[发明专利]用于燃气涡轮应用的向外的刷丝的刷式密封设计

说明书

技术领域

本发明大体上涉及燃气涡轮压缩机，并且在示例性但非限制性的示例中涉及在压缩机的出口级处的静止构件之间的密封件。

背景技术

在涡轮的静止构件之间时常采用密封件。例如，在蒸汽涡轮中，第一级喷嘴的入口与内腹板之间的密封件已包括安装在密封环段上的多个迷宫密封齿，密封环段可被弹簧偏置以接合相对的静止构件表面并且对该相对的静止构件表面密封。承载迷宫密封齿的轴封环密封件可以预加载并且沿径向向外方向或径向向内的方向取向，取决于密封件所安装到的入口区域的构件。虽然迷宫密封件对于最小化在这些高压区域中的泄漏流是有效的，但静止的环形或柱形密封构件可以变得不圆或变形，这可能导致从高压区域到低压端部密封轴封环区域的增加的泄漏流。构件中的一个或两个的热变形或蠕变可导致不圆和在迷宫密封齿的顶端与其所密封抵靠的表面之间的间隙的形成。因此，只要迷宫密封齿和构件零件保持圆形，则迷宫齿就可以有效地最小化泄漏流。然而，如果密封表面中的一个或两个变得不圆，则在齿的顶端与相邻密封表面之间形成大致月牙形的间隙，从而导致通过间隙横过密封件的泄漏和性能损失。

另一种静止密封布置在共同拥有的美国专利No.6,951,339中示出。在该专利中，涡轮构造包括支撑多个翼型件且承载内腹板的喷嘴，翼型件在内筒与外筒之间彼此周向间隔开。在涡轮流动路径的入口区域中，静止的刷式密封件(brush seal)设置在入口与内腹板的径向相对凸缘之间。刷式密封件包括多个刷丝(bristle)，所述多个刷丝设置在刷丝的相对的轴向侧上的成对侧板之间。刷式密封由内腹板或入口承载，并且刷丝被预加载以接合内腹板或入口中的另一个。

在其它情况中，在由外壳体结构支撑的末级/出口叶片(vane)顶端/围带(shroud)与压缩机的内壳体结构之间存在泄漏通道，该泄漏通道可能以两种方式影响压缩机性能。泄漏空气可以或者再次进入且与主压缩机流混合并且导致空气动力性能损失，或者泄漏空气可以行进通过高压轴封区域(定子和转子两者)并降低压缩机效率。

一直需要相对于间隙或泄漏通道的改进的静止密封效率，该间隙或泄漏通道存在于由外壳体结构支撑的固定的末级/出口叶片/顶端围带与固定的径向相邻的内壳体结构之间，例如，在(多个)压缩机出口级处的压缩机排气壳体(CDC)的内筒与定子叶片围带环之间。

发明内容

根据一个示例性但非限制性的实施例，本发明提供了一种用于在包括多个弓形载体段的两个固定涡轮构件之间使用的刷式密封组件，每个弓形载体段具有有大致相等的径向长度尺寸的前板和后板以及夹在前板与后板之间的刷丝束件(bristle pack)，前板和后板限定适于被接纳在第一径向内涡轮构件中的环形槽口内的钩部，刷丝束件径向向外延伸到前板和后板以外并且由后板沿整个径向长度尺寸且由前板沿径向长度尺寸的小部分支撑，从而在刷丝束件与前板之间沿径向长度尺寸的主要部分留下轴向间隙；刷丝束件沿长度尺寸的小部分固定地固连到后板和前板；并且其中，刷丝束件沿周向顺时针或逆时针方向倾斜。

在另一个示例性但非限制性的实施例中，本发明提供一种位于径向内涡轮构件和径向外涡轮构件之间的刷式密封组件，径向内涡轮构件和径向外涡轮构件相对于彼此大致同心布置且各自具有沿大致水平的分离线结合的上半部段和下半部段，该刷式密封组件包括：至少三个弓形刷式密封段，该至少三个弓形刷式密封段安放在径向内涡轮构件中的弓形槽口内，并且在组合时，形成终止于大致水平分离线处的半环形密封件；该至少三个弓形刷式密封段中的每一个具有前板和后板以及夹在前板与后板之间的刷丝束件，刷丝束件径向向外延伸至前板和后板以外且与径向外涡轮构件在冷态下接合，并且沿周向顺时针或逆时针方向倾斜；并且其中，邻近分离线的至少三个弓形刷式密封段中的两个具有刷丝束件，其带有小于至少三个弓形刷式密封段中的剩余弓形刷式密封段的径向长度尺寸。

在又一示例性但非限制性的实施例中，本发明提供了一种刷式密封组件，其径向地位于压缩机的环形内筒与环形定子叶片围带环之间用于防止沿与通过压缩机的主流的方向相对的方向的泄漏流，围带环由多个弓形围带环段构成，并且其中，环形内筒和定子叶片围带环各自具有沿大致水平的分离线结合的上半部段和下半部段，刷式密封组件包括安放在形成于内筒中的环形槽口内的多个弓形刷式密封段，多个弓形刷式密封段中的每一个具有前板和后板以及夹在前板与后板之间的刷丝束件，刷丝束件径向向外延伸至前板和后板以外且在冷态下与定子叶片围带环接合，刷丝束件沿周向顺时针或逆时针方向和沿轴向向前或向后方向倾斜；并且其中，弓形围带环段在数量上等于或大于刷式密封段。

现在将结合下文所标识的附图详细描述本发明。