渦輪密封組件和包括該渦輪密封組件的渦輪設備的制作方法
【專利摘要】根據(jù)示例性實施例的一方面，提供一種渦輪密封組件，所述渦輪密封組件包括：密封安裝槽，形成在殼體內(nèi)部；至少一個密封構(gòu)件，具有沿葉片方向形成的至少一個尖部，并且所述至少一個密封構(gòu)件安裝在所述密封安裝槽中；至少一個彈性構(gòu)件，用于將所述殼體彈性地連接到所述密封構(gòu)件，其中，用于使被壓縮的燃氣流入的入口形成在所述密封安裝槽中，其中，被壓縮的燃氣進入的第一空間形成在所述密封構(gòu)件中，并且將所述第一空間連接到葉片和密封構(gòu)件之間的空間的至少一個流動通道形成在密封構(gòu)件中。
【專利說明】渦輪密封組件和包括該渦輪密封組件的渦輪設備

【技術領域】
[0001]示例性實施例涉及一種渦輪密封組件和包括該渦輪密封組件的渦輪設備。

【背景技術】
[0002]渦輪設備將流體(例如，水、燃氣、或蒸汽)的能量轉(zhuǎn)換為有用功(valuablework)。
[0003]具體地講，在燃氣渦輪設備中，從燃燒室排出的高溫高壓燃氣進入渦輪設備并沖擊渦輪設備的葉片，從而使渦輪設備的輸出軸旋轉(zhuǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術問題
[0005]在燃氣渦輪設備中，可通過提高密封性能來增強渦輪性能，第2003-254006號日本專利公開披露了這樣一種技術，該技術用于增加密封片的數(shù)量同時減小摩擦的風險，以提高密封性能。
[0006]技術方案
[0007]一個或更多個示例性實施例提供一種渦輪密封組件和包括該渦輪密封組件的渦輪設備，所述渦輪密封組件包括具有提高的運動控制性能的密封構(gòu)件。
[0008]根據(jù)示例性實施例的一方面，提供一種渦輪密封組件，所述渦輪密封組件包括:密封安裝槽，形成在殼體內(nèi)部；至少一個密封構(gòu)件，具有沿葉片方向形成的至少一個尖部，并且所述至少一個密封構(gòu)件安裝在所述密封安裝槽中；至少一個彈性構(gòu)件，用于將所述殼體彈性地連接到所述密封構(gòu)件，其中，用于使被壓縮的燃氣流入的入口形成在所述密封安裝槽中，其中，被壓縮的燃氣進入的第一空間形成在所述密封構(gòu)件中，并且將所述第一空間連接到葉片和所述密封構(gòu)件之間的空間的至少一個流動通道形成在所述密封構(gòu)件中。本發(fā)明的有益效果
[0009]根據(jù)示例性實施例，可通過改進用于控制密封構(gòu)件的運動的性能來提高密封性倉泛。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]通過參照附圖對示例性實施例進行詳細的描述，上述和其他方面將變得更明顯，其中:
[0011]圖1是根據(jù)示例性實施例的渦輪設備的截面圖；
[0012]圖2是圖1的渦輪設備的密封組件的放大的截面圖；
[0013]圖3是圖1的渦輪設備的密封構(gòu)件的透視圖；
[0014]圖4是圖3的密封構(gòu)件的主視圖；
[0015]圖5是用于描述根據(jù)示例性實施例的渦輪設備的密封組件的操作的示意圖。
[0016]實施本發(fā)明的最佳方式
[0017]根據(jù)示例性實施例的一方面，提供一種渦輪密封組件，所述渦輪密封組件包括:密封安裝槽，形成在殼體內(nèi)部；至少一個密封構(gòu)件，具有沿葉片方向形成的至少一個尖部，并且所述至少一個密封構(gòu)件安裝在所述密封安裝槽中；至少一個彈性構(gòu)件，用于將所述殼體彈性地連接到所述密封構(gòu)件，其中，用于使被壓縮的燃氣流入的入口形成在所述密封安裝槽中，其中，被壓縮的燃氣進入的第一空間形成在所述密封構(gòu)件中，并且將所述第一空間連接到葉片和所述密封構(gòu)件之間的空間的至少一個流動通道形成在所述密封構(gòu)件中。
[0018]所述彈性構(gòu)件可以是片簧。
[0019]所述彈性構(gòu)件的材料的熱膨脹系數(shù)可不同于所述殼體的材料的熱膨脹系數(shù)。
[0020]所述第一空間可在所述葉片的前方被封閉。
[0021]所述入口可連接到與壓縮機相連接的壓縮燃氣管。
