CN1539050A - 用以密封间隙的密封件和具有密封件的燃气轮机 - Google Patents

用以密封间隙的密封件和具有密封件的燃气轮机 Download PDF

Info

Publication number
CN1539050A
CN1539050A CNA028153111A CN02815311A CN1539050A CN 1539050 A CN1539050 A CN 1539050A CN A028153111 A CNA028153111 A CN A028153111A CN 02815311 A CN02815311 A CN 02815311A CN 1539050 A CN1539050 A CN 1539050A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sealing
mentioned
parts
supporting structure
gap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA028153111A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1320257C (zh
Inventor
阿恩德・赖克特
阿恩德·赖克特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN1539050A publication Critical patent/CN1539050A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1320257C publication Critical patent/CN1320257C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/023—Transition ducts between combustor cans and first stage of the turbine in gas-turbine engines; their cooling or sealings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0887—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing the sealing effect being obtained by elastic deformation of the packing
    • F16J15/0893—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing the sealing effect being obtained by elastic deformation of the packing the packing having a hollow profile
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/10—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing
    • F16J15/12—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing with metal reinforcement or covering
    • F16J15/121—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing with metal reinforcement or covering with metal reinforcement
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

本发明涉及一种尤其是在涡轮机械中，在间隔的第一部件(2)和第二部件(3)之间，用以密封间隙(5)的密封件(1)，上述第一部件(2)具有一第一表面(9)，第二部件(3)具有一相对的第二表面(10)。密封件(1)包括支撑结构(4)，以及覆盖至少部分上述支撑结构(4)的密封结构(6)，支撑结构(4)包括至少两个接触件(8)，每一接触件(8)用以将密封结构(6)和一个面(9，10)相接触，并随动于上述面(9，10)的运动和/或变形。本发明还进一步涉及一种燃气轮机(22)，其中在第一表面(9)和第二表面(10)之间形成有一间隙(5)，间隙(5)由上述密封件(1)密封。

