CN117897551A - 转子和具有转子的流体机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于流体机械的密封环(1)，所述密封环具有至少一个第一区段(2)和第二区段(3)，所述至少一个第一区段和第二区段分别具有关于密封环(1)的环周方向(31)的第一纵向端部(4)和关于环周方向(31)的第二纵向端部(5)，其中第一区段(2)在第一纵向端部(4)的区域中具有第一留空部(6)和第一突出部(8)，所述第一突出部(8)具有第一突出部(8)的在环周方向(31)上限界第一留空部(6)的第一侧面(10)，并且第二区段(3)在第二纵向端部(5)的区域中具有第二留空部(7)和第二突出部(9)，所述第二突出部具有第二突出部(8)的在环周方向(31)上限界第二留空部(7)的第一侧面(13)，其中第一区段(2)和第二区段(3)具有耦联状态，在所述耦联状态中，第一区段(2)和第二区段(3)能够在环周方向(31)上相对于彼此移位，以及第一突出部(8)设置在第二留空部(7)中，第二突出部(9)设置在第一留空部(6)中，以及第一突出部(8)的第一侧面(10)和第二突出部(9)的第一侧面(13)配置用于在第一区段(2)远离第二区段(3)进行第一移位时彼此抵靠，从而限制第一移位。

Description

转子和具有转子的流体机械

背景技术

在流体机械如燃气轮机或蒸汽轮机中，通常吹入冷却空气，以便冷却流体机械的承受强烈热负荷的部件。承受强烈负荷的部件例如可以是燃烧室、转子叶片和/或导向叶片、尤其燃烧室下游的第一级中的转子叶片和/或导向叶片。此外，通常将密封空气吹入到流体机械中，以便借此密封流体机械的流动通道中的泄漏。例如，泄漏可以在转子叶片与流体机械的壳体之间和/或在导向叶片与流体机械的转子之间产生。

此外，在燃气轮机的空气冷却的转子中也能出现泄漏。因此，例如从DE 10 2018218 942A1中已知一种这种类型的转子，所述转子具有用于在平台与盖元件之间的间隙的密封件，其中T形的密封环密封所述间隙。

冷却空气和/或密封空气的不期望的泄漏引起流体机械的效率的降低。例如，为了密封泄漏，可以使用分区段的密封环，所述密封环具有可以相互移位的多个区段。由此，分区段的密封环可以匹配于流体机械的通过流体机械的加热和/或冷却而引起的改变的横截面。在此成问题的是，在两个区段彼此抵靠的区域中，可以形成泄漏，所述泄漏又可以引起流体机械的效率的降低。因此，从EP 1 944 471 A1中已知，盖元件不必是一件式的环形元件，而是可以由多个可单独悬挂在涡轮机盘上的板状的密封元件形成。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种转子和一种具有转子的流体机械，其中借助密封环可以实现具有高效率的流体机械。

根据本发明的用于流体机械的转子包括转子盘，所述转子盘在环周侧具有设置成环的多个转子叶片，其中转子叶片包括具有平台悬伸部的叶片平台，所述平台悬伸部的下侧朝向转子盘的端侧，其中在转子盘的端侧和在下侧的径向内部设置有盖环，所述盖环具有径向向外敞开的、在环周方向上延伸的容纳槽，在所述容纳槽中设置有密封环，用于密封在下侧与盖环之间的径向间隙，其中密封环包括至少一个第一区段和第二区段，所述至少一个第一区段和第二区段分别具有关于密封环的环周方向的第一纵向端部和关于环周方向的第二纵向端部，其中第一区段在第一纵向端部的区域中具有第一留空部和第一突出部，所述第一突出部具有第一突出部的在环周方向上限界第一留空部的第一侧面，并且第二区段在第二纵向端部的区域中具有第二留空部和第二突出部，所述第二突出部具有第二突出部的在环周方向上限界第二留空部的第一侧面，其中第一区段和第二区段具有耦联状态，在所述耦联状态中，第一区段和第二区段能够在环周方向上相对于彼此移位，以及第一突出部设置在第二留空部中，第二突出部设置在第一留空部中，以及第一突出部的第一侧面和第二突出部的第一侧面配置用于在第一区段远离第二区段进行第一移位时彼此抵靠，从而限制第一移位。