[0022]根據(jù)另一示例性實施例的一方面，提供一種渦輪設備，所述渦輪設備包括:殼體，密封安裝槽形成在所述殼體中；轉(zhuǎn)子，安裝在所述殼體內(nèi)部，并且所述轉(zhuǎn)子具有多個葉片；至少一個密封構(gòu)件，具有沿葉片方向形成的至少一個尖部，并且所述至少一個密封構(gòu)件安裝在所述密封安裝槽中；至少一個彈性構(gòu)件，用于將所述殼體彈性地連接到所述密封構(gòu)件，其中，用于使被壓縮的燃氣流入的入口形成在所述密封安裝槽中，其中，被壓縮的燃氣進入的第一空間形成在所述密封構(gòu)件中，并且將所述第一空間連接到葉片和所述密封構(gòu)件之間的空間的至少一個流動通道形成在所述密封構(gòu)件中。
[0023]所述尖部可包括第一尖部和與所述第一尖部分開形成的第二尖部，并且所述第一尖部和所述第二尖部之間的空間連接到所述流動通道。
[0024]所述彈性構(gòu)件的材料的熱膨脹系數(shù)可不同于所述殼體的材料的熱膨脹系數(shù)。
[0025]所述第一空間可在所述葉片的前方被封閉。
[0026]所述入口可連接到與壓縮機相連接的壓縮燃氣管。

【具體實施方式】
[0027]將參照附圖更全面地描述示例性實施例。說明書和附圖中相同的標號指示相同的元件，并因此省略它們的重復的描述。
[0028]圖1是根據(jù)示例性實施例的渦輪設備100的截面圖，圖2是圖1的渦輪設備100的密封組件的放大的截面圖，圖3是圖1的渦輪設備100的密封構(gòu)件的透視圖，圖4是圖3的密封構(gòu)件130的主視圖。
[0029]如圖1所示，渦輪設備100具有帶有4級的多級渦輪結(jié)構(gòu)，并且包括殼體110、轉(zhuǎn)子120、密封構(gòu)件130、彈性構(gòu)件140和框架150。在渦輪設備100的構(gòu)造中，與密封操作直接相關的部件可被稱為密封組件，并且在本實施例中，密封組件可以是包括殼體110的一部分、密封構(gòu)件130和彈性構(gòu)件140的結(jié)構(gòu)。
[0030]殼體110具有燃氣在其中流動的內(nèi)部空間，并且轉(zhuǎn)子120、密封構(gòu)件130和彈性構(gòu)件140被容納在所述內(nèi)部空間中。
[0031]用于使來自燃燒室(未示出)的高溫高壓燃氣流入的進口 111形成在殼體110的前方，并且用于排放膨脹的燃氣的出口 112形成在殼體110的后方。
[0032]噴嘴葉片113安裝在殼體110內(nèi)部的轉(zhuǎn)子120的幾排葉片122之間，以引導流入的燃氣有效地沖擊葉片122。由于噴嘴葉片113的該構(gòu)造可以是公知的并通常用于普通的多級渦輪，因此這里不提供所述結(jié)構(gòu)和布置的詳細的描述。
[0033]如圖2所示，密封安裝槽114圍繞轉(zhuǎn)子120沿圓周方向形成在殼體110內(nèi)部。
[0034]用于引入被壓縮的燃氣的入口 114a形成在密封安裝槽114中，以連接到與外部壓縮機(未示出)相連接的壓縮燃氣管210。設計者可選擇具有多級的壓縮機作為外部壓縮機，并且也可選擇用于將壓縮機連接到壓縮燃氣管210的構(gòu)造，以接收每個壓力級的適當位置處的被壓縮的燃氣。可替換地，設計者可選擇包括多個外部壓縮機的構(gòu)造，每個外部壓縮機產(chǎn)生不同壓力的被壓縮的燃氣，并且在這種情況下，通過每個外部壓縮機產(chǎn)生的被壓縮的燃氣流過相應的壓縮燃氣管210。
[0035]轉(zhuǎn)子120包括用作輸出軸的旋轉(zhuǎn)軸121和用于在通過燃氣的流動沖擊時形成旋轉(zhuǎn)力的葉片122。
[0036]通過安裝在框架150上的軸承151來支撐旋轉(zhuǎn)軸121。
[0037]葉片122在通過經(jīng)由噴嘴葉片113引導的燃氣沖擊時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，并且葉片122彼此按照預定間隔布置在旋轉(zhuǎn)軸121的圓周方向上。
[0038]如圖1中所示，根據(jù)膨脹級，葉片122可分為第一排葉片122a、第二排葉片122b、第三排葉片122c和第四排葉片122d。
[0039]雖然本實施例中的渦輪設備100具有4級結(jié)構(gòu)，其中，葉片122包括第一至第四排葉片122a、122b、122c和122d，但是示例性實施例不限于此。即，渦輪設備100的級數(shù)不限于此，因此，葉片的排數(shù)也不限于此。例如，渦輪設備100可具有10級結(jié)構(gòu)，其中，葉片122分為10排葉片。
