[发明专利]涡轮机密封系统和包括该密封系统的涡轮机

说明书

描述了一种用于实现对涡轮机(1)中在第一结构构件(21；23)与第二结构构件(31)之间的间隙(G1；G2)的密封的密封系统。该密封系统包括密封设备，该密封设备包括密封构件(47；77)，该密封构件包括第一边缘部分(49；79)和第二边缘部分(51；81)。该两个边缘部分彼此平行，并且该第一边缘部分(49；79)形成对该第一结构构件(21；23)的枢转连接。该第一结构构件(21；23)还包括支座(55；85)，该支座可旋转地容纳该密封构件(47；77)的该第一边缘部分(49；79)。该第二边缘部分(51；81)包括弯曲接触表面(51.1；81.1)，该弯曲接触表面与该第二结构构件(31)的接触表面(67；97)处于密封接触。本文还公开了一种燃气涡轮发动机(1)，该燃气涡轮发动机具有燃烧器衬套(31)和用以密封在该燃烧器衬套(31)与第一涡轮级的涡轮喷嘴之间的间隙(G1；G2)的密封布置。

相关描述

技术领域

本公开涉及用于实现涡轮机中的密封的设备、系统和结构。本文公开的实施方案具体地涉及用于密封在第一结构构件与第二结构构件之间的间隙的密封结构和设备。本文公开的一些实施方案涉及用以提供在燃气涡轮发动机中的燃烧器衬套与周围结构之间的密封的密封结构。本公开还涉及燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机包括燃烧器衬套和布置在燃烧器的后侧处的喷嘴，并且还包括用于密封在燃烧器衬套与喷嘴之间的间隙的密封结构。

背景技术

在涡轮机中，诸如具体地但非唯一地，在燃气轮机中，常常需要用于密封在第一结构构件与第二结构构件之间的间隙的密封结构。在若干应用中，该间隙具有例如围绕涡轮机的轴线延伸的环形形状。例如，涡轮机的轴线可为燃气涡轮发动机的压缩机和涡轮转子的旋转轴线。

举例来说，在由燃烧器衬套或其部分组成的第一结构构件与由周围结构组成的第二结构构件之间需要密封结构，该周围结构可包括第一涡轮级的入口喷嘴。在燃气涡轮发动机的操作期间，必须通过第一涡轮级的入口喷嘴从燃烧器引导在该燃烧器中生成的燃烧气体。致使冷却空气在燃烧器衬套围绕循环以冷却该燃烧器衬套。必须防止燃烧气体流过在燃烧器衬套与第一涡轮级的入口喷嘴之间的间隙。必须有效地密封在燃烧器衬套与第一涡轮发动机的入口喷嘴或布置在燃烧器衬套的后端处的任何其他周围结构之间的间隙。

燃烧器衬套和周围结构(例如，第一涡轮级的入口喷嘴)会由于热膨胀和收缩以及振动而经受相互位移。有效的密封因此需要以下能力：允许密封元件相对于它们接触的密封表面在轴向方向上以及在径向方向上滑动。如本文使用，可将轴向方向理解为平行于涡轮机的轴线(即，涡轮机转子的旋转轴线)的方向。如本文使用，径向方向是正交于轴向方向的任何方向。

尤其已经开发出叶式密封件来应付沿轴向和沿径向滑动的密封结构的要求。美国专利5,118,120公开了一种包括多个环状布置的顺应的叶式密封件的密封结构，该叶式密封件通过弹簧构件偏置成抵靠燃烧器衬套上的环形表面和喷嘴平台中的密封表面进行密封表面接触。因为密封叶是弹性顺应的，所以在燃气轮机的任何操作条件下，它们都提供与燃烧器衬套和喷嘴平台的密封接触。

上述顺应的叶密封布置被证明有效地实现在燃烧器衬套的后端与第一涡轮级入口喷嘴之间的间隙的密封。然而，在一些操作条件下，顺应的叶式密封件抵靠其偏置的燃烧器衬套和喷嘴平台表面的热变形致使叶式密封件弯曲以及叶式密封件或叶式密封件与之密封接触的表面的集中磨损。磨损减少了此类部件的使用期限。另外，在特定操作条件下，顺应的叶式密封件的所得的弯曲变形可能会降低密封效率。

叶式密封件对所涉及的部件的相对位移的变化以及静态压力降和动态波动的变化更加敏感。后者可能是由不稳定的燃烧状况引起，当使用稀燃料/空气混合物来减少NOx排放时常常出现不稳定的燃烧状况。此敏感性增加了高周疲劳故障的风险，尤其是在开发新产品的阶段期间，当对若干变量的了解必然较低时，以及在非设计操作条件中。

叶式密封件的其他缺陷包括它们可允许的有限的轴向位移和径向位移。事实上，因为较大的轴向位移将要求叶式密封件的显著尺寸，所以它们的用途限于其中位移相对小的应用。