关于密封环在轴向方向上穿过密封环的泄漏流必须在环周方向上流动，并且在此环流第一突出部和第二突出部。由此，泄漏流经历高的流动阻力，由此泄漏流的质量流是低的。借此，可以实现流体机械的高效率。

优选的是，第一留空部在环周方向上比第二突出部在环周方向上更长，并且第二留空部在环周方向上比第一突出部在环周方向上更长。由此可以有利地实现，第一区段和第二区段可以在环周方向上相对于彼此移位。

优选的是，第一留空部具有第一留空部的端面，并且第二突出部具有第二突出部的端面，其中第一留空部的端面关于密封环在轴向方向上限界所述第一留空部，第二突出部的端面在轴向方向上限界所述第二突出部，其中在耦联状态中，第一留空部的端面和第二突出部的端面朝向彼此设置以及限界第一密封间隙。此外优选的是，第二留空部具有第二留空部的端面，并且第一突出部具有第一突出部的端面，其中第二留空部的端面关于密封环在轴向方向上限界所述第二留空部，第一突出部的端面在轴向方向上限界所述第一突出部，其中在耦联状态中，第二留空部的端面和第一突出部的端面朝向彼此设置并且限界第二密封间隙。通过设有第一密封间隙和/或第二密封间隙，可以进一步提高流动阻力，从而提高流体机械的效率。

第一区段优选地具有第一留空部侧面，所述第一留空部侧面在环周方向上限界第一留空部，并且第二突出部优选地具有第二突出部的第二侧面，其中在耦联状态中，第一留空部侧面和第二突出部的第二侧面配置用于在第一区段朝向第二区段进行第二移位时彼此抵靠，从而限制第二移位。

特别优选的是，第二突出部的第二侧面和第二纵向端部重合。

第二区段优选地具有留空部径向限界部，所述留空部径向限界部关于密封环在径向方向上限界第二留空部，其中在耦联状态中，第一突出部和留空部径向限界部限界第三密封间隙。通过设有第三密封间隙还可以进一步提高流动阻力。

优选的是，第二区段具有朝向剩余的第二区段突出的环周突出部，并且第一区段具有容纳部，在耦联状态中，环周突出部设置在所述容纳部中。

密封环优选地具有T形的轮廓。

优选的是，所有区段结构相同地实施。

优选的是，所有区段分别在第一纵向端部的区域中具有第一留空部和第一突出部，所述第一突出部具有第一突出部的限界第一留空部的第一侧面，并且在第二纵向端部的区域中具有第二留空部和第二突出部，所述第二突出部具有第二突出部的限界第二留空部的第一侧面，其中密封环具有如下装配状态，在所述装配状态中，在密封方向上相邻地设置的所有对区段设置在耦联状态中。

根据本发明的流体机械具有密封环。密封环优选地配置用于密封流体机械中的冷却空气和/或密封空气。流体机械例如可以是蒸汽轮机或燃气轮机。密封环可以设置在燃气轮机的压缩机部段和/或燃气轮机的涡轮机部段中。

附图说明

下面根据所附的示意图详细阐述本发明。附图示出：

图1示出密封环的第一实施方式的立体图，

图2示出第一实施方式的第一区段的立体图，

图3示出密封环的第二实施方式的立体图，

图4示出第二实施方式的第一区段的立体图，

图5示出第二实施方式的第二区段的立体图，以及

图6示出具有密封环的密封装置与转子盘、盖环和转子叶片的纵剖图。

具体实施方式

如从图1至图6中可见，用于流体机械的密封环1具有至少一个第一区段2和第二区段3。第一区段2和第二区段3分别具有关于密封环1的环周方向31(参见图1)的第一纵向端部4和关于环周方向31的第二纵向端部5。第一区段2在第一纵向端部4的区域中具有第一留空部6和第一突出部8，所述第一突出部具有第一突出部8的在环周方向31上限界第一留空部6的第一侧面10。第二区段3在第二纵向端部5的区域中具有第二留空部7和第二突出部9，所述第二突出部具有第二突出部8的在环周方向31上限界第二留空部7的第一侧面13。第一区段2和第二区段3具有在图1和图3中所示出的耦联状态，在所述耦联状态中，第一区段2和第二区段3能够在环周方向31上相对于彼此移位，以及第一突出部8设置在第二留空部7中，第二突出部9设置在第一留空部6中，以及第一突出部8的第一侧面10和第二突出部9的第一侧面13配置用于在第一区段2远离第二区段3进行第一移位时彼此抵靠，从而限制第一移位。

