專利名稱：密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種密封裝置，包括一個根據(jù)獨立權(quán)利要求的層狀結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代大型工業(yè)燃?xì)廨啓C具有一個帶防護的燃燒器，比如美國專利US6450762B1。由于永遠(yuǎn)對效率和燃燒器的穩(wěn)定性都有更高的要求，其結(jié)構(gòu)需要安裝初級和二級空氣系統(tǒng)密封裝置。由于被作用在公知燃燒器系統(tǒng)上的功所驅(qū)動，密封裝置被暴露到更高的溫度中，在熱氣側(cè)將延續(xù)到一個達到1500℃的溫度。就是這種熱暴露，促使需要設(shè)定一個密封裝置，它能夠存在于這些溫度下，卻能保持彈性并響應(yīng)于系統(tǒng)的運動。高應(yīng)力金屬在高溫下要經(jīng)受嚴(yán)重的應(yīng)力松弛，致使它們在這樣的條件下作為彈性密封件變得無效。即使所謂的超耐熱鎳基合金比如Incone1718和其它材料，要是沒有經(jīng)受嚴(yán)重的應(yīng)力松弛和/或塑性變形，在應(yīng)力條件下，它們都顯示出具有很小的能力來承受被暴露到超過700℃的高溫。
傳統(tǒng)的解決方法是使用被冷卻了的密封裝置，這需要大量的冷卻空氣流。冷卻的使用降低了燃?xì)鉁u輪的效率并能夠削弱框架的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種先進的密封裝置，通過使該彈簧元件保持在或者接近于冷卻器二級空氣流的溫度，其作為彈簧能夠保持韌性和彈性。于是，該密封裝置的部件必須被限定成用來保護該彈簧元件，以不允許熱輻射或者熱傳導(dǎo)加熱該彈簧側(cè)支架。
根據(jù)本發(fā)明的獨立權(quán)利要求，保護一種密封裝置，該密封裝置包括一個層狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由以下幾層組成第一層，由一種基材制成，第二層，位于所述第一層之上并由絕熱材料制成，以及第三層，位于所述絕熱材料層之上并由一種基材或者防氧化材料制成。
所述絕熱材料層可以由一種編織絕緣材料制成，其中，由基材制成的所述第一層和/或第三層由任何標(biāo)準(zhǔn)的密封材料組成，比如Inconel718。被暴露到一熱氣路徑中的第三層可以由一種防氧化材料比如PM2000組成。
所述層狀結(jié)構(gòu)可以被設(shè)置在一塊連接器板內(nèi)。該連接器板被構(gòu)造成一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，以去除從該中央連接器板傳送到彈簧側(cè)支架的熱輻射和熱傳導(dǎo)，以這樣的方式即，該密封裝置保持在冷卻氣流的溫度范圍內(nèi)且因而保持有利的彈性，并且在燃燒器操作期間在其位置上被促動而彈起。所述絕熱材料層被編織成條帶，其可以與織物纖維的主軸對準(zhǔn)或者與之成一預(yù)定角度。
所述防氧化材料層可以被焊接到所述連接器板的基材層上。
在本發(fā)明另一實施例的密封裝置中，所述絕熱材料層被設(shè)置在兩個傳統(tǒng)的E形密封件之間以作為第一和第三層。
這里所描述的密封裝置可以是一個位于燃燒器的襯里片段之間的密封件。


下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行描述，這些附圖中圖1示出一種大型工業(yè)燃?xì)鉁u輪的一個被防護的燃燒室的燃燒器襯里裝置，圖2為圖1中II部的細(xì)節(jié)放大圖，示出位于兩個燃燒器襯里片段之間的一個密封裝置的結(jié)構(gòu)，圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一種密封裝置，圖4示出圖3中IV部的細(xì)節(jié)，圖5示出本發(fā)明密封裝置的第二實施例，圖6示出本發(fā)明密封裝置的第三實施例。
附圖僅示出本發(fā)明的重要組成部分。在不同的附圖中，相同的部分采用相同的標(biāo)記進行標(biāo)識。
具體實施例方式
