CN113027539B - 燃气轮机和用于燃气轮机的旋转阻尼密封 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转阻尼密封和燃气轮机，旋转阻尼密封包括本体，所述本体具有轴向通孔，所述轴向通孔的孔壁上设有多个周向环形槽，多个所述周向环形槽沿所述本体的轴向间隔布置，多个所述周向环形槽中的至少一部分内设有至少一个密封块，所述密封块的内侧面上分布有多个孔。本发明的旋转阻尼密封能够降低旋转密封处的总温升，增强冷却效果，保证了燃气轮机的透平平稳运行并延长了透平使用寿命。

Description

燃气轮机和用于燃气轮机的旋转阻尼密封

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体地，涉及一种用于燃气轮机的旋转阻尼密封和具有该旋转阻尼密封的燃气轮机。

背景技术

透平是燃气轮机的主要部件之一，用于将燃气工质的热能转化为机械能。为了提高燃气轮机效率、降低泄漏、抑制振动，燃气轮机的透平的转子和静子之间通常安装蜂窝密封。但是，蜂窝密封会产生“鼓风加热效应”，致使蜂窝密封处的温度较高，不利于透平的平稳运行。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明实施例提出一种用于燃气轮机的旋转阻尼密封，该旋转阻尼密封能够降低旋转密封处的总温升，增强冷却效果，保证了燃气轮机的透平平稳运行并延长了透平使用寿命。

本发明实施例还提出一种具有上述旋转阻尼密封的燃气轮机。

根据本发明实施例的用于燃气轮机的旋转阻尼密封包括本体，所述本体具有轴向通孔，所述轴向通孔的孔壁上设有多个周向环形槽，多个所述周向环形槽沿所述本体的轴向间隔布置，多个所述周向环形槽中的至少一部分内设有至少一个密封块，所述密封块的内侧面上分布有多个孔。

根据本发明实施例的用于燃气轮机的旋转阻尼密封，旋转阻尼密封能够降低旋转密封处的总温升，增强冷却效果，保证了燃气轮机的透平平稳运行并延长了透平使用寿命。

在一些实施例中，所述孔密集分布在所述密封块的整个内侧面上。

在一些实施例中，所述密封块的内侧面与相邻周向环形槽之间的隔离壁的内侧面平齐。

在一些实施例中，所述密封块与所述本体一体形成。

在一些实施例中，所述本体的横截面为圆环状。

在一些实施例中，所述周向环形槽包括第一周向环形槽和第二周向环形槽，所述第一周向环形槽和所述第二周向环形槽沿所述本体的轴向交替布置，所述密封块仅设在所述第二周向环形槽内。

在一些实施例中，每个所述第二周向环形槽内设有多个所述密封块，每个所述第二周向环形槽内的多个所述密封块沿所述周向环形槽的周向间隔分布。

在一些实施例中，每个所述第二周向环形槽内的多个密封块均匀间隔分布且相邻密封块之间的间隔槽所对应的圆心角与所述密封块对应的圆心角相等。

在一些实施例中，多个所述周向环形槽内的密封块沿所述本体的轴向彼此一一对齐以形成沿所述本体的轴向延伸的多排密封块，多排所述密封块在所述周向环形槽的周向上彼此均匀间隔分布。

在一些实施例中，所述第一周向环形槽的槽口宽度小于所述第二周向环形槽的槽口宽度。

在一些实施例中，所述密封块的内侧面上的孔布置成多排和多列，每一排所述孔包括沿所述周向环形槽的周向均匀间隔布置的多个，每一列所述孔包括沿所述本体的轴向均匀间隔布置的多个。

在一些实施例中，所述孔为圆形孔、三角形孔、四边形孔、六边形孔中的至少一种。

根据本发明实施例的燃气轮机包括旋转阻尼密封，所述旋转阻尼密封为上述任一实施例的所述用于燃气轮机的旋转阻尼密封。

在一些实施例中，所述燃气轮机还包括转轴、透平静叶密封环和安装在所述转轴上的透平级间轮盘，所述透平静叶密封环套在所述透平级间轮盘外面且彼此间隔开，所述旋转阻尼密封安装在所述透平静叶密封环内且与所述透平级间轮盘间隔开。

