透平轮缘密封间隙被动调整结构和具有其的燃气轮机

1.本发明涉及燃气轮机制造技术领域，具体而言，涉及一种透平轮缘密封间隙被动调整结构和具有所述透平轮缘密封间隙被动调整结构的燃气轮机。


背景技术：

2.燃气轮机主要应用于发电和船舶领域，在以可再生能源为主体的电网系统中，发电燃气轮机需要具有快速启动、快速变负荷的能力，而在船舶领域，船用燃气轮机的工况经常发生改变，以满足不同的速度需求。
3.盘腔系统是燃气轮机二次空气系统中重要的子系统，其功能是实现转盘、静盘的冷却、向动叶提供冷气、实现转静封严等，主要包括机匣、转盘和静盘，静盘固定设置在机匣内而转盘可转动地设在机匣内，机匣与转盘之间以及机匣与静盘之间形成有供气流流过的主流道，静盘和转盘之间形成盘腔。轮缘密封是盘腔系统常见的结构，其主要包括转盘密封环、静盘密封环等，用于主流道与盘腔之间的密封，防止主流道的燃气入侵盘腔，由于转盘需要转动，轮缘密封结构需要具有间隙防止转盘在旋转过程与静盘发生剐蹭。
4.相关技术中的透平轮缘密封结构，主要包括由静盘端面向转盘延伸的静盘密封环和由转盘端面向静盘延伸的转盘密封环，两者相互配合提高密封效果，但由于燃气轮机盘腔内的气流温度约200-300℃，而主流道中的燃气温度超过1000℃，更靠近主流道的静盘密封环在高温作用下膨胀，造成转盘密封环和静盘密封环之间间隙的通流面积增加，一方面导致泄漏量增加，另一方面容易出现燃气入侵盘腔的现象，降低转盘、静盘和密封结构的寿命。
5.为此，部分燃气轮机的盘腔系统在静盘上进一步设置篦齿，其与转盘密封环的内侧形成密封间隙，多级的轮缘密封提高了密封效果，但由于燃气入侵至转盘密封环与静盘密封环之间的情况时有发生，转盘密封环外侧的温度较高，容易导致转盘密封环也出现膨胀，容易导致转盘密封环与篦齿之间的间隙增大而导致燃气入侵，但若为了防止燃气入侵而减小转盘密封环和篦齿的径向密封间隙，容易导致燃气轮机在快速启动或变负荷运行过程中篦齿发生剐蹭。尤其是为了提高燃气轮机的效率，透平入口的温度越来越高，进一步增大了密封间隙的控制难度。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种透平轮缘密封间隙被动调整结构，该透平轮缘密封间隙被动调整结构具有密封效果好等优点。
7.本发明还提出一种具有所述透平轮缘密封间隙被动调整结构的燃气轮机。
8.为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种透平轮缘密封间隙被动调整结构，所述透平轮缘密封间隙被动调整结构包括：机匣；转盘，所述转盘可转动地设在所述机匣内且所述转盘的外周面与所述机匣的内周面间隔开；静盘，所述静盘设在所述
机匣内且所述静盘的外周面与所述机匣的内周面间隔开，所述转盘与所述机匣之间以及所述静盘与所述机匣之间形成有主流道，所述转盘和所述静盘之间形成有盘腔，所述转盘朝向所述静盘的端面设有转盘密封环，所述静盘朝向所述转盘的端面设有静盘密封环，所述静盘密封环在所述机匣的径向上位于所述转盘密封环的外侧，所述静盘上设有容纳槽，所述容纳槽在所述机匣的径向上位于所述静盘密封环的内侧，所述转盘密封环伸入所述容纳槽，所述转盘密封环的外周面和所述静盘密封环的内周面之间形成有与所述容纳槽连通的第一间隙，所述容纳槽的内周面设有环台，所述环台与所述转盘密封环之间形成有与所述容纳槽连通的第二间隙；动叶，所述动叶设在所述转盘的外周面且与所述机匣间隔设置；静叶，所述静叶设在所述静盘的外周面且与所述机匣的内周面相连；调节腔体，所述调节腔体设在所述静盘朝向所述转盘的端面上且在所述机匣的径向上位于所述容纳槽的内侧，所述调节腔体内设有调节腔室，所述调节腔体在所述机匣径向外侧的周面设有沿所述机匣轴向间隔的多个篦齿，所述调节腔室和所述容纳槽通过引导孔连通，每相邻的两个所述篦齿之间设有连通所述调节腔室的射流孔，所述篦齿与所述转盘密封环的内周面之间形成有第三间隙。