第一纵向端部4的区域例如可以从第一纵向端部4开始在环周方向31上朝向相应的区段2、3的第二纵向端部5延伸直至在环周方向31上相应的区段2、3的总长度的50％、尤其25％或15％。第一留空部6例如可以完全设置在第一纵向端部4的区域中。第二纵向端部5的区域例如可以从第二纵向端部5开始在环周方向31上朝向相应的区段2、3的第一纵向端部5延伸直至在环周方向31上相应的区段2、3的总长度的50％、尤其25％或15％。第二留空部7例如可以完全设置在第二纵向端部5的区域中。

所有区段2、3分别在第一纵向端部4的区域中具有第一留空部6和第一突出部8，所述第一突出部具有第一突出部8的限界第一留空部6的第一侧面10，并且可以在第二纵向端部5的区域中具有第二留空部7和第二突出部9，所述第二突出部具有第二突出部8的限界第二留空部7的第一侧面13。在此，密封环1具有如下装配状态，在所述装配状态中，在密封方向1上相邻地设置的所有对所述区段2、3设置在耦联状态中。在此，所有区段2、3能结构相同地实施。在图1中所示出的关于密封环1的环周方向31、关于密封环1的径向方向32和关于密封环1的轴向方向33在此涉及在装配状态中的密封环1。

图1和图3示出，第一留空部6在环周方向31上可以比第二突出部9在环周方向31上更长，并且第二留空部7在环周方向31上可以比第一突出部8在环周方向31上更长。尤其地，第一留空部6在环周方向31上的最小延伸可以比第二突出部9在环周方向上的最大延伸更长，并且尤其地，第二留空部7在环周方向31上的最小延伸可以比第一突出部8在环周方向31上的最大延伸更长。

如从图1和图3中可见，第一留空部6可以具有第一留空部6的端面16(参见图2和图4)，并且第二突出部9可以具有第二突出部9的端面15(参见图5)，其中第一留空部6的端面16关于密封环1在轴向方向33上限界所述第一留空部，第二突出部9的端面15在轴向方向33上限界所述第二突出部，其中在耦联状态中，第一留空部6的端面16和第二突出部9的端面15朝向彼此设置并且限界第一密封间隙25。此外，第二留空部7可以具有第二留空部7的端面17(参见图5)，并且第一突出部8具有第一突出部8的端面12(参见图2和图4)，其中第二留空部7的端面17关于密封环1在轴向方向33上限界所述第二留空部，第一突出部8的端面12在轴向方向33上限界所述第一突出部，其中在耦联状态中，第二留空部7的端面17和第一突出部8的端面12朝向彼此设置并且限界第二密封间隙26。

如从图1至图5中可见，密封环1可以具有T形的轮廓。为此，第一区段2和第二区段3可以具有第一悬伸部20，所述第一悬伸部在径向方向32上在外部(参见附图)或在径向方向32上在内部设置在第一区段2和第二区段3处，并且在轴向方向33上从剩余的区段2、3中突出。此外，第一区段2和第二区段3可以具有第二悬伸部21，所述第二悬伸部在径向方向32上在外部(参见附图)或在径向方向32上在内部设置在第一区段2和第二区段3处，并且在轴向方向33上从剩余的区段2、3和在背离第一悬伸部20的一侧上突出。

图1至图5示出，第一区段2可以具有在环周方向31上限界第一留空部6的第一留空部侧面18，并且第二突出部9可以具有第二突出部9的第二侧面14，其中在耦联状态中，第一留空部侧面18和第二突出部9的第二侧面14配置用于在第一区段2朝向第二区段3进行第二移位时彼此抵靠，从而限制第二移位。第一留空部侧面18可以朝向第一突出部8的第一侧面10设置。此外，第二区段3可以具有第二留空部侧面19，所述第二留空部侧面在环周方向31上限界第二留空部7并且朝向第二突出部9的第一侧面13设置。

