搭叠密封装置的制作方法

本申请要求于2017年12月15日提交的欧洲专利申请no.17207850.3的优先权，该欧洲专利申请的公开内容通过引用而合并。

本发明涉及一种用于燃气涡轮的搭叠(shiplap)装置。

背景技术：

用于密封间隔的常规密封手段，例如橡胶密封件、聚合物密封件、粘合器件，或使突出部接合在槽中(如尤其在两个静态元件之间的密封的情况下遇到的那样)，大体上是已知的。在燃气涡轮中，许多种元件借助于冷却空气流而冷却，以避免热损伤。该冷却空气流应实现为具有尽可能最低的损失，以便使冷却潜力最大化。

为了实现燃气涡轮中的两个叶片元件之间高效的密封，例如为了防止由于泄漏流而导致的冷却空气的损失，使叶片元件彼此精确匹配是必要的。然而，如果希望使邻接的构件可能有某一“空隙”(例如在燃气涡轮的转子中的两个转子叶片之间，“空隙”是必不可少的，这是由于在运行期间由热工作介质导致的在叶片元件周围的强流)，那么叶片元件的两个相邻的护罩的精确匹配几乎是不可能的，因为这样的紧凑型的构造(如对于径向间隙的完全密封来说将是必要的那样)可导致问题(例如，由于热膨胀)。并且，在安装之后，构件之间的离心力的影响可相当大，这可导致常规密封器件的严重磨损。出于这些原因，所谓的“搭叠件”用在根据常规设计的燃气涡轮转子中的叶片之间，以用于密封沿轴向方向的泄漏流。“搭叠件”构成耐热的密封器件，因为它们基本上由叶片元件本身的材料设计、形成叶片元件的一体的构成部分，且因此实现密封效果，而没有可能对热敏感或具有不同的热膨胀系数的额外的材料。

在大多数情况下，涡轮叶片沿径向在内部和/或沿径向在外部具有至少一个平台元件，在叶片排已安装的情况下，平台元件通过平台元件的沿周向方向指向的两个侧部而邻接在相应地相邻的叶片元件的相应地相邻的平台元件上，从而在各情况下均形成基本上为周向的间隙。在至少一个轴向边缘(尤其是后边缘)上，这样的涡轮叶片元件在沿周向方向指向的第一侧部上，可具有沿周向方向延伸且突出到邻接的叶片元件的平台元件中的突出部，并且在沿周向方向指向的第二侧部上，可具有容纳该突出部的凹部。

这样的叶片元件的顺序安装在各情况下均导致在两个叶片元件之间形成所谓的“搭叠件”。这样的搭叠件为在叶片元件的轴向边缘上的护罩元件与相邻的叶片元件的相同的轴向边缘上的护罩元件之间的重叠或接合区域，其沿工作气体的流动方向为阶梯式的。该搭叠件密封两个涡轮叶片的毗邻的周向侧部之间沿径向延伸的间隙，以防备冷却空气从辅助空气回路逸出，即防备沿轴向方向的泄漏流。这种搭叠件由于借助于叶片元件的沿周向方向指向的第二侧部上的突出部来覆盖相邻的叶片元件的沿周向方向指向的第一侧部上的凹部而形成，或通过突出部接合在凹部中而形成。

技术实现要素：

因此，本发明基于提供一种改进的装置的目标，该改进的装置沿着搭叠联接件而具有改进的密封效果，该搭叠联接件减少了来自冷却空气腔体的泄漏流。

该目标通过根据权利要求1的搭叠装置来实现。所要求保护的装置确保搭叠联接件中的间隙可被密封。

本发明的进一步的目标是提供一种装置，在该装置中，密封件是刚性的，且在具有空隙的情况下安装在沿着搭叠联接件的两个相向的槽中。这降低了生产成本且确保了容易的装配。

本发明的进一步的目标是提供一种装置，在该装置中，密封件为钩形的，其限定逆着泄漏流而指向的凸侧和接合一个槽内的突出部的凹侧，泄漏流使密封件压靠着突出部。这确保了密封件的合适的且容易的定位和固持。

本发明的进一步的目标是提供一种装置，在该装置中，槽和密封件定位在沿着搭叠联接件的间隙的两个弯曲部之间。弯曲部通常定位在平台的阶梯式的后区域中，且对应于平台的延伸到相邻的叶片节段的平台中的周向突出部。弯曲部降低了泄漏流的速率，且密封件的定位进一步降低了泄漏流的速率。

