用于密封透平机械两个部件的冷却通道之间过渡区的装置

摘要

本发明涉及一种装置，用于密封透平机械，特别是燃气轮机第一部件(1)内冷却介质的第一通道(1a)和透平机械第二部件(2)内冷却介质的第二通道(2a)之间的过渡区。在这种装置中，两个部件(1)和(2)这样构成并相互设置，在透平的一种静止状态下使两个通道(1a)和(2a)之间的过渡区上存在间隙(3)，该间隙在透平机械的工作温度下通过两个部件(1)和(2)的不同热膨胀闭合。本装置可以利用最小数量的单独部件可靠密封两个部件冷却通道之间的过渡区。

说明书

件的冷却通道之间过渡区的装置

技术领域

本发明涉及一种装置，用于密封透平机械第一部件内冷却介质的第一通道和透平机械第二部件内冷却介质的第二通道之间的过渡区，该透平机械特别是燃气轮机。

背景技术

在特别是燃气轮机这种透平机械工作时，出现大大增加透平机械各部件负荷的高温。随着功率越来越大的燃气轮机的开发，达到已经超过各透平部件材料熔点的温度。为避免这些部件由于高工作温度受到损坏，这些部件必须在工作期间不断得到冷却。为此在透平部件的内部具有冷却通道，通过冷却通道将一般为吸入的压缩空气这种冷却介质从所要冷却的部位旁输送。除了例如冷却通道处于叶片内部的这种冷却通道直接分布在所要冷却区域内的对流冷却外，也使用所谓的冲击冷却以及薄膜式冷却。在冲击冷却时，冷却空气几乎垂直冲击到所要冷却的表面上，而在薄膜式冷却时，冷却空气几乎切向从这些表面掠过并在那里形成一个冷却空气膜。所要冷却部件方面的一个例子是隔热板段，它们防止例如涡轮导向叶片的构架这种燃气轮机的外部构架组织与热气直接接触。

为在透平内部输送冷却介质，要求在透平的各个部件之间密封冷却介质通道的过度区。然而，制成各个部件的不同材料以及这些部件所承受的不同温度导致这些部件在热膨胀方面出现差别。这一点增加了密封两个相邻部件之间冷却通道过度区的难度。

为解决这一问题，公知在过渡区上使用例如像金属波纹管或者轴向移动活节这种柔性金属密封件。两种类型的密封件可以通过弹簧或者压力机构预张紧。然而，这种密封连接一般非常良好的密封效果需要大量易于断裂的小部件组装成这种密封连接。因此，恰恰是在商业上使用的透平设备方面存在着这种密封件损坏的风险，造成透平功率下降以及损坏危险的不良后果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种装置，用于密封透平机械，特别是燃气轮机两个相邻部件的冷却通道之间的过渡区，该装置在减少部件数量的情况下能够在透平机械工作期间进行可靠的密封。

该目的利用依据权利要求1的装置得以实现。该装置具有优点的构成为从属权利要求的主题或者可以参阅下面的说明以及实施例。

用于密封透平机械，特别是燃气轮机第一部件内冷却介质的第一通道和透平机械第二部件内冷却介质的第二通道之间过渡区的该装置的特征在于，两个部件这样构成并相互设置或定位，使其在透平机械的一种静止状态下使两个通道之间的过渡区上存在间隙，该间隙在透平机械的工作温度下通过两个部件的不同热膨胀闭合。为此，最好第一部件由热膨胀系数大于第二部件的材料组成。

根据两个部件所承受的温度，在这种情况下两个部件也可以由相同的材料制成，其中，通过两个部件在机械工作期间所承受的不同温度引起热膨胀方面的差别。如果在相同材料情况下这种温差达不到所要求的密封效果，那么两个部件的材料在为各自可以应用的材料范围内这样不同选择，使其根据材料的不同热膨胀系数产生工作期间所要求的密封效果。在最简单的构成中，这种密封件因此绝对不需要附加的部件，因为仅通过两个部件不同的热膨胀达到密封，通过该热膨胀两个部件在过渡区的范围内相互挤压。

不言而喻，两个部件的相互设置这样选择，使两个部件在冷却通道过渡区的范围内通过不同的热膨胀相对运动。这一点根据两个部件的几何形状，或者通过在适当部位上固定两个部件的共用构架实现，或者通过将一个部件固定在另一个部件的适当部位上实现，下面借助本发明的实施例对这一点进行详细说明。

为补偿制造两个部件时的加工公差，也可以或者各自部件与构架连接，或者一个部件与另一个部件的连接具有一定的柔性或者弹性。以相同的方式一个或者两个部件可以这样构成，使其整体上或者在一个或者多个段上具有补偿加工公差所要求的柔性。这一点例如可以通过部件形状上的适当弯曲实现。

补偿加工公差的另一种可能性在于，在两个部件的至少一个输出端或输入端上使用贯通套筒。这种贯通套筒最好具有环绕两个部件的凸缘或边缘，需要时在两个部件相互挤压时在其之间塑性变形并按照这种方式减少部件中出现的应力。