在一些实施例中，所述透平级间轮盘的外周面上设有与所述旋转阻尼密封的轴向通孔的内周面相对的多个蓖齿，所述蓖齿沿所述轴向通孔的周向延伸，多个所述蓖齿沿所述轴向通孔的轴向彼此间隔布置。

附图说明

图1是根据本发明实施例的旋转阻尼密封的半剖视示意图。

图2是图1中密封块的示意图。

图3是图2中密封块上孔的示意图一。

图4是图2中密封块上孔的示意图二。

图5是图2中密封块上孔的示意图三。

图6是图2中密封块上孔的示意图四。

图7是根据本发明实施例的燃气轮机中旋转阻尼密封的装配示意图。

图8是图7中旋转阻尼密封和蓖齿示意图。

附图标记：

本体100；

轴向通孔1；

周向环形槽2；第一周向环形槽21；第二周向环形槽22；

密封块3；

孔4；

隔离壁5；

间隔槽6；

转轴7；

透平级间轮盘8；蓖齿81；

旋转阻尼密封9；

透平静叶密封环10。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，根据本发明实施例的用于燃气轮机的旋转阻尼密封9包括本体100，本体100具有轴向通孔1，轴向通孔1的孔壁上设有多个周向环形槽2，多个周向环形槽2沿本体100的轴向间隔布置，多个周向环形槽2中的至少一部分内设有至少一个密封块3，密封块3的内侧面上分布有多个孔4。

具体地，旋转阻尼密封9的本体100为管状，本体100内设有轴向通孔1，如图1所示，轴向通孔1沿着本体100的轴向(前后方向)延伸并贯穿本体100。轴向通孔1的内孔周壁上设有多个周向环形槽2，周向环形槽2为一圈沿着本体100的周向延伸的封闭环槽。多个周向环形槽2沿着本体100的轴向间隔布置。

一部分周向环形槽2内设有密封块3，如图1所示，同一周向环形槽2内可以设有多个密封块3，多个密封块3沿着周向环形槽2的周向方向间隔排布每个密封块3的前后两侧均与周向环形槽2的两侧内槽壁密封贴合。

每个密封块3均具有朝向周向通孔的内侧面，每个密封块3的内侧面上均设有多个孔4，这些孔4均布在密封块3的内侧面上。需要说明的是，密封块3上的孔4均为盲孔，即密封块3上的孔4不与本体100的外周面贯通。

根据本发明实施例的用于燃气轮机的旋转阻尼密封9，使用时，将旋转阻尼密封9安装在燃气轮机的透平内并替代原有的蜂窝密封。密封块3上的孔4在透平工作时会产生涡流并对泄露至轴向通孔1内的气流产生阻碍作用，实现气封效果。

相关技术中，透平在运行过程中，泄露气体会流入透平转子和蜂窝密封之间，在剪切应力的作用下，透平转子的转子面和蜂窝密封的蜂窝芯格均会对泄露气体做功，从而使得泄露气体的总温升高，导致“鼓风加热效应”增大并产生大量的热量。

本发明实施例的旋转阻尼密封9由于设有周向环形槽2，且仅部分周向环形槽2内设有密封块3，由此，使得旋转阻尼密封9和泄露气体的有效接触面积较小，大大减少了旋转阻尼密封9对泄露气体的剪切力做功，进而避免了“鼓风加热效应”，降低了旋转阻尼密封9处的总温升，还避免了热量积聚，延长了透平的使用寿命。

周向环形槽2的设置还能够增大透平转子和旋转阻尼密封9之间的空间，使得泄露气体能够存储在周向环形槽2内，进而避免了透平转子和旋转阻尼密封9之间空间狭小使得泄露气体流速较快而造成的“鼓风加热效应”，进一步降低了总温升。

