涡轮机 |
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| 申请号 | CN201380056495.3 | 申请日 | 2013-10-15 | 公开(公告)号 | CN104755702B | 公开(公告)日 | 2017-10-10 |
| 申请人 | 西门子公司; | 发明人 | M.S.古拉奥; K.M.莱特; P.A.乌兰; M.J.拉格罗; | ||||
| 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。包括基部的防转动体布置在环形缝隙内的密封带的边缘之间，销部从基部沿轴向延伸，用于与至少一个盘的切口部结合。一对相隔的突出部从基部延伸，并在环形缝隙内的某个 位置 处伸入密封带的贯通开口中。突出部限定出把防转动体附接至密封带的附接结构。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种涡轮机，包括： |
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| 说明书全文 | 涡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中，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接合，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，每级包括转动盘和由该转动盘承载的叶片，至少一对相邻转动盘限定位于它们之间的环形缝隙，并具有相应的与环形缝隙对正的相对密封带接收槽。在相对的密封带接收槽中布置有密封带以密封环形缝隙，并且该密封带包括相对的密封带边缘。在密封带中，在相对的密封带边缘之间形成有至少一个贯通开口。包括基部的防转动体布置在环形缝隙内的密封带边缘之间，销部从基部沿轴向延伸以与至少一个盘的切口部接合。突出部从基部延伸，并在环形缝隙内的某个位置穿过所述的至少一个贯通开口。突出部限定出把防转动体附接至密封带的附接结构。 [0006] 突出部可与基部一体形成。附接结构可包括突出部与密封带之间的焊接接头。 [0007] 贯通开口可大致位于密封带边缘之间的中点位置。 [0008] 防转动体可位于密封带的径向内侧，基部可包括与密封带的朝内表面正对接合的径向朝外侧。 [0009] 基部可具有沿密封带的长度的细长尺寸，并且至少两个突出部可沿所述细长尺寸间隔形成，并径向穿过密封带中的相应贯通开口，每个突出部通过焊接接头附着至密封带。销部可在大致处于突出部之间的中点的位置从基部延伸。 [0011] 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，每个级包括转动盘和承载在其上的叶片，至少一对相邻的转动盘限定位于它们之间的环形缝隙，并具有与环形缝隙对正的相应相对密封带接收槽。在相对的密封带接收槽中布置有密封带以密封环形缝隙，并且该密封带包括相对的密封带边缘。包括基部的防转动体布置在环形缝隙内的密封带边缘之间，并且该防转动体包括与密封带的朝内表面正对接合的径向朝外侧，销部从基部沿轴向延伸以与至少一个盘的切口部接合。一对相隔的突出部从基部延伸，并在环形缝隙内的某个位置处伸入密封带的贯通开口中。突出部限定出把防转动体附接至密封带的附接结构。 [0012] 突出部可与基部一体形成。附接结构可包括突出部与密封带之间的焊接接头。所述焊接接头可形成在密封带的径向朝外表面处，并形成在盘之间的环形缝隙内。 [0013] 贯通开口可大致位于密封带边缘之间的中点位置。 [0014] 基部可具有沿密封带的长度的细长尺寸，并且两个突出部沿所述细长尺寸间隔形成。销部可在大致处于突出部之间的中点的位置从基部延伸，从而形成大致为T形的部件。 [0015] 在接收突出部的开口之间的密封带中可形成有孔洞，在基部中可形成有孔，并且该孔与密封带中的孔对正，用于接收保持结构，在把防转动体附接至密封带的附接操作过程中，该保持结构用于把防转动体保持为与密封带接合的状态。形成在基部中的孔可为螺纹孔，并且所述保持结构可包括螺纹轴，该螺纹轴穿过密封带，并与所述孔接合，从而把防转动体保持为与密封带接合的状态。