地，本发明还提供一种燃气轮机的冷气腔室密封结构，燃气轮机转子的筒形外壳与二次空气冷却系统的密封筒体之间具有多个如上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的燃气轮机密封腔室的密封隔板，相邻的两个密封隔板之间隔成一个冷气腔室，所述密封筒体的内侧面设有多个第一环形密封槽，所述筒形外壳的外侧面设有多个第二环形密封槽，所述密封隔板的外密封环插在第一环形密封槽中，所述密封隔板的内密封环插在第二环形密封槽中，外密封环的侧面与第一环形密封槽的侧面密封配合，内密封环的侧面与第一环形密封槽的侧面密封配合。

优选地，相邻的两个冷气腔室中的气压不同。

优选地，各密封隔板同轴设置。

本发明还提供一种燃气轮机的冷却系统，燃气轮机的透平外侧具有筒形外壳，筒形外壳的外侧同轴地设有二次空气冷却系统的密封筒体，筒形外壳与密封筒体之间由多个如上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的燃气轮机密封腔室的密封隔板分隔有多个冷气腔室，各冷气腔室分别通过管路压气机的不同压力段连通。

如上所述，本发明涉及的一种燃气轮机的冷却系统、冷气腔室密封结构及密封隔板，具有以下有益效果：利用本发明的一种燃气轮机冷气腔室的密封隔板分隔燃气轮机的密封腔室时，将两块半环形隔板拼接而成的环形密封隔板，两个半环形隔板的拼接端部之间设有密封条可以使得两个半环形隔板的对接缝隙密封，两个半环形隔板外缘的两个第一U形密封条拼成外密封环，两个半环形隔板内缘的两个第二U形密封条拼成内密封环，在密封隔板两侧的气压差的作用下，内密封环的侧面与燃气轮机转子的筒形外壳上的环形密封槽侧面压紧密封配合，外密封环的侧面与二次空气冷却系统的密封筒体上的环形密封槽侧面压紧密封配合。由此可见，本发明的一种燃气轮机冷气腔室的密封隔板结构简单，密封可靠。

本发明的一种燃气轮机的冷气腔室密封结构和冷却系统包含本发明的一种燃气轮机冷气腔室的密封隔板，当然也具有上述有益效果，此处不再赘述。

附图说明

图1显示为燃气轮机透平的二次空气冷却系统的结构示意图。

图2显示为密封隔板的主视图。

图3显示为图2中A-A处的剖面示意图。

图4显示为图2中B-B处的剖面示意图。

图5显示为图2中C-C处的剖面示意图。

图6显示为第一U形密封条包覆在半环形隔板外缘的结构示意图。

图7显示为密封隔板与第一环形密封槽、第二环形密封槽连接的结构示意图。

元件标号说明

1：压气机

2：燃烧室

3：透平

4：透平流道

5：透平内缸

6：透平外缸

7：低压引气管路

8：中压引气管

9：高压引气管

10、11、12密封隔板

10a、10b、11a、11b、12a、12b:半环形隔板

13、14、15泄漏流

16：燃压缸腔室

17：高压冷气腔室

18：中压冷气腔室

19：低压冷气腔室

20：连接片

21：螺栓

22：密封条

23：第一U形密封条

24：第二U形密封条

25：第一环形密封槽

26：第二环形密封槽

27：凹槽

28：凸面

29：凸棱

30：槽面

31：内密封环

32：外密封环

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图2至图7所示，本发明提供一种燃气轮机密封腔室的密封隔板(图1和图3中的密封隔板10、11、12)，包括由两个半环形隔板(图2中的半环形隔板10a、10b、11a、11b、12a、12b)拼接而成的环形密封隔板(图1和图3中的密封隔板10、11、12)，两个半环形隔板的拼接端部之间设有密封条22，半环形隔板的外缘包覆有第一U形密封条23，半环形隔板的内缘包覆有第二U形密封条24，第一U形密封条23包覆住半环形隔板的外缘及其两侧的部分侧面，第二U形密封条24包覆住半环形隔板的内缘及其两侧的部分侧面；两个半环形隔板外缘的两个第一U形密封条23拼成外密封环32，两个半环形隔板内缘的两个第二U形密封条24拼成内密封环31。

