[发明专利]带有转子密封系统的流体机械,尤其是燃气轮机

说明书

本发明涉及一种带有转子密封系统的流体机械，尤其是燃气轮机，转子沿旋转轴线延伸，它具有第一工作叶片和沿转子周向与第一工作叶片邻接的第二工作叶片。

流体机械，例如涡轮或压缩机的可旋转的工作叶片，按不同的设计沿整个圆周固定在转子轴的圆周面上，转子轴例如由工作轮构成。一个工作叶片通常包括叶身、叶片平台以及有固定结构的叶根，叶根的固定结构相配地装在转子轴圆周面上对应的互补设计的承接装置内，承接装置例如制成周向槽或轴向槽，以此方式固定工作叶片。在将工作叶片装在转子轴上后在结构上通过各个彼此相邻的区域形成间隙，在涡轮工作时成为冷却介质或驱动转子的热工作流体泄漏的诱因。这种间隙例如出现在沿周向相邻的工作叶片两个彼此相邻的叶片平台之间，或在转子轴的圆周面与沿径向相邻于此圆周面的叶片平台之间。为了限制在燃气轮机流动通道内可能的泄漏流，如冷却介质(例如冷却空气)的逸出，努力寻求恰当的密封设计，它们能耐产生的温度和由于在旋转系统中巨大的离心力产生的机械负荷。

由DE 19810567A1可知一种用于燃气轮机工作叶片的密封板。当供给工作叶片的冷却空气逸入流动通道中时，首先导致降低燃气轮机的效率。装在相邻工作叶片叶片平台之间间隙内的密封板，应防止由于冷却空气逸出的泄漏流。除了通过所述的密封板外，密封还可借助不同的密封销钉实现，这些密封销钉同样装在两个相邻工作叶片的叶片平台之间。在这里需要许多密封件，以达到期望的防止冷却空气从相邻叶片平台逸出的密封效果。

在美国专利文件5599170中描述了一种用于燃气轮机工作叶片的密封方案。通过两个彼此邻接的固定在可绕轴线旋转的工作轮圆周面上的工作叶片，构成一个基本上沿径向延伸的间隙和一个基本上沿轴向延伸的间隙。密封件密封径向间隙的同时密封轴向的间隙。为此，密封件装在由工作叶片的叶片平台形成的空隙中。此密封件有第一和第二密封面，它与轴向或径向间隙毗连。此外，此密封件还有一相对于径向倾斜延伸的滑移面。该滑移面直接与一反作用面相邻，这个反作用面是设在空隙内可运动的反作用件的部分表面。密封效果借助工作轮旋转时作用在该可运动的反作用件上的离心力达到。反作用件将一个力传到倾斜的滑移面上，其径向分力作用在密封件上，使第一密封面密封轴向间隙，而其轴向分力在密封件上导致第二密封面密封径向间隙。这种密封设计不能阻止冷却空气通过在工作轮圆周面与工作叶片沿径向与圆周面相邻的叶片平台之间形成的间隙、沿工作轮圆周面逸入燃气轮机的流动通道中。

此外，如在DE 19810567A1或US专利文件5599170中所说明的那样，具有一个或多个密封件的类似的复杂结构，在流体机械内还用于防止流动的热工作流体、例如热烟气或蒸汽，进入间隙区和转子的空隙内。这种工作流体的侵入可能导致严重损坏工作叶片。为避免发生这种危险，在工作叶片的叶片平台面朝工作流体流的那一侧，通常在叶片平台内装入多个密封件。

由EP 0761930A1和GB 905582分别可知一种具有涡轮转子的涡轮机。在这里，涡轮转子设计为盘式结构并由一个个沿轴向彼此相邻地设置的转子盘组成。在转子盘的圆周上设有工作叶片，这些工作叶片分别通过其各自的叶根固定在转子盘的轴向槽内，例如轴向的枞树形榫槽或锤头形榫槽内。借助在端面固定安装在转子盘上的固定片实现工作叶片在叶根榫槽区的轴向固定。通过此端面的固定片还能获得一定程度的防止工作流体、例如热烟气，侵入叶根榫槽区内的密封效果。不过，这些固定片的初衷是用于工作叶片的轴向固定。

本发明的目的是，为具有一个沿旋转轴线延伸的转子的流体机械提供一种高效密封系统。转子具有第一工作叶片和沿转子周向与第一工作叶片相邻的第二叶片。此密封系统尤其应保证有效限制通过间隙区和转子空隙可能的泄漏流，并能耐产生的热负荷和机械负荷。此外，密封系统应设计为能便于生产并能在不同的转子中使用。

本发明的目的通过一种流体机械、尤其是一种燃气轮机来实现，它具有一个沿旋转轴线延伸的转子，该转子包括一个由转子沿径向的外部界面确定的圆周面、一个承接结构、以及第一工作叶片和第二工作叶片，该第一和第二工作叶片分别具有叶根和邻接叶根的叶片平台，第一工作叶片的叶根和第二工作叶片的叶根装在承接结构内，使第一工作叶片的叶片平台与第二工作叶片的叶片平台彼此接壤，并在叶片平台与圆周面之间形成一空隙，其中，在空隙内的圆周面上设有一密封系统，此密封系统至少具有一个迷宫式密封装置。