前面参照密封的搭叠装置而描述了本发明。然而，本发明还涉及包括这样的密封的搭叠装置的叶片排，且大体上涉及一种设有这样的叶片排的用于发电厂的燃气涡轮。

要理解的是，前面的大体上的描述和以下详细的描述两者都是示例性的，且旨在提供如要求保护的本发明的进一步阐释。根据以下描述、附图和权利要求书，本发明的其它优点和特征将是显而易见的。

在所附权利要求书中具体地阐述了本发明的被认为是新颖的特征。

附图说明

在适当地参照附图来仔细阅读详细的描述之后，本发明的进一步的益处和优点将变得显而易见。

然而，通过参照本发明的以下详细的描述可最好地理解本发明本身，本发明的以下详细描述描述了本发明的结合附图而得到的示例性实施例，在附图中：

图1为用于发电厂的燃气涡轮的实施例的流程图的示意图；

图2和图3为图1的燃气涡轮的两个相邻的涡轮叶片的示意图；

图4为图3的部分的示意图；

图5为图4的由标号v表示的部分的示意性放大视图，其具有根据本发明的密封装置的实施例；

图6和图7分别为图5的沿着轴向方向的密封装置在公差的标准状况下和最坏情况下的示意图；

图8和图9为图5的沿着径向方向的密封装置的示意图，其中密封件分别布置在叶片中和相邻的叶片中。

具体实施方式

结合附图，在下文中根据优选的实施例(不用于限制本发明的执行范围)来描述本发明的技术内容和详细描述。根据所附权利要求书所作的任何等效变型和修改均由本发明要求保护的权利要求书涵盖。

现在将参照附图来详细地描述本发明。

参照图1，其为用于发电厂的燃气涡轮的实施例的流程图的示意图。图1公开了燃气涡轮发电厂1，其具有轴线a，且沿着主流m连续地包括：

压缩机区段2，其设有用于供给空气10的入口11，

燃烧器区段，其设有喷燃器3和燃烧室4，喷燃器3具有多个燃料喷嘴6，在燃烧室4中，压缩空气与至少一种燃料混合，且该混合物被点燃以形成热气体流，以及

涡轮区段5，热气体流在其中膨胀，从而对转子7做功。

优选地，转子7为由焊接在一起的多个转子轮构成的单个件，且从压缩机2延伸到涡轮5。如已知的那样，燃烧器区段可设有环形燃烧器或多个筒形燃烧器。离开涡轮的废气可用在蒸汽发生器8中，且转子7可连接到负载9，负载9可为固定负载，例如发电厂中的发电机。如已知的那样，压缩机2和涡轮5包括多个定子导叶和多个旋转叶片。这些旋转叶片连接到转子7，且布置成以轴线7为中心的平行的周向排。

参照图2和图3，图2和图3为图1的燃气涡轮的相邻的叶片的示意图，具体地，图2和图3指的是相邻的涡轮叶片12。如已知的那样，涡轮叶片与热气体接触，且因此需要由冷却空气(即压缩空气)冷却。具体地，图2公开了燃气涡轮领域的主要方向的图例。在该图例中，标号13指的是轴向方向，其平行于转子7、轴线a且大体上平行于热气体流方向m。用语下游和上游参照沿着热气体流方向m的轴向方向13。标号14指的是以轴线a为中心的径向方向；用语内部/在内部和外部/在外部参照沿着径向方向14而距轴线a的距离。标号15指的是以轴线a为中心的周向方向。为清楚起见，下面的图3-9也公开了该图例，以允许容易地识别所表示的燃气涡轮构件的正确位置。考虑到上文，图2公开了同一排叶片中的两个相邻的涡轮叶片12的轴向下游视图。叶片12可由金属、金属合金、陶瓷基复合物(cmc)或其它合适的材料构成。从轴线a开始且沿着径向方向14，各叶片12包括构造成与转子7联接的支脚16、设有下游壁或封闭壁18的柄部部分17、平台19和翼型部20。两个相邻的叶片之间，在柄部部分17处存在腔体，具体地为冷却空气腔体，其以标号21而在图8和图9中部分地公开。冷却空气可从柄部腔体进入在翼型部20的内部实现的冷却管道中，翼型部20在运行中与热气体流接触。该腔体在外部沿着径向方向14由平台19的相邻的边缘限制，且在下游沿着轴向方向13由封闭壁18的相邻边缘限制。如已知的那样，为了避免涡轮发动机的效率的损失，该冷却空气腔体必须既沿径向方向密封(即，以避免传到存在于相邻的平台19之间的间隙的泄漏物)，又沿轴向方向密封(即，以避免传到存在于封闭壁18之间的间隙的泄漏物)。沿径向方向的密封由轴向密封件执行，该轴向密封件优选地呈轴向密封条的形式，其布置在平台19的相向的相邻边缘的轴向座中。图2和图3以标号22示意性地公开了该轴向密封件，且图8和图9公开了该轴向密封件22的在平台19中的座23。沿轴向方向的密封由在图2和图3中由标号24表示的所谓的搭叠联接件来执行。如已知的那样，搭叠联接件24包括封闭壁19的突出到相邻的封闭壁19的径向边缘和在这样的相邻的封闭壁19中实现的构造成用于容纳突出边缘的凹部。为了装配叶片排，排中的各叶片(除了末尾的叶片)包括封闭壁，在封闭壁中，第一径向边缘沿着周向方向15设有突出部分，且在相反的径向边缘上设有适合于容纳相邻的叶片的突出部分的径向凹部。