利用本发明的一种燃气轮机冷气腔室的密封隔板分隔燃气轮机的密封腔室时，将两块半环形隔板拼接而成的环形密封隔板，两个半环形隔板的拼接端部之间设有密封条22可以使得两个半环形隔板的对接缝隙密封，两个半环形隔板外缘的两个第一U形密封条23拼成外密封环32，两个半环形隔板内缘的两个第二U形密封条24拼成内密封环31，在密封隔板两侧的气压差的作用下，内密封环31的侧面与燃气轮机转子的筒形外壳上的环形密封槽侧面压紧密封配合，外密封环32的侧面与二次空气冷却系统的密封筒体上的环形密封槽侧面压紧密封配合。由此可见，本发明的一种燃气轮机冷气腔室的密封隔板结构简单，密封可靠。

本发明的一种燃气轮机冷气腔室的密封隔板用于分隔燃气轮机的密封腔室，对透平3多级冷气腔室(冷气腔室为图1中高压冷气腔室17、中压冷气腔室18或低压冷气腔室19)进行隔离，有效减小密封隔板与缸体间的环形装配间隙及密封隔板间配合间隙的泄漏，并且结构简单可靠，便于透平3内、外的装配和拆卸。密封隔板结构为圆环形结构，内、外缘分别设计有环状装配段结构，装配段结构通过给出的控制参数可以准确控制装配段的密封薄膜厚度及所需最小密封接触面尺寸，隔板结构通过安装段在透平3内、外缸上的密封槽内，将内外缸空间分隔出多个环形腔室结构；密封隔板结构分为两个半环形隔板，半环形隔板间通过安装在低压侧环面的连接片20及螺栓21连接，在两个半环形隔板配合结合面上设计有密封条22安装槽，装配时密封条22放置在安装槽内，通过连接片20螺栓21施加预紧力，从而两个半环形隔板间隙处形成有效的静密封结构。

为了使得两个半环形隔板连接可靠，如图2和图4所示，其中一个半环形隔板的端部焊接有连接片20，连接片20与另一个半环形隔板之间通过螺栓21连接。这样使得两个半环形隔板之间的密封条22被压紧而起到密封配合的作用。

为了使得第一U形密封条23能够紧密牢固地连接在环形密封隔板的外缘上，如图6所示，所述环形密封隔板的外缘两侧设有凹槽27，所述第一U形密封条23上设有与凹槽27配合的凸面28。两个环隔板上的第一U形密封条23均呈半圆形，两个第一U形密封条23拼接成外密封环32。如图3所示，所述环形密封隔板的内缘两侧设有凸棱29，所述第二U形密封条24上设有与凸棱29配合的槽面30。这样，两个第二U形密封条24能够与环形密封隔板的内缘紧密牢固地连接，两个第二U形密封条24拼接成内密封环31。

本发明的一种燃气轮机冷气腔室的密封隔板，可有效减小密封隔板与缸体间的环形装配间隙及密封隔板间配合间隙这两部分的泄漏，并且结构简单可靠，便于在主流机组中应用，装配和拆卸简捷方便。通过密封隔板内、外缘安装段结构尺寸的控制参数，一方面可精确控制有效密封胶膜密封段尺寸，从而有效保证密封隔板与缸体间装配间隙的密封性能，另一方面控制参数保证密封胶膜外壁面与隔板壁面同面，便于控制密封薄膜厚度；密封隔板采用半环结构设计，结构形式简单、重量轻，无需改变现有主流机组透平3内、外缸的主体结构和装配工艺即可应用，且装配工艺简捷方便。

与本发明的一种燃气轮机冷气腔室的密封隔板相应地，本发明还提供一种燃气轮机的冷气腔室密封结构，利用本发明的一种燃气轮机密封腔室的密封隔板替代图1中的密封隔板，请参考图1，燃气轮机转子的筒形外壳(筒形外壳即透平内缸5)与二次空气冷却系统的密封筒体(密封筒体即透平外缸6)之间具有多个如上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的燃气轮机密封腔室的密封隔板，相邻的两个密封隔板之间隔成一个冷气腔室，所述密封筒体的内侧面设有多个第一环形密封槽25，所述筒形外壳的外侧面设有多个第二环形密封槽26，所述密封隔板的外密封环32插在第一环形密封槽25中，所述密封隔板的内密封环31插在第二环形密封槽26中，外密封环32的侧面与第一环形密封槽25的侧面密封配合，内密封环31的侧面与第一环形密封槽25的侧面密封配合。