Description

用以密封间隙的密封件 和具有密封件的燃气轮机
技术领域
本发明涉及一种用以密封间隙的密封件，且设置在间隔开的第一和第二组件之间，尤其是类似燃气轮机的涡轮机。本发明还涉及一种具有密封件的燃气轮机。
背景技术
在工厂中，尤其是在热能机械和化工装置中，由于要利用不同的流体，就有必要保持这些流体在装置里彼此分开。例如在热能动力装置中，热燃气的流动区域就和低温的冷却气体的流动区域相隔密封开来。在燃气轮机中，涡轮的输入温度高达1000℃，燃气轮机的的个体部件也发生热膨胀，这样相邻的部件有时彼此间隔开，通过利用间隙防止高热应力产生和相互碰撞。上述的间隙将构成上述冷热气体流动区域之间的连接部分。很有利的是，将上述间隙密封可以减小冷气流动到上述热气的流动区域，从而防止降低热气流动区域的温度。
美国专利No.3,341,172和No.2,991,045描述了一种带有外壳和两段式内壳的燃气轮机，并具有一截面为细长C型的密封件，用以密封上述两段内壳之间的间隙。在内壳和外壳之间设置有一环形间隙，用以导引冷却流体。上述驱动燃气轮机的热气在内壳内流动。
美国专利No.4,537,024描述了一种燃气轮机，利用轴向和径向密封件将喷嘴结构密封。上述密封件防止流经喷嘴的热气渗透到热气管外的燃气轮机内。密封件的构型从截面上看近似于压片。
美国专利No.5,975,844描述了一种装置，包括两相互热运动的元件，每一都包括设置有彼此相对的密封件的槽。该密封件沿着主沟槽密封元件之间的缝隙。其包括第一端，相对第一端的第二端和中部区域，截面垂直于主沟槽，沿中心线的中部区域设置在上述端部之间，密封件具有齿形第一表面。
美国专利No.5,657,998涉及一种气路泄漏密封，用以通常密封相隔的燃气轮机第一、第二部件之间的气路泄漏，尤其是燃气轮机燃烧室壳的第一和第二部分。该密封包括一通常无孔的薄层组合，主要材料可选为金属，陶瓷和聚合物。上述薄层不透气，并设置在气路泄漏间隙处。上述薄层在长度方向具有一第一薄层。上述气体泄漏密封还进一步包括一织物层覆盖和接触整个第一薄层外表面，其材料可选为金属，陶瓷和聚合物。优选的是，上述织物层集合具有两层，彼此厚度为10-25微米。上述织物层均为编制织物层，每一都包括高温镍基超合金，例如Inconel X-750。该密封机构固定在燃气轮机相邻零件的沟槽内，或者被引入燃烧室的U型法兰内，或用于双密封装置或多密封装置。在另一完全设置在泄漏间隙内的密封件中，密封效果是通过接触间隙内的表面，插入槽内或和另一密封件相接触而获得。根据美国专利No.5,657,998，相比传统的金属刚性密封件，该具有两层的密封件可以将气路泄漏从2.4％减少为1.0％。
发明内容
本发明的一个目的就是提供一种密封间隙的密封件，尤其是一种涡轮机械气路泄漏间隙的密封件，例如燃气轮机。本发明的另一个目的就是提供一种具有一密封件的燃气轮机。
根据本发明，前述的其他目的也将得以实现。一种用以密封第一部件和第二部件之间间隙的密封件，第一部件具有第一表面，第二部件具有第二表面，并和第一部件相间隔，上述密封件包括一支撑结构，和一覆盖至少部分支撑结构的密封结构。上述支撑结构包括至少两个接触件，每一接触件用以将密封结构的一部分和上述表面相接触，从而使之可以随动于上述表面的变形和/或运动。
本发明还考虑到在装置中，零件会暴露于不同的温度，不同的热膨胀和变形中的情况。举例来说在炉中或更热的腔中，例如燃气轮机中，这些暴露于热气中的零件在装置静止的过程中，暴露在温度高于零件的环境中，尤其是侧壁零件，不直接暴露在热气中。零件间热膨胀的差别需要由零件间的间隙来补偿。在燃气轮机中，经常有必要防止热气流经上述间隙，这是因为间隙后的零件不能承受热气中的高温。所以在高压下，需要有冷气，而不是热气供给上述间隙。上述冷气作为泄漏气体流经上述间隙，从而防止热气流过间隙。在燃气轮机中，高压冷气来自燃气轮机的压缩机，由于泄漏到上述间隙中的气体不能用于燃烧，因此会减低燃气轮机的效率。为了减小泄漏量，通常利用密封件来密封上述间隙。而且上述间隙形状曲面越大，合适密封件的设计和制造就越困难，间隙的横向运动越大，密封件与之接触的表面温度就越高。甚至当表面不平时，尤其是松弛或非弹性变形时，情况就越来越复杂。
根据本发明的密封件，当密封结构接触上述表面时，上述接触件相关于第一和第二部件的变形和运动，因此可以防止冷气流经密封机构和表面之间。选择合适的材料用以支撑结构和密封结构，上述密封件可以用在500℃以上，高达1300℃的温度。不像其它密封件，为单件金属密封或金属刷密封，仅仅能覆盖间隙的某一部分运动或者成本昂贵，需要大量空间，仅仅能用于曲面较小的表面，根据本发明的密封件却制造简单，成本经济，可以应对曲面以及阶梯表面，并能随动于间隙或表面的运动和变形。
根据本发明，密封结构的密封功能和支撑结构的弹性变形性能是分开的，利用至少两个接触件，密封件比单件金属密封件硬度低，其中金属结构也可以完成密封功能。优选的是，每一接触件都能独立的变形和运动，就有可能在不平的表面变形较大。这些表面也可以带有阶梯，可以为燃气轮机中的元件，例如叶片，燃烧腔中的热屏蔽元件。
根据本发明密封件的另一特点，密封结构包括一金属和/或陶瓷纤维制成的套。利用该套，形成弹性壳变形部分，从而获得良好的密封性能。陶瓷纤维以及某些金属纤维可以用于高达1200℃的温度或更高。密封件用以密封涡轮机械，燃烧器部分等装置，暴露在热气中。密封件是否透气，要取决于上述套的结合尺寸，所以冷气流经套，冷却上述纤维，这就使得冷却密封件。而且靠近间隙、并在冷气区域以外的燃气轮机零件以及区域也可以通过冷气渗透密封结构冷却。
