[發明專利]一種燃氣輪機渦輪級間密封結構

有效

• 申請號: 202110435747.X
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113047914B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 潘慧斌;藍吉兵;張發生;張偉;趙旭洋;隋永楓;辛小鵬;趙鴻琛
• 申請（專利權）人: 浙江燃創透平機械股份有限公司
• 主分類號: F01D11/00
• 分類號: F01D11/00
• 代理公司: 北京精金石知識產權代理有限公司 11470
• 代理人: 楊蘭蘭

本發明提供了一種燃氣輪機渦輪級間密封結構，屬于機械構造設計領域。在轉子輪盤上加工出輪盤密封外伸端及伸出翼，級間密封結構由不連接的左右兩部分組成，分別安裝于靜葉內圍帶上、下游外伸端上，左半部分直接加工出密封齒，與輪盤密封外伸端形成密封，左半部分的密封齒為兩齒或多齒，增加密封齒頂間隙，減小運行中的動靜碰磨。密封齒盡可能靠近進氣側，避免機組運行過程中密封失效。右半部分安裝于靜葉內圍帶下游外伸端，其連接段上安裝有帶彎曲角度的密封齒，密封齒由彈性材料加工而成，與轉子輪盤伸出翼形成密封，在發生動靜碰磨時，通過自身彈性形變防止密封齒的不可逆損傷，減弱對轉動件的損傷。

技術領域

本發明涉及機械構造設計領域，尤其涉及一種燃氣輪機渦輪級間密封結構。

背景技術

在燃氣輪機中，轉子輪盤工作溫度較高，如果不對其溫度加以控制，其過高的溫度會導致強度的下降，進而影響機組的安全運行。通常的做法是引入冷卻空氣對輪盤進行冷卻，冷卻空氣一般會從靜葉外圍帶處的供氣腔供氣，流過靜葉內部通道后，進入靜葉內圍帶與級間密封環組成的供氣腔室，最后通過上游密封和下游密封后分別對上游輪盤和下游輪盤進行冷卻，冷卻過輪盤后的氣體會通過轉子面和靜子面的間隙匯入主流，對轉子面和靜子面的間隙起到密封作用，防止高溫燃氣侵入盤腔，對輪盤造成燒蝕。

現有技術的密封齒結構請參照附圖1，在轉子輪盤7上設計出輪盤密封環外伸端6，在級間密封環3上安裝密封齒5(也有的密封結構直接將密封齒5加工在級間密封環3上)，密封齒5與輪盤7的密封環外伸端6相對。在渦輪盤21的伸出翼7上加工出高低密封齒17，在級間密封環3上安裝有蜂窩密封16，蜂窩密封16與高低密封齒17相對，在輪盤7和級間密封環3之間形成上游動靜盤腔4、下游動靜盤腔2和動靜盤腔8，密封齒5、高低密封齒17和蜂窩密封16的作用是維持上游動靜盤腔4、下游動靜盤腔2和動靜盤腔8之間的壓差，使得冷卻空氣始終從動靜盤腔8流向上游動靜盤腔4及下游動靜盤腔2，并通過密封間隙控制壓差的大小，從而控制冷卻空氣量，因此密封齒頂間隙是輪盤冷卻及盤腔封嚴的關鍵。

現有技術存在的問題是，對于上游密封：由于強度限制，安裝槽軸向位置受限，且輪盤密封外伸端6的軸向長度不能太大，如果選擇安裝密封齒的方案，則由于安裝槽軸向位置的限制，盤腔入口一般設置單齒密封(如圖1所示)，但是由于轉子與靜子脹差以及軸向位移的差異，密封存在失效的可能(如圖2所示，放大部位密封齒B)，密封失效會造成上游動靜盤腔4和動靜盤腔8之間的壓差失衡，盤腔封嚴不能滿足要求，主流高溫燃氣侵入盤腔，輕則造成盤腔超溫，機組停機，重則造成輪盤燒毀。因此避免盤腔入口密封失效，實現盤腔的封嚴對機組的安全運行至關重要。如果選擇直接將密封齒加工在級間密封環上，雖然可以最大程度的避免因軸向位移差造成的密封失效，但是一旦出現密封齒損壞，則大修時需要更換整個密封環，成本較高。對于下游密封：機組啟停時，由于密封齒與蜂窩之間的間隙變化，存在動靜碰磨的風險，為了保護轉子密封齒，蜂窩設計成可磨，且轉子密封齒齒頂厚度較厚，這在一定程度上避免了轉子密封齒的磨損，但是也無法完全避免，一旦發生動靜碰磨，蜂窩密封的損傷是不可逆的，大修時無法更換轉子密封齒，只能更換蜂窩密封，而蜂窩密封加工成本較高，進而增加了維護成本，另外，隨著機組運行年限的增加，雖然大修時對蜂窩密封會進行更換，但是轉子密封齒的磨損無法完成修補，因此密封性能會有一定程度的下降，導致機組性能逐年變差。

在中國專利申請文獻CN204783278U中，公開了一種燃氣輪機透平及其密封齒。該密封齒包括互相連接的工作段和安裝段；所述工作段和轉子輪盤的伸出翼相配合以形成高壓盤腔和低壓盤腔；在靜葉密封環上設置有與所述安裝段相配合的安裝槽；所述安裝段通過所述安裝槽與所述靜葉密封環連接。在密封齒損壞后，只需將環形密封齒換掉即可，而無需更換靜葉密封環，解決了傳統透平密封齒更換成本高、周期長等問題。但是該方案密封件尺寸較小，單獨加工難度較大，加工精度難以保證，裝配精度也難以保證，在相同的密封要求下，單齒密封的徑向間隙一般較小，機組運行中動靜碰磨的風險較大。在加工精度不能保證的情況下，動靜碰磨風險會更大，而且一旦出現動靜碰磨，則會對轉子造成損傷。