[0040]如圖2中所示，密封構(gòu)件130安裝在密封安裝槽114中，以密封殼體110和葉片122之間的空間。
[0041]如圖3和圖4中所示，密封構(gòu)件130按照弧形形狀形成，并且多個密封構(gòu)件130可按照排安裝在單個密封安裝槽114上。S卩，密封構(gòu)件130安裝在密封安裝槽114中，并且密封構(gòu)件130形成為與沿圓周方向形成的密封安裝槽114的形狀相匹配。
[0042]密封構(gòu)件130具有如圖2中所示的馬蹄形(U形)橫截面，并且包括上部131、與上部131分開并布置在上部131之下的下部132和用于將上部131連接到下部132的連接部133，其中，第一空間130a形成在上部131和下部132之間。
[0043]尖部134沿葉片方向形成在密封構(gòu)件130的下部132的表面上，以面對葉片122。
[0044]尖部134包括第一尖部134a和與第一尖部134a分開的第二尖部134b，并且尖部134布置在密封構(gòu)件130的部件之中最接近葉片122的位置處。
[0045]多個流動通道132a形成在密封構(gòu)件130的下部132中，以連接到第一尖部134a和第二尖部134b之間的空間，從而將葉片122和密封構(gòu)件130之間的空間連接到第一空間130ao
[0046]第一空間130a是來自形成在密封安裝槽114中的入口 114a被壓縮的燃氣被引入到其中的空間。第一空間130a朝向殼體110的后方敞開，使得開口部面對入口 114a，同時第一空間130a朝向殼體110的前方的部分通過連接部133被封閉。
[0047]彈性構(gòu)件140將殼體110彈性地連接到密封構(gòu)件130。
[0048]彈性構(gòu)件140的一端固定到殼體110中的密封安裝槽114的內(nèi)表面，并且彈性構(gòu)件140的另一端固定到密封構(gòu)件130的上部131。
[0049]彈性構(gòu)件140由具有不同于殼體110的材料的熱膨脹系數(shù)的材料形成，因此，根據(jù)潤輪設備100的運轉(zhuǎn)而變化的殼體110的熱行為(thermal behav1r)和彈性構(gòu)件140的熱行為可彼此不影響。結(jié)果，連接到彈性構(gòu)件140的密封構(gòu)件130的熱行為可不受殼體110的熱行為的影響，因此容易控制密封構(gòu)件130。
[0050]然而，示例性實施例不限于此。S卩，殼體110的材料可具有與彈性構(gòu)件140的材料相同的熱膨脹系數(shù)。
[0051]雖然本實施例中的彈性構(gòu)件140是片簧，但是示例性實施例不限于此。即，不具體地限定彈性構(gòu)件140，只要彈性構(gòu)件140將殼體110彈性地連接到密封構(gòu)件130即可。例如，彈性構(gòu)件140可呈螺旋彈簧形狀。
[0052]框架150用作渦輪設備100的框架結(jié)構(gòu)。
[0053]雖然本實施例中的渦輪設備100包括框架150，但是示例性實施例不限于此。SP，根據(jù)本實施例的渦輪設備100可不包括框架150，從而殼體110可用作渦輪設備100的框架結(jié)構(gòu)。在這種情況下，殼體110不僅形成渦輪設備100的外表面，而且形成為朝向渦輪設備100的內(nèi)部延伸，以執(zhí)行框架150的作用。
[0054]用于支撐旋轉(zhuǎn)軸121的軸承151安裝在框架150上，并且殼體110也安裝在框架150 上。
[0055]現(xiàn)在將描述根據(jù)示例性實施例的渦輪設備100的操作。
[0056]當用戶起動渦輪設備100時，高溫高壓燃氣通過殼體110的進口 111進入、通過流經(jīng)噴嘴葉片113而膨脹、并沖擊葉片122。因此，葉片122旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生動力。
