專利名稱：用于密封透平機械兩個部件的冷卻通道之間過渡區(qū)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝置，用于密封透平機械第一部件內(nèi)冷卻介質(zhì)的第一通道和透平機械第二部件內(nèi)冷卻介質(zhì)的第二通道之間的過渡區(qū)，該透平機械特別是燃氣輪機。
背景技術(shù)：
在特別是燃氣輪機這種透平機械工作時，出現(xiàn)大大增加透平機械各部件負荷的高溫。隨著功率越來越大的燃氣輪機的開發(fā)，達到已經(jīng)超過各透平部件材料熔點的溫度。為避免這些部件由于高工作溫度受到損壞，這些部件必須在工作期間不斷得到冷卻。為此在透平部件的內(nèi)部具有冷卻通道，通過冷卻通道將一般為吸入的壓縮空氣這種冷卻介質(zhì)從所要冷卻的部位旁輸送。除了例如冷卻通道處于葉片內(nèi)部的這種冷卻通道直接分布在所要冷卻區(qū)域內(nèi)的對流冷卻外，也使用所謂的沖擊冷卻以及薄膜式冷卻。在沖擊冷卻時，冷卻空氣幾乎垂直沖擊到所要冷卻的表面上，而在薄膜式冷卻時，冷卻空氣幾乎切向從這些表面掠過并在那里形成一個冷卻空氣膜。所要冷卻部件方面的一個例子是隔熱板段，它們防止例如渦輪導(dǎo)向葉片的構(gòu)架這種燃氣輪機的外部構(gòu)架組織與熱氣直接接觸。
為在透平內(nèi)部輸送冷卻介質(zhì)，要求在透平的各個部件之間密封冷卻介質(zhì)通道的過度區(qū)。然而，制成各個部件的不同材料以及這些部件所承受的不同溫度導(dǎo)致這些部件在熱膨脹方面出現(xiàn)差別。這一點增加了密封兩個相鄰部件之間冷卻通道過度區(qū)的難度。
為解決這一問題，公知在過渡區(qū)上使用例如像金屬波紋管或者軸向移動活節(jié)這種柔性金屬密封件。兩種類型的密封件可以通過彈簧或者壓力機構(gòu)預(yù)張緊。然而，這種密封連接一般非常良好的密封效果需要大量易于斷裂的小部件組裝成這種密封連接。因此，恰恰是在商業(yè)上使用的透平設(shè)備方面存在著這種密封件損壞的風(fēng)險，造成透平功率下降以及損壞危險的不良后果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種裝置，用于密封透平機械，特別是燃氣輪機兩個相鄰部件的冷卻通道之間的過渡區(qū)，該裝置在減少部件數(shù)量的情況下能夠在透平機械工作期間進行可靠的密封。
該目的利用依據(jù)權(quán)利要求1的裝置得以實現(xiàn)。該裝置具有優(yōu)點的構(gòu)成為從屬權(quán)利要求的主題或者可以參閱下面的說明以及實施例。
用于密封透平機械，特別是燃氣輪機第一部件內(nèi)冷卻介質(zhì)的第一通道和透平機械第二部件內(nèi)冷卻介質(zhì)的第二通道之間過渡區(qū)的該裝置的特征在于，兩個部件這樣構(gòu)成并相互設(shè)置或定位，使其在透平機械的一種靜止?fàn)顟B(tài)下使兩個通道之間的過渡區(qū)上存在間隙，該間隙在透平機械的工作溫度下通過兩個部件的不同熱膨脹閉合。為此，最好第一部件由熱膨脹系數(shù)大于第二部件的材料組成。
根據(jù)兩個部件所承受的溫度，在這種情況下兩個部件也可以由相同的材料制成，其中，通過兩個部件在機械工作期間所承受的不同溫度引起熱膨脹方面的差別。如果在相同材料情況下這種溫差達不到所要求的密封效果，那么兩個部件的材料在為各自可以應(yīng)用的材料范圍內(nèi)這樣不同選擇，使其根據(jù)材料的不同熱膨脹系數(shù)產(chǎn)生工作期間所要求的密封效果。在最簡單的構(gòu)成中，這種密封件因此絕對不需要附加的部件，因為僅通過兩個部件不同的熱膨脹達到密封，通過該熱膨脹兩個部件在過渡區(qū)的范圍內(nèi)相互擠壓。
不言而喻，兩個部件的相互設(shè)置這樣選擇，使兩個部件在冷卻通道過渡區(qū)的范圍內(nèi)通過不同的熱膨脹相對運動。這一點根據(jù)兩個部件的幾何形狀，或者通過在適當(dāng)部位上固定兩個部件的共用構(gòu)架實現(xiàn)，或者通過將一個部件固定在另一個部件的適當(dāng)部位上實現(xiàn)，下面借助本發(fā)明的實施例對這一點進行詳細說明。
為補償制造兩個部件時的加工公差，也可以或者各自部件與構(gòu)架連接，或者一個部件與另一個部件的連接具有一定的柔性或者彈性。以相同的方式一個或者兩個部件可以這樣構(gòu)成，使其整體上或者在一個或者多個段上具有補償加工公差所要求的柔性。這一點例如可以通過部件形狀上的適當(dāng)彎曲實現(xiàn)。