另外，密封块3具有阻隔效果，能够抑制泄露气体在对应周向环形槽2内的周向流动，从而可以避免了泄露气体与转子同步转动而容易产生同步振动和亚同步振动的情况，有利于保证透平的平稳运行。

在没有设置密封块3的周向环形槽2内，泄露气流可以沿着周向环形槽2流动并产生风墙效果，从而可以进一步增强气封性能。

在一些实施例中，孔4密集分布在密封块3的整个内侧面上，密封块3的内侧面上的孔4布置成多排和多列，每一排孔4包括沿周向环形槽2的周向均匀间隔布置的多个，每一列孔4包括沿本体100的轴向均匀间隔布置的多个。

具体地，如图1和图2所示，密封块3的内侧面为矩形曲面，密封块3的内侧面上均匀分布有许多孔4，这些孔4包括多排和多列，每一排的孔4均沿着周向环形槽2的周向方向间隔排布，每一列的孔4均沿着本体100的轴向(前后方向)间隔排布。孔4的均匀排布既有利于保证旋转阻尼密封9各处气封的均衡性，也有利于旋转阻尼密封9运行的稳定性。

可以理解的是，在其他一些实施例中，密封块3上的孔4也可以为同心圆式排列、环形排列等。

在一些实施例中，密封块3的内侧面与相邻周向环形槽2之间的隔离壁5的内侧面平齐。如图1所示，本体100内设有多个隔离壁5，隔离壁5为圆环型，周向环形槽2由隔离壁5分隔形成，隔离壁5的内侧面(朝向轴向通孔1的侧面)和密封块3的内侧面(朝向轴向通孔1的侧面)大体位于同一曲面内，由此，当旋转阻尼密封9安装在透平内后，透平转子和隔离壁5的内侧面的间距与透平转子和密封块3的内侧面的间距能够保持相同，从而方便了透平转子和旋转阻尼密封9之间装配间隙的布置。

在一些实施例中，密封块3与本体100一体形成。密封块3可以采用浇铸的方式与本体100一体成型，在其他一些实施例中，密封块3也可以焊接的方式与本体100连接固定。

在一些实施例中，本体100的横截面为圆环状。如图1所示，本体100为圆柱形，设在本体100内的轴向通孔1为圆孔，由此，当旋转阻尼密封9安装在透平内后，旋转阻尼密封9的内周面和转子之间在各处均具有相等的间距，使得透平转子旋转过程中旋转阻尼密封9在各处具有均衡的气封性能。

在一些实施例中，周向环形槽2包括第一周向环形槽21和第二周向环形槽22，第一周向环形槽21和第二周向环形槽22沿本体100的轴向交替布置，密封块3仅设在第二周向环形槽22内。

如图1所示，多个周向环形槽2可以分为第一周向环形槽21和第二周向环形槽22，多个第一周向环形槽21和多个第二周向环形槽22沿着本体100的轴向(前后方向)一一间隔交替排布，密封块3则仅设置在第二周向环形槽22内。由此，第一周向环槽和第二周向环槽的均衡交替布置，有利于保证旋转阻尼密封9各处具有一致的气封效果，进一步保证了运行的稳定性。

可以理解的是，在其他一些实施例中，第一周向环形槽21和第二周向环形槽22也可以无序排布，例如，任意相邻两个第一周向环形槽21之间的第二周向环形槽22可以为零以上的任意数值，不同的相邻两个第一周向环形槽21之间的第二周向环形槽22的数量也可以不相同。

在一些实施例中，每个第二周向环形槽22内设有多个密封块3，每个第二周向环形槽22内的多个密封块3沿周向环形槽2的周向间隔分布。

如图1所示，每个第二周向环槽内均设有两个以上的密封块3，这些密封块3沿着第二周向环形槽22的周向方向等间隔排布。由此，可以进一步保证气封的各项同性并保证旋转阻尼密封9运行的稳定性。

