專利名稱：用以密封間隙的密封件和具有密封件的燃?xì)廨啓C(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用以密封間隙的密封件，且設(shè)置在間隔開(kāi)的第一和第二組件之間，尤其是類似燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪機(jī)。本發(fā)明還涉及一種具有密封件的燃?xì)廨啓C(jī)。
背景技術(shù)：
在工廠中，尤其是在熱能機(jī)械和化工裝置中，由于要利用不同的流體，就有必要保持這些流體在裝置里彼此分開(kāi)。例如在熱能動(dòng)力裝置中，熱燃?xì)獾牧鲃?dòng)區(qū)域就和低溫的冷卻氣體的流動(dòng)區(qū)域相隔密封開(kāi)來(lái)。在燃?xì)廨啓C(jī)中，渦輪的輸入溫度高達(dá)1000℃，燃?xì)廨啓C(jī)的的個(gè)體部件也發(fā)生熱膨脹，這樣相鄰的部件有時(shí)彼此間隔開(kāi)，通過(guò)利用間隙防止高熱應(yīng)力產(chǎn)生和相互碰撞。上述的間隙將構(gòu)成上述冷熱氣體流動(dòng)區(qū)域之間的連接部分。很有利的是，將上述間隙密封可以減小冷氣流動(dòng)到上述熱氣的流動(dòng)區(qū)域，從而防止降低熱氣流動(dòng)區(qū)域的溫度。
美國(guó)專利No.3,341,172和No.2,991,045描述了一種帶有外殼和兩段式內(nèi)殼的燃?xì)廨啓C(jī)，并具有一截面為細(xì)長(zhǎng)C型的密封件，用以密封上述兩段內(nèi)殼之間的間隙。在內(nèi)殼和外殼之間設(shè)置有一環(huán)形間隙，用以導(dǎo)引冷卻流體。上述驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)的熱氣在內(nèi)殼內(nèi)流動(dòng)。
美國(guó)專利No.4,537,024描述了一種燃?xì)廨啓C(jī)，利用軸向和徑向密封件將噴嘴結(jié)構(gòu)密封。上述密封件防止流經(jīng)噴嘴的熱氣滲透到熱氣管外的燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)。密封件的構(gòu)型從截面上看近似于壓片。
美國(guó)專利No.5,975,844描述了一種裝置，包括兩相互熱運(yùn)動(dòng)的元件，每一都包括設(shè)置有彼此相對(duì)的密封件的槽。該密封件沿著主溝槽密封元件之間的縫隙。其包括第一端，相對(duì)第一端的第二端和中部區(qū)域，截面垂直于主溝槽，沿中心線的中部區(qū)域設(shè)置在上述端部之間，密封件具有齒形第一表面。
美國(guó)專利No.5,657,998涉及一種氣路泄漏密封，用以通常密封相隔的燃?xì)廨啓C(jī)第一、第二部件之間的氣路泄漏，尤其是燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室殼的第一和第二部分。該密封包括一通常無(wú)孔的薄層組合，主要材料可選為金屬，陶瓷和聚合物。上述薄層不透氣，并設(shè)置在氣路泄漏間隙處。上述薄層在長(zhǎng)度方向具有一第一薄層。上述氣體泄漏密封還進(jìn)一步包括一織物層覆蓋和接觸整個(gè)第一薄層外表面，其材料可選為金屬，陶瓷和聚合物。優(yōu)選的是，上述織物層集合具有兩層，彼此厚度為10-25微米。上述織物層均為編制織物層，每一都包括高溫鎳基超合金，例如Inconel X-750。該密封機(jī)構(gòu)固定在燃?xì)廨啓C(jī)相鄰零件的溝槽內(nèi)，或者被引入燃燒室的U型法蘭內(nèi)，或用于雙密封裝置或多密封裝置。在另一完全設(shè)置在泄漏間隙內(nèi)的密封件中，密封效果是通過(guò)接觸間隙內(nèi)的表面，插入槽內(nèi)或和另一密封件相接觸而獲得。根據(jù)美國(guó)專利No.5,657,998，相比傳統(tǒng)的金屬剛性密封件，該具有兩層的密封件可以將氣路泄漏從2.4％減少為1.0％。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種密封間隙的密封件，尤其是一種渦輪機(jī)械氣路泄漏間隙的密封件，例如燃?xì)廨啓C(jī)。本發(fā)明的另一個(gè)目的就是提供一種具有一密封件的燃?xì)廨啓C(jī)。
根據(jù)本發(fā)明，前述的其他目的也將得以實(shí)現(xiàn)。一種用以密封第一部件和第二部件之間間隙的密封件，第一部件具有第一表面，第二部件具有第二表面，并和第一部件相間隔，上述密封件包括一支撐結(jié)構(gòu)，和一覆蓋至少部分支撐結(jié)構(gòu)的密封結(jié)構(gòu)。上述支撐結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)接觸件，每一接觸件用以將密封結(jié)構(gòu)的一部分和上述表面相接觸，從而使之可以隨動(dòng)于上述表面的變形和/或運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明還考慮到在裝置中，零件會(huì)暴露于不同的溫度，不同的熱膨脹和變形中的情況。