密封件、燃气涡轮组件和用于改造燃气涡轮组件的方法与流程

密封件、燃气涡轮组件和用于改造燃气涡轮组件的方法
1.相关申请的交叉引用本专利申请要求享有于2021年12月3日提交的欧洲专利申请no. 21212359.0的优先权，该欧洲专利申请的全部公开通过引用并入本文中。
技术领域
2.本发明涉及用于发电厂的燃气涡轮组件的技术领域。如已知的，在这些组件中，进入的空气流在压缩机中被压缩，并且然后在燃烧器中与燃料(气体燃料和/或油燃料)混合，以产生将在涡轮中膨胀的热气体流。涡轮的旋转在转子上生成旋转功，该转子继而连接到用于产生功率的发电机。转子和连接到转子的旋转部件容纳在壳中，该壳以在剖分线处用螺栓连接在一起的两个互补的周向区段或半部的形式实现。在该技术领域中，本发明解决了如何改进上述壳剖分线的密封的问题。


背景技术：

3.如已知的，用于发电厂的燃气涡轮组件包括压缩机单元、燃烧器单元以及涡轮单元。压缩机单元构造成用于压缩进入的空气，该进入的空气在压缩机入口处供应。离开压缩机单元的压缩空气流动到封闭容积(称为“仓室”)中并从那里流动到燃烧器单元中。该燃烧器单元通常包括多个喷燃器，其构造成用于将燃料(至少一种类型的燃料)喷射到压缩空气流中。燃料和压缩空气的混合物进入燃烧室，在该燃烧室中，该混合物点燃。所得的热气体流离开燃烧室并流经涡轮单元，从而在连接到发电机的转子上做旋转功。通常，同一转子(其可制造为单件或者以多个相邻的转子盘的形式制造)还支承压缩机组件的旋转部件，并且该转子限定系统的主轴线。如已知的，涡轮单元和压缩机单元包括由转子支承的多排旋转叶片。如已知的，转子和连接的旋转部件容纳在壳中，该壳为同心的并包绕燃气涡轮组件。
4.为了实现高效率，热气体流必须具有非常高的涡轮入口温度。然而，大体上，该高温涉及不期望的高nox排放水平。为了减少该排放并且为了在不降低效率的情况下增加操作灵活性，所谓的“顺序”燃气涡轮为特别适合的。大体上，顺序燃气涡轮执行串联的两个燃烧级。如今，至少两个不同种类的顺序燃气涡轮为已知的。根据第一实施例，燃气涡轮包括第一燃烧器和第二燃烧器，它们为环形地成形的，并且由涡轮(称为高压涡轮)在物理上分离。在第二燃烧器下游，提供第二涡轮(称为低压涡轮)。
5.根据第二实施例，顺序燃气涡轮未设有高压涡轮，并且燃烧器组件以多个罐式燃烧器的形式实现，其中每个罐式燃烧器包括第一燃烧器和第二燃烧器，它们直接一个在另一个下游地布置在共同的罐形壳内部。
6.燃气涡轮组件的这两个示例仅作为非限制性示例被引用，其中可应用本发明。实际上，根据本发明，燃气涡轮组件还可涉及具有单个环形燃烧室的单个燃烧级。
7.如该技术领域中已知的，术语“周向、径向、轴向、外部和内部”指代转子或组件轴线(其平行于主空气/热气体流)。术语“下游和上游”指代从压缩机流动至涡轮的空气/热气
体的主方向。
8.在燃气涡轮组件的所有上面提及的非限制性示例中，容纳旋转部件的壳以两个互补的周向区段或半部的形式实现。在组装期间，旋转部件首先放置在壳的下半部中，并且仅在此之后壳的上半部降低在下半部上。在组装期间，上半部和下半部的联接表面为水平表面。最后，两个半部在剖分线处连接在一起(例如，用螺栓连接在一起)。
9.如已知的，需要剖分线处的高密封性能，以用于避免在涡轮壳的内部和外部流动的流的泄漏。因此，通常的做法是，向剖分线提供密封件，所述密封件构造成在剖分平面的可能稍微打开(几十毫米)期间还保证高密封能力。实际上，该不适当的打开可由于作用在壳和剖分平面螺栓上的热负荷而出现。此外，由于作用在剖分线处的高压差(至多35巴)，密封设计需要非常稳健以密封。另外，当上半部壳降低在下半部壳上时，密封件在组装期间需要机械地集成，其中预组装的密封件就位，即，密封件容纳在壳下半部的剖分表面中获得的对应座中，并且朝向移动的壳上半部突出。实际上，在组装期间，可出现密封件与降低的壳上半部之间的可能接触。
