專(zhuān)利名稱(chēng)：用于渦輪機(jī)中的流動(dòng)熱氣的密封組件和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本說(shuō)明書(shū)所公開(kāi)的發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)。更具體地，本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)的部件之間的密封件。
背景技術(shù)：
在燃?xì)鉁u輪機(jī)中，燃燒器將燃料或空氣-燃料混合物的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。熱能由流體(通常是來(lái)自壓縮機(jī)的壓縮空氣)傳遞至渦輪，熱能在渦輪處被轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。壓縮空氣在壓縮機(jī)零件或部件之間的泄漏造成渦輪機(jī)的動(dòng)力輸出減少、并且效率降低。泄漏可能是由燃?xì)鉁u輪機(jī)操作期間某些部件的熱膨脹和部件之間的相對(duì)移動(dòng)造成的。因此，減少部件之間的氣體泄漏能夠改進(jìn)渦輪機(jī)的效率和性能
發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種密封組件包括連接至渦輪機(jī)中的內(nèi)部靜態(tài)結(jié)構(gòu)的安裝結(jié)構(gòu)。此外，該密封組件包括刷式密封構(gòu)件，該刷式密封構(gòu)件連接至安裝結(jié)構(gòu)，其中刷式密封構(gòu)件包括與轉(zhuǎn)子密封接觸的第一端部和與定子密封接觸的第二端部，并且刷式密封構(gòu)件包括多個(gè)刷毛(bristles)。所述安裝結(jié)構(gòu)包括第一板和第二板，所述第一板和所述第二板連接至所述內(nèi)部靜態(tài)結(jié)構(gòu)。所述刷式密封構(gòu)件布置在所述第一板與所述第二板之間。所述第二板通過(guò)所述第二板的鉤形部連接至所述內(nèi)部靜態(tài)結(jié)構(gòu)。大體在所述刷式密封構(gòu)件的中心附近，所述刷式密封構(gòu)件連接至所述第一板和所述第二板。所述第一板包括第一凹部以允許所述刷式密封構(gòu)件的所述第一端部沿第一方向移動(dòng)，并且所述第二板具有第二凹部以允許所述刷式密封構(gòu)件的所述第二端部沿第二方向移動(dòng)，其中所述第一方向與所述第二方向基本相反。所述第二方向包括用于跨過(guò)所述定子的葉片的熱氣流路徑的流動(dòng)方向。所述內(nèi)部靜態(tài)結(jié)構(gòu)包括徑向定位在所述定子的內(nèi)側(cè)的內(nèi)部筒，所述定子連接至外部靜態(tài)結(jié)構(gòu)。所述刷式密封構(gòu)件包括刷毛，所述刷毛相對(duì)于通過(guò)渦輪機(jī)軸線的徑向線以一定角度傾斜。所述第一端部從所述安裝結(jié)構(gòu)基本徑向向內(nèi)延伸，并且所述第二端部從所述安裝結(jié)構(gòu)基本徑向向外延伸?；蛘?，所述安裝結(jié)構(gòu)包括第一板和第二板，并且所述刷式密封構(gòu)件包括位于所述第一板與所述第二板之間的多個(gè)刷毛。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用于渦輪機(jī)的密封組件包括柔性密封構(gòu)件，該柔性密封構(gòu)件包括第一端部和第二端部，其中第一端部和第二端部均從位于轉(zhuǎn)子與定子葉片之間的靜態(tài)結(jié)構(gòu)延伸，第一端部提供靜態(tài)結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)子之間的密封接觸，并且第二端部提供靜態(tài)結(jié)構(gòu)與定子葉片之間的密封接觸。所述柔性密封構(gòu)件包括刷式密封構(gòu)件。所述刷式密封構(gòu)件包括多個(gè)刷毛，其中每個(gè)刷毛都包括第一刷毛端部和第二刷毛端部，所述第一刷毛端部形成所述柔性密封構(gòu)件的所述第一端部，所述第二刷毛端部形成所述柔性密封構(gòu)件的所述第二端部。所述柔性密封構(gòu)件位于連接至所述內(nèi)部靜態(tài)結(jié)構(gòu)的安裝結(jié)構(gòu)上，所述內(nèi)部靜態(tài)結(jié)構(gòu)包括內(nèi)部筒。