包含腹带密封件防转动装置的燃气轮机 |
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| 申请号 | CN201380055582.7 | 申请日 | 2013-10-18 | 公开(公告)号 | CN104755705A | 公开(公告)日 | 2015-07-01 |
| 申请人 | 西门子公司; | 发明人 | B.D.内赖姆; R.L.肯德尔; P.萨恩; | ||||
| 摘要 | 在相邻 涡轮 机盘的相对密封带接收槽中布置有密封带，用于密封所述盘之间的环形缝隙。在所述盘之一中形成有通孔，其中，该通孔限定出纵向孔轴线，并延伸至该盘中的密封带接收槽。在盘上形成有至少一个接合构造，并且该接合构造垂直于纵向孔轴线沿通孔的侧向延伸。销件穿过通孔，并穿过密封带上的开口置于密封带接收槽中，以防止密封带相对于盘移动。销件包括侧向延伸的配合构造，该配合构造布置为与所述接合构造接合，从而把销件保持在密封带中的开口内。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种涡轮机，包括： |
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| 说明书全文 | 包含腹带密封件防转动装置的燃气轮机技术领域背景技术[0002] 在各种用于能量转换的多级涡轮机(例如汽轮机)中，使用流体产生旋转运动。例如，在燃气轮机中，气体在通过压缩机中的连续级时被压缩，并在燃烧室中与燃料混合。然后，气体与燃料的混合物被点燃，以产生燃烧气体，该燃烧气体被导引至各涡轮机级，以产生旋转运动。通常，涡轮机级和压缩机级具有固定或非转动部件，例如导叶结构，这些部件与转动部件(例如转子叶片)配合，使工作气体压缩和膨胀。 [0003] 通常，转子叶片安装至被支撑为在转子轴上转动的盘上。环形臂从相邻盘的相对部分延伸，从而形成成对环形臂。在相邻级的盘之间的成对环形臂的内侧上形成有冷却空气腔，在固定导叶结构的内周面上可提供迷宫式密封件，用于与环形臂配合，从而在高温燃烧气体的气路和冷却空气腔之间形成气封。从相邻盘的相对部分延伸的成对环形臂限定彼此隔开的相对端面。通常，所述相对端面可具有用于接收称为“腹带密封件”的密封条的槽，该密封条弥合端面之间的缝隙，以防止流过冷却空气腔的冷却空气漏入高温燃烧气体的气路中。该密封条在周向上可由多段形成，这些段在搭接式或台阶式末端处互连起来。 [0004] 在密封条包括在周向上彼此相邻布置的多段的情况下，密封条可能在周向上彼此相对移动。这种移动可能导致一段密封条的一端与相邻一段密封条的互搭长度增加，而该段密封条的另一端会与相邻一段密封条脱离结合，形成允许气体穿过密封条的缝隙。因此，通常需要提供一种防止各段密封条在周向上相对移动的机制。 发明内容[0005] 根据本发明的一个方面，本发明提供一种包括多个级的涡轮机，每级包括转动盘及承载在该转动盘上的叶片，至少一对相邻转动盘限定其间的环形缝隙，并具有相应的与环形缝隙对正的相对密封带接收槽。在相对密封带接收槽中布置有密封带，以密封环形缝隙。在至少一个盘中形成有通孔，其中，通孔限定出纵向孔轴线，并延伸到至少一个盘中的密封带接收槽。在至少一个盘上形成有至少一个接合构造，并且该接合构造垂直于纵向孔轴线沿通孔的侧向延伸。销件穿过通孔，并穿过密封带上的开口置于密封带接收槽中，以防止密封带相对于至少一个盘移动。销件包括侧向延伸的配合构造，该配合构造布置为与所述接合构造接合，从而把销件保持在密封带中的开口内。 [0006] 密封带上的开口可包括形成在密封带的边缘上的凹口，销件包括位于密封带上的凹口内的径向内端。 [0007] 所述配合构造可包括从销件的内端的侧向相对侧延伸的一对突起，所述接合构造可包括至少一个盘内的槽中的表面，该表面垂直于纵向孔轴线从通孔沿侧向延伸，用于与所述突起结合。 [0008] 所述孔可包括一对相对的侧向延伸的叶瓣区，所述叶瓣区允许所述突起穿过。销件可包括与内端相对的径向外端，该外端具有向外变形的部分，这些部分延伸至叶瓣区中，以防止销件在通孔内转动。 [0010] 销件可包括与内端相对的径向外端，并可包括延伸至径向外端中的盲孔。 [0011] 通孔可包括至少一个侧向延伸的叶瓣区，销件的限定出盲孔的周壁可限定出至少一个向外变形的部分，该部分延伸到至少一个叶瓣区中，用于防止销件在通孔内转动。 [0012] 根据本发明的另一个方面，本发明提供一种包括多个级的涡轮机，每级包括转动盘及承载在该转动盘上的叶片，每个转动盘包括径向朝外侧。至少一对相邻转动盘限定其间的环形缝隙，并具有与环形缝隙对正的相应的相对密封带接收槽，每个密封带接收槽包括相对的外侧径向朝向的槽面和内侧径向朝向的槽面。在相对密封带接收槽中布置有密封带，以密封环形缝隙。在至少一个盘中形成有通孔，该通孔从径向朝外侧穿过所述外侧径向朝向的槽面，其中，该通孔限定出纵向孔轴线，并延伸到至少一个盘中的密封带接收槽。至少一个盘上的至少一个接合构造垂直于纵向孔轴线沿通孔的侧向延伸。销件穿过通孔，并穿过密封带内的开口。销件包括径向延伸的配合构造，该配合构造布置为与所述接合构造接合，以防止销件径向移动并从通孔中脱出。 [0013] 所述配合构造可包括从销件的内端的侧向相对侧延伸的一对突起，所述接合构造可包括至少一个盘内的槽中的表面，该表面垂直于纵向孔轴线从通孔沿侧向延伸，用于与所述突起结合。 [0014] 用于与所述一对突起结合的接合构造可由外侧径向朝向的槽面限定。 [0015] 所述孔可包括一对相对的侧向延伸的叶瓣区，所述叶瓣区允许所述突起穿过。 [0016] 侧向延伸的叶瓣区可包括大体为半圆形的区域，该区域从限定出孔的壁沿侧向向外延伸。 [0017] 销件可包括与内端相对的径向外端，该外端具有向外变形的部分，这些部分延伸至叶瓣区中，以防止销件在通孔内转动。 [0018] 销件绕纵向孔轴线的转动可使得配合构造置与接合构造接合。 [0019] 所述接合构造可由螺纹限定，所述配合构造可由与接合构造的螺纹接合的螺纹限定。 [0020] 销件可包括与内端相对的径向外端，并可包括延伸至径向外端中的盲孔。 [0021] 通孔可包括至少一个侧向延伸的叶瓣区，销件的限定出盲孔的周壁可限定出至少一个向外变形的部分，该部分延伸到至少一个叶瓣区中，用于防止销件在通孔内转动。 [0024] 图1是根据本发明的包括密封条组件的燃气轮机的一部分的示意性截面图； [0025] 图2是一个分解透视图，示出了根据本发明的一个方面的密封条组件； [0026] 图3是根据本发明的一个方面的盘臂的一部分的放大分解透视图，该盘臂包括用于密封条组件的防转动结构； [0027] 图4是根据本发明的一个方面的销件的透视图； [0028] 图5是盘臂的平面图，示出了盘臂上的防转动结构组件； [0029] 图6是沿图5的线6-6剖切的处于组装后状态的防转动结构的横截面图； [0030] 图7是沿图5的线7-7剖切的处于组装后状态的防转动结构的横截面图； [0031] 图8是与图6类似的一个视图，示出了本发明的一个可替代方面。 具体实施方式[0032] 在以下的优选实施方式详细说明中，将参照附图进行说明，附图构成这些实施方式的一部分，并且以示例性而非限定性的方式示出了可实施本发明的特定优选实施方式。应理解，也可利用其它实施方式，并且在不脱离本发明的精神和范围的前提下可做出各种变化。 [0033] 请参考图1，其中示意性地示出了涡轮发动机10的一部分，其包括相邻的级12、14，每个级12、14包括一系列固定导叶组件16和一系列转动轮叶18，其中，导叶组件16和轮叶18沿周向布置在发动机10内，在涡轮发动机10的轴向上，导叶组件16和轮叶18交替布置。轮叶18支撑在通过转轴螺栓22与相邻盘紧固的转子盘20上。导叶组件16和轮叶18延伸至环形气道24中，穿过气道24的高温气体流过导叶组件和轮叶18，并流至其余的转动元件。 [0034] 盘的腔体26、28从气道24径向向内布置。优选从穿过导叶组件16中的内部通道至盘的腔体26、28的冷却气体提供喷吹气体，以冷却轮叶18，并且，提供压力，以平衡气道24内的高温气体的压力。另外，包括迷宫式密封32的级间密封件支撑在导叶组件16的径向内侧，并与限定在从相邻盘20的相对部分轴向延伸的成对环形盘臂34、36上的表面结合。在成对环形盘臂34、36的径向内侧，在相邻盘20的相对部分之间形成有环形冷却空气腔38。