CN113503362B - 用于转子的密封环和具有这种密封环的转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在燃气轮机的转子中使用的密封环(01)，其中在密封环的一侧上借助于大致径向定向的贴靠面(21)并且在另一侧上借助相对于转子轴线倾斜定向的支撑面(24)进行密封。密封环分段式地构成并且具有至少一个环区段，所述环区段具有环绕的环部段。在分离部位处，按压部段(11)和三角部段(13)沿着分离面(21)重叠。在此，分离面(27)与贴靠面(21)相交并且能够实现不仅借助按压部段(11)而且借助三角部段(13)的密封。为了也能够实现在支撑面(24)处借助按压部段(11)和三角部段(13)的密封，将三角部段(13)减小到环部段(07)的横截面面积的最大0.3倍。

Description

用于转子的密封环和具有这种密封环的转子

技术领域

本发明涉及一种用于在转子中、尤其在燃气轮机中使用的两件式的或多件式的密封环，其中密封环的端部重叠，以便因此降低通过形成的间隙的泄漏。在此提出，密封环借助于离心力引起相对于其他转子构件的密封。在此处当前的类型中，密封环的横截面相对于其直径是非常小的。

背景技术

从现有技术中已知密封环，所述密封环具有两个彼此成角度地设置的密封面，所述密封面在转子旋转时借助于离心力引起间隙的密封。在此，两个密封面中的一个密封面在间隙的一侧上贴靠在转子构件上并且另一密封面在间隙的另一侧上贴靠在另一转子构件上。

由于密封环的多件式的实施方案，各个密封环区段的端部重叠，使得没有新的间隙在密封环区段之间敞开。由于相对小的横截面，原则上在部段重叠的情况下存在密封环在平均半径上的一半分度，使得两个上下相叠的部段具有足够的强度。

然而，已知的实施方式中的缺点是，在重叠时保留——虽然非常小的——但是不完全密封的缝隙。尤其已知的实施方式引起两个部段中的一个部段仅分段地包括两个密封面中的一个密封面，然而不具有在另一密封面处的密封。

发明内容

因此，本发明的目的是，借助于密封环进一步地改进密封。

所提出的目的通过根据本发明的实施方式来实现。根据本发明的具有对应的密封环的转子在下文中给出。有利的实施方式是下文的主题。

这类密封环首先一次性地用于在转子中使用，用于密封在不同的转子构件之间的环绕的间隙。在此为何种类型的转子是不重要的，其中适合于尤其在燃气轮机中的使用。在此，密封环或转子限定转子轴线。

在此，密封环具有大致径向地并且沿环周方向延伸的贴靠面。这在如下情况下视作为适当的，即当在贴靠面和径向方向之间的角度最大为15°。在此，贴靠面在朝向转子轴线的侧上通过内部的贴靠边缘并且在朝向径向外部的侧上由外部的贴靠边缘限界。

此外，密封环具有相对于转子轴线倾斜定向的支撑面。在此提出，在支撑面和转子轴线之间的角度为至少15°，然而最大为45°。在此，支撑面朝向转子轴线的方向观察在一侧上由前部的支撑边缘并且在相对置的侧上由后部的支撑边缘限界。在此，前部的支撑边缘处于朝向贴靠面的侧上，而相对置地后部的支撑边缘在背离贴靠面的侧上处于密封环上。

沿环周方向，密封环包括至少一个环部段，所述环部段具有基本上恒定的横截面。此外，密封环具有按压部段以及三角部段。在此，按压部段一件式地沿环周方向连接于环部段的第一部段端部。相对置地，三角部段在第二部段端部处一件式地与环部段连接，其中这可以为与之前相同的环部段或者为另一环部段。因此出现分离部位。在此提出，在至少一个分离部位处，按压部段沿环周方向与三角部段重叠从而形成重叠区域。

在此，在按压部段的自由端部和第二部段端部之间以及此外在三角部段的自由端部和第一部段端部之间留有间隙。间隙在此是必需的，以便允许公差补偿以及转子构件和密封环的不同的热膨胀。在此，间隙可以在结构上设有相同的尺寸。