9.根据本发明实施例的透平轮缘密封间隙被动调整结构，具有密封效果好等优点。
10.另外，根据本发明上述实施例的透平轮缘密封间隙被动调整结构还可以具有如下附加的技术特征：
11.根据本发明的一个实施例，所述引导孔分别与所述容纳槽的内周面和所述调节腔室在所述机匣轴向上远离所述转盘的一侧表面连通。
12.根据本发明的一个实施例，每个所述射流孔在所述机匣的轴向上位于相邻的两个所述篦齿的中心处。
13.根据本发明的一个实施例，所述引导孔为多个且沿所述机匣的周向间隔设置。
14.根据本发明的一个实施例，所述射流孔为多个且沿所述机匣的周向间隔设置。
15.根据本发明的一个实施例，所述转盘密封环的内周面形成有蜂窝芯格，所述第三间隙由所述蜂窝芯格和所述篦齿限定出。
16.根据本发明的一个实施例，所述静叶为多个且沿所述静盘的周向间隔设置，所述动叶为多个且沿所述转盘的周向间隔设置。
17.根据本发明的一个实施例，所述调节腔体包括调节腔体主体和安装板，所述调节腔体主体与所述静盘一体形成，所述安装板可拆卸地安装在所述调节腔体主体上，所述篦齿设在所述安装板上。
18.根据本发明的一个实施例，所述安装板与所述调节腔体主体之间设有多个密封圈。
19.根据本发明的第二方面的实施例提出一种燃气轮机，所述燃气轮机包括根据本发明的第一方面的实施例所述的透平轮缘密封间隙被动调整结构。
20.根据本发明实施例的燃气轮机，通过利用根据本发明的第一方面的实施例所述的透平轮缘密封间隙被动调整结构，具有密封效果好等优点。
21.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
22.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
23.图1是根据本发明实施例的透平轮缘密封间隙被动调整结构的局部剖视图。
24.图2是图1中a处的放大图。
25.附图标记：透平轮缘密封间隙被动调整结构1、机匣10、主流道11、盘腔12、第一间隙13、第二间隙14、第三间隙15、转盘20、转盘密封环21、蜂窝芯格22、静盘30、静盘密封环31、容纳槽32、环台33、引导孔34、动叶40、静叶50、调节腔体60、调节腔体主体61、安装板62、调节腔室63、篦齿64、射流孔65、紧固件66、密封圈67。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.下面参考附图描述根据本发明实施例的透平轮缘密封间隙被动调整结构1。
30.如图1和图2所示，根据本发明实施例的透平轮缘密封间隙被动调整结构1包括机匣10、转盘20、静盘30、动叶40、静叶50和调节腔体60。
31.转盘20可转动地设在机匣10内且转盘20的外周面与机匣10的内周面间隔开。静盘30设在机匣10内且转盘20的外周面与机匣10的内周面间隔开，转盘20与机匣10之间以及静盘30与机匣10之间形成有主流道11，转盘20和静盘30之间形成有盘腔12。
32.转盘20朝向静盘30的端面设有转盘密封环21，静盘30朝向转盘20的端面设有静盘密封环31，静盘密封环31在机匣10的径向上位于转盘密封环21的外侧，静盘30上设有容纳槽32，容纳槽32在机匣10的径向上位于静盘密封环31的内侧，转盘密封环21伸入容纳槽32，转盘密封环21的外周面和静盘密封环31的内周面之间形成有与容纳槽32连通的第一间隙13，容纳槽32的内周面设有环台33，环台33与转盘密封环21之间形成有与容纳槽32连通的第二间隙14。
