[發明專利]熱負荷壁板和對熱負荷壁板的縫隙進行密封的方法

無效

• 申請號: 01803509.4
• 申請日: 2001-01-05
• 公開（公告）號: CN1394263A
• 公開（公告）日: 2003-01-29
• 發明（設計）人: 漢斯－托馬斯·博爾姆斯;彼得·蒂曼
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F16J15/16
• 分類號: F16J15/16;F01D25/24;F23R3/00;F02K1/82;F01D11/08
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 侯宇,陶鳳波

本發明涉及一種承受燃氣熱負荷的壁板，該壁板具有第一壁板段以及與第一壁板段相鄰、且形成縫隙的第二壁板段。本發明還涉及對承受燃氣熱負荷壁板的第一與第二壁板段之間的縫隙進行密封的方法。

美國專利說明書US-PS?5,221?096給出了一種用于減少穿過燃氣輪機驅動裝置兩級之間縫隙的冷空氣泄漏的多層密封件。該密封件的第一部分是如此之薄，使得其在壓力梯度下變形以實現對縫隙的密封。密封件的第二部分與第一部分連接，且其足夠厚而使密封件具有所需剛度。由于這種剛度使密封件便于裝配。

歐洲專利申請公開說明書EP?0?139?072?A1給出了一種耐熱的i形彈簧密封。這種密封可以優選用于非常高且不均勻分布的溫度環境。

美國專利說明書US-PS?5,058,906給出了一種密封。該金屬密封這樣構成，使其可以彈性變形。由此特別適用于溫度劇烈變化管道的密封。

美國專利說明書US-PS?4,537,024給出一種借助于橫截面為環形的、柔性的密封環對燃氣輪機上的縫隙進行密封的方法，密封環嵌入在兩個其間存在待密封縫隙的結構部件上相對置的槽中。

所有這些用于密封縫隙的裝置都采用一個單獨的密封件進行密封。其缺點是，這些密封件的密封效果與溫度相關，且在高溫條件下恰恰變差。此外這些密封的裝配是非常費事和困難的。此外，這些密封正好在高溫應用中遭遇老化過程，這可能顯著地限制使用壽命。

因此本發明要解決的技術問題是提供一種承受燃氣熱負荷的壁板，其中該壁板的兩個壁板段之間的縫隙通過簡單的方法恰恰可以在高溫下特別有效地密封。本發明的另一個要解決的技術問題是提供一種對承受燃氣熱負荷壁板的兩個壁板段之間的縫隙進行密封的方法，該方法在結構上可以簡單地實現，且恰恰在高溫下形成良好的密封。

按照本發明，針對壁板的技術問題這樣來解決：承受燃氣熱負荷的壁板具有第一壁板段以及與第一壁板段相鄰、且形成縫隙的第二壁板段，其中第一壁板段具有一個壓緊面，而第二壁板段具有帶有熱表面和冷表面的彎曲體，其中熱表面在熱負荷條件下比冷表面更為劇烈地被加熱，從而由于一面是熱表面而另一面是冷表面區域的不同熱膨脹使彎曲體彎曲頂壓在壓緊面上，由此將縫隙密封。

由于本發明采用了全新的途徑，即將壁板段之間的縫隙不是通過獨立的密封件而是通過壁板段自身進行密封。這一點恰好在高溫時可按下述方式實現：第一壁板段的一部分通過熱彎曲頂壓在第二壁板段的一部分上，并由此封閉縫隙。這種熱彎曲類似于雙金屬片通過壁板段冷區與熱區的不同熱膨脹而實現。但是與雙金屬片不同的是，其不同的熱膨脹首先不是通過不同材料的不同熱膨脹系數而引起的，而是通過一面是熱表面而另一面是冷表面的不同溫度而實現。必要時這種效應也可以通過適當的材料副來加強，即通過不同熱膨脹系數的材料副可以強化彎曲。彎曲體最好是壁板段上的自由懸臂段，該懸臂段與緊鄰的壁板段搭接地設置。

優選在彎曲體或壓緊面上設置一個由于彎曲體頂壓壓緊面而變形、且對縫隙起附加密封作用的突緣。此外，優選在彎曲體或壓緊面上設置一個可變形的覆層。還可優選在彎曲體與壓緊面之間設置密封材料。

借助突緣、覆層或密封材料，通過該突緣、覆層或密封材料在形成縫隙表面上的變形而實現對縫隙的附加密封。尤其是由此可以補償彎曲體與壓緊面之間的較小的不均勻性和不平度。

冷表面最好可通過冷卻介質進行冷卻。此外冷卻介質最好為冷空氣。對于特別高的熱負荷壁板段需要這樣一種冷卻。此時，可能存在這種冷卻介質穿過縫隙的泄漏。這種通常不期望的冷卻介質損失或者不期望的冷卻介質與燃氣混合通過對縫隙的密封來阻止。除了對縫隙進行密封以防止燃氣進入外，其優點是可以有效地、且恰恰是對于高溫特別有效地對縫隙進行密封。

優選將這種壁板作為熱流體機械的氣流通道壁板、更優選作為燃氣輪機的氣流通道壁板。在燃氣輪機中不僅在燃燒區(即燃燒室)，而且在燃氣輪機氣流通道都會由于流過燃氣輪機的燃氣而出現特別高的溫度。在這里將燃氣導流通過高熱負荷壁板是必須的。這種壁板通常必須通過冷空氣進行有效冷卻。常常從燃氣輪機中的壓縮機獲得這種冷空氣。因為冷空氣不能以必須的壓力送往燃燒，因此使燃氣輪機的效率下降。所以為了保持盡可能高的效率，對冷空氣需求要保持盡可能地少。因此為了在燃氣輪機中防止冷空氣泄漏，必須特別有效地對熱負荷壁板的壁板段之間的縫隙進行密封。