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CN101644172A - 用于涡轮机楔形榫的弹性密封件 - Google Patents

用于涡轮机楔形榫的弹性密封件 Download PDF

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CN101644172A CN200910151413A CN200910151413A CN101644172A CN 101644172 A CN101644172 A CN 101644172A CN 200910151413 A CN200910151413 A CN 200910151413A CN 200910151413 A CN200910151413 A CN 200910151413A CN 101644172 A CN101644172 A CN 101644172A
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O·萨慕德拉拉
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General Electric Co
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Abstract

一种用于涡轮机楔形榫键形物(70)的弹性密封系统(120)。该弹性密封系统(120)可包括置于键形物(70)周围的密封槽(130)和置于密封槽(130)内的弹性密封件(100)。该弹性密封件(100)可包括大体上“U”形外形。

Description

用于涡轮机楔形榫的弹性密封件
技术领域
本申请一般地涉及任何类型的涡轮机，尤其涉及借助弹性密封件来密封形成在涡轮机叶片楔形榫和涡轮机转子之间的间隙的系统和方法。
背景技术
燃气涡轮机通常包括具有多个周向间隔的叶片(bucket或blade)的涡轮机转子(轮)。叶片通常可包括翼型、平台、叶柄、楔形榫和其它元件。各叶片的楔形榫置于涡轮机转子内并紧固在其中。翼型伸入热气通道以便将气体动能转化为旋转机械能。多个冷却介质通道可径向延伸经过叶片以便引导经过其的冷却介质的向内和/或向外流动。
由于热负载和/或离心负载的增加，基于楔形榫的键形物(tab)和转子表面之间的间隙，在冷却介质供应回路中可能发生渗漏。从叶片供应回路到轮间隔的空气损失量相对于叶片冷却介质流需求量是明显的。此外，空气可从后来的压缩机级中抽出，使得能量输出和总效率的损失在发动机运行期间是有影响的。
已经做了努力来限制这种渗漏。例如，一种方法包括在楔形榫键形物上沉积铝以便至少部分地填满间隙。具体地，360度环可紧靠楔形榫面的前侧压紧。尽管这种设计密封好且耐用，但这种设计不易拆卸和现场更换。相反地，当整个转子被拆卸时，这些环才可被拆卸。
因此需要一种改良的楔形榫键形物密封系统和方法。这种系统和方法应足能防止渗漏，以便增加整个系统的效率，并可同时现场安装和修理。
发明内容
因而，本申请提供一种用于涡轮机楔形榫键形物(tab)的弹性密封系统。该弹性密封系统可包括置于键形物周围的密封槽和置于密封槽内的弹性密封件。该弹性密封件可包括大致上的“U”形状。
本申请进一步提供一种用于涡轮机楔形榫键形物的弹性密封系统。该弹性密封系统可包括置于键形物周围的密封槽和置于密封槽内的弹性密封件。该密封槽可限定第一分支和第二分支。该弹性密封件可包括面向第二分支的开口。
本申请进一步提供一种密封楔形榫键形物和涡轮机转子之间间隙的方法。该方法包括如下步骤：将弹性密封件置于楔形榫键形物的密封槽内；操作涡轮机以及使弹性密封件膨胀到间隙中。
对于阅读过下文中结合附图进行描述的具体实施方式和附加权利要求的本领域技术人员而言，本申请的这些和其它特征将变得清楚明白。
附图说明
图1A是可用于本文所描述的密封系统的具有叶冠的叶片的透视图；
图1B是可用于本文所描述的密封系统的不具有叶冠的叶片的透视图；
图2是可用于本文所描述的密封系统的转子的透视图；
图3是如本文所描述的弹性密封件的前侧透视图；
图4是图3的弹性密封件的后侧透视图；
图5是图3的弹性密封件的侧视图；
图6是图3的弹性密封件的进一步的侧视图；
图7是图3的安装在楔形榫键形物内的弹性密封件的侧视图；
图8是图3的安装在楔形榫键形物中的弹性密封件的底透视图；
图9是弹性密封件的备选实施例的侧透视图。
部件列表
  10   叶片
  20   转子
  30   翼型
  40   平台
  50   叶柄
  60   楔形榫
  70   第一键形物
  80   第二键形物
  90   间隙
  100   弹性密封件
  110   轴向开口
  120   密封系统
  130   密封槽
  140   第一分支
  150   第二分支
  160   高压侧
  170   低压侧
  180   弹性密封件
  190   径向开口
具体实施方式
现在参考附图，其中，在全部这些视图中相同的数字指相同的元件，图1A示出了可在本文中使用的叶片10。叶片10可以是纽约州斯卡奈塔第市的通用电气公司所售的7FA+e型燃气涡轮机中使用的第一或第二级叶片。任何其它类型的叶片或级也可在本文中使用。叶片10可用于图2所示的转子20。
正如所熟知的那样，叶片10可包括翼型30、平台40、叶柄50、楔形榫60和其它元件。应当了解的是，叶片10是绕涡轮机转子20并且紧固于涡轮机转子20的多个周向间隔叶片10中的一个。图1A的叶片10具有在翼型30的一个末端上的叶冠65。图1B的叶片11没有叶冠。任何其它类型的叶片设计可在本文中使用。
如上所述，转子20可具有多个用于收容叶片10的楔形榫60的槽25。同样地，叶片10的翼型30伸入热气流，以便通过转子20的旋转将气流的动能转化为机械能。楔形榫60可包括从其延伸的第一柄脚(tang)或键形物(tab)70和第二键形物80。类似的设计也可在本文中使用。间隙90可形成在楔形榫60的键形物70、80的末端和转子20之间。高压冷却流可经由间隙90逸出，除非使用某种类型的密封系统。
图3至6示出了本文描述的弹性密封件100。正如所示出的那样，该弹性密封件具有沿其一侧的轴向开口110。也就是说，弹性密封件100很象在外形上移除了一部分的管，以便沿横截面形成大体上“C”形外形。弹性密封件100也可以大体上“U”形外形存在，以便装配在楔形榫键形物70、80内。其它形状和配置可在本文中得到使用。
弹性密封件100用具有弹性特性的耐高温材料制造而成。示例包括镍、铁、或钴的合金、不同类型的不锈钢和其它类型的材料。合金可为钴基超合金，例如Inconnel X-750、A-286和类似材料。弹性密封件100可以是单一元件或者几个段接合在一起。弹性密封件100可通过将一片材料滚压成“C”形外形，然后使“C”形外形形成为最后的设计(例如示出的“U”形外形)而制成。可备选地，弹性密封件100可以形成连续环状物，然后可被铣削以形成“C”形横截面，然后切成两半产生两个(2)“U”形密封件。“U”形外形的使用允许弹性密封件100用于下文将作更详细描述的键形物70、80中。
图7和8示出了本文所描述的弹性密封系统120。弹性密封系统120可置于叶片10的楔形榫60的第一键形物70的内部且在其周围。弹性密封系统120可包括置于第一键形物70内的密封槽130。该密封槽130可围绕第一键形物70周边全部地或部分地延伸。密封槽130的尺寸和形状可以改变。密封槽130可以用传统的加工或其它类型的制造技术形成。弹性密封系统120也可用于第二键形物80和其它地方。
密封槽130在键形物70内限定第一分支140和第二分支150，并且密封槽130位于其二者之间。第一分支140可置于楔形榫60的高压侧160附近。高压侧160可提供叶片冷却空气供应。第二分支150可置于低压侧170的周围，即轮间隔。
弹性密封件100可置于弹性密封系统120的密封槽130内。轴向开口110可面向第二分支150和低压侧170。弹性密封件100的其它取向和配置可在本文中使用。一旦叶片10运转，弹性密封件100膨胀至间隙90中以便阻止或者减少冷却液的损失。具体地，弹性密封件100压紧在组件的上面，并由于其固有弹性而在涡轮机运转时膨胀。
图9示出了弹性密封件180的备选实施例。弹性密封件180与上文的弹性密封件100类似，但弹性密封件180沿其一侧具有径向开口190。具体地，移除或缺少直径的一部分以便形成径向开口190。弹性密封件180可以类似于上文所描述的方式置于密封槽130内。
弹性密封件100、180可以是任何形状或方向，包括那些大体上“E”形、“W”形、“V”形、“O”形或其它常见的密封件形状。开口(例如轴向开口110、径向开口190)等可置于与泄漏通道平行或垂直的地方。其它配置也可在本文中使用。
因此，密封系统100的使用减少了通过间隙90的渗漏。因而，在不使用铝材料的情况下，也可发现密封效率类似于或高于通常使用铝涂层的密封效率。冷却流渗漏的减少提高了整个系统效率。弹性密封系统120可用于其它的密封系统和方法。
应当明白的是，上文仅涉及本申请的某些实施例，在不脱离附加权利要求及其等价物所定义的本发明的一般精神和范围的情况下，本领域技术人员可对本文做出许多改变和修改。