33.动叶40设在转盘20的外周面且与机匣10间隔设置。静叶50设在静盘30的外周面且
与机匣10的内周面相连。调节腔体60设在静盘30朝向转盘20的端面上且在机匣10的径向上位于容纳槽32的内侧，调节腔体60内设有调节腔室63，调节腔体60在机匣10径向外侧的周面设有沿机匣10轴向间隔的多个篦齿64，调节腔室63和容纳槽32通过引导孔34连通，每相邻的两个篦齿64之间设有连通调节腔室63的射流孔65，篦齿64与转盘密封环21的内周面之间形成有三间隙15。
34.具体而言，机匣10的径向即内外方向如图中的箭头b所示，机匣10的轴向如图中的箭头c所示。
35.这里需要理解的是，图1和图2仅示出了透平轮缘密封间隙被动调整结构1在机匣10周向上一个截面的示意图，机匣10、转盘20、静盘30、调节腔体60均为经过此截面的回转体。
36.本领域的技术人员可以理解的是，转盘20转动时，会产生由盘腔12向主流道11的气流，主流道11的高温燃气在此气流的作用下不会大量入侵盘腔12，但难以完全避免。
37.根据本发明实施例的透平轮缘密封间隙被动调整结构1，通过设置转盘密封环21和静盘密封环31，可以利用转盘密封环21和静盘密封环31的相互配合使主流道11内的高温燃气不会轻易入侵盘腔12。
38.并且，通过设置容纳槽32，可以在燃气入侵第一间隙13时，利用容纳槽32对入侵的高温燃气进行存储和缓冲，使高温燃气不会轻易通过第二间隙14进一步入侵盘腔12。
39.此外，通过设置调节腔体60，调节腔体60内设有调节腔室63，调节腔体60在机匣10径向外侧的周面设有沿机匣10轴向间隔的多个篦齿64，调节腔室63和容纳槽32通过引导孔34连通，每相邻的两个篦齿64之间设有连通调节腔室63的射流孔65，篦齿64与转盘密封环21的内周面之间形成有三间隙15。这样通过第一间隙13入侵至容纳槽32的高温燃气与盘腔12内部的气流在容纳槽32内进行掺混，形成600-800摄氏度的混合气流，混合气流通过引导孔34引入调节腔体60的调节腔室63内，之后调节腔室63内的混合气流通过射流孔65喷入多个篦齿64之间，并通过第三间隙15和第二间隙14回到容纳槽32内，然后一部分的气流通过引导孔34再次回到调节腔室63，一部分的气流通过第一间隙13进入主流道11。由此通过将容纳槽32内的混合气流通过引导孔34引导至调节腔体60内并通过射流孔65引导至相邻的篦齿64之间，可以使调节腔体60和篦齿64因受热而发生膨胀，增大调节腔体60和篦齿64的直径，从而缩小篦齿64外端与转盘密封环21的内周面之间的距离，进一步使高温燃气不易入侵盘腔12，减少高温燃气泄露至盘腔12的泄露量。
40.也就是说，通过应用透平轮缘密封间隙被动调整结构1，篦齿64和转盘密封环21在燃气轮机启动前可以具有较大的间隙，这样可以使燃气轮机在启动过程中篦齿64不易发生剐蹭。在燃气轮机由启动至满负荷的过程中，静盘密封环31由于主流道11内的高温燃气受热膨胀，转盘密封环21由于侵入转盘密封环21和静盘密封环31之间的燃气受热膨胀，而引导孔34和射流孔65将容纳槽32内的混合气流引导至调节腔体60和篦齿64，使调节腔体60和篦齿64受热膨胀，相比相关技术中仅静盘密封环和转盘密封环发生膨胀的技术方案，可以使篦齿64与转盘密封环21之间的第三间隙15控制在合理的范围内，可以便于避免高温燃气通过第三间隙15入侵盘腔12，实现篦齿与转盘密封环之间密封间隙的被动调整，降低高温燃气泄露至盘腔12的泄漏量，提高透平轮缘密封间隙被动调整结构1的密封效果，延长燃气轮机的使用寿命。