在三角部段和按压部段之间的分离在此形成分离面。分离面在此沿轴向方向观察一方面通过下部的分离面边缘并且相对置地由上部的分离面边缘限界。在此，下部的分离面边缘这样位于贴靠面的中心和贴靠面的内部的贴靠边缘之间。对应地，不仅三角部段而且按压部段局部地具有贴靠面。只要确保，不仅三角部段而且按压部段可靠地借助贴靠面贴靠在相邻的转子构件上，那么基本上确保在该部位的密封性。

由于支撑面接近柱面的定向，借助在现有技术中的两个重叠的部段之间借助基本上实现为柱面的部段的分离面的常见的对半划分排除：朝向转子轴线的部段具有支撑面的一部分。

与此相反地根据本发明提出，分离面现在与支撑面相反地定向并且在此接受在三角部段和支撑部段之间的不相等的划分。在此提出，三角部段的横截面面积仅对应于环部段的横截面面积的直至0.3倍。因此，按压部段的横截面至少为三角部段的横截面面积的两倍。这引起如下可能性，上部的分离面边缘设置在支撑面的中心和后部的支撑边缘之间的区域中。

通过根据本发明的实施方式能够实现：三角部段以及按压部段设作为密封环的重叠的部段，同样至少分段地具有支撑面的部段，使得在所述区域中也能够基本上确保密封。因此，相对于在现有技术中的实施方案可以进一步降低在重叠的区域中的泄漏。

如果对应的密封面具有足够的宽度，那么有利地确保借助于密封环的密封。(通常适用的是，密封面尽可能宽地构成是有利的)。在此有利的是，贴靠面具有从下部的贴靠边缘直至上部的贴靠边缘的、沿径向方向测量的贴靠高度，所述贴靠高度至少为密封环的高度的0.5倍，所述密封环的高度同样也作为沿径向方向的尺寸测量。同样有利的是，支撑面具有从后部的支撑边缘至前部的支撑边缘的、沿轴向方向测量的支撑宽度，所述支撑宽度为密封环的同样沿轴向方向测量的宽度的至少0.5倍。

为了确保三角部段的有利的横截面，有利的是，下部的分离面边缘靠近内部的贴靠边缘设置，其中距贴靠面的中心的间距大于距内部的贴靠边缘的间距。类似地有利的是，上部的分离面边缘靠近后部的支撑边缘设置。对此，上部的分离面边缘至后部的支撑边缘的间距选择成小于上部的分离面边缘距支撑面的中心的间距。

此外，对于在三角部段和按压部段之间的根据本发明的分离有利的是，分离面与支撑面相反地倾斜地定向。对此有利的是，在分离面和径向方向之间的角度在35°和55°之间。从中显而易见的是，在分离面和转子轴线之间的有利的角度同样在35°和55°之间。然而尤其有利的是，在分离面和径向方向之间或在分离面和转子轴线之间的角度在40°和50°之间并且就此而言对角线地——与支撑面相反倾斜地——设置。

尽管可行的是，使用具有仅一个分离部位的一件式的密封环，然而以有利的方式形成至少两个环区段的密封环。在此，每个环区段都具有环部段，在所述环部段的两个沿环周方向相反的端部上连接有按压部段或三角部段。因此，在两个环区段中存在两个分离部位。

与存在两个或更多个环区段无关地，此外有利的是，存在闭合的环区段。在此提出，在闭合的环区段上在两侧存在三角部段。这简化闭合的环区段的最后安装，以形成密封环。

在另一实施方式中，有利地使用闭合的环区段，所述闭合的环区段在最大20°的环周上延伸。所述实施方案具有特定优点，为了实现自由空间，例如为了安装转子叶片，仅应移除呈闭合的环区段的形式的密封环的小部分。在此，首先不重要的是，这是否与三角部段在其相对置的端部上的设置组合。

环区段的制造和贮存在如下情况下简化，即当至少两个、尤其优选全部存在的环区段由相同部件形成时。

通常假设，在相邻的转子构件之间的要密封的间隙相对于密封环的宽度是小的。对应地，为了密封，有利地将支撑面从而外部的贴靠边缘距贴靠面从而距外部的贴靠边缘的间距选择成不大于沿轴向方向测量的密封环宽度的0.2倍。因此，密封可以最佳地靠近间隙进行。