10.如上面描述的且当前由本技术人使用的密封件的示例被称为“箱式密封件”。该密封件容纳在壳下半部中获得的座或凹槽中，并且抵靠壳上半部被弹簧触发。该解决方案的目的在于，通过由弹簧触发的接触来接触壳上半部的平面相对表面而密封。然而，在打开大于几十毫米的情况下，“箱式密封件”不适合于密封剖分平面，并且遗憾地，该打开可在操作期间局部地出现。
11.备选的已知解决方案在于使用密封膏代替密封件。在该情况下，密封完全地来自于剖分平面表面处的被按压的密封膏(由壳螺栓按压)。然而，在剖分平面表面上的常规密封膏不适合于在高压和剖分平面打开的情况下密封剖分平面。
12.因此，如今需要实现一种用于改进燃气涡轮壳的剖分平面的密封的新的解决方案。


技术实现要素：

13.因此，本发明的主要目的在于提供一种新的且有创造性的密封件，其用于密封用于发电厂的燃气涡轮组件的壳剖分线，其中该密封件适合于改进密封特征并避免泄漏。
14.为此目的，根据本发明，提供根据权利要求1所述的密封件。
15.因此，本发明的密封件包括至少两个层，其中每个层构造成用于执行不同的特征，所述不同的特征共同地允许达到壳剖分线的改进的密封。
16.优选地，这两个层通过胶(特别是构造成在操作期间由于高温而溶解的胶)联接。
17.密封件优选地公开矩形形状，并且密封件的尺寸比近似为径向厚度/周向高度 《 1。
18.在使用中，第二层为内层(更靠近涡轮轴线)，并且第一层(薄金属带)联接(如提及的，优选地通过胶)到第二层的外部面。因此，第一层位于与凹槽的密封表面的压力触发接触的侧部上。根据申请人的测试，本解决方案提供比当前的箱式密封件设计好2倍以上的高密封性能。
19.第二层(一个或多个厚金属带)实现壳连同薄部件的可重复且安全的组装，并且用作用于薄部件的保持器。
20.通过使用由若干金属带(具有相同或不同的密封带厚度)制造的第二层，可实现在总体密封件设计的类似稳健性下密封性能的增强。由于由材料厚度造成的坚固性，第二层提供操作的完整性。此外，第二层提供实用且可靠的组装，这是由于密封部件中的倒角，该倒角定向到上半部壳中的也倒角的密封件凹槽中，该上半部壳在组装中降低在下半部壳和密封件的预组装件上。
21.密封件还包括第三“牺牲”层，其用作径向定位装置，该径向定位装置构造成在下半部密封件凹槽内向密封件提供精确的预限定组装位置。该定位装置限定为牺牲的，因为其由塑料制造，该塑料构造成在操作期间由于高温而溶解。定位装置因此包括塑料间隔件，该塑料间隔件可以以第三层或多个间隔件的形式实现，所述多个间隔件从密封件的第一层的外部面向外突出。塑料间隔件允许减小下凹槽内部的径向间隙，并且允许使密封件直立(竖直)定向。塑料间隔件通过粘合手段(例如，胶(非永久性连接))固定到密封件。
22.优选地，密封件此外包括一个或若干个销，其部分地容纳在第二层的孔中，并且部分地沿径向向内突出。这些销允许提供密封件的正确安装/轴向组装位置，因为(多个)销的头部在使用中位于壳下半部上的下凹槽中获得的特定凹穴中。
23.用于密封剖分平面的多层密封件(如前面描述的)不仅适于安装在新的燃气涡轮组件中，而且还适于改造应用，其中壳通常呈现较高的剖分泄漏，这是由于剖分平面中的塑性变形和微动痕迹。因此，根据本技术，提供根据权利要求11所述的用于改造燃气涡轮组件的方法。
24.最后，本发明还直接涉及根据权利要求12所述的燃气涡轮组件。
25.如前面描述的，密封件为周向定向的(即，几乎竖直)，并且部分地容纳在壳下半部中获得的下凹槽中，并部分地容纳在壳上半部中获得的上凹槽中。第二层(一个或多个厚金属带)为面对涡轮的内部部件的内层，并且第一层连接到第二层的外部面，使得第一层抵靠座被压力触发。
26.间隔件(如果存在)连接到第一层的外部面。
27.轴向定位销(或多个轴向定位销)(如果存在)连接到第二层，并且在下半部壳中获得的径向座中向内突出。
附图说明
28.可通过参考结合附图进行的本发明的以下详细描述来最佳地理解本发明，该详细描述描述了本发明的示例性实施例，在附图中：