補償加工公差的另一種可能性在于，在兩個部件的至少一個輸出端或輸入端上使用貫通套筒。這種貫通套筒最好具有環(huán)繞兩個部件的凸緣或邊緣，需要時在兩個部件相互擠壓時在其之間塑性變形并按照這種方式減少部件中出現(xiàn)的應(yīng)力。
在一優(yōu)選的構(gòu)成中，該貫通套筒具有雙錐形的內(nèi)部輪廓，帶有彼此相鄰的線性錐形區(qū)域。在此方面，外部錐形區(qū)域具有大于內(nèi)部錐形區(qū)域的張開角，特別是還具有大于各自相對冷卻通道輸出口或輸入口的最大直徑。按照這種方式避免在兩個部件沒有精確重疊情況下的壓力損耗。
本設(shè)置的優(yōu)選應(yīng)用涉及燃氣輪機構(gòu)架的冷卻通道和上面固定隔熱板段的冷卻通道之間的過渡區(qū)，現(xiàn)借助下面的實施例加以介紹。


下面借助與附圖相結(jié)合的實施例對本裝置進一步進行詳細說明。其中圖1示出密封燃氣輪機構(gòu)架組織的冷卻通道和燃氣輪機定子隔熱板冷卻通道之間過渡區(qū)的實施例；圖2示出圖1過渡區(qū)的放大截面；圖3示出用于構(gòu)成前面附圖中所使用的貫通套筒的實施例。
具體實施例方式
圖1中示出了燃氣輪機上的這樣一種裝置，其中，定子隔熱板1固定在構(gòu)架組織2上。固定點在該附圖中采用符號4標(biāo)注。隔熱板1的作用是保護構(gòu)架2不受燃氣輪機熱氣路徑內(nèi)出現(xiàn)的高溫的影響。該附圖在這種情況下示出透平葉片7的尖端，它與隔熱板1上相應(yīng)的密封件8配合。該區(qū)域在工作期間必須進行冷卻，以降低在該部位上出現(xiàn)的高溫。為此目的，通過冷卻介質(zhì)相應(yīng)的冷卻通道1a、2a導(dǎo)入冷卻空氣，利用該冷卻空氣冷卻透平葉片7的尖端以及隔熱板1靠近該尖端的區(qū)域。
為保證這種冷卻的可靠作用以及為避免會導(dǎo)致透平功率下降的冷卻介質(zhì)較大損耗，兩個部件1、2的兩個冷卻通道1a、2a之間的過渡區(qū)必須足夠好地得到密封。在本裝置中由此達到這種密封，即將隔熱板1固定在構(gòu)架2上，并在需要時這樣進行隔熱板1的材料選擇，在考慮到這兩個部件工作期間所承受的溫度情況下，使隔熱板1在軸向X上達到比部件2在該方向上的軸向膨脹更高的熱膨脹。按照這種方式，冷卻通道1a、2a區(qū)域內(nèi)兩個部件1、2之間的間隙3在透平工作時閉合。
這一點以附圖2的放大圖再次示出，該圖示出在達到透平預(yù)定工作溫度前的間隙3。在此方面，隔熱板1以及固定點4的形狀這樣選擇，使本實施例中不同的熱膨脹恰恰在該軸向X上作用，在該軸向上，兩個冷卻通道1a、2a為密封必須相互擠壓。
為補償制造部件時的加工公差或者暫時的過高溫度需要具有相應(yīng)的措施，以避免透平工作期間兩個部件1和2內(nèi)過高的軸向應(yīng)力。這一點可以通過將隔熱板1彈性固定在部件2上完成。在這種情況下，固定點4上的固定例如作為彈性連接構(gòu)成。此外，可以通過適當(dāng)構(gòu)成在本案例中為隔熱板1的部件使該隔熱板達到一定的彈性。在本實施例中，通過隔熱板1橫截面上可以看到的雙倍彎曲達到這種彈性，在圖1左側(cè)區(qū)域內(nèi)可以看到。
用于降低應(yīng)力的另一種措施在于，如圖1和2中所示的那樣使用貫通套筒5。該貫通套筒5焊接在隔熱板1冷卻通道1a的輸入端上。該套筒具有環(huán)形邊或凸緣6，正如從圖2可看到的那樣，凸緣在兩個部件1和2相互擠壓時處于兩個部件之間冷卻通道1a、2a的區(qū)域內(nèi)。如果在軸向上出現(xiàn)過高的力，那么該凸緣6局部塑性變形并按照這種方式減少兩個部件內(nèi)軸向過高應(yīng)力的危險。
圖3示出這種貫通套筒5具體構(gòu)成的實施例。該貫通套筒在其內(nèi)部，也就是靠近部件1的冷卻通道1a的面上具有相應(yīng)的缺口，用于容納在部件1內(nèi)分布的冷卻管9。在此方面，冷卻管9的外徑D1相當(dāng)于相應(yīng)缺口的內(nèi)徑。在該貫通套筒5的軸向上對著部件2的冷卻通道2a入口方向然后減少套筒的內(nèi)徑，正如從圖3可看到的那樣。與此相連第一區(qū)域中的內(nèi)橫截面利用第一張開角進行錐形擴徑，接著是利用更大的第二張開角進行第二錐形擴徑。兩個張開角在圖中采用α1、α2標(biāo)注。第一線性錐形區(qū)、第二線性錐形區(qū)和減少橫截面區(qū)域的軸向長度分別采用X1、X3和X2標(biāo)注。如從圖3可看到的那樣，貫通套筒5輸入端上的最外部直徑大于相鄰部件2冷卻通道2a的輸出端直徑。如果冷卻通道的兩個軸線在該區(qū)域內(nèi)不精確重疊的話，由此通過貫通套筒5輸入端部位的錐形構(gòu)成，降低兩個部件之間過渡區(qū)上的壓力損耗。