图1和图2示出，根据密封环1的第一实施方式，第二突出部9的第二侧面14和第二纵向端部5可以重合。

图5示出，根据密封环1的第二实施方式，第二区段2可以具有留空部径向限界部22，所述留空部径向限界部关于密封环1在径向方向32上限界第二留空部7，其中在耦联状态中，第一突出部8和留空部径向限界部22限界第三密封间隙。此外，根据第二实施方式(参见图3至图5)，第二区段3可以具有朝向剩余的第二区段4突出的环周突出部24，并且第一区段2可以具有容纳部23，在耦联状态中，环周突出部24设置在所述容纳部中。此外可设想，环周突出部24在环周方向31上与留空部径向限界部22对齐地设置，参见图5。

在图6中绘出用于根据本发明的转子的一个示例性的实施方式的纵剖图。在此仅局部地示出密封装置的区域，其中转子的设计对于本领域技术人员而言是已知的并且不需要进一步阐述。

部段地可见转子盘30，所述转子盘30沿着其环周分布地具有多个叶片保持槽。在叶片保持槽中分别设置有具有叶片根部36的转子叶片37。然后放射状地设置的转子叶片形成叶片环。如常见的，在环周方向上和轴向地延伸的叶片平台38连接到叶片根部36上。在此，叶片平台38以平台悬伸部34突出超过转子盘30的端侧39，并且在此具有下侧35。

转子构件41在端侧与转子盘30相邻，根据所述实施例，所述转子构件41一体地形成盖环42，所述盖环42基本上在环周方向上和径向地延伸。除了热膨胀和/或离心力引起的膨胀之外，在转子盘30与转子构件之间不存在相对移动或甚至相对运动。它们——相对于彼此——被视为静态的构件，尽管转子以已知的方式整体上可旋转地支承。相对于所示出的一体的设计替选地，盖环也可以模块化地设计，从而可以包括沿着环周分布的多个密封板，所述密封板在端侧保持在转子盘30处。

盖环42具有径向向外敞开的、在环周方向上延伸的容纳槽43。上述分区段的密封环1支承在所述容纳槽43中。可见密封环1的基本上T形的轮廓。密封环1包括设置在容纳槽43中的支承部段11(图2)以及在径向向外指向的一侧上具有贴靠部段38。贴靠部段38至少在转子旋转时贴靠在平台悬伸部14的下侧15处，从而密封在下侧35与盖环42之间的结构类型引起的径向间隙，以便减少或甚至避免冷却空气或密封空气流动通过径向间隙。

Claims (13)

1.一种用于流体机械的转子，

所述转子具有转子盘(30)，所述转子盘在环周侧具有设置成环的多个转子叶片(37)，其中所述转子叶片(37)包括具有平台悬伸部(34)的叶片平台(38)，所述平台悬伸部(34)的下侧(35)朝向所述转子盘(30)的端侧(39)，

其中在所述转子盘(30)的端侧和在所述下侧(35)的径向内部设置有盖环(42)，所述盖环具有径向向外敞开的、在环周方向上延伸的容纳槽(43)，在所述容纳槽(43)中设置有密封环(1)，用于密封在下侧(35)与盖环(42)之间的径向间隙，

其中所述密封环包括至少一个第一区段(2)和第二区段(3)，所述至少一个第一区段和第二区段分别具有关于所述密封环(1)的环周方向(31)的第一纵向端部(4)和关于所述环周方向(31)的第二纵向端部(5)，其中所述第一区段(2)在所述第一纵向端部(4)的区域中具有第一留空部(6)和第一突出部(8)，所述第一突出部具有所述第一突出部(8)的在所述环周方向(31)上限界所述第一留空部(6)的第一侧面(10)，并且所述第二区段(3)在所述第二纵向端部(5)的区域中具有第二留空部(7)和第二突出部(9)，所述第二突出部具有所述第二突出部(8)的在所述环周方向(31)上限界所述第二留空部(7)的第一侧面(13)，其中所述第一区段(2)和所述第二区段(3)具有耦联状态，在所述耦联状态中，所述第一区段(2)和所述第二区段(3)能够在所述环周方向(31)上相对于彼此移位，以及所述第一突出部(8)设置在所述第二留空部(7)中，所述第二突出部(9)设置在所述第一留空部(6)中，以及所述第一突出部(8)的第一侧面(10)和所述第二突出部(9)的第一侧面(13)配置用于在所述第一区段(2)远离所述第二区段(3)进行第一移位时彼此抵靠，从而限制所述第一移位。