41.因此，根据本发明实施例的透平轮缘密封间隙被动调整结构1具有密封效果好等优点。
42.下面参考附图描述根据本发明具体实施例的透平轮缘密封间隙被动调整结构1。
43.在本发明的一些具体实施例中，如图1和图2所示，根据本发明实施例的透平轮缘密封间隙被动调整结构1包括机匣10、转盘20、静盘30、动叶40、静叶50和调节腔体60。
44.具体地，如图1和图2所示，引导孔34分别与容纳槽32的内周面和调节腔室63在机匣10轴向上远离转盘20的一侧表面连通。这样可以便于将容纳槽32内的混合气流引导至调节腔体60内的调节腔室63。
45.有利地，如图1和图2所示，射流孔65在机匣10的轴向上位于相邻的两个篦齿64的中心处。本领域的技术人员可以理解的是，每个射流孔65在机匣10的轴向上位于与其相邻的两个篦齿64的中心处。这样可以使篦齿64的受热更加均匀。
46.可选地，如图1和图2所示，篦齿64为两个且射流孔65为一个。
47.更为有利地，引导孔34为多个且沿机匣10的周向间隔设置。这样可以使调节腔体60的受热更加均匀。
48.进一步地，射流孔65为多个且沿机匣10的周向间隔设置。这样可以使篦齿64的受热更加均匀。
49.更为具体地，如图1和图2所示，转盘密封环21的内周面形成有蜂窝芯格22，第三间隙15由蜂窝芯格22和篦齿64限定出。这样可以利用蜂窝芯格22形成独特的密封气流，进一步提高第三间隙15处的密封效果，减小第三间隙15处的泄漏量。
50.进一步地，静叶50为多个且沿静盘30的周向间隔设置，动叶40为多个且沿转盘20的周向间隔设置。这样可以便于形成燃气轮机的盘腔系统。
51.图1和图2示出了根据本发明一些示例的透平轮缘密封间隙被动调整结构1。如图1和图2所示，调节腔体60包括调节腔体主体61和安装板62，调节腔体主体61与静盘30一体形成，安装板62可拆卸地安装在调节腔体主体61上，篦齿64设在安装板62上。这样可以对调节腔体主体61和安装板62分别进行加工，便于调节腔体60的设置。此外，篦齿64设在安装板62上可以在篦齿64发生磨损后对篦齿64进行更换。
52.具体地，如图1和图2所示，安装板62与调节腔体主体61之间设有多个密封圈67。具体而言，多个密封圈67沿机匣10的径向间隔设置。这样可以提高安装板62和调节腔体主体61之间的密封性，避免气流从调节腔体主体61和安装板62之间泄露。
53.具体而言，安装板62通过紧固件66可拆卸地安装在调节腔体主体61上。这样可以便于安装板62的拆装且提高安装板62与调节腔体主体61之间的密封性。
54.下面描述根据本发明实施例的燃气轮机。根据本发明实施例的燃气轮机包括根据本发明上述实施例的透平轮缘密封间隙被动调整结构1。
55.根据本发明实施例的燃气轮机，通过利用根据本发明上述实施例的透平轮缘密封间隙被动调整结构1，具有密封效果好等优点。
56.根据本发明实施例的燃气轮机的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
57.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结
构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
