CN1833094A - 在透平部件的导向叶环和转子叶环之间具有密封件的燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气轮机(1)，其中在导向叶环(11)以及转子叶环(13)之间设置轴向密封，使在简化装配和降低成本的基础上实现了良好的密封。对此，采用密封件(35)，它至少绕着热气通道圆周的四分之一延伸。优选地，密封件(35)绕所述圆周的一半延伸并设置在导流叶片支承件(79)和导流板状部分的槽中。

Description

在透平部件的导向叶环和转子叶环之间具有密封件的燃气轮机

技术领域

本发明涉及一种轴流式燃气轮机，其中在热气通道中轴向依次设置导向叶环和转子叶环。对这些转子叶环被施加不同压力水平的冷却空气。为了在各压力水平之间进行隔离，设置密封件。

背景技术

轴流式燃气轮机包括压气装置、燃烧室以及透平部件。在压气装置中燃烧用空气被高度压缩，这些被高度压缩的空气在燃烧室中借助燃料燃烧。由此产生的热气通过热气通道导入透平部件。在透平部件中交替设置导向叶环和转子叶环。在每个导向叶环和转子叶环的环向一个接一个相邻接地设置导向叶片和转子叶片。

燃气轮机中的温度可能超过所使用材料熔点的温度值和/或使每个导向叶环和转子叶环的强度降低到无法接受的水平。由于这种原因，在热气通道中的部件通常要通过冷却介质冷却。通常从压气装置分出空气作为冷却气。冷却需要沿着热气通道中的流动方向降低。由于这种原因，比前面透平级冷却空气的压力水平小的冷却空气用于冷却后面的透平级。为了尽可能地减小冷却空气的消耗(因为这种消耗会降低燃气轮机的效率)，对不同的轴向透平级(即不同的导向叶环和转子叶环)施加不同压力水平的冷却空气。施加到在流动方向处于前面的叶环上的压力要比在流动方向处于后面的叶环的压力要大。

考虑到即使相邻的导向叶环和转子叶环上所处的压力也不同，有必要在不同压力水平的部件之间设置密封件。密封件的另一需要是防止热气混入到冷却空气中，降低冷却效果。

US-PS 5,833,244公开了一种燃气轮机密封装置。两相邻叶环的密封通过迷宫式密封系统实现。各密封件设置在转子叶轮盘的槽中。密封部分具有垂直于流动方向分布的、且在轴向接续设置的齿形凸起，它们相对于导流叶片尖部设置。通过在圆周方向间隔设置的这些部分提供了在圆周方向围绕的迷宫式密封系统，它特别适合于大型燃气轮机中的密封。

在轴向两叶环之间的密封系统与同一叶环在圆周方向不同的叶片之间的密封装置是不同的。后一类的圆周密封装置用于将在热气通道中的热气与转子圆盘或导流叶片支承件隔离。例如US-PS 5,785,499或US-PS 6,273,683公开了这种装置。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种隔离燃气轮机两叶环压力水平之间的密封组件，其密封效果好，同时安装简单，成本较低。

本发明的目的是这样实现的，一种沿透平轴定向的轴流式燃气轮机，包括一压气装置、燃烧室以及透平部件，在透平部件中，轴向连续的导向叶环以及转子叶环设置在热气通道中，其中在工作时，热气流过其热气通道，其导向叶环和转子叶环通过冷却空气冷却，其压力水平沿热气的流动方向减低，其中：在至少一个导向叶环以及与之直接相邻的转子叶环之间设置密封件，它隔离住不同的压力水平并绕着圆周的至少四分之一连续延伸，其圆周与作为中点的透平轴垂直。

本发明首次提出密封件经较大的圆周距离延伸，在轴向进行密封。由于减小了在圆周方向密封边界的行程，密封效果得到明显改善。另外，通过减少部件，简化了安装。部件数目的减少也降低了装置的成本。

优选的是，每个密封件延伸半个圆周。因此，每个隔离级只需要两个密封件。对于由在接合部彼此配合的两半构成的燃气轮机壳体，其密封件优选这样设置，密封件分别沿着两个半壳体延伸。由此，在维修燃气轮机时简化了其拆卸和更换的过程。

优选的是，其密封件由具有径向延伸的表面的环形板条构成，其密封件具有外边缘和内边缘。这种环形板条通过加工技术制造特别简单。

同样优选的是，其内边缘设置在相应板状部分槽中，而外边缘在导流叶片支承件中形成的支承槽中设置，其板状部分槽设置在导向叶环的或在转子叶环外径向分布的导向环的导流叶片中相应的板状部分的背靠热气通道的一侧。导流叶片具有作为主要部分的叶身，板状部分与其邻接。其板状部分用于将热气与导流叶片支承件隔离。在其板状部分上连接一固定装置，通过它将导流叶片固定在导流叶片支承件中。导向叶环在轴向与转子叶环相接，它在转动侧同样通过转子叶片上的板状部分导入热气。与导向叶环相邻的热气通道表面通过导向环与对置于转子叶片转动叶片尖部的热气隔开。导向叶环的导流叶片中的槽导向环形密封板条的外边缘。其外边缘的走向顺着导流叶片支承件中的支承槽的走向。