Claims (9)

1.一种用于涡轮机楔形榫键形物(70)的弹性密封系统(120)，包括：
置于键形物(70)周围的密封槽(130)；以及
置于密封槽(130)内的弹性密封件(100)；
所述弹性密封件(100)包括大体上“U”形外形。
2.如权利要求1所述的弹性密封系统(120)，其特征在于，所述弹性密封件(100)包括大体上“C”形的横截面。
3.如权利要求1所述的弹性密封系统(120)，其特征在于，所述弹性密封件(100)包括耐高温材料。
4.如权利要求1所述的弹性密封系统(120)，其特征在于，所述弹性密封件(100)包括不锈钢或镍、铁或钴的合金。
5.如权利要求1所述的弹性密封系统(120)，其特征在于，所述弹性密封件(100)包括轴向开口。
6.如权利要求5所述的弹性密封系统(120)，其特征在于，所述密封槽(130)在所述键形物(70)内限定第一分支(140)和第二分支(150)，并且其中，所述第一分支(140)置于高压侧(160)的周围，且所述第二分支(150)置于低压侧(170)的周围。
7.如权利要求6所述的密封系统(120)，其特征在于，所述轴向开口(110)面向所述第二分支(150)。
8.如权利要求1所述的密封系统(120)，其特征在于，所述弹性密封件(100)包括径向开口(190)。
9.一种密封楔形榫键形物(70)和涡轮机转子(20)之间的间隙(90)的方法，包括：
将弹性密封件(100)置于楔形榫键形物(70)的密封槽(130)内；
操作涡轮机；以及
使弹性密封件(100)膨胀至间隙(90)中。
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