舉例來(lái)說(shuō)在爐中或更熱的腔中，例如燃?xì)廨啓C(jī)中，這些暴露于熱氣中的零件在裝置靜止的過(guò)程中，暴露在溫度高于零件的環(huán)境中，尤其是側(cè)壁零件，不直接暴露在熱氣中。零件間熱膨脹的差別需要由零件間的間隙來(lái)補(bǔ)償。在燃?xì)廨啓C(jī)中，經(jīng)常有必要防止熱氣流經(jīng)上述間隙，這是因?yàn)殚g隙后的零件不能承受熱氣中的高溫。所以在高壓下，需要有冷氣，而不是熱氣供給上述間隙。上述冷氣作為泄漏氣體流經(jīng)上述間隙，從而防止熱氣流過(guò)間隙。在燃?xì)廨啓C(jī)中，高壓冷氣來(lái)自燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)，由于泄漏到上述間隙中的氣體不能用于燃燒，因此會(huì)減低燃?xì)廨啓C(jī)的效率。為了減小泄漏量，通常利用密封件來(lái)密封上述間隙。而且上述間隙形狀曲面越大，合適密封件的設(shè)計(jì)和制造就越困難，間隙的橫向運(yùn)動(dòng)越大，密封件與之接觸的表面溫度就越高。甚至當(dāng)表面不平時(shí)，尤其是松弛或非彈性變形時(shí)，情況就越來(lái)越復(fù)雜。
根據(jù)本發(fā)明的密封件，當(dāng)密封結(jié)構(gòu)接觸上述表面時(shí)，上述接觸件相關(guān)于第一和第二部件的變形和運(yùn)動(dòng)，因此可以防止冷氣流經(jīng)密封機(jī)構(gòu)和表面之間。選擇合適的材料用以支撐結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)，上述密封件可以用在500℃以上，高達(dá)1300℃的溫度。不像其它密封件，為單件金屬密封或金屬刷密封，僅僅能覆蓋間隙的某一部分運(yùn)動(dòng)或者成本昂貴，需要大量空間，僅僅能用于曲面較小的表面，根據(jù)本發(fā)明的密封件卻制造簡(jiǎn)單，成本經(jīng)濟(jì)，可以應(yīng)對(duì)曲面以及階梯表面，并能隨動(dòng)于間隙或表面的運(yùn)動(dòng)和變形。
根據(jù)本發(fā)明，密封結(jié)構(gòu)的密封功能和支撐結(jié)構(gòu)的彈性變形性能是分開(kāi)的，利用至少兩個(gè)接觸件，密封件比單件金屬密封件硬度低，其中金屬結(jié)構(gòu)也可以完成密封功能。優(yōu)選的是，每一接觸件都能獨(dú)立的變形和運(yùn)動(dòng)，就有可能在不平的表面變形較大。這些表面也可以帶有階梯，可以為燃?xì)廨啓C(jī)中的元件，例如葉片，燃燒腔中的熱屏蔽元件。
根據(jù)本發(fā)明密封件的另一特點(diǎn)，密封結(jié)構(gòu)包括一金屬和/或陶瓷纖維制成的套。利用該套，形成彈性殼變形部分，從而獲得良好的密封性能。陶瓷纖維以及某些金屬纖維可以用于高達(dá)1200℃的溫度或更高。密封件用以密封渦輪機(jī)械，燃燒器部分等裝置，暴露在熱氣中。密封件是否透氣，要取決于上述套的結(jié)合尺寸，所以冷氣流經(jīng)套，冷卻上述纖維，這就使得冷卻密封件。而且靠近間隙、并在冷氣區(qū)域以外的燃?xì)廨啓C(jī)零件以及區(qū)域也可以通過(guò)冷氣滲透密封結(jié)構(gòu)冷卻。
根據(jù)另一特點(diǎn)，密封結(jié)構(gòu)包括陶瓷纖維織物，陶瓷纖維帶，陶瓷纖維套或陶瓷纖維墊。優(yōu)選的是，陶瓷纖維主要由象氧化鋯(ZrO2)，二氧化硅(SiO2)或氧化鋁(Al2O3)那樣的材料構(gòu)成。可以理解，這些陶瓷材料可以組合，也可以由其他材料，例如氧化釔(Y2O3)加以穩(wěn)定。舉例來(lái)說(shuō)，上述陶瓷纖維可以主要由(重量％)62.5％Al2O3，24.5％SiO2，13％帶有莫來(lái)石晶相和非晶或單獨(dú)非晶的B2O3；70％Al2O3，28％SiO2，2％具有γ-Al2O3、莫來(lái)石和非晶SiO2的B2O3；73％Al2O3，27％具有γ-Al2O3和非晶SiO2的SiO2；89％Al2O3，10％ZrO2，1％具有α-Al2O3和氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯的Y2O3；85％Al2O3，15％具有α-Al2O3和莫來(lái)石的SiO2；＞99％Al2O3作為α-Al2O3。這樣的陶瓷纖維材料可以為3M(明尼蘇達(dá)州，礦業(yè)制造公司)生產(chǎn)，St.Paul，明尼蘇達(dá)州，美國(guó)，商標(biāo)為“Nextel”。陶瓷纖維制造以及包括陶瓷纖維的套制造，已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。所以包括陶瓷纖維的合適套能夠完成特定的性能，尤其是耐熱性能高達(dá)1200℃到大約1372℃，彈性和其他機(jī)械特性也可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員所選擇，從而提供一種密封結(jié)構(gòu)，束縛并正好覆蓋上述支撐結(jié)構(gòu)。其他的例如多孔性和透氣度也可以設(shè)置在預(yù)定的范圍。
根據(jù)另一特點(diǎn)，密封結(jié)構(gòu)包括金屬纖維織物，金屬纖維帶，金屬纖維陶板或金屬纖維墊。由于金屬纖維可延展，并不易脆，所以它們彈性和塑性變形性能良好，并可形成一套，具有高耐熱和機(jī)械載荷。優(yōu)選的是，金屬纖維包括超合金，尤其是鎳基，鈷基或鐵基超合金。