所述安裝結(jié)構(gòu)包括第一板和第二板，其中所述第二板通過(guò)所述第二板的鉤形部連接至所述內(nèi)部靜態(tài)結(jié)構(gòu)。所述定子葉片連接至外部靜態(tài)結(jié)構(gòu)，所述外部靜態(tài)結(jié)構(gòu)徑向定位在所述內(nèi)部靜態(tài)結(jié)構(gòu)的外側(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述安裝結(jié)構(gòu)包括第一板和第二板，并且所述第一板形成第一凹部以允許所述刷式密封構(gòu)件的所述第一端部沿第一方向移動(dòng)，并且所述第二板形成第二凹部以允許所述刷式密封構(gòu)件的所述第二端部沿第二方向移動(dòng)，其中所述第一方向與所述第二方向基本相反。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，一種用于渦輪機(jī)的密封組件包括定子葉片，該定子葉片徑向位于壓縮機(jī)的內(nèi)部筒的外側(cè)；以及刷式密封構(gòu)件，該刷式密封構(gòu)件包括從內(nèi)部筒延伸的多個(gè)刷毛，其中刷式密封構(gòu)件的第一端部從內(nèi)部筒延伸，以提供與定子葉片的密封接觸，從而減少定子葉片與內(nèi)部筒之間的熱氣的回流。該組件進(jìn)一步包括刷式密封構(gòu)件的第二端部，從而提供與轉(zhuǎn)子的密封接觸，以減少內(nèi)部筒與轉(zhuǎn)子之間的熱氣的泄漏。 在所述刷式密封構(gòu)件的中心附近，所述刷式密封構(gòu)件連接至第一板和第二板，其中所述第二板連接至所述內(nèi)部筒。通過(guò)下文結(jié)合附圖的描述，這些以及其它的優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加顯而易見(jiàn)。


與本說(shuō)明書(shū)一起的權(quán)利要求中特別指出并且明確要求保護(hù)了被認(rèn)為是本發(fā)明的主題。通過(guò)下文結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它的特征以及優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，在附圖中圖I是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例的示意圖，該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括燃燒器、燃料噴嘴、壓縮機(jī)和渦輪；圖2是示例性壓縮機(jī)的一部分的側(cè)視圖；圖3是示例性密封組件的一部分的詳細(xì)端視圖。參照附圖通過(guò)示例的詳細(xì)的描述解釋了本發(fā)明的實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。附圖標(biāo)記列表
1001渦輪機(jī)系統(tǒng) 102 壓縮機(jī) 104 燃燒器 106 渦輪 ~108
110 噴嘴 112 燃料供給部200壓縮機(jī)
202密封組件
204筒組件
206定子出口葉片
208轉(zhuǎn)子
209軸線
210內(nèi)部筒 211刷式密封構(gòu)件
212第一端部
213第二端部
214第一板216第二板218鉤連接件
220第一凹部
221第一方向
222第二凹部
223第二方向226氣流228第一路徑230第二路徑300刷毛302角度304線

具體實(shí)施例方式圖I是燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)100的實(shí)施例的示意圖。系統(tǒng)100包括壓縮機(jī)102、燃燒器104、渦輪106、軸108和燃料噴嘴110。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100可以包括多個(gè)壓縮機(jī)102、燃燒器104、渦輪106、軸108和燃料噴嘴110。壓縮機(jī)102和渦輪106通過(guò)軸108連接。軸108可以是單個(gè)軸，或者可以是連接在一起以形成軸108的多個(gè)軸部段。在一個(gè)方面中，燃燒器104使用液體和/或氣體燃料(例如天然氣或富含氫的合成氣)來(lái)運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)。例如，燃料噴嘴110與空氣供給部和燃料供給部112流體連通。