在一优选的构成中，该贯通套筒具有双锥形的内部轮廓，带有彼此相邻的线性锥形区域。在此方面，外部锥形区域具有大于内部锥形区域的张开角，特别是还具有大于各自相对冷却通道输出口或输入口的最大直径。按照这种方式避免在两个部件没有精确重叠情况下的压力损耗。

本设置的优选应用涉及燃气轮机构架的冷却通道和上面固定隔热板段的冷却通道之间的过渡区，现借助下面的实施例加以介绍。

附图说明

下面借助与附图相结合的实施例对本装置进一步进行详细说明。其中：

图1示出密封燃气轮机构架组织的冷却通道和燃气轮机定子隔热板冷却通道之间过渡区的实施例；

图2示出图1过渡区的放大截面；

图3示出用于构成前面附图中所使用的贯通套筒的实施例。

具体实施方式

图1中示出了燃气轮机上的这样一种装置，其中，定子隔热板1固定在构架组织2上。固定点在该附图中采用符号4标注。隔热板1的作用是保护构架2不受燃气轮机热气路径内出现的高温的影响。该附图在这种情况下示出透平叶片7的尖端，它与隔热板1上相应的密封件8配合。该区域在工作期间必须进行冷却，以降低在该部位上出现的高温。为此目的，通过冷却介质相应的冷却通道1a、2a导入冷却空气，利用该冷却空气冷却透平叶片7的尖端以及隔热板1靠近该尖端的区域。

为保证这种冷却的可靠作用以及为避免会导致透平功率下降的冷却介质较大损耗，两个部件1、2的两个冷却通道1a、2a之间的过渡区必须足够好地得到密封。在本装置中由此达到这种密封，即将隔热板1固定在构架2上，并在需要时这样进行隔热板1的材料选择，在考虑到这两个部件工作期间所承受的温度情况下，使隔热板1在轴向X上达到比部件2在该方向上的轴向膨胀更高的热膨胀。按照这种方式，冷却通道1a、2a区域内两个部件1、2之间的间隙3在透平工作时闭合。

这一点以附图2的放大图再次示出，该图示出在达到透平预定工作温度前的间隙3。在此方面，隔热板1以及固定点4的形状这样选择，使本实施例中不同的热膨胀恰恰在该轴向X上作用，在该轴向上，两个冷却通道1a、2a为密封必须相互挤压。

为补偿制造部件时的加工公差或者暂时的过高温度需要具有相应的措施，以避免透平工作期间两个部件1和2内过高的轴向应力。这一点可以通过将隔热板1弹性固定在部件2上完成。在这种情况下，固定点4上的固定例如作为弹性连接构成。此外，可以通过适当构成在本案例中为隔热板1的部件使该隔热板达到一定的弹性。在本实施例中，通过隔热板1横截面上可以看到的双倍弯曲达到这种弹性，在图1左侧区域内可以看到。

用于降低应力的另一种措施在于，如图1和2中所示的那样使用贯通套筒5。该贯通套筒5焊接在隔热板1冷却通道1a的输入端上。该套筒具有环形边或凸缘6，正如从图2可看到的那样，凸缘在两个部件1和2相互挤压时处于两个部件之间冷却通道1a、2a的区域内。如果在轴向上出现过高的力，那么该凸缘6局部塑性变形并按照这种方式减少两个部件内轴向过高应力的危险。

图3示出这种贯通套筒5具体构成的实施例。该贯通套筒在其内部，也就是靠近部件1的冷却通道1a的面上具有相应的缺口，用于容纳在部件1内分布的冷却管9。在此方面，冷却管9的外径D1相当于相应缺口的内径。在该贯通套筒5的轴向上对着部件2的冷却通道2a入口方向然后减少套筒的内径，正如从图3可看到的那样。与此相连第一区域中的内横截面利用第一张开角进行锥形扩径，接着是利用更大的第二张开角进行第二锥形扩径。两个张开角在图中采用α1、α2标注。第一线性锥形区、第二线性锥形区和减少横截面区域的轴向长度分别采用X1、X3和X2标注。如从图3可看到的那样，贯通套筒5输入端上的最外部直径大于相邻部件2冷却通道2a的输出端直径。如果冷却通道的两个轴线在该区域内不精确重叠的话，由此通过贯通套筒5输入端部位的锥形构成，降低两个部件之间过渡区上的压力损耗。

在此方面，贯通套筒5以不同的方式机械固定在隔热板1上，例如通过硬焊、焊接、粘接或者通过例如螺栓连接这种其他适用的机械连接。图3中可看到的各区域的尺寸如下：

角度：    α1＝1°...89°，α2＝0.5°...70°

直径：    d2＝0.1*D1...D1

轴向长度：X1＝0.3*D1...2*D1

          X2＝0.1*D1...D1

          X3＝0.01*D1...09*D1。

附图符号

1 隔热板

1a隔热板内的冷却通道

2 构架

2a构架内的冷却通道

3 间隙

4 固定部位

5 贯通套筒

6 凸缘

7 叶片

8 叶片密封件

9 冷却管