[0057]根據(jù)本實施例，用戶可提高密封性能，并同時通過最優(yōu)地控制密封構(gòu)件130和轉(zhuǎn)子120的葉片122之間的間隙來防止葉片122的邊緣部122t和密封構(gòu)件130之間的碰撞(摩擦現(xiàn)象)?，F(xiàn)在將參照圖5描述通過控制密封構(gòu)件130的運動來控制密封構(gòu)件130和轉(zhuǎn)子120的葉片122之間的間隙的操作。
[0058]圖5是根據(jù)示例性實施例的用于描述渦輪設備100的密封組件的操作的示意圖。
[0059]在渦輪設備100的運轉(zhuǎn)期間，高壓燃氣從葉片122的前方經(jīng)由空間③流動到空間④，并向密封構(gòu)件130施加力Pl和力P2，力Pl迫使密封構(gòu)件130向后方(x軸的正向)運動，并且力P2迫使密封構(gòu)件130向上方(y軸的正向)運動。結(jié)果，密封構(gòu)件130可能會過多地向上方(y軸的正向)運動并且也可能會過多地向后方(X軸的正向)運動，從而根據(jù)密封安裝槽114的內(nèi)表面和密封構(gòu)件130之間的碰撞可能在A點和B點處發(fā)生阻塞現(xiàn)象。
[0060]然而，在本實施例中，用戶可通過形成在密封安裝槽114中的入口 114a引入具有適當壓力的被壓縮的燃氣，以控制密封構(gòu)件130和轉(zhuǎn)子120的葉片122之間的間隙。通過這樣做，引入的被壓縮的燃氣流動到密封構(gòu)件130的第一空間130a(空間①)中，流動到第一空間130a中的被壓縮的燃氣經(jīng)由流動通道132a運動到第一尖部134a和第二尖部134b之間的空間，使得第一空間130a (空間①)中的壓力和空間②中的壓力彼此平衡,從而力P3使密封構(gòu)件130向前方(X軸的負向)運動。
[0061]因此，用戶可通過考慮力P2和彈性構(gòu)件140在γ軸方向上的彈力來選擇彈性構(gòu)件140的形狀和材料并通過考慮在X軸方向上的力Pl和力P3來調(diào)節(jié)流經(jīng)入口 114a的被壓縮的燃氣的壓力大小而最優(yōu)地控制密封構(gòu)件130的運動。
[0062]更詳細地講，用戶可選擇彈性構(gòu)件140的彈性系數(shù)、形狀和材料，并且可確定流經(jīng)入口 114a的被壓縮的燃氣的壓力，以通過反復地進行實驗和仿真來獲取最大的密封性能，并且可基于實驗和仿真的結(jié)果而最優(yōu)地操作渦輪設備100。
[0063]例如，用戶可適當?shù)卣{(diào)節(jié)流經(jīng)入口 114a的被壓縮的燃氣的壓力來使力Pl和P3平衡，從而使密封構(gòu)件130沿X軸方向自由地運動。
[0064]在本實施例中，由于密封構(gòu)件130的熱行為因彈性構(gòu)件140的結(jié)構(gòu)和材料的緣故而不受殼體110的熱行為的影響，所以可容易地控制密封構(gòu)件130的運動(如下所述)。
[0065]在渦輪設備100開始運轉(zhuǎn)之后，當渦輪設備100的溫度升高時，由于殼體110包圍轉(zhuǎn)子120的結(jié)構(gòu)特性使得殼體110的熱膨脹速度快于轉(zhuǎn)子120的熱膨脹速度。因此，殼體110的內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子120之間的間隙暫時變寬。然而，由于在本實施例中使用具有不同于殼體110的熱膨脹系數(shù)的彈性構(gòu)件140來安裝密封構(gòu)件130，因此密封構(gòu)件130的熱行為不受殼體110的熱行為的影響。因此，根據(jù)本實施例，當控制密封構(gòu)件130的運動時，可盡可能地減小由熱膨脹導致的影響。
[0066]此外，當渦輪設備100的運轉(zhuǎn)將要結(jié)束時，渦輪設備100的溫度降低，并且在這種情況下，由于殼體I1包圍轉(zhuǎn)子120的結(jié)構(gòu)特性使得殼體110的熱還原(thermalreduct1n)速度快于轉(zhuǎn)子120的熱還原速度。因此，殼體110的內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子120之間的間隙暫時過窄。然而，由于在本實施例中使用具有不同于殼體110的熱膨脹系數(shù)的彈性構(gòu)件140來安裝密封構(gòu)件130，因此密封構(gòu)件130的熱行為不受殼體110的熱行為的影響。因此，根據(jù)本實施例，當控制密封構(gòu)件130的運動時，可盡可能地減小由熱膨脹導致的影響。
