透平密封组件、透平和燃气轮机的制作方法

1.本发明涉及燃气轮机技术领域，具体地，涉及一种透平密封组件、一种应用上述透平密封组件的透平和一种应用上述透平的燃气轮机。


背景技术：

2.透平是燃气轮机的重要部件之一，透平用于将燃烧室燃烧产生的高温燃气的内能转化为机械能。但是相关技术中，燃气轮机的透平的冷气侧的零部件容易被灼伤损坏，降低了燃气轮机的整体运行性能，也降低了燃气轮机运行的安全性和经济性。


技术实现要素：

3.本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
4.相关技术中，透平包括动叶和静叶，以动叶为例，动叶的外周侧设有多个周向间隔排布的护环，多个护环整体呈环形，护环内用于流通高温燃气，护环外用于流通冷气。相关技术中，相邻两个护环之间需要通入压力较高的冷气以阻止高温燃气流至护环外侧的情况，但是通入压力较高的冷气存在消耗过多冷气量的问题，且冷气也容易与冷气掺混，降低了燃气轮机的综合运行性能。
5.相关技术中，研发人员考虑在两个护环的间隔处设置密封条以阻止高温燃气流至护环外侧的情况，此时，密封条和护环之间会形成缝隙，护环外侧的冷气可以经由缝隙流入高温燃气侧，从而起到阻隔高温燃气的作用。但是实际工况下，高温燃气的压力或温度会随着机组负荷的变化而变化，当高温燃气压力或温度较高时，高温燃气依然存在从缝隙处流入冷气侧的情况，从而容易造成冷气侧的零部件的灼伤，降低了燃气轮机的整体运行性能。
6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
7.为此，本发明实施例提出一种透平密封组件，该透平密封组件能够避免透平的冷气侧的零部件容易被灼伤损坏的情况，提升了燃气轮机的整体运行性能。
8.本发明实施例还提出一种应用上述透平密封组件的透平。
9.本发明实施例还提出一种应用上述透平的燃气轮机。
10.本发明实施例的透平密封组件包括：
11.第一件和第二件，所述第一件和所述第二件之间设有流体通道，且所述第一件和所述第二件的至少其中一者设有凹槽，所述凹槽与所述流体通道连通，且所述凹槽的开口尺寸沿着远离所述流体通道的方向逐渐变小；
12.密封件，所述密封件配合在所述第一件和所述第二件之间，所述密封件将所述流体通道分隔为冷气段和燃气段，所述冷气段可供冷气流入，所述燃气段可供燃气流入，部分所述密封件配合在所述凹槽内，所述密封件可在所述冷气和/或所述燃气的压力和/或温度变化时变形，且所述密封件适于通过变形调节所述密封件和所述凹槽的槽壁的间隙大小以保持所述冷气段内的所述冷气向所述燃气段的泄漏。
13.本发明实施例的透平密封组件能够避免透平的冷气侧的零部件容易被灼伤损坏
的情况，提升了燃气轮机的整体运行性能。
14.在一些实施例中，所述凹槽有两个，两个所述凹槽分别为第一槽和第二槽，所述第一槽设于所述第一件，所述第二槽设于所述第二件，所述密封件的一侧配合在所述第一槽内，所述密封件的另一侧配合在所述第二槽内。
15.在一些实施例中，所述密封件包括第一段、第二段和第三段，所述第三段连接在所述第一段和所述第二段之间，所述第一段配合在所述第一槽内，所述第二段配合在所述第二槽内，所述第一段、所述第二段、所述第三段的至少一者可变形。
16.在一些实施例中，所述第三段可弯曲收缩，且所述第三段适于在所述燃气的压力变大和/或温度升高时弯曲收缩以将所述第一段从所述第一槽内拉出、将所述第二段从所述第二槽内拉出。
17.在一些实施例中，在所述燃气的压力变大和/或温度升高时，所述第三段向所述冷气段内隆起。
18.在一些实施例中，所述第一槽具有在所述流体通道的延伸方向上的第一槽宽，所述第一槽宽沿着远离所述流体通道的方向逐渐变小；
19.和/或，所述第二槽具有在所述流体通道的延伸方向上的第二槽宽，所述第二槽宽沿着远离所述流体通道的方向逐渐变小。
20.在一些实施例中，定义所述流体通道的延伸方向为第一方向，定义与所述第一方向垂直的方向为第二方向；