燃料噴嘴110產(chǎn)生空氣-燃料混合物，并且將空氣-燃料混合物排放到燃燒器104中，由此產(chǎn)生燃燒，所述燃燒對(duì)加壓氣體進(jìn)行加熱。燃燒器100通過(guò)過(guò)渡件將熱加壓排氣導(dǎo)入渦輪噴嘴(或者“一級(jí)噴嘴(stage one nozzle)”)中，并且接著導(dǎo)入渦輪斗葉中，從而使渦輪106旋轉(zhuǎn)。渦輪106的旋轉(zhuǎn)使軸108旋轉(zhuǎn)，由此在空氣流入壓縮機(jī)102中時(shí)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮。 渦輪機(jī)部件或零件通過(guò)密封件或密封組件連接，所述密封件或密封組件構(gòu)造成允許零件的熱膨脹和相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)防止氣體在流過(guò)渦輪106時(shí)泄漏。具體而言，減少壓縮氣流在壓縮機(jī)中的部件之間的泄漏可使沿期望路徑的熱氣流的體積增加，使得能夠從更多的熱氣提取功，進(jìn)而使得渦輪機(jī)效率得到改進(jìn)。下面將參照?qǐng)D2和圖3對(duì)用于設(shè)置在壓縮機(jī)零件之間的密封件和密封組件進(jìn)行詳細(xì)討論。現(xiàn)在參照?qǐng)D2，示出了示例性壓縮機(jī)200的一部分的側(cè)視圖。壓縮機(jī)200包括密封組件202，密封組件202連接至筒組件204 (也稱(chēng)作“內(nèi)部靜態(tài)結(jié)構(gòu)”或“內(nèi)部殼體組件”)。密封組件202與定子出口葉片206和轉(zhuǎn)子208密封接觸。筒組件204和定子出口葉片206基本固定，而轉(zhuǎn)子圍繞軸線209旋轉(zhuǎn)。在各個(gè)方面中，定子葉片206連接至外部殼體，外部殼體徑向定位在壓縮機(jī)102 (圖I)的筒組件204外側(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，定子出口葉片206 (或定子葉片)包括在壓縮機(jī)102出口級(jí)(exit stage)的定子部分中。此外，筒組件204包括內(nèi)部筒210。密封組件202包括具有第一端部212和第二端部213的刷式密封構(gòu)件(brushseal memeber) 2110刷式密封構(gòu)件211位于合適的安裝結(jié)構(gòu)上，以提供與相鄰的壓縮機(jī)102部件的密封接觸。例如，示例性刷式密封構(gòu)件211位于第一板214與第二板216之間，其中第一板214和第二板216是筒組件204的一部分、并且/或者連接至筒組件204。在該實(shí)施例中，大體在刷式密封構(gòu)件211的中心附近，刷式密封構(gòu)件211連接至第一板214和第二板216，由此暴露刷式密封構(gòu)件211的每個(gè)端部(212、213)。此外，第一端部212從安裝結(jié)構(gòu)基本徑向向內(nèi)延伸，并且第二端部213從安裝結(jié)構(gòu)基本徑向向外延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，第二板216包括連接件(例如鉤連接件218)，以連接至內(nèi)部筒210。如圖所示，第一板214包括第一凹部220，以使得刷式密封構(gòu)件211 (也稱(chēng)作柔性密封構(gòu)件)能夠沿第一方向221移動(dòng)。類(lèi)似地，第二板216包括第二凹部222，以使得刷式密封構(gòu)件211能夠沿第二方向223移動(dòng)。在示例性渦輪機(jī)系統(tǒng)100操作期間，熱氣流226被引導(dǎo)跨過(guò)定子出口葉片206。當(dāng)熱氣流226由于泄漏或回流而損失速度和/或流體時(shí)，壓縮機(jī)102效率降低。第一流動(dòng)路徑228示出了可能在轉(zhuǎn)子204與內(nèi)部筒210之間泄漏的氣流路徑。因此，通過(guò)將刷式密封構(gòu)件211定位成減少泄漏或者限制沿第一流動(dòng)路徑228的流動(dòng)，來(lái)保持熱氣流226的速度。第二流動(dòng)路徑230示出了可能在定子出口葉片206與內(nèi)部筒210之間泄漏的回流路徑。通過(guò)刷式密封構(gòu)件211減少或限制了沿第二流動(dòng)路徑230的回流。因此，刷式密封構(gòu)件211通過(guò)限制泄漏和回流同時(shí)保持熱氣流226的速度而改進(jìn)了壓縮機(jī)102效率。