[发明专利]燃气轮机间隔盘的隔热装置

说明书

在现代燃气轮机中，对高效率的高输出功率的要求已导致工作温度的显著升高。这又导致了采用不同材料的复合转子构件的设计与制造。它还导致了研制许多复杂而昂贵的用于将冷却空气输送到燃气轮机各部分，包括暴露于热燃气的那些部分的内部流动回路，以适应在温度提高状态下的运转。

在高效率、高温度燃气轮机运转中的主要问题一直是转子盘及夹于相邻转子盘之间的间隔盘的不均匀受热与冷却。例如，在过渡工况期间，即在起动以及在起动和透平额定转速之间的其它速度变化期间，在包括叶片在内的透平转子盘的外周部分和内周部分之间，存在很大的温差。类似的温度出现在间隔盘的内外部分之间。这些基本上沿径向方向的温度梯度引起的大的热应力，它们本身又能缩短这些部件的使用寿命。具体就间隔盘来说，不能迅速修复间隔盘的传统的高/低密封周边（它通过一种互补的高/低面结构跟相邻静止构件配合）的损坏，导致昂贵的转子扯毁，乃至整个间隙盘的刮伤。

本发明涉及一种隔热装置，它充分防止级间热燃气冲刷在燃气轮机内间隔盘的外周面上，因而产生较低的温度梯度和应力，并藉此延长该盘的工作寿命，并带来如下所述的其它好处。

具体来说，本发明提供了围绕转子间隔盘整个圆周的可拆卸的高温隔离弓形体附件。为此，在各间隔盘圆周面上形成的传统环槽（作为高/低密封面结构的部分）重新形成为燕尾槽，该燕尾槽用来安装各密封弓形体的互补或匹配部分。换句话说，每一相邻的环槽安装若干密封弓形体，其总体基本上防止或至少最大限度地减少热燃气直接冲刷在间隔盘的圆周面上。

按照本发明的另一观点，在间隔盘的圆周上采用分离的密封弓形体还为更先进的高/低密封结构提供了一种结构基础。

同时，损坏间隔盘的可能性本身减至最小，其中当相对于高/低密封结构的静止部件出现任何磨损时，密封弓形体的径向适应性允许它径向收缩。如果弓形体本身出现磨损，就能容易地拆下并更换它们，无需耗费拆卸时间。

因此，在本发明的一个典型实施例中，在燃气轮机每一间隔盘的周围圆周面上设置若干燕尾型槽。每一槽可滑动地安装若干密封弓形体。每一弓形体具有一种基本上和各相关的燕尾槽表面互补的底部结构。具体来说，每一密封弓形体的底部包括一平底面，一对向内和向上斜切的面，它们和弓形体的上部接合，弓形体的上部包括一基本水平部分，它本身构成一环形圆周槽，以保持一种高/低密封面结构，跟相邻静止构件上的互补表面结构配合来构成另外已知的阻止流动路径。

密封弓形体下部或底部跟燕尾槽表面之间的间隙是这样的，在间隔盘转动期间，由于作用于其上的离心力的结果，该密封弓形体会被径向向外推动，结果，各密封弓形体向上且向内斜切的表面便跟各燕尾槽相应的锥面密封啮合。这种密封啮合防止了级间热燃气直接冲刷在间隔盘圆周面上相当大的部分。在这一首先叙述的实施例中，极少量的热燃气最终接触间隔盘其它圆周面部分是可能的，因为相邻槽中间相邻弓形体之间有间隙存在。然而，该密封弓形体对横穿间隔盘沿轴向流动的气体形成了一个很大的热障。

在另一典型实施例中，密封弓形体的上部设有不对称水平延伸的突缘，它们用来跟相邻槽中相邻弓形体上的类似突缘进行密封啮合，因此，形成了一个基本完整的热障，防止了任何级间热燃气直接冲刷在间隔盘的圆周面上。

在又一个结构里，通过把密封弓形体上部的形状做成稍微复杂和不对称分布便获得了一种更为先进的高/低密封面结构，它为横穿间隔盘表面轴向流动的燃气提供了一条相当迂回的路途。

由于提供了如上所述的隔热结构的结果，可以获得下列优点：①形成了有效的传热阻力，以使转子间隔盘在过渡工况期间保持在较低的温度;②由于采用了按最佳密封效果构成的弓形体，可得到更加先进的高/低迷宫密封装置;③受损或磨损的密封装置能在现场更换，减少停机时间;④能把先进的密封结构引入老的工地机组上，以改善性能;⑤间隔盘低的热应力允许和相邻透平转盘一起分担更大级别的负荷。

根据本发明的典型实施例随后的详细叙述，本发明的其它目的会变得明显。

图1是表示通过按本发明制造的燃气轮机的轴的纵剖面的破碎剖视图;

图1A是公知间隙盘的局部横剖面图;

图2是取自图1的放大细部;

图3是图2中所示型式的密封弓形体轴侧图;

图4是图1中所示型式的间隙盘的局部横剖视图，但它具有连接于其上的按照本发明第二示范性实施例的密封弓形体;

图5是按照本发明第三示范性实施例的密封弓形体的轴侧图;

图6是表示装配状况的局部侧视图，其中处于单槽内的密封弓形体相互连接;