21.所述第一槽具有相对布置的第一内壁和第二内壁，所述第一内壁和所述第二内壁在所述第一方向上的间隔宽度形成所述第一槽宽，所述第一内壁和所述第二方向呈夹角，所述第二内壁和所述第二方向平行；
22.和/或，所述第二槽具有相对布置的第三内壁和第四内壁，所述第三内壁和所述第四内壁在所述第一方向上的间隔宽度形成所述第二槽宽，所述第三内壁和所述第二方向呈夹角，所述第四内壁和所述第二方向平行。
23.在一些实施例中，所述密封件具有相变温度，所述相变温度与所述燃气的温度的下限值一致。
24.在一些实施例中，所述密封件的材质为镍钛合金、镍钴合金、铜锌合金、钛铂合金的其中一种或多种。
25.本发明实施例的透平包括透平密封组件，所述透平密封组件为上述任一实施例中所述的透平密封组件。
26.在一些实施例中，透平包括静叶，所述静叶包括多个叶片，多个所述叶片周向间隔布置，相邻两个所述叶片的其中一者形成所述第一件、其中另一者形成所述第二件，相邻两个所述叶片的间隔形成所述流体通道。
27.在一些实施例中，所述叶片包括叶身、外端板和内端板，所述叶身连接在所述外端板和所述内端板之间，相邻两个所述叶片的的外端板之间设有密封件，且相邻两个所述叶片的内端板之间设有密封件，所述外端板和所述内端板之间用于供燃气通过。
28.在一些实施例中，透平包括动叶和护环，所述护环环绕在所述动叶的外周侧，所述护环包括多个子护环，多个所述子护环周向间隔布置，相邻两个所述子护环的其中一者形成所述第一件、其中另一者形成所述第二件，相邻两个所述子护环的间隔形成所述流体通
道。
29.本发明实施例的燃气轮机包括透平，所述透平为上述任一实施例中所述的透平。
附图说明
30.图1是本发明实施例的透平密封组件的密封件伸展示意图一。
31.图2是本发明实施例的透平密封组件的密封件伸展示意图二。
32.图3是本发明实施例的透平密封组件的密封件收缩示意图一。
33.图4是本发明实施例的透平密封组件的密封件收缩示意图二。
34.图5是本发明实施例的透平的静叶的立体示意图。
35.图6是图5中静叶的主视示意图。
36.图7是图6中静叶的剖视示意图。
37.图8是本发明实施例的透平的动叶和护环的立体示意图。
38.图9是图8中动叶和护环的主视示意图。
39.图10是本发明实施例的透平的局部的动叶和护环的装配示意图。
40.附图标记：
41.第一件1；
42.第二件2；
43.流体通道3；冷气段31；燃气段32；
44.凹槽4；第一槽41；第一内壁411；第二内壁412；第二槽42；第三内壁421；第四内壁422；
45.密封件5；第一段51；第二段52；第三段53；第一密封件501；第二密封件502；
46.叶片6；外端板61；叶身62；内端板63；
47.动叶7；
48.子护环8。
具体实施方式
49.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
50.如图1至图4所示，本发明实施例的透平密封组件包括第一件1，第二件2和密封件5。
51.第一件1和第二件2之间设有流体通道3，且第一件1和第二件2的至少其中一者设有凹槽4，凹槽4与流体通道3连通，且凹槽4的开口尺寸沿着远离流体通道3的方向逐渐变小。
52.如图1所示，第一件1和第二件2可以在左右方向上间隔布置，第一件1和第二件2的间隔形成流体通道3，流体通道3可以供气流通过，也可以供液体通过。
53.第一件1和第二件2可以均设有凹槽4，即凹槽4有两个，两个凹槽4分别为第一槽41和第二槽42，第一槽41设于第一件1，第二槽42设于第二件2，密封件5的左侧可以配合在第一槽41内，密封件5的右侧可以配合在第二槽42内。如图1所示，第一槽41可以设在第一件1的右侧且槽口朝向右侧，第二槽42可以设在第二件2的左侧且槽口朝向左侧。第一槽41和第
二槽42均与流体通道3连通。
54.需要说明的是，第一槽41的槽深方向和第二槽42的槽深均可以沿着左右方向布置，凹槽4的开口尺寸可以为凹槽4在与左右方向垂直的竖直面内的开口大小，其中第一槽41的开口尺寸沿着从左至右的方向逐渐增大，第二槽42的开口尺寸沿着从右至左的方向逐渐变大。