根據(jù)另外的特點(diǎn)，密封結(jié)構(gòu)寬松地和上述支撐結(jié)構(gòu)相連接。上述密封結(jié)構(gòu)優(yōu)選為和上述支撐結(jié)構(gòu)分開(kāi)制造。在制造以后，將支撐結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)部分和密封結(jié)構(gòu)相接觸，用以覆蓋。所以優(yōu)選的是，和支撐結(jié)構(gòu)寬松地接觸，并從支撐結(jié)構(gòu)上去掉。在后者過(guò)程中，在利用一新套，保養(yǎng)渦輪機(jī)械時(shí)，可以很容易的替換。在一個(gè)實(shí)施例中，密封結(jié)構(gòu)作為上述支撐機(jī)構(gòu)的套，所以支撐結(jié)構(gòu)的所有表面都被纖維套所環(huán)繞。而且也有可能提供一陶瓷纖維密封結(jié)構(gòu)，例如一層，束縛在支撐結(jié)構(gòu)上。
根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，上述支撐結(jié)構(gòu)由金屬組成，尤其是金屬板組成。支撐結(jié)構(gòu)使得上述接觸件可以單一制造，例如可以簡(jiǎn)單地切割上述金屬而獲得。合適的金屬可以承受高溫，例如類似鉻鋼的高溫鋼或基于鎳或鈷的高溫合金。上述金屬件可以沿著中心線延展，裂縫和/或凹槽平行和或垂直中心線，而和接觸件，尤其是桶狀接觸件的變形無(wú)關(guān)。這樣的金屬件還可以沿著中心線或環(huán)繞中心線彎曲，從而很容易的獲得圓柱形或環(huán)形形狀。帶有裂縫和/或凹槽的支撐結(jié)構(gòu)就減小了硬度。在施加相同的內(nèi)應(yīng)力的情況下，相比較結(jié)構(gòu)越硬，變形越大。
根據(jù)另一特點(diǎn)，支撐結(jié)構(gòu)具有曲面形式，尤其是U型，開(kāi)口環(huán)形或環(huán)形。當(dāng)和上述表面相接觸的時(shí)候，曲面支撐結(jié)構(gòu)可以預(yù)壓緊，上述表面將支撐結(jié)構(gòu)壓緊或使得上述支撐結(jié)構(gòu)膨脹，從而使得表面的變形隨動(dòng)于上述接觸件，而并不和上述表面脫離接觸。
根據(jù)另一附加的特點(diǎn)，支撐結(jié)構(gòu)具有一框架部分部分，上述接觸件通過(guò)分支部分與其相連，分支部分離開(kāi)上述框架部分延伸。接觸件具有桶狀形式，和接觸件相連的分支部分可以確保接觸件以三維的方式進(jìn)行變形和運(yùn)動(dòng)。上述分支部分和接觸件還可以扭轉(zhuǎn)和彎曲。
上述分支部分可以形成有中部以及雙臂彈簧。在這樣的彈簧中，每一分支部分形成彈簧的一個(gè)臂。在中部，彈簧可以彎曲形成一個(gè)或多個(gè)回路。利用中部，上述彈簧和上述框架部分相連，框架部分具有合適的開(kāi)口，鉤部等。上述彈簧由任何合適的線制成，優(yōu)選為金屬線，而接觸件可以形成一彎曲線部。優(yōu)選的是，上述分支部分和接觸件都為彈性可延展。
根據(jù)另一個(gè)特點(diǎn)，上述支撐結(jié)構(gòu)具有至少兩個(gè)不同長(zhǎng)度的分支部分。使分支部分具有不同的長(zhǎng)度，在表面具有階梯、溝槽、凹槽或凸緣需要密封的時(shí)候尤其有用。
根據(jù)一個(gè)伴隨的特點(diǎn)，上述密封件包括一繃緊件，用以緊固上述密封結(jié)構(gòu)，定位于兩相鄰接觸件之間。優(yōu)選的是，繃緊件包括一彈簧，尤其是一彈簧環(huán)。將繃緊件用以緊固上述密封結(jié)構(gòu)，可以確保在不同的操作、溫度以及長(zhǎng)工作時(shí)間條件下，密封結(jié)構(gòu)和上述表面緊密接觸，密封件保持良好的密封效果。尤其是在密封件中，支撐結(jié)構(gòu)由一套所環(huán)繞。該套可以形成一褶狀物(pleat)，通過(guò)上述繃緊件的張力拉伸變得平滑。該繃緊件可以和密封件固定連接。尤其是密封結(jié)構(gòu)或繃緊件可以從密封件上拆卸。因此密封件可以包括兩個(gè)或三個(gè)不同的部分(密封結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)，繃緊件)，用以完成不同的功能，而且各自隔開(kāi)，尤其是在修理、保養(yǎng)的時(shí)候可以用其它相兼容的零件替換。
根據(jù)另一特點(diǎn)，密封件被置于熱氣腔中，用以密封一間隙。上述熱氣腔具有一由壁結(jié)構(gòu)環(huán)繞的熱氣流動(dòng)區(qū)域，壁結(jié)構(gòu)包括具有第二表面的第二部件。一具有第一表面的第一部件和上述壁結(jié)構(gòu)相連。第一表面面對(duì)壁結(jié)構(gòu)。第一和第二部件之間，尤其是第一和第二表面之間形成有間隙。上述密封結(jié)構(gòu)和第二部件的第二表面以及第一部件的第一表面相接觸，從而密封上述間隙。優(yōu)選的是上述熱氣腔是燃?xì)廨啓C(jī)的一部分，尤其是一燃燒室或一渦輪機(jī)部分。上述燃燒室可以是一個(gè)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，汽車或潛水艇的渦輪機(jī)等。也可以是固定燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，尤其是用以產(chǎn)生電能的燃?xì)廨啓C(jī)。上述燃燒室可以為環(huán)形腔或罐狀腔，在上述燃?xì)廨啓C(jī)中，可以利用兩個(gè)或更多的罐狀腔。在燃?xì)廨啓C(jī)中具有多個(gè)燃燒器部分，每個(gè)燃燒器部分都通過(guò)一單獨(dú)導(dǎo)管或罐和渦輪機(jī)部分相連，如上所述的密封件用以密封上述熱氣進(jìn)入渦輪機(jī)部分的渦輪機(jī)進(jìn)氣口，位于渦輪進(jìn)氣口附近的每一導(dǎo)管(罐)使得熱氣從燃燒器部分流向渦輪進(jìn)氣口。
