便于在燃氣渦輪中密封的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】便于在燃氣渦輪中密封的方法和系統(tǒng)
[0001]聯(lián)邦研宄聲明
[0002]本發(fā)明在由能源部(DOE)授予的N0.DE-FC26-05NT42643合同下的政府支持下產(chǎn)生，且政府有本發(fā)明中的某些權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明通常涉及旋轉(zhuǎn)機械，且更具體地，涉及用于提供燃氣渦輪發(fā)動機內(nèi)的構(gòu)件之間的密封的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]至少一些已知旋轉(zhuǎn)機械，例如燃氣渦輪，包括在流體流動路徑上的多個密封組件以便于增加燃氣渦輪的運行效率。例如，一些已知的密封組件連接在固定構(gòu)件和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間以提供高壓區(qū)和低壓區(qū)之間的密封。此外，至少一些已知的燃氣渦輪包括至少一個定子靜葉組件和至少一個轉(zhuǎn)子葉片組件，它們共同地形成燃氣渦輪內(nèi)的級。在至少一些已知的燃氣渦輪中，密封件被提供在相鄰級的固定構(gòu)件之間，或級中的構(gòu)件之間。但是，這種密封件沿徑向方向從燃氣渦輪的旋轉(zhuǎn)軸線起被相對較遠地定位。在至少一些已知的燃氣渦輪中，存在這樣的構(gòu)件，其暴露于熱燃燒氣體流，和由配置成經(jīng)得住暴露于高溫的材料制成。進一步，在至少一些已知的燃氣渦輪中，存在其它構(gòu)件，其在燃氣渦輪正常運行中不直接地暴露于熱燃燒氣體且不由抗高溫材料制成。為了保護這樣不抗高溫的燃氣渦輪區(qū)，密封結(jié)構(gòu)被提供來限定高溫和低溫區(qū)之間的壓力邊界。冷卻流體(典型地空氣)被供向在相對于低壓熱燃燒氣體路徑的密封結(jié)構(gòu)一側(cè)的燃氣渦輪的低溫高壓區(qū)。該冷卻流體(也有時候稱為凈化空氣)被用于幫助防止燃燒氣體進入到燃氣渦輪的低溫區(qū)中。凈化空氣的過量使用可能導致燃氣渦輪的效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個方面，一種用于燃氣渦輪中的固定構(gòu)件之間的密封的方法。該方法包括在燃氣渦輪的第一構(gòu)件限定第一凹部，其中第一凹部被定位成鄰近被限定為通過燃氣渦輪的熱氣體路徑，其中第一凹部限定渦輪軸線周圍的第一周向路徑。方法還包括在定位成鄰近第一構(gòu)件的第二構(gòu)件中限定第二凹部，其中第二凹部被定位成鄰近熱氣體路徑，以及其中第二凹部限定渦輪軸線周圍的第二周向路徑。方法還包括定向在第一凹部和第二凹部中的第一密封部件。該第一密封部件包括以實質(zhì)平行于渦輪軸線的方向延伸的密封面。
[0006]在另一方面，一種用于燃氣渦輪內(nèi)的構(gòu)件之間的密封的系統(tǒng)被提供。該系統(tǒng)包括被限定在燃氣渦輪中的第一構(gòu)件的第一凹部，其中，第一凹部被定位成鄰近被限定為通過燃氣渦輪的熱氣體路徑，以及其中第一凹部限定渦輪軸線周圍的第一周向路徑。第二凹部被限定在定位在鄰近第一構(gòu)件的燃氣渦輪的第二構(gòu)件上，其中，第二凹部被定位成鄰近熱氣體路徑，以及其中第二凹部限定渦輪軸線周圍的第二周向路徑。密封部件被定向在第一凹部和第二凹部內(nèi)。密封部件包括以實質(zhì)平行于渦輪軸線的方向延伸的密封面。