根据另一特点，密封结构包括陶瓷纤维织物，陶瓷纤维带，陶瓷纤维套或陶瓷纤维垫。优选的是，陶瓷纤维主要由象氧化锆(ZrO2)，二氧化硅(SiO2)或氧化铝(Al2O3)那样的材料构成。可以理解，这些陶瓷材料可以组合，也可以由其他材料，例如氧化钇(Y2O3)加以稳定。举例来说，上述陶瓷纤维可以主要由(重量％)62.5％Al2O3，24.5％SiO2，13％带有莫来石晶相和非晶或单独非晶的B2O3；70％Al2O3，28％SiO2，2％具有γ-Al2O3、莫来石和非晶SiO2的B2O3；73％Al2O3，27％具有γ-Al2O3和非晶SiO2的SiO2；89％Al2O3，10％ZrO2，1％具有α-Al2O3和氧化钇稳定的氧化锆的Y2O3；85％Al2O3，15％具有α-Al2O3和莫来石的SiO2；＞99％Al2O3作为α-Al2O3。这样的陶瓷纤维材料可以为3M(明尼苏达州，矿业制造公司)生产，St.Paul，明尼苏达州，美国，商标为“Nextel”。陶瓷纤维制造以及包括陶瓷纤维的套制造，已为本领域技术人员所熟知。所以包括陶瓷纤维的合适套能够完成特定的性能，尤其是耐热性能高达1200℃到大约1372℃，弹性和其他机械特性也可以由本领域技术人员所选择，从而提供一种密封结构，束缚并正好覆盖上述支撑结构。其他的例如多孔性和透气度也可以设置在预定的范围。
根据另一特点，密封结构包括金属纤维织物，金属纤维带，金属纤维陶板或金属纤维垫。由于金属纤维可延展，并不易脆，所以它们弹性和塑性变形性能良好，并可形成一套，具有高耐热和机械载荷。优选的是，金属纤维包括超合金，尤其是镍基，钴基或铁基超合金。
根据另外的特点，密封结构宽松地和上述支撑结构相连接。上述密封结构优选为和上述支撑结构分开制造。在制造以后，将支撑结构的至少一个部分和密封结构相接触，用以覆盖。所以优选的是，和支撑结构宽松地接触，并从支撑结构上去掉。在后者过程中，在利用一新套，保养涡轮机械时，可以很容易的替换。在一个实施例中，密封结构作为上述支撑机构的套，所以支撑结构的所有表面都被纤维套所环绕。而且也有可能提供一陶瓷纤维密封结构，例如一层，束缚在支撑结构上。
根据本发明的另一特点，上述支撑结构由金属组成，尤其是金属板组成。支撑结构使得上述接触件可以单一制造，例如可以简单地切割上述金属而获得。合适的金属可以承受高温，例如类似铬钢的高温钢或基于镍或钴的高温合金。上述金属件可以沿着中心线延展，裂缝和/或凹槽平行和或垂直中心线，而和接触件，尤其是桶状接触件的变形无关。这样的金属件还可以沿着中心线或环绕中心线弯曲，从而很容易的获得圆柱形或环形形状。带有裂缝和/或凹槽的支撑结构就减小了硬度。在施加相同的内应力的情况下，相比较结构越硬，变形越大。
根据另一特点，支撑结构具有曲面形式，尤其是U型，开口环形或环形。当和上述表面相接触的时候，曲面支撑结构可以预压紧，上述表面将支撑结构压紧或使得上述支撑结构膨胀，从而使得表面的变形随动于上述接触件，而并不和上述表面脱离接触。
根据另一附加的特点，支撑结构具有一框架部分部分，上述接触件通过分支部分与其相连，分支部分离开上述框架部分延伸。接触件具有桶状形式，和接触件相连的分支部分可以确保接触件以三维的方式进行变形和运动。上述分支部分和接触件还可以扭转和弯曲。
上述分支部分可以形成有中部以及双臂弹簧。在这样的弹簧中，每一分支部分形成弹簧的一个臂。在中部，弹簧可以弯曲形成一个或多个回路。利用中部，上述弹簧和上述框架部分相连，框架部分具有合适的开口，钩部等。上述弹簧由任何合适的线制成，优选为金属线，而接触件可以形成一弯曲线部。优选的是，上述分支部分和接触件都为弹性可延展。
根据另一个特点，上述支撑结构具有至少两个不同长度的分支部分。使分支部分具有不同的长度，在表面具有阶梯、沟槽、凹槽或凸缘需要密封的时候尤其有用。
根据一个伴随的特点，上述密封件包括一绷紧件，用以紧固上述密封结构，定位于两相邻接触件之间。优选的是，绷紧件包括一弹簧，尤其是一弹簧环。将绷紧件用以紧固上述密封结构，可以确保在不同的操作、温度以及长工作时间条件下，密封结构和上述表面紧密接触，密封件保持良好的密封效果。尤其是在密封件中，支撑结构由一套所环绕。该套可以形成一褶状物(pleat)，通过上述绷紧件的张力拉伸变得平滑。该绷紧件可以和密封件固定连接。尤其是密封结构或绷紧件可以从密封件上拆卸。因此密封件可以包括两个或三个不同的部分(密封结构，支撑结构，绷紧件)，用以完成不同的功能，而且各自隔开，尤其是在修理、保养的时候可以用其它相兼容的零件替换。
根据另一特点，密封件被置于热气腔中，用以密封一间隙。上述热气腔具有一由壁结构环绕的热气流动区域，壁结构包括具有第二表面的第二部件。一具有第一表面的第一部件和上述壁结构相连。第一表面面对壁结构。第一和第二部件之间，尤其是第一和第二表面之间形成有间隙。上述密封结构和第二部件的第二表面以及第一部件的第一表面相接触，从而密封上述间隙。优选的是上述热气腔是燃气轮机的一部分，尤其是一燃烧室或一涡轮机部分。上述燃烧室可以是一个喷气式发动机，汽车或潜水艇的涡轮机等。也可以是固定燃气轮机的燃烧室，尤其是用以产生电能的燃气轮机。上述燃烧室可以为环形腔或罐状腔，在上述燃气轮机中，可以利用两个或更多的罐状腔。在燃气轮机中具有多个燃烧器部分，每个燃烧器部分都通过一单独导管或罐和涡轮机部分相连，如上所述的密封件用以密封上述热气进入涡轮机部分的涡轮机进气口，位于涡轮进气口附近的每一导管(罐)使得热气从燃烧器部分流向涡轮进气口。