为了安装密封件，只需要将其塞进安装在所述的槽中，或将密封件放进导流叶片支承件的槽中，接着安装导流叶片，使得密封件处于板状部分的槽中。

优选的是，其密封件通过抵压在其表面上的螺栓夹紧，其螺栓使得密封件抵压在相对的其板槽侧壁和支承槽侧壁上。通过其密封件的这种主动式附件使无论装置处于何种操作状态，都可实现可靠的密封。另外，优选的是，用多个螺栓将密封件夹紧。优选地，每一个叶环的叶片用一个螺栓来夹紧。

导流叶片通常具有钩状部分，通过它将导流叶片钩到导流叶片支承件上。这种钩状部分通过其与导流叶片支承件之间的轴向接触面限定了轴向固定点区域。优选的是，将密封件设置在轴向固定点区域。由于在轴向固定点区域的热变形很小，特别对于上述的密封件主动式附件，这个位置有利于密封件的定位。

如果不选择密封件的主动式附件，最好将密封件设置得远离轴向固定点区域。由于在停机时和操作状态时温度相差变大，使叶片板状部分或导向环相对于导流叶片支承件发生较大的热致位移。通过将密封件松弛地安装到其板状部分或导流叶片支承件槽中，在热变形时形成被动式附件作用。在热变形时，其密封件这样压靠到槽壁上，即不形成可靠地密封。另外优选的是，除了导流叶片支承件中的槽壁，在圆周方向设置其它凸起，作为密封件的轴向接触面。

对于上述的密封件的主动式附件，优选在安装时通过安装导流叶片而安装完成导向叶环，并接着安装相邻的导向环。

附图说明

下面参照附图进一步以实施例形式描述本发明。相同的附图标记在不同的图中具有相同的含义。其中的附图是示意性的且没有按照比例绘制：

图1示出了燃气轮机；

图2示出了燃气轮机透平部件的横截面图；

图3示出了燃气轮机热气通道的纵向截面部分；

图4示出了图3中密封件的放大视图；

图5示出了燃气轮机的纵向截面的另一部分；

图6示出了具有图5密封件的装置局部的放大视图。

具体实施方式

图1示出了一种燃气轮机1。其燃气轮机1包括沿透平轴线10方向依次设置的压气装置3、燃烧室5以及透平部件7。其压气装置3和透平部件7设置在沿透平轴线10延伸的同一轴9上。在透平部件7中形成呈锥形扩展的热气通道12。导流叶片11和转子叶片13突入其热气通道12中。多个导流叶片11在圆周方向彼此相邻地设置在导流环14上。多个转子叶片13在圆周方向彼此相邻地设置在转子叶环16上。导流环14和转子叶环16在热气通道12中交替设置。

在燃气轮机1工作时，外界空气由压气装置3吸入并压缩成压缩空气15。压缩空气15被输送到燃烧室5并与燃料一同燃烧成热气17。热气17流过热气通道12并由此掠过导流叶片11和转子叶片13。由于转子叶片13从热气17中吸收动能并传递到与转子叶片13固接的轴9上，使轴9转动。从热气17中获得的能量例如可以传递到发电机上，用于发电。

图2示出了穿过热气通道12的横截面，其中示出了一部分转子叶环16和一部分导向叶环14。由圆形板制成的密封件35在圆周方向经与透平轴10垂直的圆周41的一半在导流环14和转子叶环16之间延伸。相同类型的密封件35沿圆周41的另一半延伸，由此形成一封闭的圆周。两密封件35在接合部42相接。其接合部42对应于将围成热气通道13的燃气轮机壳体分成两半的接合部(此接合部未在图中示出)。其密封件35是扁的，在图中示出了其表面F，该表面F以密封件35的外边缘37和内边缘39为界。

图3示出了穿过热气通道12的一个纵向截面的一部分，它示出了导流叶片11，其导流叶片在轴向被导向环51从两侧封闭。根据图2所示形成密封件35。图4示出了其详细的结构。第一压力水平的冷却空气53通向导流叶片11。第二压力水平的冷却空气55通向导向环51。由于对于在热气17流动方向还处于前面的导流叶片11比对于在其流动方向还处于之后的导向环51更需要冷却，冷却空气53的压力水平大于冷却空气55的压力水平。使冷却空气在轴向保持不同的压力水平，是在导流叶片11与导向环51之间进行密封的一个理由。另一理由足尽可能进一步减小热气混入冷却空气中，以避免由此加热冷却空气，使得冷却效果变差。所示的密封件借助一主动式附件压到轴向面上，由此，产生密封效果。这将借助图4进一步描述。

图4放大地示出了图3中具有密封件35的部分。在导流叶片11的板状部分87上，在背靠热气一侧形成在圆周方向分布的槽85。一导流叶片支承件79设置在其导流叶片11的背靠热气通道12一侧。在导流叶片支承件79上，在径向上与其板状部分槽85相对的、同样在圆周方向设置导流叶片支承件槽83。其密封件35是按照图2形成的环形板条，其内边缘37与其板状部分槽85配合。其密封件35的外边缘39设置在导流叶片支承件槽83中。此外，在导流叶片11和与之相邻的导向环51之间设置圆周密封件91，它密封住在导流叶片边缘相应两导流叶片11之间的导向环51与板状部分87之间的缝隙。