在此方面，貫通套筒5以不同的方式機械固定在隔熱板1上，例如通過硬焊、焊接、粘接或者通過例如螺栓連接這種其他適用的機械連接。圖3中可看到的各區(qū)域的尺寸如下角度α1＝1°...89°，α2＝0.5°...70°直徑d2＝0.1*D1...D1軸向長度X1＝0.3*D1...2*D1X2＝0.1*D1...D1X3＝0.01*D1...09*D1。
附圖符號1 隔熱板1a隔熱板內(nèi)的冷卻通道2 構(gòu)架2a構(gòu)架內(nèi)的冷卻通道3 間隙4 固定部位5 貫通套筒6 凸緣7 葉片8 葉片密封件9 冷卻管
權(quán)利要求
1.一種裝置，用于密封透平機械，特別是燃氣輪機第一部件(1)內(nèi)冷卻介質(zhì)的第一通道(1a)和透平機械第二部件(2)內(nèi)冷卻介質(zhì)的第二通道(2a)之間的過渡區(qū)，其中，兩個部件(1)和(2)這樣構(gòu)成并相互設(shè)置，在透平的一種靜止?fàn)顟B(tài)下使兩個通道(1a)和(2a)之間的過渡區(qū)上存在間隙(3)，該間隙在透平機械的工作溫度下通過兩個部件(1)和(2)的不同熱膨脹閉合。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一部件(1)由熱膨脹系數(shù)大于第二部件(2)的材料組成。
3.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一部件(1)在第二部件(2)上的一個部位(4)上定位。
4.按權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，第一部件(1)通過柔性或者彈性連接件固定在第二部件(2)上。
5.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一部件(1)和/或者第二部件(2)這樣構(gòu)成，使其具有柔性或者彈性特性。
6.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在第一通道(1a)和/或者第二通道(2a)上固定一個貫通套筒(5)，通過該套筒產(chǎn)生一個與另一通道(1a、2a)的連接。
7.按權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，貫通套筒(5)具有凸緣(6)，通過該凸緣密封連接。
8.按權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，貫通套筒(5)具有雙錐形的內(nèi)部輪廓，其中，帶有較大張開角的外線性段連接在帶有較小張開角的內(nèi)線性段上。
9.按權(quán)利要求1-8之一所述的裝置，其特征在于，第一部件(1)為隔熱板，第二部件(2)為燃氣輪機的構(gòu)架。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置，用于密封透平機械，特別是燃氣輪機第一部件(1)內(nèi)冷卻介質(zhì)的第一通道(1a)和透平機械第二部件(2)內(nèi)冷卻介質(zhì)的第二通道(2a)之間的過渡區(qū)。在這種裝置中，兩個部件(1)和(2)這樣構(gòu)成并相互設(shè)置，在透平的一種靜止?fàn)顟B(tài)下使兩個通道(1a)和(2a)之間的過渡區(qū)上存在間隙(3)，該間隙在透平機械的工作溫度下通過兩個部件(1)和(2)的不同熱膨脹閉合。本裝置可以利用最小數(shù)量的單獨部件可靠密封兩個部件冷卻通道之間的過渡區(qū)。
文檔編號F02C7/28GK1769652SQ20051008379
公開日2006年5月10日 申請日期2005年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月23日
發(fā)明者U·拉特曼, R·維夫林 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司