根据另一进一步的特点，密封件密封一间隙，其中第一部件为一燃烧室的热屏蔽元件或涡轮机部分的遮板。在环形燃烧腔中，金属热屏蔽元件可以为曲面形式，使得带有接触件的密封件随动于上述热屏蔽元件的形状和变形，而且效率很高。在罐状燃烧室中，密封件优选用于密封罐和涡轮机部分入口之间的区域。也可以用于密封具有闭环冷气回路的金属热屏蔽元件和壁结构之间的间隙。
上述密封件也可以用于密封元件间的间隙，上述元件在燃气轮机的径向方向上并不分开，但却轴向的设置在周向方向。其中由于泄漏间隙，至少第一和第二部件在周向方向或轴向方向彼此间隔。这些元件具有暴露于热气区域的内表面和暴露于冷器区域的外表面。密封件可以用以密封在轴向方向上第一和第二部件之间的间隙，也可以用于密封周向方向上第一和第二部件之间的间隙。
根据本发明另一个目的，还提供一种燃气轮机，具有一由密封件密封的气体泄漏间隙。燃气轮机包括一具有热气流动区域的热气腔，一环绕上述热气流动区域的壁结构，该壁结构包括至少一个具有面对热气流动区域的第二表面的第二部件。至少一个具有一第一表面的第一部件和上述壁结构相连。第一表面被引向上述壁结构。在第一和第二部件之间形成有间隙，尤其是在第一和第二表面之间形成有间隙。用以密封上述间隙的密封件包括一支撑结构，和覆盖上述支撑结构至少一部分的密封结构。上述支撑结构包括至少两个接触件，每一接触件将上述密封结构的一部分和上述一个表面相接触，并随动于每一表面的变形。上述密封结构进一步和上述第二部件的第二表面以及第一部件的第一表面相接触，从而将上述间隙密封。
根据本发明的另一个目的，还提供有一种燃气轮机，其具有一在导管和涡轮进气口之间的间隙，上述间隙由一密封件密封。上述涡轮进气口为一开口，使得热气进入燃气轮机的涡轮机部分。上述导管和燃烧器部分的一燃烧腔相连，将产生的热气供给涡轮进气口。
上述详细描述的密封件所有的优点和特点也同样适用于具有这种密封件的燃气轮机，尤其是密封件具有曲面外框的优点和特点，上述密封件与接触件相隔开，从而每一接触件都通过分支和上述外框相连。优选的是，上述密封件为一环形套筒的密封结构。
尽管本发明这里解释并描述了用以密封间隙的密封件以及燃气轮机，但并不仅仅限定于此，在不偏离权利要求的精神和本发明的范围内，不同的修改和结构变化都是可以的。
参考下列特定实施例中的描述并结合附图，将可以更好的理解本发明上述密封件和燃气轮机的结构以及其他的目的和优点。
附图说明
图1是燃气轮机的局部纵向剖视简图；
图2是燃气轮机中密封件的局部放大截面视图；
图3是密封件的密封结构的局部平面图；
图4是密封件沿图3中线III-III的截面图；
图5是密封结构沿图3中线III-III卷开的局部视图；
图6是环形密封件的透视图；
图7是燃气轮机局部纵向剖视简图；
图8是图7中燃气轮机的燃烧器部分的透视图；
图9是密封件的支撑结构的透视图；
图10是图9中的支撑结构卷开的视图。
具体实施方式
现在详细参考附图，尤其是图1，以截面图示出了燃气轮机(下面也同样称之为燃气轮机)22沿着主轴线14的上部分。上述汽轮机22沿上述主轴线14具有一压缩机(没有进一步表述)、燃烧腔19和涡轮机部分17。燃烧腔19和涡轮机部分17形成热气腔23，通过燃烧空气和燃料在燃烧腔19内产生的热气24流过上述热气腔。涡轮机部分17中，沿着主轴线14，导引叶片16和活动叶片15交替设置。上述导引叶片16垂直于主轴线14，并沿着燃气轮机22的外周设置，从而形成一圆。
燃气轮机22包括一相应壁结构13，围绕燃烧腔19和涡轮机部分17。壁结构13包括各第二部件3，相对于燃烧腔19详细示于图2中。各第一部件2，装接到壁结构13并由其围绕，暴露于热气流24。冷气区域28形成在各第一部件2，例如导引叶片板12或燃烧腔19的热屏蔽元件和气轮机壁结构13的各第二部件3之间。冷却气体25在相应冷气区域28中通过冷却气体供应管线30供送。
各导引叶片16通过代表第一部件2的导引叶片板12与涡轮机部分17的壁结构13相连。导引叶片板12也称为涡轮叶片的遮板或密封条。其目的就是为叶片提供刚性，减小振动，并在各阶段间提供某种程度上的密封。
相邻的导引叶片16沿着周向彼此间隔开，使得他们基本上可以自由热膨胀。导引叶片板12将围绕燃气轮机22主轴线14形成的热气区域11与导引叶片板12和汽轮机壁结构13的各部件3之间形成的冷气区域28分隔开。上述转动叶片15垂直于主轴线14径向向外延伸，并完全处于热气区域11之内，该热气区域11由也称为密封环各部件的多个第一部件2环沿着燃气轮机22的圆周和上述冷气区域28分隔开。上述每一部件2都和转动叶片15相邻。为了清楚起见，对于每一汽轮机阶段仅只一个导引叶片16、，一个转动叶片15和密封环的一个部件2被示出。相应部件2和导引叶片板12在径向方向(垂直于主轴线14的方向)通过气泄漏间隙5(参看图2)与壁结构13的部件3分隔开。
该间隙5由密封件1密封，从而大大防止冷气25从冷气区域28流出而进入热气区域11，并防止热气24经由间隙5流入冷气区域28中。