55.可以理解的是，在其他一些实施例中，可以仅在第一件1或第二件2上设置凹槽4，例如，凹槽4可以设置在第一件1上，密封件5的一侧可以配合在第一件1的凹槽4内，密封件5的另一侧可以与第二件2相连。
56.密封件5配合在第一件1和第二件2之间，密封件5将流体通道3分隔为冷气段31和燃气段32，冷气段31可供冷气流入，燃气段32可供燃气流入，部分密封件5配合在凹槽4内，密封件5可在冷气和/或燃气的压力和/或温度变化时变形，且密封件5适于通过变形调节密封件5和凹槽4的槽壁的间隙大小以保持冷气段31内的冷气向燃气段32的泄漏。
57.具体地，如图1和图2所示，密封件5的左侧可以插入第一槽41内，密封件5的右侧可以插入第二槽42内，沿着上下方向，密封件5可以将流体通道3分隔为两段，两段分别为冷气段31和燃气段32，其中冷气段31可以位于燃气段32的上侧，使用时，密封件5的上侧可以供冷气流通，部分冷气可以流入冷气段31内，密封件5的下侧可以供高温燃气流通，部分燃气可以流入燃气段32内。密封件5可以起到一定的封堵密封效果，起到分隔冷气和燃气的作用。
58.密封件5的材质可以为记忆合金，例如，密封件5的形状可以随着温度的改变而变化，当燃气的温度较低时，如图1和图2所示，此时密封件5可以处于展平状态，密封件5的左侧可以伸入第一槽41内，密封件5的右侧可以伸入第二槽42内，此时，密封件5和第一槽41的槽壁的间隙较小，密封件5和第二槽42的槽壁的间隙也较小，形成的间隙可以供部分冷气通过并流入燃气段32内，流入燃气段32内的冷气会形成对燃气的阻隔，从而避免了燃气侵入冷气段31甚至密封件5的上侧的情况。
59.当燃气温度升高时，如图3和图4所示，密封件5会随着温度的改变产生收缩变形，即密封件5可以向流体通道3内收缩，第一槽41的槽壁和密封件5的左侧的间隙、第二槽42的槽壁和密封件5的右侧的间隙均会变大，由此，更多的冷气可以从间隙处流入燃气段32内并实现对燃气的阻隔。
60.随着燃气段32内冷气的涌入，密封件5会被包覆在冷气内，即密封件5的环境工况温度会降低，密封件5在冷气的作用下会再次展平并可以复位至如图1和图2的状态。由此，密封件5会随着燃气的温度的变化周而复始的产生变形，从而实现对冷气泄露量的自行调整。
61.在其他一些实施例中，密封件5也可以随着冷气的温度变化进行变形，例如，当冷气的温度降低时，密封件5可以展平，从而可以将密封件5和凹槽4的槽壁之间的间隙缩小，通过少量的温度较低的冷气即可实现阻隔效果。当冷气的温度升高时，密封件5可以收缩，从而可以将密封件5和凹槽4的槽壁之间的间隙增大，通过较多的温度较高的冷气实现阻隔燃气的效果。
62.本发明实施例的透平密封组件，使用中，密封件5在变形时可以与凹槽4配合并实现密封件5和凹槽4的槽壁之间的间隙大小的调整，使得从间隙处泄露的冷气量可以自动适
应燃气温度或压力的变动，进而使得泄露的冷气量能够自动适应燃气轮机的负荷变动，避免了燃气轮机的燃气温度或压力变化时容易造成冷气侧燃气入侵的情况，进而能够避免透平的冷气侧的零部件容易被灼伤损坏的情况，起到保护透平部件的目的，提升了燃气轮机的整体运行性能。
63.在一些实施例中，密封件5包括第一段51、第二段52和第三段53，第三段53连接在第一段51和第二段52之间，第一段51配合在第一槽41内，第二段52配合在第二槽42内，第一段51、第二段52、第三段53的至少一者可变形。
64.如图3所示，在左右方向上，密封件5包括第一段51、第二段52和第三段53，其中第三段53位于中部，第一段51位于第三段53的左侧，第二段52位于第三段53的右侧。如图3所示，第一段51、第二段52、第三段53均可以通过记忆合金加工成型，使用时，第一段51、第二段52、第三段53均可以随着燃气的温度变化而变形，由此，可以增强密封件5的变形灵敏度，即在同样的温差作用下，密封件5具有更大的变形幅度，提升了调整的灵活性。
65.可以理解的是，在其他一些实施例中，可以仅有第一段51或第二段52或第三段53由记忆合金加工成型；也可以第一段51和第二段52由记忆合金加工成型，第三合金则不可变形。