根據(jù)另一進(jìn)一步的特點(diǎn)，密封件密封一間隙，其中第一部件為一燃燒室的熱屏蔽元件或渦輪機(jī)部分的遮板。在環(huán)形燃燒腔中，金屬熱屏蔽元件可以為曲面形式，使得帶有接觸件的密封件隨動(dòng)于上述熱屏蔽元件的形狀和變形，而且效率很高。在罐狀燃燒室中，密封件優(yōu)選用于密封罐和渦輪機(jī)部分入口之間的區(qū)域。也可以用于密封具有閉環(huán)冷氣回路的金屬熱屏蔽元件和壁結(jié)構(gòu)之間的間隙。
上述密封件也可以用于密封元件間的間隙，上述元件在燃?xì)廨啓C(jī)的徑向方向上并不分開(kāi)，但卻軸向的設(shè)置在周向方向。其中由于泄漏間隙，至少第一和第二部件在周向方向或軸向方向彼此間隔。這些元件具有暴露于熱氣區(qū)域的內(nèi)表面和暴露于冷器區(qū)域的外表面。密封件可以用以密封在軸向方向上第一和第二部件之間的間隙，也可以用于密封周向方向上第一和第二部件之間的間隙。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)目的，還提供一種燃?xì)廨啓C(jī)，具有一由密封件密封的氣體泄漏間隙。燃?xì)廨啓C(jī)包括一具有熱氣流動(dòng)區(qū)域的熱氣腔，一環(huán)繞上述熱氣流動(dòng)區(qū)域的壁結(jié)構(gòu)，該壁結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)具有面對(duì)熱氣流動(dòng)區(qū)域的第二表面的第二部件。至少一個(gè)具有一第一表面的第一部件和上述壁結(jié)構(gòu)相連。第一表面被引向上述壁結(jié)構(gòu)。在第一和第二部件之間形成有間隙，尤其是在第一和第二表面之間形成有間隙。用以密封上述間隙的密封件包括一支撐結(jié)構(gòu)，和覆蓋上述支撐結(jié)構(gòu)至少一部分的密封結(jié)構(gòu)。上述支撐結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)接觸件，每一接觸件將上述密封結(jié)構(gòu)的一部分和上述一個(gè)表面相接觸，并隨動(dòng)于每一表面的變形。上述密封結(jié)構(gòu)進(jìn)一步和上述第二部件的第二表面以及第一部件的第一表面相接觸，從而將上述間隙密封。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)目的，還提供有一種燃?xì)廨啓C(jī)，其具有一在導(dǎo)管和渦輪進(jìn)氣口之間的間隙，上述間隙由一密封件密封。上述渦輪進(jìn)氣口為一開(kāi)口，使得熱氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪機(jī)部分。上述導(dǎo)管和燃燒器部分的一燃燒腔相連，將產(chǎn)生的熱氣供給渦輪進(jìn)氣口。
上述詳細(xì)描述的密封件所有的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)也同樣適用于具有這種密封件的燃?xì)廨啓C(jī)，尤其是密封件具有曲面外框的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，上述密封件與接觸件相隔開(kāi)，從而每一接觸件都通過(guò)分支和上述外框相連。優(yōu)選的是，上述密封件為一環(huán)形套筒的密封結(jié)構(gòu)。
盡管本發(fā)明這里解釋并描述了用以密封間隙的密封件以及燃?xì)廨啓C(jī)，但并不僅僅限定于此，在不偏離權(quán)利要求的精神和本發(fā)明的范圍內(nèi)，不同的修改和結(jié)構(gòu)變化都是可以的。
參考下列特定實(shí)施例中的描述并結(jié)合附圖，將可以更好的理解本發(fā)明上述密封件和燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)以及其他的目的和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是燃?xì)廨啓C(jī)的局部縱向剖視簡(jiǎn)圖；圖2是燃?xì)廨啓C(jī)中密封件的局部放大截面視圖；圖3是密封件的密封結(jié)構(gòu)的局部平面圖；圖4是密封件沿圖3中線III-III的截面圖；圖5是密封結(jié)構(gòu)沿圖3中線III-III卷開(kāi)的局部視圖；圖6是環(huán)形密封件的透視圖；圖7是燃?xì)廨啓C(jī)局部縱向剖視簡(jiǎn)圖；圖8是圖7中燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器部分的透視圖；圖9是密封件的支撐結(jié)構(gòu)的透視圖；圖10是圖9中的支撐結(jié)構(gòu)卷開(kāi)的視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)參考附圖，尤其是圖1，以截面圖示出了燃?xì)廨啓C(jī)(下面也同樣稱之為燃?xì)廨啓C(jī))22沿著主軸線14的上部分。