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图1为可通过本发明改进的燃气涡轮的非限制性示例的示意性视图；
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图2为下半部壳的剖分表面的部分的示意性视图，其中已获得呈凹槽的形式的座以用于容纳本发明的新的密封件；
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图3a和图3b为根据本发明的多层密封件的示例的示意性视图(分别面对低压侧和高压侧)；
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图4a和图4b分别为容纳在对应凹槽中的图3的密封件的示意性视图和横截面视图；
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图5a和图5b为在组装步骤期间的图3的密封件的示意性视图；
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图6a、图6b、图7a和图7b分别为俯视图和横截面视图，它们公开了现有技术的密
封件与根据本发明的密封件之间的比较。
具体实施方式
29.与附图协作，本发明的技术内容和详细描述在下文中根据优选的实施例来描述，不用于限制本发明的执行范围。
30.参考图1，图1为用于发电厂的燃气涡轮组件的非限制性示例的示意性视图。在图1中，燃气涡轮组件1包括压缩机单元3、燃烧单元4、涡轮单元5，以及发电机(为了简单起见，未在附图中示出)。特别地，图1的示例公开了燃气涡轮，其具有第一燃烧器、高压涡轮、第二燃烧器以及低压涡轮。压缩机3、涡轮5以及发电机的旋转部件由共同转子8支承，共同转子8沿着轴线a延伸。旋转部件容纳在壳9中。在图1中，作为非限制性示例，转子8包括前轴10、后轴13以及在中间的多个相邻的转子盘15，多个相邻的转子盘15由中心系杆夹持为包。作为备选方案，转子盘可焊接在一起。每个转子盘支承压缩机和涡轮的成排的叶片16。壳9支承与成排的旋转叶片16交替的多排定子导叶22。根据本发明，壳9分成下半部(图2中的参考标号31)和上半部，两个半部在剖分线处连接在一起。剖分线因此为联接线，其中壳下半部的下剖分表面联接到壳上半部的上剖分表面。在组装期间，壳上半部降低在壳下半部上，该壳下半部容纳转子、压缩机以及涡轮。
31.图2公开剖分线(即，壳下半部31的剖分表面)的部分的示意性视图。参考标号a和r指代轴向方向(其平行于转子轴线)和径向方向。在图2中，参考标号32已用于公开壳下半部31的联接表面，然而，该参考标号可大体上用于公开壳的剖分线。根据图2，已在剖分表面32处在壳下半部31中获得呈凹槽34的形式的座，以用于容纳本发明的新的密封件30。
32.图3a、图3b、图4a和4b分别为根据本发明的多层密封件的示例的示意性视图和横截面视图。图5公开壳的组装步骤的示意性视图，其中上半部33降低(箭头g)在设有容纳在对应座34中的密封件30的壳的下部部分31上。参考标号44和45指代由密封件分离的高压侧和低压侧。如图3a和图3b中公开的，密封件30具有矩形形状，并且密封件30的尺寸比近似为径向厚度/周向高度 《 1。如图4a和图4b中公开的，密封件30为多层密封件，其包括：
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第一外层36(在使用中面对低压侧45)，其至少包括金属板，该金属板构造成用于确保高密封性能；
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第二内层37，其比第一外层更厚并且至少包括金属板，该金属板构造成用于保证由剖分平面中的高压差引起的机械负荷。