根据间隙的适当的密封从而在相邻的转子构件之间的自由间距，与此相对地不需要支撑面借助前部的支撑边缘延伸直至贴靠面，即直至外部的贴靠边缘。就此而言，为了简化和避免锋利的棱边，可以设有从外部的贴靠边缘至前部的支撑边缘的倒圆部和/或削平部。

为了在考虑用于密封环的尽可能小的结构空间和在此确保密封环的必要的稳定性的条件下避免在转子盘中的用于设置密封环的尖棱的槽，有利的是，其与贴靠面相对置地倒圆。就此而言，密封环在横截面中观察与贴靠面相对地连接于支撑面径向向内地具有弧形部段。这能够实现在转子盘中的类似的造型从而避免在对此需要的(沿环周方向连续的或多件式的)环绕的槽中形成应力峰值。

对此此外有利的是，与支撑面相对地在朝向转子轴线的侧上设置有直的部段，所述直的部段将弧形部段直接地或间接地与贴靠面或内部的贴靠边缘连接。

根据本发明的密封环的实现能够实现形成新型的根据本发明的转子。转子的使用首先是不重要的，其中解决方案尤其适合于在燃气轮机中使用。在此，转子包括至少一个转子盘，在所述转子盘上沿环周分布地设置有多个转子叶片。对此，转子盘以任意数量具有延伸穿过转子盘的转子叶片保持槽，在所述转子叶片保持槽中分别设置有相应的转子叶片的叶片根部。转子盘连同转子叶片或其叶片根部具有端侧，在所述端侧前方在环周上分布地设置有多个密封元件。在此，密封元件优选地覆盖叶片根部并且就此而言遮盖叶片保持槽。

在具有转子叶片的转子盘和密封元件之间存在环绕的间隙，所述间隙在转子的这类实施方案中借助密封环尽可能地密封。

根据本发明现在提出，如上所述地使用密封环的改进的解决方案从而进一步地改进密封性。

在此使用的密封环有利地具有闭合的环区段，所述环区段无需完全移除整个密封环就能够实现转子叶片的安装或拆卸。对此，闭合的环区段在大于对应于叶片根部的宽度的长度上延伸。因此，在移除闭合的环区段时，通过存在的间隙装入或拆下叶片根部。

在此有利地，闭合的环区段沿环周方向与所需要的相比不更长地构成。对此，闭合的环区段的覆盖的角度范围选择成小于对应于叶片保持槽的二倍节距的角度范围。在例如72个叶片保持槽中，闭合的环区段在最大10°上延伸。

附图说明

在下面的图中简绘根据本发明的密封环的一个示例性的实施方式。

附图示出：

图1示出用于由三个环区段构成的根据本发明的密封环的一个示例性的实施方式；

图2示出设置在转子盘上的闭合的环区段；

图3示出闭合的环区段的细节图；

图4示出朝向贴靠面观察的重叠区域；

图5示出朝向支撑面观察的重叠区域；

图6示出贯穿重叠区域的剖面；

图7示出闭合的环区段的立体图；

图8示出朝向第二部段端部的视图；

图9示出朝向按压部段的立体图。

具体实施方式

在图1中以立体图示出密封环01的一个示例性的实施方式。在所述实施例中，密封环01由三个环区段03、04、05构成，其中两个环区段03和04构成为相同部件并且在略微大于170°的角度上延伸。此外，存在闭合的环区段05，所述闭合的环区段05在大约15°的角度范围上延伸，也参见图7。

如从图2中基本可见的，密封环01容纳在转子盘17处的槽中。所述转子盘17在此沿环周分布地具有多个叶片保持槽18，转子叶片19分别借助叶片根部固定在所述叶片保持槽中。闭合的环区段05在叶片保持槽18前方从而在转子叶片19的叶片根部前方设置。在相邻的环区段03、04处在两侧存在的重叠区域在转子盘17前方的区域中设置在叶片保持槽18之间。