上述汽輪機(jī)22沿上述主軸線14具有一壓縮機(jī)(沒(méi)有進(jìn)一步表述)、燃燒腔19和渦輪機(jī)部分17。燃燒腔19和渦輪機(jī)部分17形成熱氣腔23，通過(guò)燃燒空氣和燃料在燃燒腔19內(nèi)產(chǎn)生的熱氣24流過(guò)上述熱氣腔。渦輪機(jī)部分17中，沿著主軸線14，導(dǎo)引葉片16和活動(dòng)葉片15交替設(shè)置。上述導(dǎo)引葉片16垂直于主軸線14，并沿著燃?xì)廨啓C(jī)22的外周設(shè)置，從而形成一圓。
燃?xì)廨啓C(jī)22包括一相應(yīng)壁結(jié)構(gòu)13，圍繞燃燒腔19和渦輪機(jī)部分17。壁結(jié)構(gòu)13包括各第二部件3，相對(duì)于燃燒腔19詳細(xì)示于圖2中。各第一部件2，裝接到壁結(jié)構(gòu)13并由其圍繞，暴露于熱氣流24。冷氣區(qū)域28形成在各第一部件2，例如導(dǎo)引葉片板12或燃燒腔19的熱屏蔽元件和氣輪機(jī)壁結(jié)構(gòu)13的各第二部件3之間。冷卻氣體25在相應(yīng)冷氣區(qū)域28中通過(guò)冷卻氣體供應(yīng)管線30供送。
各導(dǎo)引葉片16通過(guò)代表第一部件2的導(dǎo)引葉片板12與渦輪機(jī)部分17的壁結(jié)構(gòu)13相連。導(dǎo)引葉片板12也稱為渦輪葉片的遮板或密封條。其目的就是為葉片提供剛性，減小振動(dòng)，并在各階段間提供某種程度上的密封。
相鄰的導(dǎo)引葉片16沿著周向彼此間隔開(kāi)，使得他們基本上可以自由熱膨脹。導(dǎo)引葉片板12將圍繞燃?xì)廨啓C(jī)22主軸線14形成的熱氣區(qū)域11與導(dǎo)引葉片板12和汽輪機(jī)壁結(jié)構(gòu)13的各部件3之間形成的冷氣區(qū)域28分隔開(kāi)。上述轉(zhuǎn)動(dòng)葉片15垂直于主軸線14徑向向外延伸，并完全處于熱氣區(qū)域11之內(nèi)，該熱氣區(qū)域11由也稱為密封環(huán)各部件的多個(gè)第一部件2環(huán)沿著燃?xì)廨啓C(jī)22的圓周和上述冷氣區(qū)域28分隔開(kāi)。上述每一部件2都和轉(zhuǎn)動(dòng)葉片15相鄰。為了清楚起見(jiàn)，對(duì)于每一汽輪機(jī)階段僅只一個(gè)導(dǎo)引葉片16、，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)葉片15和密封環(huán)的一個(gè)部件2被示出。相應(yīng)部件2和導(dǎo)引葉片板12在徑向方向(垂直于主軸線14的方向)通過(guò)氣泄漏間隙5(參看圖2)與壁結(jié)構(gòu)13的部件3分隔開(kāi)。
該間隙5由密封件1密封，從而大大防止冷氣25從冷氣區(qū)域28流出而進(jìn)入熱氣區(qū)域11，并防止熱氣24經(jīng)由間隙5流入冷氣區(qū)域28中。
圖2示出了類似于圖1中所示的燃燒室19一部分的放大的截面圖，密封件1位于第一部件2和第二部件3之間，上述第一部件2為燃燒室19的一熱屏蔽元件，上述第二部件3為環(huán)繞燃燒室19的壁結(jié)構(gòu)13的一部分。上述熱屏蔽部件2具有指向壁結(jié)構(gòu)13的第二表面10(也稱為外表面10)的側(cè)壁29，在側(cè)壁29和壁結(jié)構(gòu)13之間，留有寬度為D的氣體泄漏間隙5。上述擋熱部件2具有一第一表面9(也稱為內(nèi)表面)面對(duì)壁結(jié)構(gòu)13和熱氣表面27，熱氣表面27和內(nèi)表面29相對(duì)并暴露于廢熱氣流24。上述內(nèi)表面9以及壁結(jié)構(gòu)13的外表面10可以是彎曲的，可以在暴露于高溫中時(shí)改變其形狀(變形)，或可以具有臺(tái)階等。在上述熱屏蔽部件2和壁部件3之間，特別是內(nèi)外表面9、10之間，設(shè)置有密封件1。在截面圖中(參看圖4)，密封件1的為弧形，在弧形每一側(cè)的端部處具有接觸件8，基本上垂直地背離弧形的端部延伸。在縱向上，密封件1沿中線26彎曲，幾乎限定一圓形。密封件1由纖維制成的網(wǎng)套(sleevingweb)完全環(huán)繞。這些纖維由陶瓷材料或耐熱材料構(gòu)成。因此在某種程度上，取決于網(wǎng)套6的網(wǎng)格尺寸，密封件1是透氣的。上述套6由繃緊件20繃緊，使得其表面與外表面10和內(nèi)表面9緊密接觸，用以密封間隙5。