33.如图4a中公开的，在使用中，第二层37旨在在使用中在燃气涡轮的径向内侧，从而在使用中面对高压侧44。第二层37的内部面43因此面对涡轮的内部空间，其中存在高压。
34.在公开的示例中，第二层37为单个厚金属板，其包括上部内倒角边缘41。此外，密封件包括多个塑料间隔件39，其通过粘合手段联接到第一层36的外部面40。这些间隔件39构造成用于确保密封件30在下密封件凹槽34内部的正确横向位置。最后，图3b、图4b和图5b公开容纳在第二层37的径向孔中的销42。在使用中，销42的头部向内(高压侧44)突出，并且其旨在容纳在壳下半部31的下密封件凹槽34中获得的对应凹穴46中。
35.最后，图6a、图6b、图7a和图7b分别为俯视图和横截面视图，它们公开了现有技术的密封件(图6a和图7a)与根据本发明的密封件(图6b和图7b)之间的比较。在图6a和图6b中，参考标号48和47指代凹槽34的不同部分，其中在48处，开口可由于凹槽的变形而出现。
在这些图中，为了清楚起见，变形48已被放大。在该开口48处，现有技术的单个厚片密封件不适合于避免局部绕过密封件的空气的泄漏。相反，如图6b和图7b中公开的，新的密封件30的薄层适合于还在开口48处遵循凹槽的形状，以用于封闭空隙。
36.尽管关于如上面提及的本发明的优选的(多个)实施例阐释了本发明，但是将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可作出许多其它可能的修改和变型。因此，设想的是，所附的一项或多项权利要求将涵盖落入本发明的真实范围内的这样的修改和变型。

技术特征：
1.一种用于密封用于发电厂的燃气涡轮组件(1)的壳剖分线(32)的密封件(30)；其中，所述壳(9)包括壳下半部(31)和壳上半部(33)，所述壳上半部(33)在组装期间降低在所述壳下半部(31)上；其中，所述密封件(30)旨在部分地容纳在所述壳下半部(31)中获得的下凹槽(34)中，并且部分地容纳在所述壳上半部(33)中获得的面对的上凹槽(35)中，以用于避免在所述壳(9)外部的泄漏；其中，所述密封件(30)为多层密封件，其包括：
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第一层(36)，其至少包括构造成用于确保高密封性能的金属板；
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第二层(37)，其比所述第一层更厚并且至少包括构造成用于保证由剖分平面中的高压差引起的机械负荷的金属板；其中，所述第二层(37)旨在在使用中相对于联接到所述第二层(37)的外部面(38)的所述第一层(36)沿径向向内。2.根据权利要求1所述的密封件，其中，所述第二层(37)包括单个厚金属板。3.根据权利要求1所述的密封件，其中，所述第二层(37)包括多个薄金属板或成包的薄金属板。4. 根据前述权利要求中的任一项所述的密封件，其中，所述密封件(30)公开矩形形状，并且所述密封件(30)的尺寸比近似为径向厚度/周向高度 < 1。5.根据前述权利要求中的任一项所述的密封件，其中，所述第二层(37)包括上部内倒角边缘(41)。6.根据前述权利要求中的任一项所述的密封件，其中，提供径向定位装置，以用于将所述密封件(30)沿径向定位在所述下凹槽(34)中。7.根据权利要求6所述的密封件，其中，所述径向定位装置为第三塑料层，其联接到所述第一层(36)的所述外部面(40)并且构造成用于确保所述密封件(30)在所述下密封件凹槽(34)内部的正确横向位置。8.根据权利要求6所述的密封件，其中，所述定位装置包括多个塑料间隔件(39)，其联接到所述第一层(36)的所述外部面(40)并且构造成用于确保所述密封件(30)在所述下密封件凹槽(34)内部的正确横向位置。9.根据权利要求8所述的密封件，其中，所述塑料间隔件(39)通过粘合手段固定到所述第一层(36)。