2.根据权利要求1所述的转子，

其中所述第一留空部(6)在所述环周方向(31)上比所述第二突出部(9)在所述环周方向(31)上更长，并且所述第二留空部(7)在所述环周方向(31)上比所述第一突出部(8)在所述环周方向(31)上更长。

3.根据权利要求1或2所述的转子，

其中所述第一留空部(6)具有所述第一留空部(6)的端面(16)，并且所述第二突出部(9)具有所述第二突出部(9)的端面(15)，其中所述第一留空部(6)的端面(16)关于所述密封环(1)在轴向方向(33)上限界所述第一留空部，所述第二突出部(9)的端面(15)在所述轴向方向(33)上限界所述第二突出部，其中在所述耦联状态中，所述第一留空部(6)的端面(16)和所述第二突出部(9)的端面(15)朝向彼此设置以及限界第一密封间隙(25)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的转子，

其中所述第二留空部(7)具有所述第二留空部(7)的端面(17)，并且所述第一突出部(8)具有所述第一突出部(8)的端面(12)，其中所述第二留空部(7)的端面(17)关于所述密封环(1)在轴向方向(33)上限界所述第二留空部，所述第一突出部(8)的端面(12)在所述轴向方向(33)上限界所述第一突出部，其中在所述耦联状态中，所述第二留空部(7)的端面(17)和所述第一突出部(8)的端面(12)朝向彼此设置以及限界第二密封间隙(26)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的转子，

其中所述第一区段(2)具有第一留空部侧面(18)，所述第一留空部侧面在所述环周方向(31)上限界所述第一留空部(6)，并且所述第二突出部(9)具有所述第二突出部(9)的第二侧面(14)，其中在所述耦联状态中，所述第一留空部侧面(18)和所述第二突出部(9)的第二侧面(14)配置用于在所述第一区段(2)朝向所述第二区段(3)进行第二移位时彼此抵靠，从而限制所述第二移位。

6.根据权利要求5所述的转子，

其中所述第二突出部(9)的第二侧面(14)和所述第二纵向端部(5)重合。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的转子，

其中所述第二区段(2)具有留空部径向限界部(22)，所述留空部径向限界部关于所述密封环(1)在径向方向(32)上限界所述第二留空部(7)，其中在所述耦联状态中，所述第一突出部(8)和所述留空部径向限界部(22)限界第三密封间隙。

8.根据权利要求1至5和7中任一项所述的转子，

其中所述第二区段(3)具有朝向剩余的所述第二区段(4)突出的环周突出部(24)，并且所述第一区段(2)具有容纳部(23)，在所述耦联状态中，所述环周突出部(24)设置在所述容纳部中。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的转子，

其中所述密封环(1)具有T形的轮廓。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的转子，

其中所有区段(2，3)结构相同地实施。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的转子，

其中所有区段(2，3)分别在所述第一纵向端部(4)的区域中具有所述第一留空部(6)和所述第一突出部(8)，所述第一突出部具有所述第一突出部(8)的限界所述第一留空部(6)的第一侧面(10)，并且在所述第二纵向端部(5)的区域中具有所述第二留空部(7)和所述第二突出部(9)，所述第二突出部具有所述第二突出部(8)的限界所述第二留空部(7)的第一侧面(13)，其中所述密封环(1)具有如下装配状态，在所述装配状态中，在所述密封方向(1)上相邻地设置的所有对区段(2，3)设置在所述耦联状态中。

12.一种流体机械，其具有根据权利要求1至11中任一项所述的转子。

13.根据权利要求12所述的流体机械，

其中所述密封环(1)配置用于密封所述流体机械中的冷却空气和/或密封空气。