[發(fā)明專利]在密封處具有改善的密封效果的渦輪機(jī)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380071628.4
• 申請(qǐng)日: 2013-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN105264178A
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李延生;R.托伊貝爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號(hào): F01D11/00
• 分類號(hào): F01D11/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李晨;胡斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在密封處具有改善的密封效果的渦輪機(jī)裝置。

背景技術(shù)

在燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，將熱氣體從燃燒室輸送至渦輪機(jī)部，在渦輪機(jī)部中定子翼葉被設(shè)計(jì)成將熱的燃燒氣體引導(dǎo)至轉(zhuǎn)子葉片上，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片所連接的轉(zhuǎn)子發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這些定子翼葉和轉(zhuǎn)子葉片的徑向向內(nèi)和向外的翼型、平臺(tái)、外殼、或者其它部件可以存在從而形成環(huán)形流體通道，定子翼葉和轉(zhuǎn)子葉片的翼型延伸進(jìn)入該環(huán)形流體通道中，并且熱的燃燒氣體被引導(dǎo)經(jīng)過該環(huán)形流體通道。

作為旋轉(zhuǎn)部件的各排的轉(zhuǎn)子葉片、和作為非旋轉(zhuǎn)部件的各排的定子翼葉被交替地布置，在各排的轉(zhuǎn)子葉片與各排的定子翼葉之間可存在間隙。目前研究目標(biāo)是減小這些間隙的大小和/或?qū)⑦@些間隙密封，使得沒有或者很少的主流流體經(jīng)過這些間隙而丟失。將轉(zhuǎn)子葉片與定子翼葉之間的這些間隙加以密封的結(jié)構(gòu)可稱為邊緣密封。

專利和專利申請(qǐng)EP1731717A2、EP1731718A2、EP1939397A2、US7,452,182B2、和US2008/0145216A1揭示了不同類型的密封，這些密封將把熱主流流體保持在環(huán)形流體通道的內(nèi)部，有可能地?zé)崃黧w不泄漏進(jìn)入邊緣密封空腔并且也有可能冷卻流體不經(jīng)由邊緣密封流出而進(jìn)入主流中。在定子翼葉與轉(zhuǎn)子葉片之間可存在小的間隙，經(jīng)過該小間隙并且也基于公差、渦輪機(jī)部件的熱膨脹及有關(guān)流體的壓力差，主流流體會(huì)經(jīng)過密封泄漏而離開主流流體路徑。也有可能的是，第二流體源（可以是用于使轉(zhuǎn)子葉片冷卻的空氣）會(huì)經(jīng)過密封在相反方向上泄漏進(jìn)入主流流體路徑。這兩種類型的流體和/或空氣的流入或流出甚至?xí)谙嗤芊獾牟煌僮髂Ｊ街邪l(fā)生，或者甚至?xí)谥髁髁黧w路徑中的不同周向位置發(fā)生。

因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的渦輪機(jī)裝置，該渦輪機(jī)裝置導(dǎo)致在大多數(shù)操作模式中有極少的流體經(jīng)由密封流入和流出主流流體路徑，從而導(dǎo)致例如氣動(dòng)損失的減小和渦輪機(jī)裝置效率的提高。尤其是，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在操作期間需要較少地對(duì)空氣進(jìn)行密封的渦輪機(jī)裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明試圖解決所述缺點(diǎn)。

該目的是由獨(dú)立權(quán)利要求而實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求描述了本發(fā)明的有利特征和修改。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種渦輪機(jī)裝置，即具體地提供一種包括轉(zhuǎn)子和定子的燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪機(jī)部。轉(zhuǎn)子繞著轉(zhuǎn)子軸線而旋轉(zhuǎn)并且包括徑向地向外延伸的多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片段（被環(huán)形段分段），其中“向外”表示相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸線垂直于轉(zhuǎn)子軸線的遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子軸線的方向，并且其中“徑向地”表示垂直于轉(zhuǎn)子軸線且開始于作為中心軸線的轉(zhuǎn)子軸線的方向。各轉(zhuǎn)子葉片段包括翼型和徑向的內(nèi)葉片平臺(tái)。“徑向的內(nèi)平臺(tái)”表示主流體路徑的第一邊界與第二邊界相對(duì)，其中在第一邊界與第二邊界之間引導(dǎo)主流體，并且第一邊界將主流體路徑限制在轉(zhuǎn)子軸線的方向上。

定子圍繞轉(zhuǎn)子從而形成用于加壓工作流體（即主流體）的環(huán)形流動(dòng)路徑，并且定子包括設(shè)置在與多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片相鄰位置的多個(gè)引導(dǎo)翼葉段（由環(huán)形段所分段），其中多個(gè)引導(dǎo)翼葉徑向地向內(nèi)延伸。各引導(dǎo)翼葉段包括翼型和徑向的內(nèi)翼葉平臺(tái)。定子還包括：同軸地對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子軸線的柱形定子壁、及被布置在柱形定子壁的外表面中部上的環(huán)形定子壁。“中部”具體地表示柱形定子壁不終止于該環(huán)形定子壁，而是柱形定子壁在環(huán)形定子壁的兩個(gè)方向上延伸。

所述密封裝置包括內(nèi)翼葉平臺(tái)的后緣、內(nèi)葉片平臺(tái)的前緣、以及第一環(huán)形腔和第二環(huán)形腔。“前面的”表示部件中首先與工作流體接觸的區(qū)域（該部件的上游端），“后面的”表示部件中最后與工作流體接觸的區(qū)域（該部件的下游端）。

根據(jù)本發(fā)明，第一環(huán)形腔至少是由內(nèi)翼葉平臺(tái)的后緣、柱形定子壁的第一部、和環(huán)形定子壁所限定。第二環(huán)形腔至少是由內(nèi)葉片平臺(tái)的前緣、柱形定子壁的第二部、和環(huán)形定子壁所限定。第一環(huán)形腔經(jīng)由第一環(huán)形密封通道與環(huán)形流動(dòng)路徑流體連通。利用環(huán)形定子壁將第一環(huán)形腔與第二環(huán)形腔分離，即環(huán)形定子壁構(gòu)成在第一環(huán)形腔與第二環(huán)形腔之間的分隔壁。第一環(huán)形腔經(jīng)由在環(huán)形定子壁的邊緣與內(nèi)葉片平臺(tái)的前緣（具體地內(nèi)葉片平臺(tái)的前緣的徑向面朝內(nèi)表面）之間的第二環(huán)形密封通道與第二環(huán)形腔流體連通。此外，第二環(huán)形腔經(jīng)由第三環(huán)形密封通道與空心的空間流體連通，以便提供密封流體。

這些特征形成流體邊緣密封，從而將在徑向內(nèi)翼葉平臺(tái)與徑向內(nèi)葉片平臺(tái)之間的環(huán)形間隙加以密封。