10.根据前述权利要求中的任一项所述的密封件，其中，至少提供销(42)，以用于将所述密封件(30)沿轴向定位在所述下凹槽(34)中；所述销(42)从所述第二层(37)沿径向向内突出，并且旨在至少容纳在所述壳下半部(31)的所述下密封件凹槽(34)中获得的对应凹穴中。11.根据前述权利要求中的任一项所述的密封件，其中，所述第二层(37)包括多个通孔，以控制所述第一层上的压力负荷。12.用于改造燃气涡轮组件的方法，所述方法包括以下步骤：a) 提供燃气涡轮组件，所述燃气涡轮组件包括：
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转子，其具有轴线；
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压缩机，其包括连接到所述转子的叶片；
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涡轮，其包括连接到所述转子的叶片；
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外壳，其中，所述壳包括在剖分线处连接在一起的下半部和上半部；所述上半部在组装期间降低在容纳所述转子、所述压缩机以及所述涡轮的所述下半部上；
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至少以前的密封件，其布置在所述剖分线处；b) 相对于所述壳下半部释放和提升所述壳上半部；c) 用根据前述权利要求中的任一项所述的新的密封件替换所述以前的密封件。13.一种用于发电厂的燃气涡轮组件，所述组件包括：
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转子(8)，其具有轴线；
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压缩机(3)，其包括连接到所述转子(8)的叶片(16)；
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涡轮(5)，其包括连接到所述转子(8)的叶片；
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壳(9)，其中，所述壳(9)包括在剖分线(32)处连接在一起的下半部(31)和上半部(33)；所述上半部(33)在组装期间降低在容纳所述转子(8)、所述压缩机(3)以及所述涡轮(9)的所述下半部(31)上；
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至少根据前述权利要求1-11中的任一项所述的密封件(30)，其布置在所述剖分线(32)处，部分地容纳在所述壳下半部(31)中获得的下凹槽(34)中，并且部分地容纳在所述壳下半部(33)中获得的上凹槽(35)中。

技术总结
本发明涉及密封件、燃气涡轮组件和用于改造燃气涡轮组件的方法。一种用于密封用于发电厂的燃气涡轮组件的壳剖分线的密封件；其中，壳包括壳下半部和壳上半部，该壳上半部在组装期间降低在下半部上；其中，密封件旨在部分地容纳在壳下半部中获得的下凹槽中，并且部分地容纳在壳上半部中获得的面对的上凹槽中，以用于避免在壳外部的泄漏；其中，密封件为多层密封件，该多层密封件包括：第一层，其至少包括构造成用于确保高密封性能的金属板；第二层，其比第一层更厚并且至少包括构造成用于保证由剖分平面中的高压差引起的机械负荷的金属板；其中，第二层旨在在使用中相对于联接到第二层的外部面的第二层沿径向向内。的外部面的第二层沿径向向内。的外部面的第二层沿径向向内。


技术研发人员：T
受保护的技术使用者：安萨尔多能源瑞士股份公司
技术研发日：2022.12.01
技术公布日：2023/6/7