[0007]在另一個方面，一種燃氣渦輪系統(tǒng)被提供。燃氣渦輪系統(tǒng)包括壓縮機段，連接到壓縮機段的燃燒器組件，和連接到燃燒器段的渦輪段。渦輪段包括用于第一構(gòu)件和第二構(gòu)件之間的密封的密封子系統(tǒng)。密封子系統(tǒng)包括被限定在渦輪段的第一構(gòu)件中的第一凹部，且其中第一凹部限定渦輪軸線周圍的第一周向路徑。密封子系統(tǒng)還包括限定在鄰近第一構(gòu)件的第二構(gòu)件中的第二凹部，其中第二凹部被定位成鄰近熱氣體路徑，以及其中第二凹部限定渦輪軸線周圍的第二周向路徑。密封子系統(tǒng)還包括定向在第一凹部和第二凹部內(nèi)的密封部件。密封部件包括以實質(zhì)平行于渦輪軸線的方向延伸的密封面，和多個密封層。密封部件還包括限定在至少一個密封層上的至少一個應力解除區(qū)以便于在第一凹部和第二凹部內(nèi)的密封部件定向期間的第一密封部件的撓曲。
[0008]本發(fā)明應用進一步提供如下的方案:
[0009]方案1.一種組裝燃氣渦輪的方法，所述方法包括:
[0010]提供燃氣渦輪的第一構(gòu)件，其中第一構(gòu)件包括限定在其內(nèi)的鄰近于被限定為通過燃氣渦輪的熱氣體路徑的第一凹部；
[0011]提供燃氣渦輪的第二構(gòu)件，其中第二構(gòu)件鄰近于第一構(gòu)件，以及其中第二構(gòu)件包括被限定為鄰近于熱氣體路徑的第二凹部；和
[0012]定向第一凹部和第二凹部內(nèi)的第一密封部件，其中，第一凹部限定渦輪軸線周圍的第一周向路徑，其中第二凹部限定渦輪軸線周圍的第二周向路徑，以及其中所述密封部件包括以實質(zhì)平行于渦輪軸線的方向延伸的密封面，其中第一密封部件包括多個密封層。
[0013]方案2.根據(jù)方案I的方法，其中所述方法進一步包括限定在至少一個密封層中的至少一個應力解除區(qū)以便于在第一凹部和第二凹部內(nèi)的第一密封部件定向期間的第一密封部件的撓曲。
[0014]方案3.根據(jù)方案2的方法，其中限定至少一個應力解除區(qū)包括在多個密封層的至少兩個的每個中限定至少一個應力解除區(qū)。
[0015]方案4.根據(jù)方案3的方法，其中在多個密封層中的至少兩個的每個中限定至少一個應力解除區(qū)包括在第一層以實質(zhì)與至少第二層中的至少一個應力解除區(qū)對齊地定向至少一個應力解除區(qū)。
[0016]方案5.根據(jù)方案3的方法，其中在多個密封層中的至少兩個的每個中限定至少一個應力解除區(qū)包括定向應力解除區(qū)以使得無應力解除區(qū)相對于彼此對齊。
[0017]方案6.根據(jù)方案2的方法，其中在至少一個密封層限定至少一個應力解除區(qū)包括在至少一個密封層限定延伸橫跨于至少一個密封層的整個寬度的至少一個阻斷。
[0018]方案7.根據(jù)方案I的方法，其中所述方法包括:
[0019]在第一構(gòu)件和第二構(gòu)件的鄰接部分限定密封部件接收凹部，以致于第一凹部和第二凹部徑向地在渦輪軸線和密封部件接收凹部之間延伸；和
[0020]在密封部件接收凹部中插入第二壓縮型密封部件。
[0021]方案8.根據(jù)方案I的方法，其中所述方法包括提供第一密封部件，其具有至少一個側(cè)向延伸的彈簧部件以便于第一凹部和第二凹部內(nèi)的第一密封部件的密封接觸。
[0022]方案9.根據(jù)方案I的方法，其中所述方法包括定向第一周向路徑以與第二周向路徑實質(zhì)同心地對齊。
[0023]方案10.根據(jù)方案9的方法，其中所述方法包括定向鄰近于第一密封部件的第一凹部和第二凹部內(nèi)第二密封部件，其中第一密封部件和第二密封部件均包括延伸部，使得所述第一密封部件的延伸部與所述第二密封部件的延伸部重疊。
[0024]方案11.一種用于燃氣渦輪內(nèi)的構(gòu)件之間的密封的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0025]限定在燃氣渦輪中的第一構(gòu)件的第一凹部，其中所述第一凹部定位成鄰近被限定為通過燃氣渦輪的熱氣體路徑，以及其中第一凹部限定渦輪軸線周圍的第一周向路徑；