在图3中简绘图1中的密封环在闭合的环区段05的区域中的局部。环区段03、04和05分别具有部段地沿环周方向延伸的环部段07，所述环部段具有恒定的横截面。在两侧在环部段07的端部上存在相应的重叠区域，其中在相应的端部上设置有按压部段11或三角部段13。在相邻的环区段03、04和05之间在重叠区域中分别存在间隙15。

对于密封环01的精确的构成方案，尤其参照图4、5和6。密封环01首先在背离转子盘17的侧上具有贴靠面21。所述贴靠面21在所述实施例中沿径向方向延伸并且在朝向转子轴线的侧上通过内部的贴靠边缘23和在指向径向外部的侧上通过外部的贴靠边缘22限界。在所述实施例中，密封元件09贴靠在贴靠面21上。

此外，密封环01在朝向径向外部以及朝向转子盘17的侧上具有倾斜的支撑面24。所述支撑面24以大约40°的角度相对于转子轴线倾斜。支撑面24在此在指向径向外部的侧上由前部的支撑边缘25限界，其中所述支撑边缘25同样在朝向贴靠面21的侧上处于密封环01上。相对置地，支撑面24通过后部的支撑边缘26限界，所述支撑边缘26在支撑面24的朝向转子轴线并且背离贴靠面21的端部上设置。

从图6的剖面图中此外可见的是，在径向朝外的侧上，支撑面24与贴靠面21经由削平部31连接。与贴靠面21相对置地连接于支撑面24，密封环01具有弧形部段32。所述弧形部段32在密封环01的朝向转子轴线的侧上过渡到直的部段33中。

密封环01沿径向方向从直的部段33至削平部31测量具有密封环高度。沿转子轴线的方向，密封环宽度从贴靠面21直至相对置的端部确定。如可见的，贴靠面21从内部的贴靠边缘23直至外部的贴靠边缘22的宽度大于0.9倍的密封环高度。与此相对地，支撑面24沿转子轴线的方向从前部的支撑边缘25直至后部的支撑边缘26测量的宽度大致对应于0.6倍的密封环宽度。

在两个环区段03、04和05之间的重叠区域分别通过彼此贴靠的三角部段13和按压部段11形成，尤其参见图4和5。在此，三角部段13沿环周方向连接于对应的环部段07的第二部段端部14，对此也参见图8。相对地，按压部段11沿环周方向在相邻的环部段07处连接于其第一部段端部12，对此参见图9。在此，一方面在三角部段13的自由端部和相邻的第一部段端部12之间以及在按压部段11的自由端部和相邻的第二部段端部14之间形成对应的间隙15。

三角部段13在此沿着分离面27贴靠在按压部段11上。分离面27在此从下部的分离面边缘28延伸至上部的分离面边缘29。如尤其从图4中可见的，下部的分离面边缘28部段地与贴靠面21在第一部段端部12和第二部段端部14之间相交。因此显而易见的是，不仅三角部段13、而且按压部段11部段地具有贴靠面21。

与常规的实施方式相反地，根据本发明提出，分离面27相对于支撑面24倾斜地延伸。这引起，上部的分离面边缘29部段地与支撑面24相交。因此，三角部段13和按压部段11部段地具有支撑面24。在所述实施例中，分离面27沿对角线设置并且在此相对于转子轴线具有45°的角度从而相对于径向方向具有45°的角度。在该上下文中，要详细地指出的是，在本发明的范围中也允许的是，下部的分离面边缘29直接地处于后部的支撑边缘26上从而在按压部段11上仅保留支撑面24的最小条带。

Claims (18)

1.一种在转子中使用的密封环（01），具有：

- 贴靠面（21），所述贴靠面（21）相对于所述密封环（01）的径向方向具有最大15°的角度并且由外部的贴靠边缘（22）和内部的贴靠边缘（23）限界，和

- 支撑面（24），所述支撑面（24）相对于转子轴线具有至少15°和最大45°的角度并且由前部的支撑边缘（25）和后部的支撑边缘（26）限界，

所述密封环（01）至少包括：

- 沿环周方向延伸的环部段（07），和

- 按压部段（11），所述按压部段（11）一件式地沿环周方向连接于所述环部段（07）的第一部段端部（12）并且相对于所述环部段的或另一环部段（07）的第二部段端部（14）形成间隙（15），和