密封結(jié)構(gòu)4通常不透氣，并具有截面稍彎曲的且在沿中心線26環(huán)狀彎曲的框架部分部分7，其由用鋼板形成的金屬帶制成。選擇用于支撐結(jié)構(gòu)4的金屬優(yōu)選為耐熱鋼或高溫NiCr合金。支撐結(jié)構(gòu)4的寬度大于上述間隙5d寬度D。支撐結(jié)構(gòu)4使密封件1具有良好的機(jī)械硬度和彈性，使得其也經(jīng)受高壓載荷并防止其斷裂成片以及落入間隙的風(fēng)險(xiǎn)。上述支撐結(jié)構(gòu)4由上述套6，尤其是陶瓷纖維覆蓋所有側(cè)面。上述纖維套6限定了一個(gè)撓性并可變形的密封面。上述纖維優(yōu)選地由二氧化硅SiO2，氧化鋁Al2O3的混合物構(gòu)成，例如(按重量％)73％的Al2O3，27％的具有γ-Al2O3的SiO2和非晶SiO2。
在部件2、3之間，限定的冷氣區(qū)域28被供應(yīng)冷氣。冷氣25的壓力高于流經(jīng)熱氣流動(dòng)區(qū)域11內(nèi)的燃?xì)廨啓C(jī)22的熱氣24壓力，所以存在的壓差使得密封件1在某種程度上被冷氣25壓在側(cè)壁29上，緊靠氣體泄漏間隙5。當(dāng)密封結(jié)構(gòu)6在某種程度上透氣時(shí)，冷氣25流經(jīng)套6從而將上述纖維冷卻。這就導(dǎo)致密封件1的透氣冷卻。而且冷氣區(qū)域28外面的間隙5附近的區(qū)域以及各燃?xì)廨啓C(jī)零件也可以冷卻。由于密封件1能夠應(yīng)付內(nèi)表面9和外表面10的變形以及表面9、10的軸向和徑向運(yùn)動(dòng)，保證了氣體泄漏間隙5的有效密封，而且需要的冷流體25的量減少了。通過(guò)這種方式節(jié)約的冷卻氣體25現(xiàn)在可用于燃燒過(guò)程。
圖3沿中心線26示出了根據(jù)圖2的密封件1的支撐結(jié)構(gòu)4一部分的平面視圖。支撐結(jié)構(gòu)4具有框架部分部分7，從而在中線26的兩側(cè)，接觸件8通過(guò)相應(yīng)的分支部分21和框架部分部分7相連，所以接觸件8象桶(vats)一樣連接于框架部分部分7。支撐結(jié)構(gòu)4連同其所有的部分，框架部分部分7、接觸件8和支路部分21都可以由單張金屬板制成。帶有多個(gè)桶狀(vat-like)接觸件8的上述支撐結(jié)構(gòu)4連同分支部分21可彈性變形以順隨第一和第二部件2、3運(yùn)的動(dòng)或變形，從而有效密封上述間隙5。
圖4示出了密封件1沿圖3中線III-III的截面圖。在截面圖中，密封件1具有一U形支撐結(jié)構(gòu)4。從而框架部分部分7形成U型的底部，上述分支部分21形成U型的側(cè)面，在每一分支部分21的端部，接觸件8垂直地背離分支部分21延伸。支撐結(jié)構(gòu)4由上述密封結(jié)構(gòu)6完全套繞。上述密封結(jié)構(gòu)6由繃緊件20繃緊，從而將密封結(jié)構(gòu)6的網(wǎng)套壓入上述U型支撐結(jié)構(gòu)4。因此，上述密封結(jié)構(gòu)6的網(wǎng)套沿中心線26、于框架部分部分7和接觸件8之間的支撐結(jié)構(gòu)4的外側(cè)被繃緊在兩個(gè)相鄰接觸件8之間。
圖5中，示出了沿圖3中線III-III的密封結(jié)構(gòu)4的局部卷開(kāi)視圖。上述桶狀接觸件8通過(guò)分支部分21和框架部分7相連。分支部分21沿分支中心線31對(duì)稱延伸。接觸件8和分支部分21由彈性可變形材料制成，尤其是金屬。由于接觸件8僅只在分支中心線附近連接于分支部分21，因此其具有兩個(gè)臂，可獨(dú)立于分支部分21變形。而且，上述分支部分21自身可以變形，尤其是在垂直于接觸件8的方向。因此，密封結(jié)構(gòu)4可以在接觸件8和表面9、10保持接觸的情況下補(bǔ)償表面9、10的任何運(yùn)動(dòng)或變形。
圖6示出了具有密封結(jié)構(gòu)4的環(huán)形密封件1的透視圖，上述密封結(jié)構(gòu)4包括框架部分部分7，分支部分21和接觸件8。上述密封結(jié)構(gòu)4被引入耐熱纖維網(wǎng)制成的套6中。環(huán)形密封件1的內(nèi)周設(shè)置有彈簧環(huán)20，將上述套6推進(jìn)上述支撐結(jié)構(gòu)4用以繃緊上述套6。
圖7是具有多個(gè)單獨(dú)燃燒器41的燃?xì)廨啓C(jī)22一部分的截面圖，這種燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)例在美國(guó)專利No.5,566,42和5,623,819中描述。如圖示，燃?xì)廨啓C(jī)22具有壓縮機(jī)40用以產(chǎn)生壓縮氣體，從壓縮機(jī)40排出的壓縮氣體被引入位于吊筐42(也稱為燃燒器) (圖7中僅示出一個(gè))內(nèi)的燃燒器41中。壓縮氣體被燃料的燃燒加熱從而產(chǎn)生熱氣24。熱氣24由導(dǎo)管43(也可稱為罐)被導(dǎo)引到渦輪機(jī)部分17。在渦輪機(jī)部分17內(nèi)，熱氣24流經(jīng)交替成排的靜止葉片16和旋轉(zhuǎn)葉片15。上述渦輪機(jī)部分17具有多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣口44，每一進(jìn)氣口配屬于相應(yīng)的一個(gè)導(dǎo)管43。導(dǎo)管43終止于渦輪機(jī)進(jìn)氣口44附近(參看圖8，提供有相關(guān)的透視圖)。導(dǎo)管43和渦輪機(jī)進(jìn)氣口44的結(jié)構(gòu)配置由密封件1密封。