由于不同的冷气腔室与压气机1的不同压力段相连通，因此，相邻的两个冷气腔室中的气压不同，这样就能使得环形密封隔板上的外密封环32、内密封环31的侧面分别与第一环形密封槽25的侧面、第二环形密封槽26密封配合。各密封隔板设置在燃气轮机转子的外侧，各密封隔板同轴设置。

请参考图1，利用本发明的一种燃气轮机密封腔室的密封隔板替代图1中的密封隔板，本发明还提供一种燃气轮机的冷却系统，燃气轮机的透平3外侧具有筒形外壳，筒形外壳的外侧同轴地设有二次空气冷却系统的密封筒体，筒形外壳与密封筒体之间由多个如上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的燃气轮机密封腔室的密封隔板分隔有多个冷气腔室，各冷气腔室分别通过管路压气机1的不同压力段连通。

本发明的一种燃气轮机密封腔室的密封隔板，用于在燃气轮机透平内缸5和外缸之间分隔出多个环形的冷气腔室结构，冷气腔室内分别引入压气机1不同位置的压缩冷却空气，分别用于透平3通流内不同级的叶片及高温部件结构的冷却和密封。本发明的一种燃气轮机密封腔室的密封隔板为圆环形结构，分为上、下两个半环形隔板。密封隔板结构内、外缘分别设计有环状装配段结构，装配段结构通过控制尺寸参数可以准确控制装配段的密封薄膜厚度,从而确保装配段安装在密封槽内后，在隔板两侧腔室内压缩气体压差作用下，低压侧装配段的密封薄膜与配合面形成有效的静密封结构，并且通过对内外缸体隔板安装槽结构的设计，允许内、外缸有一定的变形差。

由以上发明实施方式可以看出，本发明的一种燃气轮机密封腔室的密封隔板，可有效减小隔板与缸体间的环形装配间隙及隔板间配合间隙这两部分的泄漏，提升机组性能，并且结构简单可靠，便于在主流机组中应用，装配和拆卸简捷方便。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种燃气轮机密封腔室的密封隔板，其特征是，包括由两个半环形隔板拼接而成的环形密封隔板，两个半环形隔板的拼接端部之间设有密封条，半环形隔板的外缘包覆有第一U形密封条，半环形隔板的内缘包覆有第二U形密封条，第一U形密封条包覆住半环形隔板的外缘及其两侧的部分侧面，第二U形密封条包覆住半环形隔板的内缘及其两侧的部分侧面；两个半环形隔板外缘的两个第一U形密封条拼成外密封环，两个半环形隔板内缘的两个第二U形密封条拼成内密封环。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机密封腔室的密封隔板，其特征在于：其中一个半环形隔板的端部焊接有连接片，连接片与另一个半环形隔板之间通过螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机密封腔室的密封隔板，其特征在于：所述环形密封隔板的外缘两侧设有凹槽，所述第一U形密封条上设有与凹槽配合的凸面。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机密封腔室的密封隔板，其特征在于：所述环形密封隔板的内缘两侧设有凸棱，所述第二U形密封条上设有与凸棱配合的槽面。

5.一种燃气轮机的冷气腔室密封结构，燃气轮机转子的筒形外壳与二次空气冷却系统的密封筒体之间具有多个如权利要求1所述的燃气轮机密封腔室的密封隔板，相邻的两个密封隔板之间隔成一个冷气腔室，其特征在于：所述密封筒体的内侧面设有多个第一环形密封槽，所述筒形外壳的外侧面设有多个第二环形密封槽，所述密封隔板的外密封环插在第一环形密封槽中，所述密封隔板的内密封环插在第二环形密封槽中，外密封环的侧面与第一环形密封槽的侧面密封配合，内密封环的侧面与第一环形密封槽的侧面密封配合。

6.根据权利要求5所述的燃气轮机的冷气腔室密封结构，其特征在于：相邻的两个冷气腔室中的气压不同。

7.根据权利要求5所述的燃气轮机的冷气腔室密封结构，其特征在于：各密封隔板同轴设置。

8.一种燃气轮机的冷却系统，其特征在于：燃气轮机的透平外侧具有筒形外壳，筒形外壳的外侧同轴地设有二次空气冷却系统的密封筒体，筒形外壳与密封筒体之间由多个如权利要求1所述的燃气轮机密封腔室的密封隔板分隔有多个冷气腔室，各冷气腔室分别通过管路压气机的不同压力段连通。

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