在一些实施例中，每个第二周向环形槽22内的多个密封块3均匀间隔分布且相邻密封块3之间的间隔槽6所对应的圆心角与密封块3对应的圆心角相等。

如图2所示，每个密封块3均为扇形结构，在同一第二周向环形槽22内，任意相邻两个密封块3之间均形成间隔槽6，间隔槽6整体也为扇形结构，且间隔槽6的形状与密封块3的形状相同，由此，间隔槽6所对应的圆心角和密封块3所对应的圆心角相同。这样能够进一步保证气封的各项同性并保证旋转阻尼密封9运行的稳定性。

在一些实施例中，多个周向环形槽2内的密封块3沿本体100的轴向彼此一一对齐以形成沿本体100的轴向延伸的多排密封块3，多排密封块3在周向环形槽2的周向上彼此均匀间隔分布。

如图1所示，多个密封块3包括多排和多列，每一排密封块3均包括多个沿着本体100的轴向(前后方向)间隔排布的多个密封块3，每一列密封块3均包括多个沿着轴向通孔1的周向间隔排布的多个密封块3。由此，能够进一步保证旋转阻尼密封9的各项同性。

在一些实施例中，第一周向环形槽21的槽口宽度小于第二周向环形槽22的槽口宽度。如图1所示，第一周向环形槽21的槽口宽度即为第一周向环形槽21在前后方向的宽度尺寸，第二周向环形的槽口宽度即为第二周向环形槽22在前后方向的宽度尺寸。第一周向环形槽21的槽口宽度小于第二周向环形槽22的槽口宽度，由此，使得第二周向环形槽22的容积大于第一周向环形槽21的容积，从而方便了第二周向环形槽22内密封块3的布置。

在一些实施例中，孔4为圆形孔、三角形孔、四边形孔、六边形孔中的至少一种。具体地，密封块3上的孔4可以为圆形孔，如图3所示；也可以为三角形孔，如图4所示；也可以为四边形孔，如图5所示；也可以为六边形孔，如图6所示。当然，也可以为星型孔、椭圆孔、异形孔等。

下面描述根据本发明实施例的燃气轮机。

根据本发明实施例的燃气轮机包括透平机和旋转阻尼密封9，旋转阻尼密封9可以为上述实施例中描述的旋转阻尼密封9。透平机包括转轴7、透平静叶密封环10和透平级间轮盘8，如图7所示，透平级间轮盘8安装在转轴7上，透平级间轮盘8和转轴7形成透平机的转子部件，透平级间轮盘8和转轴7可以同步转动。

透平静叶密封环10套设在透平级间轮盘8的外周侧，且透平静叶密封环10与透平级间轮盘8间隔设定环形间距。旋转阻尼密封9安装固定在透平静叶密封环10的内周面上，例如，旋转阻尼密封9的外周面可以焊接固定在透平静叶密封环10的内周面上，旋转阻尼密封9的轴向通孔1的内周面与透平级间轮盘8间隔设定环形间距。透平静叶密封环10和旋转阻尼密封9形成透平机的静子部件。

燃气轮机运行时，透平级间轮盘8和转轴7同步转动，当气流从旋转阻尼密封9的轴向通孔1流入时，旋转阻尼密封9会与气流作用并产生气封的效果。另外，旋转阻尼密封9还能够降低旋转密封处的总温升，增强冷却效果，保证了燃气轮机的透平平稳运行并延长了透平使用寿命。

在一些实施例中，透平级间轮盘8的外周面上设有与旋转阻尼密封9的轴向通孔1的内周面相对的多个蓖齿81，蓖齿81沿轴向通孔1的周向延伸，多个蓖齿81沿轴向通孔1的轴向彼此间隔布置。