图2示出了类似于图1中所示的燃烧室19一部分的放大的截面图，密封件1位于第一部件2和第二部件3之间，上述第一部件2为燃烧室19的一热屏蔽元件，上述第二部件3为环绕燃烧室19的壁结构13的一部分。上述热屏蔽部件2具有指向壁结构13的第二表面10(也称为外表面10)的侧壁29，在侧壁29和壁结构13之间，留有宽度为D的气体泄漏间隙5。上述挡热部件2具有一第一表面9(也称为内表面)面对壁结构13和热气表面27，热气表面27和内表面29相对并暴露于废热气流24。上述内表面9以及壁结构13的外表面10可以是弯曲的，可以在暴露于高温中时改变其形状(变形)，或可以具有台阶等。在上述热屏蔽部件2和壁部件3之间，特别是内外表面9、10之间，设置有密封件1。在截面图中(参看图4)，密封件1的为弧形，在弧形每一侧的端部处具有接触件8，基本上垂直地背离弧形的端部延伸。在纵向上，密封件1沿中线26弯曲，几乎限定一圆形。密封件1由纤维制成的网套(sleevingweb)完全环绕。这些纤维由陶瓷材料或耐热材料构成。因此在某种程度上，取决于网套6的网格尺寸，密封件1是透气的。上述套6由绷紧件20绷紧，使得其表面与外表面10和内表面9紧密接触，用以密封间隙5。
密封结构4通常不透气，并具有截面稍弯曲的且在沿中心线26环状弯曲的框架部分部分7，其由用钢板形成的金属带制成。选择用于支撑结构4的金属优选为耐热钢或高温NiCr合金。支撑结构4的宽度大于上述间隙5d宽度D。支撑结构4使密封件1具有良好的机械硬度和弹性，使得其也经受高压载荷并防止其断裂成片以及落入间隙的风险。上述支撑结构4由上述套6，尤其是陶瓷纤维覆盖所有侧面。上述纤维套6限定了一个挠性并可变形的密封面。上述纤维优选地由二氧化硅SiO2，氧化铝Al2O3的混合物构成，例如(按重量％)73％的Al2O3，27％的具有γ-Al2O3的SiO2和非晶SiO2。
在部件2、3之间，限定的冷气区域28被供应冷气。冷气25的压力高于流经热气流动区域11内的燃气轮机22的热气24压力，所以存在的压差使得密封件1在某种程度上被冷气25压在侧壁29上，紧靠气体泄漏间隙5。当密封结构6在某种程度上透气时，冷气25流经套6从而将上述纤维冷却。这就导致密封件1的透气冷却。而且冷气区域28外面的间隙5附近的区域以及各燃气轮机零件也可以冷却。由于密封件1能够应付内表面9和外表面10的变形以及表面9、10的轴向和径向运动，保证了气体泄漏间隙5的有效密封，而且需要的冷流体25的量减少了。通过这种方式节约的冷却气体25现在可用于燃烧过程。
图3沿中心线26示出了根据图2的密封件1的支撑结构4一部分的平面视图。支撑结构4具有框架部分部分7，从而在中线26的两侧，接触件8通过相应的分支部分21和框架部分部分7相连，所以接触件8象桶(vats)一样连接于框架部分部分7。支撑结构4连同其所有的部分，框架部分部分7、接触件8和支路部分21都可以由单张金属板制成。带有多个桶状(vat-like)接触件8的上述支撑结构4连同分支部分21可弹性变形以顺随第一和第二部件2、3运的动或变形，从而有效密封上述间隙5。
图4示出了密封件1沿图3中线III-III的截面图。在截面图中，密封件1具有一U形支撑结构4。从而框架部分部分7形成U型的底部，上述分支部分21形成U型的侧面，在每一分支部分21的端部，接触件8垂直地背离分支部分21延伸。支撑结构4由上述密封结构6完全套绕。上述密封结构6由绷紧件20绷紧，从而将密封结构6的网套压入上述U型支撑结构4。因此，上述密封结构6的网套沿中心线26、于框架部分部分7和接触件8之间的支撑结构4的外侧被绷紧在两个相邻接触件8之间。
图5中，示出了沿图3中线III-III的密封结构4的局部卷开视图。上述桶状接触件8通过分支部分21和框架部分7相连。分支部分21沿分支中心线31对称延伸。接触件8和分支部分21由弹性可变形材料制成，尤其是金属。由于接触件8仅只在分支中心线附近连接于分支部分21，因此其具有两个臂，可独立于分支部分21变形。而且，上述分支部分21自身可以变形，尤其是在垂直于接触件8的方向。因此，密封结构4可以在接触件8和表面9、10保持接触的情况下补偿表面9、10的任何运动或变形。
图6示出了具有密封结构4的环形密封件1的透视图，上述密封结构4包括框架部分部分7，分支部分21和接触件8。上述密封结构4被引入耐热纤维网制成的套6中。环形密封件1的内周设置有弹簧环20，将上述套6推进上述支撑结构4用以绷紧上述套6。
图7是具有多个单独燃烧器41的燃气轮机22一部分的截面图，这种燃气轮机的实例在美国专利No.5,566,42和5,623,819中描述。如图示，燃气轮机22具有压缩机40用以产生压缩气体，从压缩机40排出的压缩气体被引入位于吊筐42(也称为燃烧器)  (图7中仅示出一个)内的燃烧器41中。压缩气体被燃料的燃烧加热从而产生热气24。热气24由导管43(也可称为罐)被导引到涡轮机部分17。在涡轮机部分17内，热气24流经交替成排的静止叶片16和旋转叶片15。上述涡轮机部分17具有多个燃气轮机进气口44，每一进气口配属于相应的一个导管43。导管43终止于涡轮机进气口44附近(参看图8，提供有相关的透视图)。导管43和涡轮机进气口44的结构配置由密封件1密封。密封件1为环状，尤其是近乎矩形环，以顺随涡轮机进气口的形状。图9示出了密封件1的支撑结构4的局部透视图。支撑结构4具有框架部分部分7，尤其是金属条或类似物。上述框架部分部分7具有一形成一开口的紧固钩35，双臂弹簧34经由上述开口被配装到框架部分部分7上。双臂弹簧34由合适的金属丝制成并具有一中部36，形成绕过紧固钩35的环圈。中部36连接弹簧34的两臂，他们形成密封件1的可弹性延展的分支部分21。在每一分支部分21的外端，弹簧36被弯折以形成垂直于分支部分21延伸的各接触件8。图10示出了支撑结构4的弹簧34的卷开视图，接触件8形成一具有长直部的几乎椭圆部，该长直部用以将上述密封结构6接触于相应的表面9、10(参看图2的实例)。