仍然參照?qǐng)D2，示例性刷式密封構(gòu)件211包括多個(gè)刷毛，其中每個(gè)刷毛都從刷式密封構(gòu)件211的第一端部212延伸至第二端部213。因此，刷式密封構(gòu)件211的第一端部212和相應(yīng)的第一刷毛端部與轉(zhuǎn)子208密封接觸。此外，刷式密封構(gòu)件211的第二端部213和相應(yīng)的第二刷毛端部與轉(zhuǎn)子208密封接觸。刷毛可以由任何合適的耐用材料制成以承受渦輪機(jī)100中升高的溫度，例如金屬或復(fù)合材料。在所示實(shí)施例中，密封組件202構(gòu)造成減少熱氣流226的泄漏，并且減少?gòu)母邏禾蠲軈^(qū)域232的泄漏。相對(duì)于內(nèi)部筒210和密封組件202外側(cè)的區(qū)域，高壓填密區(qū)域232是內(nèi)部筒210和密封組件202內(nèi)的高壓區(qū)域。刷式密封構(gòu)件211由此保持跨過(guò)密封組件202的期望的壓差。示例性刷式密封構(gòu)件211包括具有端部212、213的刷毛，所述刷毛構(gòu)造成提供相鄰的壓縮機(jī)102部件的密封接觸，其中所述密封接觸顯著減少、或限制跨過(guò)密封件的流體流。圖3是示例性密封組件202的一部分的詳細(xì)端視圖，其中該視圖是在壓縮機(jī)102內(nèi)向下游觀察得到的。為了示出密封組件202的某些部分，去掉了第一板214。在實(shí)施例中，多個(gè)密封組件202圍繞壓縮機(jī)軸線209沿圓周定位。在一個(gè)實(shí)施例中，合適數(shù)量的相同的密封組件(例如2個(gè)、4個(gè)、6個(gè)或8個(gè)組件)構(gòu)成360度組件，該360度組件布置在壓縮機(jī)202中，以減少熱氣流226圍繞整個(gè)壓縮機(jī)202的泄漏。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，示出了單個(gè)密封組件202。密封組件202包括多個(gè)刷毛300，其中刷毛300相對(duì)于從軸線209延伸的徑向線304以角度302傾斜。隨著轉(zhuǎn)子208圍繞軸線209旋轉(zhuǎn)，刷毛300的傾斜提供與轉(zhuǎn)子208和定子出口葉片206基本連續(xù)的密封接觸。多個(gè)刷毛300包括單個(gè)刷毛件，所述單個(gè)刷毛件構(gòu)造成保持轉(zhuǎn)子208與內(nèi)部筒210、以及內(nèi)部筒210與定子出口葉片206之間的密封接觸。因此，構(gòu)造成包括在每個(gè)端部處密封接觸的刷毛300的密封組件202簡(jiǎn)化了密封設(shè)計(jì)和生·產(chǎn)，同時(shí)改進(jìn)了壓縮機(jī)效率。盡管僅結(jié)合數(shù)量有限的實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是應(yīng)當(dāng)易于理解，本發(fā)明并不限于這種所公開(kāi)的實(shí)施例。相反，能夠?qū)⒈景l(fā)明修改成結(jié)合到目前為止未進(jìn)行描述但是與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)?shù)娜魏螖?shù)量的改型、變型、替代或等同布置。此外，盡管已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各個(gè)方面可以僅包括所述實(shí)施例中的一些。因此，本發(fā)明并不受到以上描述的限制，而是僅僅通過(guò)所附權(quán)利要求的范圍進(jìn)行限制。
權(quán)利要求
1.一種密封組件(202)，所述密封組件(202)包括 安裝結(jié)構(gòu)，所述安裝結(jié)構(gòu)連接至渦輪機(jī)(100)中的內(nèi)部靜態(tài)結(jié)構(gòu)(210);以及刷式密封構(gòu)件(211)，所述刷式密封構(gòu)件(211)連接至所述安裝結(jié)構(gòu)，其中所述刷式密封構(gòu)件(211)包括與轉(zhuǎn)子(208)密封接觸的第一端部(212)和與定子(206)密封接觸的第二端部(213)，并且其中所述刷式密封構(gòu)件(211)包括多個(gè)刷毛(300)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的密封組件(202)，其特征在于，所述安裝結(jié)構(gòu)包括第一板(214)和第二板(216)，所述第一板(214)和所述第二板