该环形冷却空气腔38接收穿过盘的通道以冷却盘20的冷却空气。 [0035] 请参考图2，为了说明本发明的密封条组件46，在图中示出了两个相邻盘20的盘臂34、36。应理解，盘20和相关的盘臂34、36限定绕转子中心线延伸整周的环形结构。盘臂34、36限定彼此成紧密间隔关系的相应相对端面48、50。周向延伸的槽52、54形成在相应的端面48、50上，其中，槽52、54与限定在端面48、50之间的环形缝隙56(图6)径向地对正。 [0036] 请参考图2和图6，密封条组件46包括形成周向延伸的腹带密封的密封带60。密封带60包括相对的密封带边缘62、64，密封带边缘62、64处于限定在相对端面48、50上的相应槽52、54中。密封带60弥合端面48、50之间的环形缝隙56，并形成密封，以防止或基本上限制气体在冷却空气腔38和盘的腔体26、28之间流动。 [0037] 请参考图3，槽52和54是参照槽52说明的。应理解，槽54可形成为与槽52相同的构造。槽52由相对的外侧径向朝向的槽面和内侧径向朝向的槽面66、68限定，并且它限定其间的预定密封槽缝隙尺寸G。预定密封槽缝隙尺寸G的大小参照密封带60的厚度尺寸T确定，该尺寸T是在密封带60的径向朝外表面70和相对的径向朝内表面72之间测量的值(图2和图6)。具体而言，槽缝隙尺寸G和密封带厚度尺寸T的大小能实现密封带60与槽52、54之间紧密配合，以防止或基本上限制气体在密封带边缘62、64的周围流动。 [0038] 根据本发明的一个方面，密封条组件包括用于防止密封带60的一段相对于密封带60的其它段移动的防转动结构。应注意，在本说明书中，密封带60的一段在此称为密封带60。但是，密封带60可由多段(例如四段)构成，并且可为密封带60的每段提供一个独立的防转动结构。例如，可在每段密封带的中间位置处提供一个防转动结构。 [0039] 请参考图2和图3，防转动结构包括从盘臂34的径向朝外侧76延伸至槽52的外侧径向朝向的槽面66的通孔74，并且还包括配置为收纳在通孔74中的销件78。通孔74形成为径向延伸的圆孔，具有由圆形壁80限定的纵向孔轴线81。一对相对的叶瓣区82、84从圆形壁80侧向向外延伸。叶瓣区82、84由平行于纵向孔轴线81从盘臂34的径向朝外侧76延伸至外侧径向朝向的槽面66的大致为半圆形的壁82a、84a限定。叶瓣区82、84的直径显著小于由圆形壁80限定的孔74的直径。 [0040] 请参考图3和图4，销件78形成为由圆筒形外壁86限定的圆柱状结构。销件78具有从径向外端90至径向内端92的长度尺寸，该长度尺寸大致等于或稍小于从盘臂34的径向朝外侧76至内侧径向朝向的槽面68的径向距离。销件外壁86的直径稍小于由圆形壁80限定的孔74的直径，因而销件78可自由地滑入孔74中。例如，销件78的直径可相对于孔74的直径形成有约0.1毫米的空隙。 [0041] 销件78形成有从与内端92相邻的销件78的侧向相对侧延伸的一对突起94、96。突起94、96包括沿销件78的外壁86的长度延长的大致为半圆柱形的结构，并限定平行于销件78的长度延伸的高度尺寸H。高度尺寸H稍小于槽缝隙尺寸G。例如，突起94、96可形成为使得高度尺寸H比槽缝隙尺寸G小约0.5毫米，如下文中的进一步说明所示。另外，叶瓣区82、84上的侧向最外点之间的间距尺寸S1(参见图5)大于销件78上的突起94、96上的侧向最外点之间的间距尺寸S2(参见图4)，因而有助于销件78穿过孔74。 [0042] 根据本发明的另一个方面，密封带60形成有延伸至密封带60的边缘62内的凹口98，如图2和图5所示。凹口98限定用于收纳销件78的孔口。具体而言，在防转动结构的组装操作过程中，密封带60被置于横跨端面48、50之间的环形缝隙56的槽52、54内，如图 6所示。密封带60布置为使得凹口98在周向上与孔74对正，即，与大致居中地径向穿过凹口98的孔74的轴线81对正。 [0043] 销件78穿入孔74中，使内端92与内侧径向朝向的槽面68邻接(例如结合)。如上所述，销件78的外壁86和突起94、96的尺寸使它们易于分别配装在孔74和叶瓣区82、84中，从而销件78可不受阻碍地滑过孔74。 [0044] 然后，转动销件78，使突起94、96置于外侧径向朝向的槽面66的正下方，例如通过转动销件约90度，如图5中的虚线94、96所示。销件78的转动位置以及突起94、96的位置在图6中进一步示出，如上所述，突起94、96的高度尺寸H小于缝隙尺寸G，因而突起94、96可在槽52的区域内转动，而不会与外侧径向朝向的槽面和内侧径向朝向的槽面66、68干涉。 [0045] 请参考图6，外侧径向朝向的槽面66形成沿孔74的侧向延伸的接合构造，销件78的突起94、96形成与槽面66的接合构造接合的侧向延伸的配合构造。突起94、96与外侧径向朝向的槽面66的结合使得销件78被径向保持在孔74中，并使得销件78的径向内端92被保持在密封带60的凹口98中。 [0046] 请参考图4-6，销件78的径向外端90形成有盲孔100。具体而言，径向外端90包括较薄的周壁102，周壁102限定轴向延伸至销件78中的盲孔100。另外，在构成盲孔100的底面的表面101上可形成有槽104，用于与工具(未示出)结合，以便销件78转动。应说明的是，密封带60中的凹口98的尺寸使得销件78可在凹口98转动，而不会与限定凹口98的表面干涉，如图5所示。 [0047] 请参考图7，在销件78转动从而与外侧径向朝向的槽面66附近的突起94、96结合后，周壁102的一些部分可向外变形进入叶瓣区82、84，以防止销件78转动。具体而言，例如通过敲击操作可形成一个或多个向外变形的部分106、108，并使变形部分106、108进入相应的一个或多个叶瓣区82、84，以防止销件78转动，并防止突起94、96重新与叶瓣区82、84对正。因此，在安装操作过程中，周壁102在变形后，以主动方式把销件78保持在孔74中，使得销件78的内端92与密封带60内的凹口98结合，作为防止或限制密封带60相对于盘臂34、36移动的防转动机构。 [0048] 请参考图8，其中示出了防转动结构的一种可替代的构造，其中，与参照图2-7说明的元件对应的元件以相同的标号加100来表示。 [0049] 根据如图8所示的本发明的方面，盘臂槽152、154的结构和收纳在其中的密封带160的结构与上述的槽52、54和密封带60的结构相同。盘臂134形成有用于接收销件178的通孔174。通孔174形成有接合构造，该接合构造包括从一般以尺寸线D1描绘的较小尺寸处侧向延伸至一般以尺寸线D2描绘的较大尺寸处的内螺纹107。内螺纹107形成从孔174侧向向外的接合构造。 [0050] 销件178形成有配合构造，该配合构造包括从销件174的外侧尺寸侧向向外延伸的外螺纹109，该外侧尺寸由一般由尺寸线D1描绘的较小直径限定。外螺纹109向外延伸至一般由尺寸线D2描绘的较大直径处。虽然内螺纹107和外螺纹109的尺寸一般参照相同的尺寸线D1和D2，但是正如业界所知的，在内外螺纹107、109之间有很小的空隙，以形成内外螺纹之间的配合，从而适应销件178在孔174内的转动。 [0051] 销件178还可形成有包括周壁202的盲孔200。另外，在构成盲孔200的底面的表面201上可形成有槽104，用于与工具(未示出)结合，以便销件178转动。 [0052] 在图8所示的防转动结构的组装操作过程中，密封带160被置于槽152、154内，从而弥合端面148、150之间的环形缝隙156。密封带160布置为使得凹口198在周向上与孔174对正。 [0053] 通过转动销件178使销件178穿入孔174中，从而与内外螺纹107、109结合。销件178向孔174内穿入的螺纹运动使得销件178的内端192与内侧径向朝向的槽面168邻接(例如结合)。 [0054] 应说明的是，可按与图3、图5和图6所示的叶瓣区82、84相似的方式提供从孔174侧向向外的一个或多个叶瓣区。但是，叶瓣区可以仅部分地沿孔174的径向范围从盘臂134的径向朝外侧176延伸。如上文的针对销件78的说明所述，周壁202可侧向向外变形，进入一个或多个叶瓣区，从而在销件178的内端192被置于由凹口198限定的孔口内之后防止销件178从孔174转出。 |
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