[發明專利]帶有轉子密封系統的流體機械,尤其是燃氣輪機

無效

• 申請號: 00810134.5
• 申請日: 2000-05-15
• 公開（公告）號: CN1360660A
• 公開（公告）日: 2002-07-24
• 發明（設計）人: 彼得·蒂曼
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F01D11/00
• 分類號: F01D11/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 侯宇,陶鳳波

本發明涉及一種帶有轉子密封系統的流體機械，尤其是燃氣輪機，轉子沿旋轉軸線延伸，它具有第一工作葉片和沿轉子周向與第一工作葉片鄰接的第二工作葉片。

流體機械，例如渦輪或壓縮機的可旋轉的工作葉片，按不同的設計沿整個圓周固定在轉子軸的圓周面上，轉子軸例如由工作輪構成。一個工作葉片通常包括葉身、葉片平臺以及有固定結構的葉根，葉根的固定結構相配地裝在轉子軸圓周面上對應的互補設計的承接裝置內，承接裝置例如制成周向槽或軸向槽，以此方式固定工作葉片。在將工作葉片裝在轉子軸上后在結構上通過各個彼此相鄰的區域形成間隙，在渦輪工作時成為冷卻介質或驅動轉子的熱工作流體泄漏的誘因。這種間隙例如出現在沿周向相鄰的工作葉片兩個彼此相鄰的葉片平臺之間，或在轉子軸的圓周面與沿徑向相鄰于此圓周面的葉片平臺之間。為了限制在燃氣輪機流動通道內可能的泄漏流，如冷卻介質(例如冷卻空氣)的逸出，努力尋求恰當的密封設計，它們能耐產生的溫度和由于在旋轉系統中巨大的離心力產生的機械負荷。

由DE?19810567A1可知一種用于燃氣輪機工作葉片的密封板。當供給工作葉片的冷卻空氣逸入流動通道中時，首先導致降低燃氣輪機的效率。裝在相鄰工作葉片葉片平臺之間間隙內的密封板，應防止由于冷卻空氣逸出的泄漏流。除了通過所述的密封板外，密封還可借助不同的密封銷釘實現，這些密封銷釘同樣裝在兩個相鄰工作葉片的葉片平臺之間。在這里需要許多密封件，以達到期望的防止冷卻空氣從相鄰葉片平臺逸出的密封效果。

在美國專利文件5599170中描述了一種用于燃氣輪機工作葉片的密封方案。通過兩個彼此鄰接的固定在可繞軸線旋轉的工作輪圓周面上的工作葉片，構成一個基本上沿徑向延伸的間隙和一個基本上沿軸向延伸的間隙。密封件密封徑向間隙的同時密封軸向的間隙。為此，密封件裝在由工作葉片的葉片平臺形成的空隙中。此密封件有第一和第二密封面，它與軸向或徑向間隙毗連。此外，此密封件還有一相對于徑向傾斜延伸的滑移面。該滑移面直接與一反作用面相鄰，這個反作用面是設在空隙內可運動的反作用件的部分表面。密封效果借助工作輪旋轉時作用在該可運動的反作用件上的離心力達到。反作用件將一個力傳到傾斜的滑移面上，其徑向分力作用在密封件上，使第一密封面密封軸向間隙，而其軸向分力在密封件上導致第二密封面密封徑向間隙。這種密封設計不能阻止冷卻空氣通過在工作輪圓周面與工作葉片沿徑向與圓周面相鄰的葉片平臺之間形成的間隙、沿工作輪圓周面逸入燃氣輪機的流動通道中。

此外，如在DE?19810567A1或US專利文件5599170中所說明的那樣，具有一個或多個密封件的類似的復雜結構，在流體機械內還用于防止流動的熱工作流體、例如熱煙氣或蒸汽，進入間隙區和轉子的空隙內。這種工作流體的侵入可能導致嚴重損壞工作葉片。為避免發生這種危險，在工作葉片的葉片平臺面朝工作流體流的那一側，通常在葉片平臺內裝入多個密封件。

由EP?0761930A1和GB?905582分別可知一種具有渦輪轉子的渦輪機。在這里，渦輪轉子設計為盤式結構并由一個個沿軸向彼此相鄰地設置的轉子盤組成。在轉子盤的圓周上設有工作葉片，這些工作葉片分別通過其各自的葉根固定在轉子盤的軸向槽內，例如軸向的樅樹形榫槽或錘頭形榫槽內。借助在端面固定安裝在轉子盤上的固定片實現工作葉片在葉根榫槽區的軸向固定。通過此端面的固定片還能獲得一定程度的防止工作流體、例如熱煙氣，侵入葉根榫槽區內的密封效果。不過，這些固定片的初衷是用于工作葉片的軸向固定。

本發明的目的是，為具有一個沿旋轉軸線延伸的轉子的流體機械提供一種高效密封系統。轉子具有第一工作葉片和沿轉子周向與第一工作葉片相鄰的第二葉片。此密封系統尤其應保證有效限制通過間隙區和轉子空隙可能的泄漏流，并能耐產生的熱負荷和機械負荷。此外，密封系統應設計為能便于生產并能在不同的轉子中使用。

本發明的目的通過一種流體機械、尤其是一種燃氣輪機來實現，它具有一個沿旋轉軸線延伸的轉子，該轉子包括一個由轉子沿徑向的外部界面確定的圓周面、一個承接結構、以及第一工作葉片和第二工作葉片，該第一和第二工作葉片分別具有葉根和鄰接葉根的葉片平臺，第一工作葉片的葉根和第二工作葉片的葉根裝在承接結構內，使第一工作葉片的葉片平臺與第二工作葉片的葉片平臺彼此接壤，并在葉片平臺與圓周面之間形成一空隙，其中，在空隙內的圓周面上設有一密封系統，此密封系統至少具有一個迷宮式密封裝置。