(216)連接至所述內(nèi)部靜態(tài)結(jié)構(gòu)(210)，并且所述刷式密封構(gòu)件(211)布置在所述第一板(214)與所述第二板(216)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封組件(202)，其特征在于，所述第二板(216)通過(guò)所述第二板(216)的鉤形部連接至所述內(nèi)部靜態(tài)結(jié)構(gòu)(210)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封組件(202)，其特征在于，大體在所述刷式密封構(gòu)件(211)的中心附近，所述刷式密封構(gòu)件(211)連接至所述第一板和所述第二板(216)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封組件(202)，其特征在于，所述第一板(214)包括第一凹部以允許所述刷式密封構(gòu)件(211)的所述第一端部(212)沿第一方向(221)移動(dòng)，并且所述第二板(216)具有第二凹部以允許所述刷式密封構(gòu)件(211)的所述第二端部(213)沿第二方向(223)移動(dòng),其中所述第一方向(221)與所述第二方向(223)基本相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密封組件(202)，其特征在于，所述第二方向(223)包括用于跨過(guò)所述定子(206)的葉片的熱氣流路徑的流動(dòng)方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的密封組件(202)，其特征在于，所述內(nèi)部靜態(tài)結(jié)構(gòu)(210)包括徑向定位在所述定子(206)的內(nèi)側(cè)的內(nèi)部筒(210)，所述定子(206)連接至外部靜態(tài)結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的密封組件(202)，其特征在于，所述刷式密封構(gòu)件(211)包括刷毛(300)，所述刷毛(300)相對(duì)于通過(guò)渦輪機(jī)軸線(209)的徑向線以一定角度(302)傾斜。
9.一種用于渦輪機(jī)(100)的密封組件(202)，所述密封組件(202)包括 定子(206)葉片，所述定子(206)葉片徑向定位在壓縮機(jī)(102)的內(nèi)部筒(210)的外側(cè)； 刷式密封構(gòu)件(211)，所述刷式密封構(gòu)件(211)包括從所述內(nèi)部筒(210)延伸的多個(gè)刷毛(300)，其中所述刷式密封構(gòu)件(211)的第一端部(212)從所述內(nèi)部筒(210)延伸，以提供與所述定子(206)葉片的密封接觸，從而減少所述定子(206)葉片與所述內(nèi)部筒(210)之間的熱氣的回流；以及 所述刷式密封構(gòu)件(211)的第二端部(213)，所述第二端部(213)提供與轉(zhuǎn)子(208)的密封接觸，以減少所述內(nèi)部筒(210)與所述轉(zhuǎn)子(208)之間的熱氣的泄漏。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組件，其特征在于，在所述刷式密封構(gòu)件(211)的中心附近，所述刷式密封構(gòu)件(211)連接至第一板(214)和第二板(216)，其中所述第二板(216)連接至所述內(nèi)部筒(210)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于渦輪機(jī)中的流動(dòng)熱氣的密封組件和方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種密封組件，該密封組件包括安裝結(jié)構(gòu)，該安裝結(jié)構(gòu)連接至渦輪機(jī)中的內(nèi)部靜態(tài)結(jié)構(gòu)。此外，該密封組件包括連接至安裝結(jié)構(gòu)的刷式密封構(gòu)件，其中刷式密封構(gòu)件包括與轉(zhuǎn)子密封接觸的第一端部和與定子密封接觸的第二端部，并且該刷式密封構(gòu)件包括多個(gè)刷毛。
文檔編號(hào)F02C7/28GK102926972SQ201210280589
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者K.S.沙 申請(qǐng)人:通用電氣公司