密封件1為環(huán)狀，尤其是近乎矩形環(huán)，以順隨渦輪機(jī)進(jìn)氣口的形狀。圖9示出了密封件1的支撐結(jié)構(gòu)4的局部透視圖。支撐結(jié)構(gòu)4具有框架部分部分7，尤其是金屬條或類似物。上述框架部分部分7具有一形成一開(kāi)口的緊固鉤35，雙臂彈簧34經(jīng)由上述開(kāi)口被配裝到框架部分部分7上。雙臂彈簧34由合適的金屬絲制成并具有一中部36，形成繞過(guò)緊固鉤35的環(huán)圈。中部36連接彈簧34的兩臂，他們形成密封件1的可彈性延展的分支部分21。在每一分支部分21的外端，彈簧36被彎折以形成垂直于分支部分21延伸的各接觸件8。圖10示出了支撐結(jié)構(gòu)4的彈簧34的卷開(kāi)視圖，接觸件8形成一具有長(zhǎng)直部的幾乎橢圓部，該長(zhǎng)直部用以將上述密封結(jié)構(gòu)6接觸于相應(yīng)的表面9、10(參看圖2的實(shí)例)。
權(quán)利要求
1.一種用以密封相互間隔開(kāi)的第一部件(2)和第二部件(3)之間的間隙(5)的密封件(1)，第一部件(2)具有第一表面(9)，第二部件(3)具有相對(duì)的第二表面(10)，密封件(1)包括a)支撐結(jié)構(gòu)(4)，b)至少部分覆蓋上述支撐結(jié)構(gòu)(4)的密封結(jié)構(gòu)(6)，其中，支撐結(jié)構(gòu)(4)包括至少兩個(gè)接觸件(8)，每一接觸件(8)用以使密封結(jié)構(gòu)(6)的一部分和所述表面(9，10)之一相接觸并能夠順隨所述表面(9，10)的變形和/或運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的密封件(1)，其特征在于，密封結(jié)構(gòu)(6)包括具有金屬和/或陶瓷纖維的網(wǎng)。
3.如權(quán)利要求2所述的密封件(1)，其特征在于，密封結(jié)構(gòu)(6)包括陶瓷纖維織物，陶瓷纖維帶，陶瓷纖維套或陶瓷纖維墊。
4.如權(quán)利要求2或3所述的密封件(1)，其特征在于，密封結(jié)構(gòu)(6)包括由ZrO2，SiO2和/或Al2O3構(gòu)成的陶瓷纖維。
5.如權(quán)利要求2所述的密封件(1)，其特征在于，密封結(jié)構(gòu)(6)包括金屬纖維織物，金屬纖維帶，金屬纖維套或金屬纖維墊。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的密封件(1)，其特征在于，密封結(jié)構(gòu)(6)包括由超合金，尤其是鎳基、鈷基或鐵基超合金構(gòu)成的金屬纖維。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的密封件(1)，其特征在于，密封結(jié)構(gòu)(6)松馳地連接于支撐結(jié)構(gòu)(4)。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的密封件(1)，其特征在于，上述支撐結(jié)構(gòu)(4)由金屬尤其是金屬板構(gòu)成。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的密封件(1)，其特征在于，上述支撐結(jié)構(gòu)(4)呈彎曲形狀，尤其是U型、開(kāi)口環(huán)形或環(huán)形。
10.如前述任一權(quán)利要求所述的密封件(1)，其特征在于，上述支撐結(jié)構(gòu)(4)具有框架部分(7)，接觸件(8)通過(guò)分支部分(21)連接于上述框架部分并背離框架部分(7)延伸。
11.如權(quán)利要求10所述的密封件(1)，其特征在于，分支部分(21)和接觸件(8)可彈性變形。
12.如權(quán)利要求10或11所述的密封件(1)，其特征在于，上述支撐結(jié)構(gòu)(4)具有至少兩個(gè)帶有不同長(zhǎng)度的分支部分(21)。
13.如權(quán)利要求10或12所述的密封件(1)，其特征在于，分支部分(21)和中部(36)以其形成一雙臂彈簧(34)，該彈簧(34)在中部(36)處裝接到框架部分(7)上。
14.如前述任一權(quán)利要求所述的密封件(1)，進(jìn)一步包括一繃緊件(20)，用于在兩相鄰接觸件(8)之間繃緊密封結(jié)構(gòu)(6)。
15.如權(quán)利要求14所述的密封件(1)，其特征在于，繃緊件(20)包括一彈簧件，尤其是一簧環(huán)。
16.如前述任一權(quán)利要求所述的密封件(1)，位于一具有一熱氣流動(dòng)區(qū)域(11)的熱氣腔(23)中，上述熱氣腔(23)具有環(huán)繞上述熱氣流動(dòng)區(qū)域(11)并包括具有所述第二表面(10)的第二部件(3)的壁結(jié)構(gòu)(13)，所述第一部件(2)裝接于所述壁結(jié)構(gòu)(13)并具有朝向上述壁結(jié)構(gòu)(13)的第一表面(10)，其中間隙(5)在第一部件(3)和第二部件(3)之間形成，上述密封件(6)與上述第二部件(3)的第二表面(10)以及第一部件(2)的第一表面(9)相接觸，從而將上述間隙(5)密封。
17.如權(quán)利要求16所述的密封件(1)，其特征在于，上述熱氣腔(23)是燃?xì)廨啓C(jī)(22)的一部分，尤其是一燃燒室或一渦輪機(jī)部分。