Claims (23)

1、一种用以密封相互间隔开的第一部件(2)和第二部件(3)之间的间隙(5)的密封件(1)，第一部件(2)具有第一表面(9)，第二部件(3)具有相对的第二表面(10)，密封件(1)包括：
a)支撑结构(4)，
b)至少部分覆盖上述支撑结构(4)的密封结构(6)，
其中，支撑结构(4)包括至少两个接触件(8)，每一接触件(8)用以使密封结构(6)的一部分和所述表面(9，10)之一相接触并能够顺随所述表面(9，10)的变形和/或运动。
2、如权利要求1所述的密封件(1)，其特征在于，密封结构(6)包括具有金属和/或陶瓷纤维的网。
3、如权利要求2所述的密封件(1)，其特征在于，密封结构(6)包括陶瓷纤维织物，陶瓷纤维带，陶瓷纤维套或陶瓷纤维垫。
4、如权利要求2或3所述的密封件(1)，其特征在于，密封结构(6)包括由ZrO2，SiO2和/或Al2O3构成的陶瓷纤维。
5、如权利要求2所述的密封件(1)，其特征在于，密封结构(6)包括金属纤维织物，金属纤维带，金属纤维套或金属纤维垫。
6、如前述任一权利要求所述的密封件(1)，其特征在于，密封结构(6)包括由超合金，尤其是镍基、钴基或铁基超合金构成的金属纤维。
7、如前述任一权利要求所述的密封件(1)，其特征在于，密封结构(6)松驰地连接于支撑结构(4)。
8、如前述任一权利要求所述的密封件(1)，其特征在于，上述支撑结构(4)由金属尤其是金属板构成。
9、如前述任一权利要求所述的密封件(1)，其特征在于，上述支撑结构(4)呈弯曲形状，尤其是U型、开口环形或环形。
10、如前述任一权利要求所述的密封件(1)，其特征在于，上述支撑结构(4)具有框架部分(7)，接触件(8)通过分支部分(21)连接于上述框架部分并背离框架部分(7)延伸。
11、如权利要求10所述的密封件(1)，其特征在于，分支部分(21)和接触件(8)可弹性变形。
12、如权利要求10或11所述的密封件(1)，其特征在于，上述支撑结构(4)具有至少两个带有不同长度的分支部分(21)。
13、如权利要求10或12所述的密封件(1)，其特征在于，分支部分(21)和中部(36)以其形成一双臂弹簧(34)，该弹簧(34)在中部(36)处装接到框架部分(7)上。
14、如前述任一权利要求所述的密封件(1)，进一步包括一绷紧件(20)，用于在两相邻接触件(8)之间绷紧密封结构(6)。
15、如权利要求14所述的密封件(1)，其特征在于，绷紧件(20)包括一弹簧件，尤其是一簧环。
16、如前述任一权利要求所述的密封件(1)，位于一具有一热气流动区域(11)的热气腔(23)中，上述热气腔(23)具有：
环绕上述热气流动区域(11)并包括具有所述第二表面(10)的第二部件(3)的壁结构(13)，
所述第一部件(2)装接于所述壁结构(13)并具有朝向上述壁结构(13)的第一表面(10)，其中间隙(5)在第一部件(3)和第二部件(3)之间形成，
上述密封件(6)与上述第二部件(3)的第二表面(10)以及第一部件(2)的第一表面(9)相接触，从而将上述间隙(5)密封。
17、如权利要求16所述的密封件(1)，其特征在于，上述热气腔(23)是燃气轮机(22)的一部分，尤其是一燃烧室或一涡轮机部分。
18、如权利要求16或17所述的密封件(1)，其特征在于，第一部件(2)是一燃烧室的热屏蔽元件或涡轮机部分的遮板件。
19、如权利要求1-15任一所述的密封件(1)，位于一燃气轮机(22)中，该燃气轮机包括一燃烧器(41)，一具有用于使热气(24)进入涡轮机部分(17)的涡轮进气口(44)的涡轮机部分(17)，一将上述燃烧器(41)连接于涡轮机部分(17)、用以使热气(24)从燃烧器(41)流向涡轮机部分(17)的导管(43)，第一表面(9)由涡轮进气口(44)形成，第二表面(10)由涡轮进气口(44)附近的导管(43)形成，第一表面(9)和第二表面(10)之间的间隙(5)由密封件(1)密封。
20、一种燃气轮机(22)，包括：
具有热气流动区域(11)的热气腔(23)，
环绕上述热气流动区域(11)的壁结构(13)，包括至少一个具有朝向上述热气流动区域(11)的第二表面(10)的第二部件(3)，
至少一个第一部件(2)，装接于壁结构(13)并具有一个朝向上述壁结构(13)的第一表面(9)，
于第一部件(2)和第二部件(3)之间形成的间隙(5)，
用于密封上述间隙(5)的密封件(1)，上述密封件(1)包括：
a)支撑结构(4)，
b)至少部分覆盖上述支撑结构(4)的密封结构(6)，其中，支撑结构(4)包括至少两个接触件(8)，每一接触件(8)用以使密封结构(6)的一部分与所述表面(9，10)之一相接触并能够顺随上述相应表面(9，10)的变形，
上述密结构(6)与上述第二部件(3)的第二表面(10)以及第一部件(2)的第一表面(9)相接触，从而将上述间隙(5)密封。
21、一种燃气轮机(22)，包括一燃烧器(41)，一具有用于使热气(24)进入涡轮机部分(17)的涡轮进气口(44)的涡轮机部分(17)，一将上述燃烧器(41)连接于涡轮机部分(17)、用以使热气(24)从燃烧器(41)流向涡轮机部分(17)的导管(43)，第一表面(9)由涡轮进气口(44)形成，第二表面(10)由涡轮进气口(44)附近的导管(43)形成，使得间隙(5)形成在第一表面(9)和第二表面(10)之间，该间隙由密封件(1)密封，密封件(1)包括：
a)支撑结构(4)，以及
b)至少部分覆盖上述支撑结构(4)的密封结构(6)，其中，支撑结构(4)包括至少两个接触件(8)，每一接触件(8)用以使密封结构(6)的一部分与所述表面(9，10)之一相接触并能够顺随上述面(9，10)的变形和/或运动，上述密结构(6)和上述第二表面(10)以及第一表面(9)相接触，从而将上述间隙(5)密封。
22、根据权利要求20或21所述的燃气轮机(22)，其特征在于，上述密封件(1)包括一弯曲框架部分(7)，所述接触件(8)与其间隔开，每一接触件(8)通过分支部分(21)和框架部分(7)相连。
23、根据权利要求20或22中任一所述的燃气轮机(22)，其特征在于，密封件(1)由套形式的密封结构(6)所环绕。
CNB028153111A 2001-08-04 2002-07-24 用以密封间隙的密封件和具有密封件的燃气轮机 Expired - Fee Related CN1320257C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0119098A GB2378486A (en) 2001-08-04 2001-08-04 A seal element for sealing a gap and combustion turbine having such a seal element
GB0119098.2 2001-08-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1539050A true CN1539050A (zh) 2004-10-20
CN1320257C CN1320257C (zh) 2007-06-06

