[发明专利]天使翅膀形耐磨的密封件和密封方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及例如蒸汽和燃气涡轮机的旋转机器，且更特定地关注具有密封组件以控制旋转转子叶片或者“轮叶”的柄部分和该旋转机器的静止喷嘴的径向内部端之间的间距的旋转机器。

背景技术

在其他目的中，蒸汽和燃气涡轮机用于给发电机提供动力。在其他的目的中，燃气涡轮机也用于推进飞行器和轮船。蒸汽涡轮机具有蒸汽路径，其典型地以串行流动的关系包括蒸汽进口、涡轮机、和蒸汽出口。燃气涡轮机具有燃气路径，其典型地以串行流动的关系包括空气入口或者进口、压缩机、燃烧室、涡轮机、和燃气出口或者排气喷嘴。压缩机和涡轮机段包括至少一个周向排的旋转轮叶。旋转轮叶的自由端或者尖端被定子壳体环绕。旋转轮叶的基部或者柄部分在上游和下游端在分别布置在运动叶片的上游和下游的静止叶片的内部罩侧部(flank)。

该涡轮机的效率部分取决于在该转子轮叶柄部分天使翅膀形(angelwing)尖端(密封板翅片)，和相邻的静止组件的密封结构之间的径向间距或者间隙。如果该间距过大，过多有价值的冷却空气将通过该轮叶柄和该静止叶片的该内部罩之间的该间隙泄漏，降低该涡轮机的效率。如果该间距过小，在某些涡轮机运行条件期间，该天使翅膀形尖端将冲击该相邻定子部分的该密封结构。

在这点上，已经知道在加速或者减速的周期期间，由于改变该轮叶上的离心力，由于涡轮机转子振动，和由于在该旋转转子和该静止组件之间的相对热生长，存在间距改变。在不同的离心力、转子振动、和热生长的周期期间，该间距改变能够导致严重的摩擦，例如该运动轮叶尖端在该静止密封结构上的摩擦。增加该尖端到密封件的间距减少由于金属对金属摩擦的损害，但间距的该增加导致效率损失。

发明内容

本发明涉及用于密封在涡轮机的旋转的和静止的部件之间，特定地在静止叶片组件的径向内部端部和旋转轮叶的柄之间的接口的结构和方法。在本发明的示例性的实施例中，在该面向的密封部件的一个的表面上提供耐磨的密封材料，该面向的密封部件在喷嘴内部罩和该涡轮机的相邻的旋转轮叶的该柄之间限定密封间隙。

因而，本发明可以实施在这样的涡轮机中，其包括：包括外部表面和从所述的外部表面径向延伸的至少一个轮叶的转子；具有至少一个静止喷嘴导叶且为该转子限定主壳体的定子；包括从所述的喷嘴导叶的远端部分在该转子的轴向延伸的凸缘部分，和从所述的轮叶在转子的轴向延伸的用于与所述的凸缘部分一起限定间距的密封板构件的密封组件；和布置在所述的间距内，在所述的凸缘部分和所述的密封板构件的一个上的耐磨的密封材料，从而在所述的凸缘部分和所述的密封板构件之间限定密封间隙。

本发明也可以实施在这样的燃气涡轮机组件中，其包括：布置在旋转轴的圆周上的运动叶片组件，所述的运动叶片组件具有平台且包括至少两个轴向突出的天使翅膀形密封结构；与所述的运动叶片组件相邻布置的静止叶片组件，所述的静止叶片组件具有在该旋转轴的旋转轴线的轴向延伸的至少一个凸缘部分，其用于与所述的天使翅膀形密封结构的分别的一个限定密封间隙；布置在所述的凸缘的表面和所述的天使翅膀形密封结构的所述的分别的一个表面的一个上的耐磨的密封材料。

本发明也可以实施在用于在涡轮机的旋转和静止部件之间的接口处限定密封间隙的方法中，其包括：提供包括外部表面和从该外部表面径向离开延伸的至少一个轮叶的转子、从所述的轮叶在该转子的轴向延伸的密封板构件；提供具有至少一个喷嘴导叶且为该转子限定主壳体的定子、从所述的喷嘴导叶的远端部分在该转子的轴向延伸的凸缘部分，其用于与所述的密封板构件轴向地搭接且与其限定径向的间距；且通过在所述的密封间隙中，在所述的凸缘部分和所述的密封板构件的一个上提供耐磨的材料，从而在所述的凸缘部分和所述的密封板构件之间限定密封间隙，减少所述的间距的径向尺度。

附图说明

图1为显示依据本发明的示例性的实施例，在燃气涡轮机中运动叶片和静止叶片之间的密封组件的截面图；和

图2为显示在该静止叶片的密封结构和该运动叶片的天使翅膀形尖端之间的该接口的放大的截面图。

具体实施方式

过去已经提出间距控制装置，例如耐磨的密封件，以使转子适应壳体间距改变。例如参考美国专利No.6340286、6457552；和公开申请No.2005-0003172，US 2005-0164027 and US 2005-0111967，这些的每个的披露以参考的方式合并在此。这种间距控制装置允许设计者减少涡轮机或者发动机的冷构建间距，其减少不希望的泄漏，从而改善涡轮机或者发动机的性能和/或者效率。