66.在一些实施例中，第三段53可弯曲收缩，且第三段53适于在燃气的压力变大和/或温度升高时弯曲收缩以将第一段51从第一槽41内拉出、将第二段52从第二槽42内拉出。
67.如图3所示，密封件5上可以仅第三段53能够弯曲变形，例如，当燃气的温度升高时，密封件5可以向中间靠拢弯曲，第一段51和第二段52会产生相对位移，即第一段51能够从第一槽41内拉出，第二段52能够从第二槽42内拉出。由于第一槽41的开口尺寸和第二槽42的开口尺寸均是变化的，第一段51和第一槽41的槽壁的间隙、第二段52和第二槽42的槽壁的间隙均会变化，从而可以使得更多的冷气从间隙处流入流体通道3的燃气段32内，起到阻隔燃气的作用。
68.由于第一段51和第二段52的不可变形，可以保证第一段51和第一槽41装配的导向性，也可以保证第二段52和第二槽42装配的导向性，即避免了第一段51变形时容易与第一槽41的槽壁碰触干涉的情况，也避免了第二段52变形时容易与第二槽42的槽壁碰触干涉的情况。
69.在一些实施例中，在燃气的压力变大和/或温度升高时，第三段53向冷气段31内隆起。如图3和图4所示，当第三段53向冷气段31内隆起后，形成的隆起可以起到引导冷气流向的作用，且冷气可以在隆起处被分流成两部分，其中一部分可以在隆起的左侧斜面的作用下被引流至第一槽41内，另一部分可以在隆起的右侧斜面的作用下被引流至第二槽42内，方便了冷气向第一槽41或第二槽42内的均衡分配流入。
70.另外，也避免了第三段53向燃气段32内隆起时，第三段53朝向冷气段31一侧会形成凹坑，凹坑会将冷气向上反射的情况，避免了冷气在第三段53的上部容易造成气流干扰而影响冷气向燃气段32内泄漏的问题。
71.在一些实施例中，第一槽41具有在流体通道3的延伸方向(上下方向)上的第一槽宽，第一槽宽沿着远离流体通道3的方向逐渐变小。如图4所示，第一槽宽可视为l1，第一槽宽沿着从左至右的方向逐渐变大。由此，可以简化第一槽41的布置形式，使得在沿着前后方向(垂直页面方向)上，第一段51和第一槽41的槽壁之间的间隙大小保持一致，方便了冷气
在前后方向流入的一致性和均衡性。
72.在另一些实施例中，第二槽42具有在流体通道3的延伸方向上的第二槽宽，第二槽宽沿着远离流体通道3的方向逐渐变小。如图4所示，第二槽宽可视为l2，第二槽宽沿着从右至左的方向逐渐变大。由此，可以简化第二槽42的布置形式，使得在沿着前后方向(垂直页面方向)上，第二段52和第二槽42的槽壁之间的间隙大小保持一致，方便了冷气在前后方向流入的一致性和均衡性。
73.在一些实施例中，定义流体通道3的延伸方向为第一方向，定义与第一方向垂直的方向为第二方向。如图2所示，第一方向可以为上下方向，第二方向可以为左右方向。
74.第一槽41具有相对布置的第一内壁411和第二内壁412，第一内壁411和第二内壁412在第一方向上的间隔宽度形成第一槽宽，第一内壁411和第二方向呈夹角，即第一内壁411大体沿着左下至右上的方向倾斜布置，第二内壁412和第二方向平行，即第二内壁412大体位于水平面内。由此，在密封件5变形时，第一段51和第二内壁412的间隙可以大体不变，第二段52和第一内壁411的间隙可以增大，由此，可以使得更多的冷气流入第一槽41内，而高温燃气的流入量则可以基本不变，起到调节冷气泄露量的作用，进一步保证了对高温燃气的阻隔效果。
75.在另一些实施例中，第二槽42具有相对布置的第三内壁421和第四内壁422，第三内壁421和第四内壁422在第一方向上的间隔宽度形成第二槽宽，第三内壁421和第二方向呈夹角，即第三内壁421大体沿着左上至右下的方向倾斜，第四内壁422和第二方向平行，即第四内壁422大体位于水平面内。由此，在密封件5变形时，第二段52和第四内壁422的间隙可以大体不变，第二段52和第三内壁421的间隙可以增大，由此，可以使得更多的冷气流入第二槽42内，而高温燃气的流入量则可以基本不变，起到调节冷气泄露量的作用，进一步保证了对高温燃气的阻隔效果。