[0067]如上所述，根據(jù)示例性實施，用戶可通過考慮力P2和彈性構(gòu)件140在γ軸方向上的彈力來選擇彈性構(gòu)件140的形狀和材料并通過考慮在X軸方向上的力Pl和力P3來調(diào)節(jié)流經(jīng)入口 114a的被壓縮的燃氣的壓力大小而最優(yōu)地控制密封構(gòu)件130的運動。即，用戶可通過最優(yōu)地控制密封構(gòu)件130的運動來獲得最佳密封性能，從而提高了渦輪設備100的性能并防止摩擦現(xiàn)象的發(fā)生。
[0068]此外，由于密封構(gòu)件130的熱行為因彈性構(gòu)件140的結(jié)構(gòu)和材料的緣故而不受殼體110的熱行為的影響，因此能夠容易地控制密封構(gòu)件130的運動。
[0069]雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實施例具體示出和描述了本發(fā)明，但本領域的普通技術人員將理解的是，在不脫離由權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在形式上和細節(jié)上做出各種變型。
[0070]產(chǎn)業(yè)上的可應用性
[0071]根據(jù)示例性實施例的一方面，提供一種渦輪密封組件和渦輪設備。
【權利要求】
1.一種渦輪密封組件，包括: 密封安裝槽，形成在殼體內(nèi)部； 至少一個密封構(gòu)件，具有沿葉片方向形成的至少一個尖部，并且所述至少一個密封構(gòu)件安裝在所述密封安裝槽中； 至少一個彈性構(gòu)件，用于將所述殼體彈性地連接到所述密封構(gòu)件， 其中，用于使被壓縮的燃氣流入的入口形成在所述密封安裝槽中， 其中，壓縮燃氣進入的第一空間形成在所述密封構(gòu)件中，并且將所述第一空間連接到葉片和所述密封構(gòu)件之間的空間的至少一個流動通道形成在所述密封構(gòu)件中。
2.根據(jù)權利要求1所述的渦輪密封組件，其中，所述彈性構(gòu)件是片簧。
3.根據(jù)權利要求1所述的渦輪密封組件，其中，所述彈性構(gòu)件的材料的熱膨脹系數(shù)不同于所述殼體的材料的熱膨脹系數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1所述的渦輪密封組件，其中，所述第一空間在所述葉片的前方被封閉。
5.根據(jù)權利要求1所述的渦輪密封組件，其中，所述入口連接到與壓縮機相連接的壓縮燃氣管。
6.一種渦輪設備，包括: 殼體，密封安裝槽形成在所述殼體中； 轉(zhuǎn)子，安裝在所述殼體內(nèi)部，并且所述轉(zhuǎn)子具有多個葉片； 至少一個密封構(gòu)件，具有沿葉片方向形成的至少一個尖部，并且所述至少一個密封構(gòu)件安裝在所述密封安裝槽中； 至少一個彈性構(gòu)件，用于將所述殼體彈性地連接到所述密封構(gòu)件， 其中，用于使被壓縮的燃氣流入的入口形成在所述密封安裝槽中， 其中，被壓縮的燃氣進入的第一空間形成在所述密封構(gòu)件中，并且將所述第一空間連接到葉片和所述密封構(gòu)件之間的空間的所述一個流動通道形成在所述密封構(gòu)件中。
7.根據(jù)權利要求6所述的渦輪設備，其中，所述尖部包括第一尖部和與所述第一尖部分開形成的第二尖部，并且 所述第一尖部和所述第二尖部之間的空間連接到所述流動通道。
8.根據(jù)權利要求6所述的渦輪設備，其中，所述彈性構(gòu)件的材料的熱膨脹系數(shù)不同于所述殼體的材料的熱膨脹系數(shù)。
9.根據(jù)權利要求6所述的渦輪設備，其中，所述第一空間在所述葉片的前方被封閉。
10.根據(jù)權利要求6所述的渦輪設備，其中，所述入口連接到與壓縮機相連接的壓縮燃氣管。
【文檔編號】F02C7/28GK104145106SQ201380011686
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年2月13日 優(yōu)先權日:2012年2月29日
【發(fā)明者】林攢善 申請人:三星泰科威株式會社