專利名稱：透平機裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種透平機裝置，尤其是燃氣輪機裝置。
燃氣輪機裝置可理解為這樣一種裝置，它包括一個燃燒室和一個串接在燃燒室之后的稱為燃氣輪機的透平機。在燃燒室中燃氣在一個氣室中燃燒，同時將產生的熱煙氣輸送到透平機并通流透平機。通過透平機的熱煙氣通流路徑在下面同樣稱為氣室。透平機具有固定的導向葉片以及設置在被稱為轉子的轉軸上的工作葉片，導向葉片從外面徑向延伸到氣室中，工作葉片則從轉子徑向向外延伸。沿透平機縱向看過去，導向葉片與工作葉片相互間齒形嚙合。透平機通常具有多個透平級，其中在每一級中設置一個導向葉片環(huán)(導流柵)，即多個導向葉片沿透平機的圓周方向相鄰地設置。各導向葉片環(huán)沿軸向相互銜接地設置。不僅對于燃燒室而且對于透平機而言，氣室通常都由板件襯覆。對于燃燒室板件為瓷磚，而對于透乎機板件由所謂的各導向葉片的底板構成。
燃燒室以及透平機的氣室應該盡可能地密封。因此致力于各板件之間微小的泄漏損失。尤其應該防止兩個透平級之間的泄漏損失。由于氣室中較大的溫度范圍，存在著要求密封在基本上不受損傷的情況下必須能承受和克服各板件膨脹的這樣一個問題。由于不僅瓷磚而且導向葉片的底板在其相對于相鄰板件的邊緣處都沒有固定，因此板件邊緣或多或少是自由的并且由于熱膨脹而彎曲，并由此使上述問題更加嚴重。例如瓷磚通常在其中間固定并且在熱負荷下略呈球形彎曲。也由于燃燒室和透平機在軸向上的錐形結構，因此密封必須不僅能夠軸向移動而且能夠徑向移動。
在透平機的范圍內常見的密封是在底板的端面上開設槽，密封板插進相鄰透平級導向葉片的兩個底板的槽里面。對于端面開槽來說，通過使槽具有傾斜的側壁，可實現底板的軸向-徑向移動性。但是這種槽的開設在生產技術方面非常費事。此外這種密封相對來說不夠嚴密，因為必需考慮到底板與所謂的透平機導向葉片托架存在著不同速率的熱膨脹特性，在導向葉片托架上固定著導向葉片的底板。在透平機啟動時底板更快地膨脹，因此底板之間的一條漏泄縫隙首先閉合。當透平機導向葉片托架在溫度下相應膨脹時，該漏泄縫隙又打開。
對于燃燒室中的瓷磚來說還另外產生這樣一個問題，即，由于其球形彎曲這種密封板可能對剪切負荷失效。
本發(fā)明的目的在于提供一種克服上述缺陷的密封。
本發(fā)明的目的通過這樣一種透平機裝置、尤其是燃氣輪機裝置來實現，該透平機裝置具有一個氣室，氣室的外面被相互緊鄰的板件限定，其中，分別有一個密封部件和各相互緊鄰的板件配置，并且這些板件在它們背離氣室的背面夾子形地(klammerartig)相互連接。
在此主要優(yōu)點是密封部件的夾子形結構。密封部件跨越兩個板件。在熱膨脹時密封部件跟隨板件一起膨脹，不會產生縫隙。因此由密封部件構成的密封在很大程度上不受熱膨脹的影響。
為了保證對于所有方向的熱膨脹都得到盡可能好的密封效果，密封部件優(yōu)選能夠使板件不僅沿軸向而且沿徑向都可以移動。因此密封部件設計成不僅在軸向而且在徑向都特別有彈性。在這里軸向可以理解為透平機裝置縱向的膨脹而徑向可以理解為垂直于縱軸的膨脹。
密封部件優(yōu)選具有兩個側腿，它們可分別嵌入相鄰兩塊板件的槽里面。由此能夠在生產技術上簡單地實現密封部件的固定。
各板件背面上的槽優(yōu)選基本上徑向地延伸進這個板件，即，側腿從槽里面徑向向外伸出。這種槽結構能夠簡便地制造并且尤其能夠例如通過磨削或腐蝕實現高精度。將槽布置在背面上的優(yōu)點在于，槽在熱膨脹問題上不必具有特殊的形狀。因此槽與密封部件可以非常精確地相互適配，以得到非常小的漏泄縫隙。
為了能夠以簡單的方法將板件安裝到透平機裝置里面，密封部件優(yōu)選由多部段組合而成。
在此，多部段的密封部件側腿優(yōu)選在一個公共的周邊長度上搭接。同時該周邊長度要足夠地長，以盡可能地防止泄漏。