附图说明 [0017] 图1是本发明的包括防转动结构的燃气轮机的一部分的示意性截面图； [0018] 图2是一个分解透视图，示出了本发明的一个方面的与密封带结合使用的防转动结构； [0019] 图3是组装至密封带的防转动结构的透视图，并且该防转动结构是相对于一对相邻转动盘的一段示出的；和 [0020] 图4是防转动组件的横截面图，该防转动组件包括通过焊接附接操作组装至密封带的防转动体。 具体实施方式[0021] 在以下优选实施例的详细说明中，将参照构成本说明书的一部分的附图以示例性方式而非限定性方式说明可实践本发明的一个具体优选实施例。应理解，也可以利用其它实施例，并且在不脱离本发明的精神和范围的前提下做出各种变化。 [0022] 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与相邻盘固定的转子盘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。 [0023] 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上的表面接合。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。 [0024] 请参考图4，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。应理解，盘20和相关的盘臂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。在相应的端面48、50上形成有周向延伸的槽52、54(参见图3)，其中，槽52、54与限定在端面48、50之间的环形缝隙69径向对正。另外，典型情况下，盘臂34、36包括至少一个切口部或径向开口56、58，该切口部或径向开口56、58从径向内表面60、62朝相应的盘臂34、36的径向外表面64、66延伸，并从端面48、50在轴向上向内延伸，并与槽52、54相交。径向开口56、58可朝外表面64、66延伸一部分距离，如开口56所示，或者，径向开口56、58可穿过盘臂34、36延伸整个距离，如穿过盘臂36从内表面62延伸至外表面66的开口58所示。 [0025] 请参考图2，密封条组件46包括形成周向延伸的腹带密封的密封带68。密封带68包括相对的密封带边缘65、67，密封带边缘65、67处于限定在相对端面48、50上的相应槽52、54(图3和图4)中。密封带68弥合端面48、50之间的环形缝隙69，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。 [0026] 应说明的是，通常，盘臂34、36中的径向开口56、58用于与现有技术的防转动结构(未示出)接合，这种防转动结构是与腹带密封件结合使用的。例如，一种已知的防转动结构是附接至腹带密封件并轴向伸入开口56、58中的块状结构，其中，防转动结构与开口56、58的侧面的接合能防止或限制腹带密封件或密封件的各段沿周向移动。在美国专利7,581,931中示出了一个此类的防转动结构，该专利通过引用并入本文。如下文所述，本发明提供一种防转动装置，该装置能够利用现有的盘臂结构(包括利用一个或多个径向开口56、58)来防止密封带68转动。 [0027] 而且，应说明的是，密封带68是一种“损耗件”，需要在涡轮机工作一段时间后更换，以保持其密封功能。典型情况下，需要在维修厂内在转子分解的过程中执行更换密封带的程序。根据本发明的一个方面，密封带68的更换和本文所述的防转动结构的安装可在现场进行。 [0028] 请参考图2，根据本发明的一个方面，密封条组件46还包括防转动体75，该防转动体75包括基部70，该基部70具有在第一和第二端72、74之间沿周向延伸的细长尺寸。防转动体75的本体部分70具有限定在相对的第一和第二轴向边缘76、78之间的轴向尺寸，该轴向尺寸小于盘臂34、36的相对端面48、50之间的间距，并且该轴向尺寸的大小使得本体部分70可完整配装在环形缝隙69中。 [0029] 销部80从基部70的第一轴向边缘76沿轴向延伸，大体位于第一和第二端部72、74之间的中点位置，并且其尺寸使得销部80可沿轴向伸入到盘臂34内的径向开口56中(图4)。基部70和销部80优选彼此一体形成，并限定防转动体75的T形构造。