[0026]限定在定位成鄰近第一構(gòu)件的第二構(gòu)件中的第二凹部，其中第二凹部定位成鄰近熱氣體路徑，以及其中第二凹部限定渦輪軸線周圍的第二周向路徑；
[0027]定向在第一凹部和第二凹部內(nèi)的第一密封部件，所述第一密封部件包括以實質(zhì)平行于渦輪軸線的方向延伸的密封面，其中所述第一密封件包括多個密封層。
[0028]方案12.根據(jù)方案11的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進一步包括限定在至少一個密封層的至少一個應力解除區(qū)以便于在第一凹部和第二凹部內(nèi)的所述第一密封部件的定向期間的第一密封部件的燒曲。
[0029]方案13.根據(jù)方案12的系統(tǒng)，其中所述至少一個應力解除區(qū)包括限定在所述多個密封層的至少兩個的每個的至少一個應力解除區(qū)，且其中限定在第一密封層的至少一個應力區(qū)被以與限定在至少一個第二密封層的至少一個應力解除區(qū)實質(zhì)對齊而定向。
[0030]方案14.根據(jù)方案13的系統(tǒng)，其中，所述至少一個應力解除區(qū)包括限定在所述多個密封層的至少兩個的每個的至少一個應力解除區(qū)，且其中所述應力解除區(qū)被定向成無應力解除區(qū)彼此對齊。
[0031]方案15.根據(jù)方案12的系統(tǒng)，其中所述至少一個應力解除區(qū)包括在所述至少一個密封層中的至少一個阻斷，該阻斷延伸橫跨所述至少一個密封層的整個寬度。
[0032]方案16.根據(jù)方案12的系統(tǒng)，其中所述至少一個應力解除區(qū)包括限定在所述至少一個密封層上的至少一個切口區(qū)，該切口區(qū)部分地延伸橫跨所述至少一個密封層的寬度。
[0033]方案17.根據(jù)方案11的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0034]限定在所述第一構(gòu)件和第二構(gòu)件的鄰接部分中的一個內(nèi)的密封部件接收凹部，使得第一凹部和第二凹部徑向地位于渦輪軸線和密封部件接收凹部之間；和
[0035]在密封部件接收凹部內(nèi)定向的第二壓縮型密封部件。
[0036]方案18.根據(jù)方案11的系統(tǒng)，其中所述第一密封部件包括至少一個側(cè)向延伸的彈簧部件以便于第一凹部和第二凹部內(nèi)的所述第一密封部件的密封接觸。
[0037]方案19.根據(jù)方案11的系統(tǒng)，其中第一周向路徑被與第二周向路徑同心地定向。
[0038]方案20.—種燃氣渦輪系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0039]壓縮機段；
[0040]連接到所述壓縮機段的燃燒器組件；和
[0041]連接到所述壓縮機段的渦輪段，其中所述渦輪段包括用于第一構(gòu)件和第二構(gòu)件之間密封的密封子系統(tǒng)，其中所述密封子系統(tǒng)包括:
[0042]限定在所述渦輪段的第一構(gòu)件中的第一凹部，其中第一凹部定位成鄰近被限定為通過所述渦輪段的熱氣體路徑，以及其中第一凹部限定渦輪軸線周圍的第一周向路徑；
[0043]限定在鄰近所述第一構(gòu)件的第二構(gòu)件中的第二凹部，其中第二凹部定位成鄰近熱氣體路徑，以及其中第二凹部限定渦輪軸線周圍的第二周向路徑；和
[0044]定向在第一凹部和第二凹部內(nèi)的第一密封部件，所述第一密封部件包括以實質(zhì)平行于渦輪軸線的方向延伸的密封面，其中所述第一密封部件包括多個密封層