在一個優(yōu)選的實施方式中，密封部件U形地構成，這不僅在生產技術上而且在裝配技術上都能夠簡便地實現。
為了使密封部件有大的膨脹性，密封部件具有承受膨脹的波紋管式的波浪形結構。
合乎目的是密封部件具有在多個方向上的波浪形結構，使得密封部件能夠承受不同方向的膨脹。密封部件尤其可由雙S形構成。
在一個優(yōu)選的實施方式中，密封部件設置在燃燒室相鄰瓷磚之間。由此實現瓷磚之間的可靠密封，盡管瓷磚由于熱負荷球形地彎曲。
按照另一優(yōu)選的實施方式，密封部件設置在透平機相鄰導向葉片的底板之間，尤其是相鄰透平級導向葉片的底板之間。由此使各底板沿透平機的軸向或縱向通過夾子形密封部件相互連接。
為了方便地裝配板件、尤其是底板，同時在相鄰透平級之間不僅在圓周方向上而且在軸向上都實現良好的板件密封，優(yōu)選對于軸向密封采用上述的夾子形密封部件而對于圓周方向的密封采用另一密封部件。即根據不同方向，尤其是出于裝配技術方面的原因采用不同結構的密封部件。
所述另一密封部件優(yōu)選具有一個供板件插入的容納部位。該密封部件的橫截面尤其可為H形。這種結構的基本思想與常見的密封原理相反，常見的密封是將密封板插進底板相應的端面槽里面。這一點通常要求底板邊緣在槽處要加強。這對于底板的良好冷卻是有問題的，因為由于不同的材料厚度難以實現均勻冷卻并可能產生熱應力。與這種密封原理相反，不是將密封板插進底板，而是將底板插進密封部件。由此省去加強底板邊緣的必要性。因此冷卻性簡化并且底板在所有部位是均勻冷卻的，因此不會產生熱應力。
下面借助于附圖詳細描述本發(fā)明的實施方式。附圖中

圖1示出一種具有燃燒室和透平機的透平機裝置，圖2和圖3示出不同的傳統密封方案，圖4示出本發(fā)明的密封方案，圖5-7分別示出密封部件的不同變型，圖8示出一種尤其用于沿圓周方向相鄰設置板件的密封部件。
按照圖1，一個透平機裝置2，尤其是用于一發(fā)電廠的透平機組的燃氣輪機裝置包括一個燃燒室4和一個透平機6，該透平機在透平機裝置2的縱向或軸向8上設置在燃燒室4后面。燃燒室4和透平機6都以局部剖視圖示出。因此能夠看到燃燒室4的氣室10和透平機6的氣室12。
在透平機裝置運行時，燃氣BG通過一根燃氣管道14輸送到燃燒室4中，燃氣在燃燒室4的氣室10中燃燒并形成熱煙氣HG。氣室10被大量由板件構成的瓷磚13襯覆。熱煙氣HG通流透平機6并通過一根燃氣排出管道16作為冷煙氣KG離開透平機。熱煙氣HG在透平機6中流經導向葉片18以及工作葉片20，由此驅動一根工作葉片20設置其上的轉軸22。該轉軸22與一臺發(fā)電機24連接。
工作葉片20從轉軸22徑向向外延伸。導向葉片18具有底板32和固定在底板上的葉片21。導向葉片18通過其底板32分別固定在透平機6外側的所謂導向葉片托架26上并沿徑向延伸到氣室12中。沿縱向8看過去，導向葉片18與工作葉片20齒狀地相互嚙合。多個工作葉片20以及導向葉片18分別組合成一個葉片環(huán)，其中每個導向葉片環(huán)代表一個透平級。在圖1的實施方式中示例性地示出了第二透平級28和第三透平級30。
各導向葉片18的底板32與瓷磚13一樣同樣由板件構成，這些板件不僅沿透平機6的軸向8而且沿圓周方向33都相互緊鄰并界定氣室12。在圖1中用一個圓圈表示的位置在圖2至圖4中被放大示出。這些附圖所述的在兩個尤其沿縱向8相鄰設置的底板32之間的密封同樣也可以轉用作為用于燃燒室4的瓷磚13的密封。
按照圖2所示的傳統設計方案，沒有采用特殊的密封部件而僅僅是通過相鄰底板32的相互搭接來實現密封。在搭接部位兩個底板32階梯形地構成。對于熱應力和由此引起的膨脹，兩個底板32以在縱向8和徑向36上的疊加運動相對地相互移動。由此改變在兩個底板32之間形成的漏泄縫隙38。密封效果在很大程度上取決于底板32的膨脹特性。