应说明的是，此T形构造实现仅接合在径向开口56、58之一中，以防止密封带68转动，并且与构造为与两个开口56、 58都接合的结构相比，此构造能实现较轻的防转动装置。 [0030] 包括第一和第二突出部82、84的一对径向延伸构件从防转动体75的基部70的径向朝外侧86延伸。突出部82、84优选与本体部70一体形成，并适合于伸入形成在密封带68中并大体位于密封带68的边缘65、67之间的中点位置的贯通开口88、90中。突出部82、84优选具有沿垂直于径向朝外侧86的方向延伸并小于密封带68的厚度的径向延伸尺寸。 [0031] 请参考图3，在密封带68置于盘臂槽52、54内之后，在防转动体75的组装和附接操作中，朝密封带75移动防转动体75，使朝外侧86到达与密封带75的径向内表面92接触的接合位置。在该接合位置处，突出部82、84(在图3中仅示出了一个突出部)的外端向外延伸超过密封带68的径向外表面94。突出部82、84限定一个附接结构，该附接结构与密封带68配合工作，从而把密封带68上的防转动体75保持于接合在径向开口56内的销部80中。根据本发明的一个实施例，突出部82、84可通过焊接连接附着至密封带68，如图4中的突出部82的横截面图所示，所述突出部在密封带68上焊接到位，并且，图中示出了把突出部82连接至密封带的一个或多个焊接接头96。 [0032] 请参考图3，根据本发明的一个方面，可以提供一个临时保持结构98，用于在焊接操作过程中把防转动体75保持在密封带68上的适当位置。密封带在开口88、90之间可形成有孔洞100(图2)，基部70形成有与密封带68中的孔洞100对正的相应螺纹孔102。保持结构98还包括工具99，该工具99包括螺纹轴104，该螺纹轴104具有支撑在其上的圆筒形螺母 106。螺母106可具有滚花外表面，以便用户握住螺母106来转动螺纹轴104。螺纹轴104的尺寸使其可穿过孔洞100，并与孔102通过螺纹接合，垫圈106正对密封带68的外表面94布置，从而在焊接操作过程中把防转动体75保持为与密封带68的内表面92接合的状态。本发明人认为，在焊接操作过程中，通过主动地把防转动体75夹持固定在与密封带68接合的位置，临时保持结构98能够显著提高突出部82、84处的焊接质量。在把突出部82、84焊接至密封带之后，可从孔102中旋出螺纹轴104，以便从密封条组件46上取下保持结构工具99。 [0033] 应说明的是，虽然焊接是把防转动体75固定至密封带68的一种方式，但是也可通过其它方式把防转动体75固定至密封带68，例如使用一个或多个螺栓或铆钉固定。 [0034] 在附接至密封带68的防转动体75内，销部80处于径向开口56中，其中，销部80的相对的周向朝向的侧面80a、80b与径向开口56的相应相对侧面(在图中仅示出了侧面56)正对接合，以防止或限制密封带68沿周向移动。如上所述，防转动体75适合于与形成在盘臂34、36上的现有结构结合使用，即，不需要对臂34、36进行加工或其它修改。因此，根据本发明的一个方面，此防转动体75是可在现场更换的装置，例如可在涡轮发动机10的例行维护或预定维护活动中安装，并在安装后可更换现有的腹带密封件。 [0035] 而且，此防转动装置的一个优点是，在安装防转动体75时，在密封带68和突出部82、84之间采用焊接连接，而无需在外露区域(即，密封带68的外表面94处)中布置独立的紧固件或其它部件，从而避免了这种紧固件或部件变松或可能被从其它部件脱出的物体(例如从级间密封装置上脱出的松脱物体)撞击的问题。具体而言，突出部82、84的径向外侧优选与密封带68的外表面94大致平齐，从而确保焊接区域96不从外表面94突出，优选避免可能受到物体(例如横越外表面94移动的松脱物体)撞击的构造。但是，应理解，在本发明的某些方面的范围内，防转动体75可由穿过开口88、90并接合于密封带68与基部70之间、并可包括紧固件(例如包括铆钉或螺钉)的突出部保持在密封带68上的适当位置。 [0036] 虽然在上文中本发明是通过具体实施例来说明的，但是本领域的术人员能够理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，能够做出各种其它的变化和修饰。因此，在本发明的范围之内做出的所有此类变化和修饰都应涵盖在由所附权利要求书限定的范围之内。 |
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