其密封件35借助压紧装置61一方面压到其板状部分槽85的侧壁上，另一方面压到导流叶片支承件槽83的槽壁上。对此，在压紧装置61的槽67中导向的压紧销65借助螺栓63约在密封件35的径向中部压到其密封件35上。

密封件35的轴向定位选择在导流叶片11的钩状部分71区域。其钩状部分71用于安装导流叶片11。另外，通过其钩状部分71经轴向压紧面确定了轴向固定点区域73，同样，借助其径向凸面确定了径向固定点75。在轴向固定点区域73，导流叶片11的板状部分87比导流叶片支承件79的热膨胀要小，因此，借助密封件35的主动式附件，无论燃气轮机处于何种工作状态，都能实现良好的密封。其导向环51同样借助一钩状部分77设置在导流叶片支承件79上。在已有技术的结构中，在没有密封件35的情况下，通常是通过钩状部分71和77实现轴向密封。对此必须保证较小的公差，以使获得导流叶片支承件79中的钩状部分71、77之间的缝隙尽闭能小。这加大了加工和装配的难度。而在本发明的方案中，借助密封件35，轴向密封变得简单、成本低且密封可靠。

图5示出了穿过热气通道12的另一个纵向截面。该图也示出了导流叶片11，其导流叶片在两侧由导向环51封闭，但密封件35距轴向固定点区域73以一定距离设置。对此，不设置将密封件35压到槽壁上的装置。这将参照图6进一步描述。

图6示出了图5具有密封件35的一部分。如上所述，其密封件35通过其内边缘39设置在板状部分槽85中，通过其外边缘37设置在导流叶片支承件槽83中。在导流叶片支承件79上这样形成一作为轴向定位面的附加凸起91，使得它约处于密封件35径向中部区域。其板状部分槽85在图示例子中在导向环51上形成。其导向环51可相对于导流叶片支承件79运动，以避免热应力的不良影响。在工作时，由于存在温差，会导致导向环51相对于导流叶片支承件79发生位移。由此，使得密封件弯曲并压到导流叶片支承件79上的凸起91上。这样形成的密封件35的被动式附件实现良好的密封效果，同时降低了设备费用。

在装配燃气轮机1时或对之进行维修过程中，先把密封件35安装到导流叶片支承件槽83中，再把具有板状部分槽85的导流叶片11或者导向环52安装好。接着，再把导流叶片11和导向环51中剩下的、与前一个相邻的那个部件安装好。

Claims (7)

1.一种沿透平轴(10)定向的轴流式燃气轮机(1)，包括一压气装置(3)、燃烧室(5)以及透平部件(7)，在透平部件(7)中，轴向连续的导向叶环(11)以及转子叶环(13)沿轴向接连设置在热气通道(12)中，其中在工作时，热气(17)流过其热气通道(12)，其导向叶环(11)和转子叶环(13)通过冷却空气(53，55)冷却，其压力水平沿热气(17)的流动方向降低，其特征在于：至少在一个导向叶环(11)以及与所述的导向叶环(11)直接相邻的转子叶环(13)之间设置密封件(35)，它相对隔离不同的压力水平并至少绕着圆周(41)的四分之一连续延伸，其圆周(41)与作为中点的透平轴垂直。

2.如权利要求1的燃气轮机(1)，其特征在于：其密封件(35)绕圆周(41)的一半延伸。

3.如权利要求1或2的燃气轮机(1)，其特征在于：其密封件(35)由具有径向延伸的表面F的环形板条构成，其密封件(35)具有外边缘(37)和内边缘(39)。

4.如权利要求3的燃气轮机(1)，其特征在于：其内边缘(39)设置在相应板状部分槽(85)中，而外边缘(37)在导流叶片支承件(79)中形成的支承槽(83)中设置，其板状部分槽(85)设置在导向叶环(11)的或在转子叶环(13)外径向分布的导向环(89)的导流叶片(14)相应板状部分(87)的背靠热气通道(12)的一侧。

5.如权利要求4的燃气轮机(1)，其特征在于：其密封件(35)通过抵压在其表面F上的螺栓(65)夹紧，其螺栓(65)使得密封件(35)抵压在相对的其板状槽侧壁和支承槽侧壁上。

6.如权利要求5的燃气轮机(1)，其特征在于：每个导流叶片(14)分别具有轴向固定点(73)，在其上导流叶片借助一个适合的钩状部分(71)固定，防止其在导流叶片支承件(79)中轴向移动，其中密封件(35)在轴向固定点(73)区域设置。

7.如权利要求3的燃气轮机(1)，其特征在于：每个导流叶片(14)分别具有轴向固定点(73)，在其上导流叶片借助一个适合的钩状部分(71)固定，防止其在导流叶片支承件(11)中轴向移动，其中密封件(35)距轴向固定点(73)区域远离设置。

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