图3示意性地显示了一些相邻的叶片的沿着径向方向14的俯视图，以便阐明搭叠联接件。翼型部20包括前边缘25和后边缘26。图3公开了两个相邻的平台19之间的由轴向密封件22密封的径向间隙27和构造成用于封闭两个相邻的封闭壁19之间的轴向间隙的搭叠联接件24。搭叠联接件24的突出部部分由标号28表示，且对应的凹部以标号29表示。

参照图4，其为图3的搭叠部分的示意性放大视图。具体地，图4公开了布置在前面描述的搭叠区域24中的密封件30。该密封件30构造成提供防备从柄部腔体穿过存在于突出部部分28与凹部部分29之间的间隙的泄漏流的屏障。

参照图5，其为图4的部分的示意性放大视图，该部分由标号v表示且显示设有密封件30的搭叠区域24的沿着径向方向的俯视图。

根据图5的实施例，密封件30从在突出部部分28中实现的第一槽31沿轴向延伸到在凹进部分29中实现的第二槽32。图5中的标号c1和c2表示在两个相邻的封闭壁之间经过(具体地，穿过存在于突出部部分28与凹部部分29之间的间隙)的冷却空气流。c1为沿着轴向方向的泄漏流，且c2为沿着周向方向的泄漏流。如在图5中公开的那样，密封件30允许阻止流c2。优选地，密封件30为在具有游隙或空隙的情况下而容纳在槽31和槽32中的刚性密封件。第一槽31和第二槽32基本上沿着轴向方向13而彼此相向。

现在参照图6和图7，它们分别为图5的密封装置在公差的标准状况下和最坏情况下的示意图。

密封件30在相关的槽21和槽32中的游隙确保弥补制造公差且同时获得恰当的密封。具体地，空隙沿平行于泄漏流c2(即沿着周向方向15)的方向，和/或沿横向于(优选地，垂直于)泄漏流c2(即沿着轴向方向13)的方向。这使得刚性密封件30浮动地安装在座31、32中。而且，密封件30具有钩的形状，其限定逆着泄漏流c2而指向的凸侧33和接合一个槽32(具体地，凹部部分29中的槽32)内的突出部35的凹侧34。由于密封件在座31、32的内部的空隙，故密封件30与突出部35之间的联接为浮动联接。在使用中，泄漏流c2使密封件30压靠着突出部35，即使离心力作用在密封件30上。

根据公开的实施例，密封件30具有正交于径向方向14的基本上为“l”的横截面，其由横跨搭叠联接件的间隙的较长臂36和容纳在凹部部分29中的槽32中的较短臂37限定。l形状易于制造(例如通过弯曲)。然而，有可能利用可制造(例如通过挤压)的其它轮廓(例如“t”轮廓)来获得类似的功能。在使用中，泄漏流使较长臂36压靠着凹部部分28中的槽31的内部表面，即使离心力作用在密封件30上。

参照图8和图9，它们为图5的沿着轴向方向的密封装置的示意性透视图，分别显示了布置在叶片中和相邻的叶片中的密封件。具体地，图8和图9分别公开从柄部腔体、从柄部腔体的外部得到的密封件30的两个轴向透视图。根据该实施例，密封件30和槽31、32基本上沿着突出部28和凹部29的整个径向长度而沿径向延伸。

密封件30向外延伸直到在相邻的叶片之间布置在座23中的轴向密封件。

最后，槽的内端是开放的，以允许滑动地装配密封件30，密封件30在槽的相反的外端处保持就位。优选地，密封件30由轴向密封件22保持，在装配密封件30之后装配轴向密封件22。

尽管关于如以上提到的本发明的优选实施例而阐释了本发明，但要理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可作出许多其它可能的修改和变型。因此预想的是，所附权利要求或权利要求书将涵盖落在本发明的真实范围内的这些修改和变型。