Family

ID=9919850

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB028153111A Expired - Fee Related CN1320257C (zh) 2001-08-04 2002-07-24 用以密封间隙的密封件和具有密封件的燃气轮机

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP1412618B1 (zh)
JP (1) JP4199661B2 (zh)
CN (1) CN1320257C (zh)
DE (1) DE60230767D1 (zh)
ES (1) ES2316589T3 (zh)
GB (1) GB2378486A (zh)
WO (1) WO2003014530A1 (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104616706A (zh) * 2015-02-05 2015-05-13 喻杰 一种一体化耐压壳组件
CN106103905A (zh) * 2014-03-07 2016-11-09 西门子股份公司 用于密封在室温下在间隙侧彼此平靠的两个部件之间的间隙的密封装置
CN106948872A (zh) * 2015-10-23 2017-07-14 通用电气公司 利用固持机构越过弹簧的叶片密封件
CN112253750A (zh) * 2020-10-21 2021-01-22 中国航发沈阳发动机研究所 一种柔性石墨编织密封条及其安装方法
CN112780419A (zh) * 2019-11-04 2021-05-11 通用电气公司 燃气涡轮发动机的密封件
CN113167177A (zh) * 2018-12-05 2021-07-23 赛峰飞机发动机公司 用于插入在飞行器双流涡轮发动机壳体元件和机舱元件之间的改进的空气密封设备
CN113195947A (zh) * 2018-12-13 2021-07-30 西门子能源全球有限两合公司 用于分开的壳体的密封装置

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7938407B2 (en) 2003-11-04 2011-05-10 Parker-Hannifin Corporation High temperature spring seals
US7464940B2 (en) 2003-11-04 2008-12-16 Parker-Hannifin Corporation High temperature spring seals
US20080284107A1 (en) * 2004-05-04 2008-11-20 Flaherty Andrew L Ceramic Brush Seals
EP1734146B1 (en) 2005-06-16 2008-08-20 Sulzer Metco (US) Inc. Ceramic abradable material with alumina dopant
US8936249B2 (en) * 2012-03-02 2015-01-20 Eaton Corporation Resilient seal having a pressurized bellows spring
US9850773B2 (en) * 2014-05-30 2017-12-26 United Technologies Corporation Dual walled seal assembly
US10794204B2 (en) * 2015-09-28 2020-10-06 General Electric Company Advanced stationary sealing concepts for axial retention of ceramic matrix composite shrouds