18.如權(quán)利要求16或17所述的密封件(1)，其特征在于，第一部件(2)是一燃燒室的熱屏蔽元件或渦輪機(jī)部分的遮板件。
19.如權(quán)利要求1-15任一所述的密封件(1)，位于一燃?xì)廨啓C(jī)(22)中，該燃?xì)廨啓C(jī)包括一燃燒器(41)，一具有用于使熱氣(24)進(jìn)入渦輪機(jī)部分(17)的渦輪進(jìn)氣口(44)的渦輪機(jī)部分(17)，一將上述燃燒器(41)連接于渦輪機(jī)部分(17)、用以使熱氣(24)從燃燒器(41)流向渦輪機(jī)部分(17)的導(dǎo)管(43)，第一表面(9)由渦輪進(jìn)氣口(44)形成，第二表面(10)由渦輪進(jìn)氣口(44)附近的導(dǎo)管(43)形成，第一表面(9)和第二表面(10)之間的間隙(5)由密封件(1)密封。
20.一種燃?xì)廨啓C(jī)(22)，包括具有熱氣流動(dòng)區(qū)域(11)的熱氣腔(23)，環(huán)繞上述熱氣流動(dòng)區(qū)域(11)的壁結(jié)構(gòu)(13)，包括至少一個(gè)具有朝向上述熱氣流動(dòng)區(qū)域(11)的第二表面(10)的第二部件(3)，至少一個(gè)第一部件(2)，裝接于壁結(jié)構(gòu)(13)并具有一個(gè)朝向上述壁結(jié)構(gòu)(13)的第一表面(9)，于第一部件(2)和第二部件(3)之間形成的間隙(5)，用于密封上述間隙(5)的密封件(1)，上述密封件(1)包括a)支撐結(jié)構(gòu)(4)，b)至少部分覆蓋上述支撐結(jié)構(gòu)(4)的密封結(jié)構(gòu)(6)，其中，支撐結(jié)構(gòu)(4)包括至少兩個(gè)接觸件(8)，每一接觸件(8)用以使密封結(jié)構(gòu)(6)的一部分與所述表面(9，10)之一相接觸并能夠順隨上述相應(yīng)表面(9，10)的變形，上述密結(jié)構(gòu)(6)與上述第二部件(3)的第二表面(10)以及第一部件(2)的第一表面(9)相接觸，從而將上述間隙(5)密封。
21.一種燃?xì)廨啓C(jī)(22)，包括一燃燒器(41)，一具有用于使熱氣(24)進(jìn)入渦輪機(jī)部分(17)的渦輪進(jìn)氣口(44)的渦輪機(jī)部分(17)，一將上述燃燒器(41)連接于渦輪機(jī)部分(17)、用以使熱氣(24)從燃燒器(41)流向渦輪機(jī)部分(17)的導(dǎo)管(43)，第一表面(9)由渦輪進(jìn)氣口(44)形成，第二表面(10)由渦輪進(jìn)氣口(44)附近的導(dǎo)管(43)形成，使得間隙(5)形成在第一表面(9)和第二表面(10)之間，該間隙由密封件(1)密封，密封件(1)包括a)支撐結(jié)構(gòu)(4)，以及b)至少部分覆蓋上述支撐結(jié)構(gòu)(4)的密封結(jié)構(gòu)(6)，其中，支撐結(jié)構(gòu)(4)包括至少兩個(gè)接觸件(8)，每一接觸件(8)用以使密封結(jié)構(gòu)(6)的一部分與所述表面(9，10)之一相接觸并能夠順隨上述面(9，10)的變形和/或運(yùn)動(dòng)，上述密結(jié)構(gòu)(6)和上述第二表面(10)以及第一表面(9)相接觸，從而將上述間隙(5)密封。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的燃?xì)廨啓C(jī)(22)，其特征在于，上述密封件(1)包括一彎曲框架部分(7)，所述接觸件(8)與其間隔開(kāi)，每一接觸件(8)通過(guò)分支部分(21)和框架部分(7)相連。
23.根據(jù)權(quán)利要求20或22中任一所述的燃?xì)廨啓C(jī)(22)，其特征在于，密封件(1)由套形式的密封結(jié)構(gòu)(6)所環(huán)繞。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尤其是在渦輪機(jī)械中，在間隔的第一部件(2)和第二部件(3)之間，用以密封間隙(5)的密封件(1)，上述第一部件(2)具有一第一表面(9)，第二部件(3)具有一相對(duì)的第二表面(10)。密封件(1)包括支撐結(jié)構(gòu)(4)，以及覆蓋至少部分上述支撐結(jié)構(gòu)(4)的密封結(jié)構(gòu)(6)，支撐結(jié)構(gòu)(4)包括至少兩個(gè)接觸件(8)，每一接觸件(8)用以將密封結(jié)構(gòu)(6)和一個(gè)面(9，10)相接觸，并隨動(dòng)于上述面(9，10)的運(yùn)動(dòng)和/或變形。本發(fā)明還進(jìn)一步涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)(22)，其中在第一表面(9)和第二表面(10)之間形成有一間隙(5)，間隙(5)由上述密封件(1)密封。
文檔編號(hào)F01D11/00GK1539050SQ02815311
公開(kāi)日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2002年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月4日
發(fā)明者阿恩德·賴克特, 阿恩德 賴克特 申請(qǐng)人:西門子公司