圖1示出一種大型工業(yè)燃?xì)鉁u輪的一個被防護的燃燒室1的燃燒器襯里裝置的橫截面圖。在燃燒室1的外殼4的圓周上，設(shè)置有多個燃燒器襯里片段2，它們被固定到夾緊帶3上。如圖2詳細(xì)所示，圖2示出圖1中II部的細(xì)節(jié)，在兩個燃燒器襯里片段2之間設(shè)有一個密封件5，它是一個軸向的燃燒器雙E形密封件。冷卻介質(zhì)通過夾緊帶3中的冷卻孔6和密封件5中的冷卻孔流向燃燒室1。該密封件或密封裝置5的一側(cè)A被向溫度達到1500℃的燃燒室1的熱氣暴露，而另一側(cè)B被向溫度達到600℃的冷卻介質(zhì)暴露。為了使其位于燃燒器襯里片段2之間的部位保持柔性并被促動地彈起，該密封裝置5的所述彈簧側(cè)支架7必須保持在冷氣流的溫度內(nèi)。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一種密封裝置5。該密封裝置5包括兩個彈簧側(cè)支架7和一塊疊層連接器板8。該彈簧側(cè)支架7通過焊接被連接到連接器板8上。為了去除從中心連接器板8傳送到彈簧側(cè)支架7的熱輻射，連接器板8被構(gòu)造成一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，如圖3和4所示。從而，圖4示出了圖3的IV部的細(xì)節(jié)。
如圖4所示，復(fù)合的疊層連接器板8由三個不同的層9，10，11組成。第一層9為基材層或內(nèi)連接器帶，它可以是由一種標(biāo)準(zhǔn)的密封材料比如Inconel718制成，它負(fù)責(zé)形成密封裝置5的結(jié)構(gòu)整體性。也可以采用其它任何標(biāo)準(zhǔn)的密封材料。第二層10為絕熱材料比如Nextel或者任何其它合適材料，由一種織物材料制成，并位于基材層9的上部。第三層11位于絕熱材料層9的上部，可以由一種基材也比如Inconel718制成，或者它可以由一種用任何合適的抗氧化材料制成的防氧化材料制成。絕熱材料層10被編織成帶，其可以與主軸對準(zhǔn)或者與之成一預(yù)定角度，以確保其具有柔性。
由于目前還沒有獲得關(guān)于輻射或者強制對流的數(shù)據(jù)，下面對通過連接器板8的層狀結(jié)構(gòu)的熱流量的計算是基于下面提出的初始假定而進行的，在由Inconel718制成的第一層9、由Nextel制成的第二層10和由Inconel718制成的第三層11的層狀結(jié)構(gòu)組成的密封裝置5內(nèi)僅進行傳導(dǎo)性傳熱。
假定外部Inconel718層的外部表面溫度(t1)1200℃假定內(nèi)部Inconel718層的外部表面溫度(t4)600℃溫度t2，t3和熱流量是通過解答三個同時的等式而被計算的，以使通過夾層結(jié)構(gòu)(Inconel718/Nextel/Inconel718)每一層的熱流量相等，這必須總是嚴(yán)格的。對于假定條件，其結(jié)果是0.32W/mm2。這是針對一個單層高等級Nextel(＞99％)氧化鋁(Al203)布、厚度為0.28mm(0.011英寸)且熔點為2000℃以及兩層0.20mm(0.008″)的Inconel718而計算出的。
Inconel718的導(dǎo)熱率 23.9W/mKNextel的導(dǎo)熱率 0.16W/mK
Inconel718外層的熱表面溫度 t11200℃Inconel718外層的冷表面溫度 t21197.3℃Nextel的熱表面溫度 t21197.3℃Nextel的冷表面溫度 t3602.7℃Inconel718內(nèi)層的熱表面溫度 t3602.7℃Inconel718內(nèi)層的冷表面溫度 t4600℃熱流量t1至t2t2至t3t3至t40.32 0.32 0.32 W/mm2Nextel在保護Inconel718方面是很有效的。然而，由于與Inconel718(23.9W/mK)相比，Nextel布的導(dǎo)熱率很低(約0.16W/mK)，就應(yīng)當(dāng)注意避免使外部Inconel718層11過熱，其中該層被暴露到高至1530℃的溫度下。Inconel718或者Haynes25的熔點約為1332℃。
假設(shè)燃燒室1包含有非常高速的湍流氣流，當(dāng)火焰和熱表面兩者都發(fā)出輻射以及強制對流(假設(shè)密封件5處于高速區(qū)并且未被防護)時，就可以合理地假設(shè)存在高速率的傳熱。因而可以假設(shè)，連接器板8的外層11將處于相對接近于燃燒室1內(nèi)的局部溫度的溫度下。因而，有必要根據(jù)供應(yīng)溫度、質(zhì)量流量甚至分配而保證在密封件5的冷側(cè)B存在有充分的冷卻氣流，以使穿過該密封件5的熱流量消散。通過這樣做，將使密封件5的冷側(cè)B保持接近于冷卻氣流的溫度。
由于Nextel與Inconel718的導(dǎo)熱比率是0.1/23.9，很清楚，就需要使冷卻空氣的量大大減少，以適應(yīng)于熱流量的大大減少。這里，提供一個絕緣密封件5是特別有利的?，F(xiàn)在就有可能使彈性密封件保持在一個足夠低的溫度下以避免應(yīng)力松弛，而沒有招致因使用大量冷卻空氣所帶來的成本處罰。