如图8所示，透平级间轮盘8的外周面上设有多个蓖齿81，蓖齿81为沿着透平级间轮盘8的周向延伸的一圈封闭的凸起。多个蓖齿81沿着透平级间轮盘8的轴向等间隔排布。燃气轮机运行时，蓖齿81能够与旋转阻尼密封9配合，起到增强气封的作用，进一步避免了冷却气流流入透平的主流道，保证了燃气轮机的稳定运行。

优选地，蓖齿81的横截面为三角形。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (14)

1.一种用于燃气轮机的旋转阻尼密封，其特征在于，包括本体，所述本体具有轴向通孔，所述轴向通孔的孔壁上设有多个周向环形槽，多个所述周向环形槽沿所述本体的轴向间隔布置，多个所述周向环形槽中的至少一部分内设有至少一个密封块，所述密封块的内侧面上分布有多个孔；

所述周向环形槽包括第一周向环形槽和第二周向环形槽，所述第一周向环形槽和所述第二周向环形槽沿所述本体的轴向交替布置，所述密封块仅设在所述第二周向环形槽内。

2.根据权利要求1所述的用于燃气轮机的旋转阻尼密封，其特征在于，所述孔密集分布在所述密封块的整个内侧面上。

3.根据权利要求1所述的用于燃气轮机的旋转阻尼密封，其特征在于，所述密封块的内侧面与相邻周向环形槽之间的隔离壁的内侧面平齐。

4.根据权利要求1所述的用于燃气轮机的旋转阻尼密封，其特征在于，所述密封块与所述本体一体形成。

5.根据权利要求1所述的用于燃气轮机的旋转阻尼密封，其特征在于，所述本体的横截面为圆环状。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于燃气轮机的旋转阻尼密封，其特征在于，每个所述第二周向环形槽内设有多个所述密封块，每个所述第二周向环形槽内的多个所述密封块沿所述周向环形槽的周向间隔分布。

7.根据权利要求6所述的用于燃气轮机的旋转阻尼密封，其特征在于，每个所述第二周向环形槽内的多个密封块均匀间隔分布且相邻密封块之间的间隔槽所对应的圆心角与所述密封块对应的圆心角相等。

8.根据权利要求7所述的用于燃气轮机的旋转阻尼密封，其特征在于，多个所述周向环形槽内的密封块沿所述本体的轴向彼此一一对齐以形成沿所述本体的轴向延伸的多排密封块，多排所述密封块在所述周向环形槽的周向上彼此均匀间隔分布。

9.根据权利要求1所述的用于燃气轮机的旋转阻尼密封，其特征在于，所述第一周向环形槽的槽口宽度小于所述第二周向环形槽的槽口宽度。

10.根据权利要求1所述的用于燃气轮机的旋转阻尼密封，其特征在于，所述密封块的内侧面上的孔布置成多排和多列，每一排所述孔包括沿所述周向环形槽的周向均匀间隔布置的多个，每一列所述孔包括沿所述本体的轴向均匀间隔布置的多个。

11.根据权利要求1所述的用于燃气轮机的旋转阻尼密封，其特征在于，所述孔为圆形孔、三角形孔、四边形孔、六边形孔中的至少一种。

12.一种燃气轮机，其特征在于，包括旋转阻尼密封，所述旋转阻尼密封为根据权利要求1-11中任一项所述用于燃气轮机的旋转阻尼密封。

13.根据权利要求12所述的燃气轮机，其特征在于，所述燃气轮机还包括转轴、透平静叶密封环和安装在所述转轴上的透平级间轮盘，所述透平静叶密封环套在所述透平级间轮盘外面且彼此间隔开，所述旋转阻尼密封安装在所述透平静叶密封环内且与所述透平级间轮盘间隔开。

14.根据权利要求13所述的燃气轮机，其特征在于，所述透平级间轮盘的外周面上设有与所述旋转阻尼密封的轴向通孔的内周面相对的多个蓖齿，所述蓖齿沿所述轴向通孔的周向延伸，多个所述蓖齿沿所述轴向通孔的轴向彼此间隔布置。

Images