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5188507A (en) * 1991-11-27 1993-02-23 General Electric Company Low-pressure turbine shroud
US5630593A (en) * 1994-09-12 1997-05-20 Eg&G Pressure Science, Inc. Pressure-energized sealing rings
US5657998A (en) * 1994-09-19 1997-08-19 General Electric Company Gas-path leakage seal for a gas turbine
US5586773A (en) * 1995-06-19 1996-12-24 General Electric Company Gas-path leakage seal for a gas turbine made from metallic mesh
US5738490A (en) * 1996-05-20 1998-04-14 Pratt & Whitney Canada, Inc. Gas turbine engine shroud seals
US6076835A (en) * 1997-05-21 2000-06-20 Allison Advanced Development Company Interstage van seal apparatus
US6199871B1 (en) * 1998-09-02 2001-03-13 General Electric Company High excursion ring seal
US6237921B1 (en) * 1998-09-02 2001-05-29 General Electric Company Nested bridge seal
WO2000070192A1 (de) * 1999-05-12 2000-11-23 Siemens Aktiengesellschaft Dichtung zur abdichtung eines spaltes, insbesondere in einer turbine, und turbine

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106103905A (zh) * 2014-03-07 2016-11-09 西门子股份公司 用于密封在室温下在间隙侧彼此平靠的两个部件之间的间隙的密封装置
US10202861B2 (en) 2014-03-07 2019-02-12 Siemens Aktiengesellschaft Sealing arrangement for sealing a gap between two components which bear flat against one another on the gap side at room temperature
CN104616706B (zh) * 2015-02-05 2017-12-15 喻杰 一种一体化耐压壳组件
CN104616706A (zh) * 2015-02-05 2015-05-13 喻杰 一种一体化耐压壳组件
CN106948872A (zh) * 2015-10-23 2017-07-14 通用电气公司 利用固持机构越过弹簧的叶片密封件
US10036269B2 (en) 2015-10-23 2018-07-31 General Electric Company Leaf seal reach over spring with retention mechanism
CN113167177A (zh) * 2018-12-05 2021-07-23 赛峰飞机发动机公司 用于插入在飞行器双流涡轮发动机壳体元件和机舱元件之间的改进的空气密封设备
CN113167177B (zh) * 2018-12-05 2023-12-22 赛峰飞机发动机公司 插入涡轮发动机壳体元件和机舱元件之间的空气密封设备
CN113195947A (zh) * 2018-12-13 2021-07-30 西门子能源全球有限两合公司 用于分开的壳体的密封装置
CN113195947B (zh) * 2018-12-13 2023-08-22 西门子能源全球有限两合公司 用于分开的壳体的密封装置
US11859504B2 (en) 2018-12-13 2024-01-02 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Seal arrangement for a split housing
CN112780419A (zh) * 2019-11-04 2021-05-11 通用电气公司 燃气涡轮发动机的密封件
CN112253750A (zh) * 2020-10-21 2021-01-22 中国航发沈阳发动机研究所 一种柔性石墨编织密封条及其安装方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP1412618A1 (en) 2004-04-28
GB0119098D0 (en) 2001-09-26
CN1320257C (zh) 2007-06-06
JP2004537678A (ja) 2004-12-16
ES2316589T3 (es) 2009-04-16
JP4199661B2 (ja) 2008-12-17
WO2003014530A1 (en) 2003-02-20
EP1412618B1 (en) 2009-01-07
DE60230767D1 (de) 2009-02-26
GB2378486A (en) 2003-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6682300B2 (en) Seal element for sealing a gap and combustion turbine having a seal element
US7080513B2 (en) Seal element for sealing a gap and combustion turbine having a seal element
CN1320257C (zh) 用以密封间隙的密封件和具有密封件的燃气轮机
JP6689290B2 (ja) 軸方向保持具を有するタービンリングアセンブリ
US11591966B2 (en) Modulated turbine component cooling
RU2741192C2 (ru) Узел турбинного кольца
CN109072705B (zh) 在冷态下弹性保持的涡轮环组件
CN108699918B (zh) 冷热时具有支承件的涡轮环组件
EP2535522B1 (en) Seal assembly comprising a w-shaped seal
EP2690260B1 (en) Seal segment
CN100379947C (zh) 供热膨胀系数不同的构件之间的连接或空间密封的结构
US10329930B2 (en) Turbine ring assembly with sealing
EP1445537B1 (en) Sealing assembly for the aft end of a ceramic matrix composite liner in a gas turbine engine combustor
JP4347657B2 (ja) ガスタービンと燃焼器
US7121790B2 (en) Gas turbine arrangement
US11149646B2 (en) Piston ring assembly for a turbine engine
US10273817B2 (en) Turbine ring assembly with inter-sector connections
CN107735549A (zh) 由法兰支撑的涡轮机环组件
CN107810310A (zh) 以爪形离合器方式保持的涡轮环组件
US10619743B2 (en) Splined honeycomb seals
CN113124419A (zh) 燃气涡轮组件及用于其燃烧室的绝热砖瓦的支承装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070606

Termination date: 20170724