圖5示出了本發(fā)明密封裝置的第二實施例，它由根據(jù)本發(fā)明的一種疊層連接器板8組成。如圖5所示，該連接器板8由三個不同的層組成，包括一個基材層9、一個絕熱材料層10以及一個由基材或者由一種防氧化材料制成的層11。該連接器板8被環(huán)繞彎曲并被焊接到一個E形密封件12的兩側(cè)。該E形密封件12也由Inconel718組成。該E形密封件12能被設(shè)有或者不設(shè)有冷卻孔13。因為冷卻孔可用于介質(zhì)的流動。
圖6示出了本發(fā)明密封裝置5的第三實施例。它由位于E形密封件12外層上的兩層組成，在該兩層之間是一層絕熱材料層10。
盡管已經(jīng)對本發(fā)明的實例進行了描述，但是應(yīng)當(dāng)知道，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以采取其它的形式。因此，本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求書限定。
附圖標(biāo)記1 燃燒室2 燃燒器襯里片段3 夾緊帶4 外殼5 密封件，密封裝置6 冷卻孔7 彈簧側(cè)支架8 連接器板9 基材層10 絕熱材料層11 基材或由防氧化材料制成的層12 E形密封件
13 冷卻孔A 密封裝置的被暴露到熱氣路徑中的側(cè)B 密封裝置的被暴露到冷卻介質(zhì)中的側(cè)t1Inconel718外層的熱表面的溫度t2Inconel718外層的冷表面/Nextel的熱表面的溫度t3Nextel的冷表面/Inconel718內(nèi)層的熱表面的溫度t4Inconel718內(nèi)層的冷表面的溫度
權(quán)利要求
1.一種密封裝置(5)，包括一個層狀結(jié)構(gòu)，由以下幾層組成第一層(9，13)，由一種基材制成，第二層(10)，位于所述第一層(9，13)之上并由絕熱材料制成，和第三層(11，13)，位于所述絕熱層(10)之上并由一基材制成。
2.按照權(quán)利要求1所述的密封裝置(5)，其特征在于所述絕熱材料層(10)由一種編織絕緣材料組成。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的密封裝置(5)，其特征在于所述密封裝置(5)的第三層(11)由防氧化材料組成。
4.按照權(quán)利要求1至3任一項所述的密封裝置(5)，其特征在于所述層狀結(jié)構(gòu)被設(shè)置在一塊連接器板(8)內(nèi)，該連接器板(8)具有一個作為第一層的內(nèi)連接器帶(9)和一個作為第三層的外連接器帶(11)。
5.按照權(quán)利要求4所述的密封裝置(5)，其特征在于所述連接器板(8)的內(nèi)連接器帶或第一基材層(9)被焊接到一個外連接器帶或第三層(11)上。
6.按照權(quán)利要求4或5所述的密封裝置(5)，其特征在于所述連接器板(8)被焊接到一個彈簧側(cè)支架(7)的兩側(cè)上。
7.按照權(quán)利要求6所述的密封裝置(5)，其特征在于所述彈簧側(cè)支架(7)是一個E形密封件。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的密封裝置(5)，其特征在于所述彈簧側(cè)支架(7)被焊接到所述連接器板(8)上。
9.按照權(quán)利要求4或5所述的密封裝置(5)，其特征在于所述連接器板(8)被環(huán)繞彎曲并被焊接到一個E形密封件(12)的兩側(cè)。
10.按照權(quán)利要求6至9任一項所述的密封裝置(5)，其特征在于在所述彈簧側(cè)支架(7)內(nèi)或者在所述E形密封件(12)內(nèi)設(shè)有冷卻孔(13)。
11.按照權(quán)利要求1或2所述的密封裝置(5)，其特征在于在作為第一和第三層的兩個E形密封件(12)之間設(shè)置所述絕熱材料層(10)。
12.按照權(quán)利要求1至11任一項所述的密封裝置(5)，其特征在于所述密封裝置(5)是一個在燃燒器襯里片段(2)之間的燃燒器襯里密封件。
全文摘要
本發(fā)明公開一種密封裝置(5)，包括一個層狀結(jié)構(gòu)。它由一個第一基材層(9，12)、一個位于所述基材層之上并由絕熱材料制成的第二層(10)以及一個位于所述第二絕熱層(10)之上并由基材或者防氧化材料制成的第三層(11，12)組成。本發(fā)明的所述密封裝置(5)可以被設(shè)置在燃燒器襯里片段(2)之間。
文檔編號F23R3/00GK1616806SQ20041008559
公開日2005年5月18日 申請日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月2日
發(fā)明者彼得·G·阿莫斯, 戈登·麥科爾文, D·格雷戈里·莫爾 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司