按照圖2至4的底板32在其背離氣室12的背面分別具有掛鉤部件40，通過該部件將底板32固定在導向葉片托架26上(參見圖1)。同時每個底板32以典型的方式具有兩個不同結構的掛鉤部件40，它們不僅能夠實現軸向8上的移動性而且能夠實現徑向36上的移動性。
按照圖3所示，另一常見的密封裝置具有一密封板42，該密封板插進相鄰兩塊底板32的槽44里面。槽44在底板32的側面46上加工出來。槽44具有一個大約15°的張開角α，以便實現底板32在徑向36上的移動性。即便在這一實施方式中，在密封板42與底板32之間也形成一個漏泄縫隙38，該縫隙可因受熱膨脹而變化。此外這個變化要以底板32比導向葉片托架26更迅速地膨脹為先決條件。
漏泄縫隙38尤其由溫度所決定的問題在按照圖4所示的新型結構中不會出現。為此在兩個底板32相互鄰接的部位在其背面39加工出槽44，該槽基本上徑向地延伸到底板32中。特別要強調的是，圖4所示的槽44與圖3中所示的槽的區(qū)別在于它具有平行的側壁50。這一點可實現特別簡便地制造槽44。
U形密封部件42A以其兩個側腿52插入并尤其固定在槽44里面。所述固定例如通過夾持作用或焊接實現。密封部件42A尤其設計成板件。其側腿52基本上沿徑向向外延伸，因此將兩個側腿52連接起來的圓弧段54與背面39間隔一定距離。這種伸長的結構能夠實現密封部件42A的彈性特性，亦即跟隨底板32的熱膨脹。即底板32的熱移動性通過可彎曲或膨脹的密封部件42A來保證。因此移動性與槽44的特殊結構無關，槽44由此可以精確匹配地適配于側腿52。因此，在側腿52與槽44之間沒有或只有非常小的漏泄縫隙38，該漏泄縫隙38與底板32的熱應力無關。
密封部件42A的其它可選擇實施方式示例性地在圖5至7中示出。按照圖5，密封部件42B由兩個獨立的側腿52構成，它們分別具有圓弧段54并在一個圓周長度L上搭接。密封部件42B的多部段組合結構簡化了裝配，因為例如各側腿52在安裝導向葉片18之前就已經方便地固定在那些底板32的對應槽44里面了，然后將底板32再安置在導向葉片托架26上。在此，整個圓周長度L應選擇得盡可能地長，以便使在其間形成的漏泄縫隙38對于所有溫度和運行狀態(tài)都非常小。
在圖6所示密封部件42C的一種可供選擇的多部段組合結構中，僅僅有一個側腿52A配有圓弧段54，與此相反第二側腿52B是一個直的板件。當各側腿52在裝配狀態(tài)下相互擠壓并具有例如一定的彈簧應力時，密封部件42B，42C的這種多部段組合結構比較有利。
按照圖7所示，密封部件42D有波浪形結構58，該波浪形結構替代了圖4至圖6中所示的簡單構造的圓弧段54。這種波浪形結構58優(yōu)選在多個方向、尤其是在平行于底板32的兩個方向上延伸。此外，側腿52也可以附加地制成波浪形。密封部件42D由此可按照波紋管的形式構成并能夠在多個方向上承受大的熱膨脹，而不使漏泄縫隙38加大。
出于裝配技術方面的原因，密封部件42A至42D優(yōu)選將相鄰透平級28，30導向葉片18的底板32連接起來。為了在圓周方向33也實現良好且裝配簡便的密封，對于一個導向葉片環(huán)在圓周方向33上相鄰的導向葉片18采用另一種密封部件60。
按照圖8所示，所述另一種密封部件60的橫截面優(yōu)選為H形并具有兩個長側腿62，它們通過一橫腿64相互連接。在兩個長側腿62之間構成兩個由橫腿64分開的容納部位65，底板32插進這個部位。底板32的側邊緣66基本垂直地從氣室12向外折彎并直接緊貼在橫腿64上。
這種具有底板32容納部位65的結構能夠以具有優(yōu)點的方式實現在整個底板32上均勻的材料厚度，因此保證底板32均勻地冷卻并且在底板32里不產生熱應力。
為了冷卻底板32，尤其設有一個以蒸汽為冷卻介質的封閉冷卻系統68，該系統在圖8中局部地示出。這個封閉的冷卻系統68具有一個入流通道70和一個回流通道72。入流通道70在一塊外導板74與一塊擋板76之間形成，擋板76設置在導板74與底板32之間。擋板76上具有通流孔78，這些通流孔按照噴嘴形式構成，使通過入流通道70輸入的冷卻介質沿著圖示箭頭方向進入回流通道72?；谕骺?8的噴嘴形作用原理，冷卻介質以很高的速度被導引撞擊到底板32的背面80上，由此在冷卻介質與底板32之間實現有效的熱傳遞。