76.在一些实施例中，密封件5具有相变温度，相变温度与燃气的温度的下限值一致。具体地，密封件5的材质可以为记忆合金，密封件5的相变温度是密封件5由初始状态开始发生变形时的温度，相变温度可以与燃气的最低温度保持一致。由此，当燃气温度最低时，密封件5处于完全展平状态，当燃气的温度升高变化时，密封件5即会产生相应的变形，从而使得密封件5的变形调整和燃气的温度变化大体同步。避免了燃气的温度变化时密封件5不能通过变形调整间隙的情况。
77.在一些实施例中，密封件5的材质为镍钛合金、镍钴合金、铜锌合金、钛铂合金的其中一种或多种。密封件5的材质可以为镍钛合金、镍钴合金、铜锌合金、钛铂合金其中一种，在其他一些实施例中，密封件5的第一段51、第二段52和第三段53可以采用不同材质的记忆合金，例如，第一段51和第二段52可以采用镍钛合金，第三段53可以采用钛铂合金。由此，可以实现密封件5不同位置的变形性能的需求。
78.下面描述本发明实施例的透平。
79.本发明实施例的透平包括透平密封组件，透平密封组件可以为上述实施例中描述的透平密封组件。本发明实施例的透平的透平密封组件能够避免透平的冷气侧的零部件容易被灼伤损坏的情况，提升了透平的整体运行性能。
80.在一些实施例中，如图5至图7所示，透平包括静叶，静叶整体呈圆环状，静叶包括多个叶片6，多个叶片6周向间隔布置，即静叶可以通过多个叶片6的周向间隔排布拼合成
型。相邻两个叶片6的其中一者形成第一件1、其中另一者形成第二件2，相邻两个叶片6的间隔形成流体通道3。
81.在一些实施例中，如图5至图7所示，叶片6包括叶身62、外端板61和内端板63，叶身62连接在外端板61和内端板63之间，相邻两个叶片6的的外端板61之间设有密封件5，且相邻两个叶片6的内端板63之间设有密封件5，外端板61和内端板63之间用于供燃气通过。
82.如图7所示，为方便描述，将相邻两个外端板61之间的密封件5称为第一密封件501，将相邻两个内端板63之间的密封件5称为第二密封件502。透平运转时，如图5所示，燃气可以通过第一密封件501、第二密封件502、相邻两个叶身62所围成的空间流通，静叶的内侧和外侧则可以供冷气流通。第一密封件501可以阻隔燃气流入静叶外侧的情况，第二密封件502可以阻隔燃气流入静叶内侧的情况。
83.可选地，使用过程中，第一密封件501的第三段53可以向外侧隆起，第二密封件502的第三段53可以内侧隆起。起到方便静叶的内侧和外侧的冷气向燃气处泄露的效果。
84.在一些实施例中，如图8至图10所示，透平包括动叶7和护环，护环环绕在动叶7的外周侧，护环包括多个子护环8，多个子护环8周向间隔布置，相邻两个子护环8的其中一者形成第一件1、其中另一者形成第二件2，相邻两个子护环8的间隔形成流体通道3。
85.如图10所示，护环可以吊挂在持环的内侧，动叶7可以在护环内转动，燃气可以在动叶7和护环之间的环形空间流通，相邻两个子护环8之间的密封件5起到阻隔燃气侵入护环外侧的效果，保护了护环外周侧的零部件。
86.下面描述本发明实施例的燃气轮机。
87.本发明实施例的燃气轮机包括透平，透平可以为上述实施例中描述的透平。本发明实施例的燃气轮机的透平能够避免冷气侧的领不件被高温燃气灼伤损坏的情况，保证了燃气轮机的整体运行性能。
88.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
89.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
90.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
91.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
92.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
93.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。