- 三角部段（13），所述三角部段（13）一件式地沿环周方向连接于所述第二部段端部（14）并且相对于所述第一部段端部（12）形成间隙并且沿着分离面（27）与所述按压部段（11）重叠，其中所述分离面（27）的下部的分离面边缘（28）设置在所述贴靠面（21）的中心和所述内部的贴靠边缘（23）之间，

其特征在于，

所述三角部段（13）的横截面面积对应于所述环部段（07）的横截面面积的最大0.3倍，并且所述分离面（27）的上部的分离面边缘（29）设置在所述支撑面（24）的中心和所述后部的支撑边缘（26）之间。

2.根据权利要求1所述的密封环（01），

所述密封环（01）具有沿所述密封环（01）的轴向的密封环宽度和沿所述密封环（01）的径向方向的密封环高度，

其中所述贴靠面（21）的贴靠高度为所述密封环高度的至少0.5倍，和/或

其中所述支撑面（24）的支撑宽度为所述密封环宽度的至少0.5倍。

3.根据权利要求1或2所述的密封环（01），

其中所述下部的分离面边缘（28）距所述内部的贴靠边缘（23）的间距小于距所述贴靠面（21）的中心的间距；和/或

其中所述上部的分离面边缘（29）距所述后部的支撑边缘（26）的间距小于距所述支撑面（24）的中心的间距。

4.根据权利要求1或2所述的密封环（01），

其中在所述分离面（27）和所述径向方向之间以及在所述分离面（27）和所述转子轴线之间的角度在35°和55°之间。

5.根据权利要求1或2所述的密封环（01），

所述密封环（01）由至少两个环区段（03，04，05）形成，所述环区段（03，04，05）分别由环部段（07）和在两侧分别由按压部段（11）或三角部段（13）形成。

6.根据权利要求5所述的密封环（01），

其中所述环区段包括闭合的环区段，其中，所述闭合的环区段在两侧具有三角部段。

7.根据权利要求6所述的密封环（01），

其中，所述闭合的环区段的环部段（07）在最大20°的环周上延伸。

8.根据权利要求5所述的密封环（01），

其中至少两个环区段由相同部件形成。

9.根据权利要求1或2所述的密封环（01），

其中所述外部的贴靠边缘（22）距所述前部的支撑边缘（25）的间距最大对应于0.2倍的密封环宽度。

10.根据权利要求1或2所述的密封环（01），

所述密封环（01）在横截面中与所述贴靠面（21）相对置地连接于所述支撑面（24）地具有弧形部段（32）。

11.根据权利要求1所述的密封环（01），

其中，所述转子是燃气轮机的转子。

12.根据权利要求4所述的密封环（01），

其中在所述分离面（27）和所述径向方向之间以及在所述分离面（27）和所述转子轴线之间的角度在40°和50°之间。

13.根据权利要求5所述的密封环（01），

其中，全部环区段由相同部件形成。

14.根据权利要求9所述的密封环（01），

其中，所述外部的贴靠边缘（22）和所述前部的支撑边缘（25）经由倒圆部和/或削平部（31）彼此连接。

15.根据权利要求10所述的密封环（01），

其中，所述密封环（01）在所述弧形部段（32）和所述贴靠面（21）之间在朝向转子轴线的侧上具有直的部段（33）。

16.一种转子，包括：转子盘（17），所述转子盘（17）沿环周分布地具有多个叶片保持槽（18）；和多个转子叶片（19），所述转子叶片（19）分别借助叶片保持根部固定在叶片保持槽（18）中；和多个在所述转子盘（17）的端侧前方并且在所述叶片保持根部的端侧前方设置的密封元件（09），其中在所述转子盘（17）的端侧、所述叶片保持根部的端侧和所述密封元件（09）之间设置有密封环（01），

其特征在于，

所述密封环（01）根据上述权利要求中任一项所述的密封环（01）构成。

17.根据权利要求16所述的转子，

其中所述密封环（01）根据权利要求6或7所述的密封环（01）构成，其中所述闭合的环区段比叶片保持根部更宽并且在小于所述叶片保持槽（18）的两倍的节距的角度上延伸。

18.根据权利要求16所述的转子，其中，所述转子是燃气轮机的转子。