58.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种透平轮缘密封间隙被动调整结构，其特征在于，包括：机匣；转盘，所述转盘可转动地设在所述机匣内且所述转盘的外周面与所述机匣的内周面间隔开；静盘，所述静盘设在所述机匣内且所述静盘的外周面与所述机匣的内周面间隔开，所述转盘与所述机匣之间以及所述静盘与所述机匣之间形成有主流道，所述转盘和所述静盘之间形成有盘腔，所述转盘朝向所述静盘的端面设有转盘密封环，所述静盘朝向所述转盘的端面设有静盘密封环，所述静盘密封环在所述机匣的径向上位于所述转盘密封环的外侧，所述静盘上设有容纳槽，所述容纳槽在所述机匣的径向上位于所述静盘密封环的内侧，所述转盘密封环伸入所述容纳槽，所述转盘密封环的外周面和所述静盘密封环的内周面之间形成有与所述容纳槽连通的第一间隙，所述容纳槽的内周面设有环台，所述环台与所述转盘密封环之间形成有与所述容纳槽连通的第二间隙；动叶，所述动叶设在所述转盘的外周面且与所述机匣间隔设置；静叶，所述静叶设在所述静盘的外周面且与所述机匣的内周面相连；调节腔体，所述调节腔体设在所述静盘朝向所述转盘的端面上且在所述机匣的径向上位于所述容纳槽的内侧，所述调节腔体内设有调节腔室，所述调节腔体在所述机匣径向外侧的周面设有沿所述机匣轴向间隔的多个篦齿，所述调节腔室和所述容纳槽通过引导孔连通，每相邻的两个所述篦齿之间设有连通所述调节腔室的射流孔，所述篦齿与所述转盘密封环的内周面之间形成有第三间隙。2.根据权利要求1所述的透平轮缘密封间隙被动调整结构，其特征在于，所述引导孔分别与所述容纳槽的内周面和所述调节腔室在所述机匣轴向上远离所述转盘的一侧表面连通。3.根据权利要求1所述的透平轮缘密封间隙被动调整结构，其特征在于，所述射流孔在所述机匣的轴向上位于相邻的两个所述篦齿的中心处。4.根据权利要求1所述的透平轮缘密封间隙被动调整结构，其特征在于，所述引导孔为多个且沿所述机匣的周向间隔设置。5.根据权利要求1所述的透平轮缘密封间隙被动调整结构，其特征在于，所述射流孔为多个且沿所述机匣的周向间隔设置。6.根据权利要求1所述的透平轮缘密封间隙被动调整结构，其特征在于，所述转盘密封环的内周面形成有蜂窝芯格，所述第三间隙由所述蜂窝芯格和所述篦齿限定出。7.根据权利要求1所述的透平轮缘密封间隙被动调整结构，其特征在于，所述静叶为多个且沿所述静盘的周向间隔设置，所述动叶为多个且沿所述转盘的周向间隔设置。8.根据权利要求1所述的透平轮缘密封间隙被动调整结构，其特征在于，所述调节腔体包括调节腔体主体和安装板，所述调节腔体主体与所述静盘一体形成，所述安装板可拆卸地安装在所述调节腔体主体上，所述篦齿设在所述安装板上。9.根据权利要求8所述的透平轮缘密封间隙被动调整结构，其特征在于，所述安装板与所述调节腔体主体之间设有多个密封圈。10.一种燃气轮机，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的透平轮缘密封间隙被动调整结构。

技术总结
本发明公开了一种透平轮缘密封间隙被动调整结构和具有其的燃气轮机，透平轮缘密封间隙被动调整结构包括：机匣；转盘；静盘，转盘端面设有转盘密封环，静盘端面设有静盘密封环，静盘上设有容纳槽，转盘密封环伸入容纳槽，转盘密封环和静盘密封环之间形成有第一间隙，容纳槽的内周面设有环台，环台与转盘密封环之间形成有第二间隙；动叶；静叶；调节腔体，调节腔体设在静盘端面上，调节腔体内设有调节腔室，调节腔体设有多个篦齿，调节腔室和容纳槽通过引导孔连通，每相邻的两个篦齿之间设有射流孔，篦齿与转盘密封环之间形成有第三间隙。根据本发明实施例的透平轮缘密封间隙被动调整结构具有密封效果好等优点。结构具有密封效果好等优点。结构具有密封效果好等优点。


技术研发人员：胡博 任晓栋 李雪松 顾春伟
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/7/4