擋板76通過例如焊點或焊臂形式的支承部件82支承在底板32上并之保持一定間距。擋板76還直接固定、尤其是焊接在底板32的側邊緣66上，而導板74則固定在擋板76上。
在所述另一種密封部件60與至少一個底板32之間形成一個漏泄縫隙形式的流動路徑84，使得來自背離氣室12的外室86的例如空氣通過該流動路徑84可以進入氣室12并由此冷卻該密封部位、亦即密封部件60以及側邊緣66。
權利要求
1.一種透平機裝置(2)、尤其是燃氣輪機裝置，其具有氣室(10，12)，氣室向外被相互緊鄰的板件(13，32)限定，其中，分別有一個密封部件(42A-D)與相互緊鄰的板件(13，32)相配置，并且這些板件在其背離氣室(10，12)的背面(48)夾子形地相互連接。
2.如權利要求1所述的透平機裝置(2)，其特征在于，所述密封部件(42A-D)能實現板件(13，32)在軸向(8)和徑向(36)上的移動性。
3.如權利要求1或2所述的透平機裝置(2)，其特征在于，所述密封部件(42A-D)具有兩個側腿(52)，它們分別嵌入相鄰兩塊板件(13，32)的槽(44)里面。
4.如權利要求3所述的透平機裝置(2)，其特征在于，所述槽(44)從各板件(13，32)的背面(48)基本上徑向地延伸到板件內。
5.如上述任一項權利要求所述的透平機裝置(2)，其特征在于，所述密封部件(42B，C)由多部段組合構成。
6.如權利要求5和3所述的透平機裝置(2)，其特征在于，所述多部段密封部件(42B，C)的兩個側腿在一個公共的圓周長度(L)上搭接。
7.如上述任一項權利要求所述的透平機裝置(2)，其特征在于，所述密封部件(42A-C)被制成U形。
8.如上述任一項權利要求所述的透平機裝置(2)，其特征在于，所述密封部件(42D)為了承受膨脹具有一種波紋管式的波浪形結構(58)。
9.如權利要求8所述的透平機裝置(2)，其特征在于，所述密封部件(42D)在多個方向上具有波浪形結構(58)。
10.如上述任一項權利要求所述的透平機裝置(2)，其特征在于，所述密封部件(42A-D)設置在燃燒室(4)的相鄰瓷磚(13)之間。
11.如上述任一項權利要求所述的透平機裝置(2)，其特征在于，所述密封部件(42A-D)設置在透平機(6)相鄰導向葉片(18)的底板(32)之間。
12.如上述任一項權利要求所述的透平機裝置(2)，它在軸向(8)上延伸，其特征在于，所述密封部件(42A-D)設置在軸向相鄰的板件(13，32)之間，尤其是設置在相鄰透平級(28，30)導向葉片(18)的底板(32)之間。
13.如權利要求12所述的透平機裝置(2)，其特征在于，在沿圓周方向(33)相鄰的板件(13，32)之間，尤其是導向葉片(18)的底板(32)之間設有另一種帶有容納部位(65)的密封部件(60)，所述板件(13，32)插入該容納部位中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種透平機裝置(2)、尤其是燃氣輪機裝置，相鄰透平級(28，30)的導向葉片(18)的底板(32)尤其在其背離氣室(12)的背面(48)通過一夾子形密封部件(42A至42D)相互連接。由此在相鄰底板(32)之間實現簡單的密封，該密封的有效性與底板(32)的熱膨脹無關。該夾子形密封部件(42A至42D)同樣適合于透平機裝置(2)燃燒室(4)瓷磚(13)間的相互密封。
文檔編號F23R3/00GK1408048SQ01805904
公開日2003年4月2日 申請日期2001年2月23日 優(yōu)先權日2000年3月2日
發(fā)明者彼得·蒂曼 申請人:西門子公司