密封带元件和包括所述密封带元件的密封装置

技术领域

本发明涉及用于对形成在两个部件之间的间隙进行密封的密封带元件。本发明还涉及具有这样的密封带元件的密封装置，该密封带元件坐置在相邻部件的彼此相对的部件凹槽中。

背景技术

在燃气涡轮机中，定子轮叶的平台限制了燃烧室中产生的热气体的环形流动路径。相邻定子轮叶的平台彼此靠近地布置，从而在相邻定子轮叶的平台之间形成小间隙。需要这些间隙来实现定子轮叶的热增长和运动以及由热变化引起的定子轮叶的平台的热增长和运动。为了防止热气体通过这些间隙损失并且为了避免对布置在后部上的承载部件的损坏，已知借助密封带元件来密封这些配合面间隙，密封带元件坐置在两个彼此相对的平坦形凹槽中。同时，后部区域供应有冷却涡轮机零部件所需的冷却空气。然而，这些类型的间隙不能被完全机械密封以防止热气体吸入。因此，具有比热气体高的压力的冷却空气可以通过作为吹扫空气流出而最终堵塞这些间隙。为了实现改进的密封，EP 0 852 659B1提出的是密封片材在一个侧部上具有带齿表面。

除此之外，US 8,201,834 B1公开了沿着配合面间隙的轴向方向间隔开的竖向密封件的使用。

此外，US2013/028713A1公开了具有侧向弯曲密封接合部的密封带，所述侧向弯曲密封接合部与相对布置的凹槽接合。

在不断尝试减少冷却空气或吹扫空气的量以用于旨在增加燃气涡轮机的效率时，需要新的密封元件设计和新的密封装置。

因此，本发明的第一个目的是提供具有进一步提高的密封性能的经久耐用的密封带元件。本发明的第二个目的是提供包括这种密封带元件的密封装置。

发明内容

因此，第一个目的通过包括权利要求1的特征的密封带元件来实现，并且第二个目的通过包括权利要求7的特征的密封装置来实现。在从属权利要求中列出了可以任意组合的其他优选特征。

根据本发明，用于对两个部件之间的间隙进行密封的密封带元件是板状的并且在布置成彼此相反的第一主表面与第二主表面之间具有带厚度，其中，该密封带元件沿着i)第一纵向方向在第一带端部与第二带端部之间延伸，从而在第一带端部与第二带端部之间限定带长度，并且该密封带元件沿着ii)第二方向延伸，从而限定带宽度，其中，第一方向垂直于第二方向，并且其中，第一主表面和第二主表面中的至少一者包括褶皱结构，其中，褶皱结构包括多个齿，多个齿沿着大致直线从第一带端部大致延伸至第二带端部，同时在所述齿之间建立斜槽，其中，在i)第一带端部、ii)第二带端部以及iii)两个带端部之间中的至少一者处设置有至少一个坝，相应的坝在相应的带端部处封闭相应的斜槽，或者坝将相应的斜槽分开。

在这种情况下，如果斜槽仅向一侧敞开而不像现有技术那样向两侧或更多侧敞开，则斜槽确定为封闭的。或者，换言之，斜槽通过横向于第一方向延伸的附加齿而使端部封闭。由此，坝和齿的形状可以相同。从结构的角度来看，坝仅沿着与齿不同的方向延伸。

本发明基于以下知识：意外地，仍然有相关量的泄漏流、特别是冷却空气能够沿着斜槽流动，并且如果斜槽未被封闭，则该泄漏流在密封带元件的带端部处泄漏到压力较低的区域中。在至少一个带端部处的坝的帮助下，可以减少所述斜槽泄漏流，使得节省的流有助于增加包括这两个部件的燃气涡轮机的效率。当然，当所有斜槽的各个带端部都封闭时，这是最有益的。这使得能够在带端部处进行全面密封。

尤其但不仅仅是在密封带元件用于部件凹槽的相交部中使用时，可以在第一带端部与第二带端部之间设置其他坝，以用于将原本全长的斜槽中的每个斜槽划分或中断成沿着纵向方向布置的一系列斜槽。一系列斜槽可以包括两个、三个或更多个斜槽，这些斜槽沿着密封带元件的纵向方向依次彼此跟随。然后，中间泄漏流也可以被所述其他坝阻挡。

可以使用不同的技术来生产具有坝的密封带元件。例如，该密封带元件可以在类似类蚀、铣削、研磨等的型材加工期间通过直接考虑而制造。此外，可以通过熔接或钎焊或由于机械变形而将适当的封围部分附接至褶皱密封带元件。替代性地，也可以对带有适当坝的整个密封带元件进行3D打印。

坝的使用仍然允许密封带元件在部件凹槽中紧密配合，特别是在坝之间的区域中紧密配合。此外可以最大限度地减少上述斜槽流，并且可以主要避免由于松散的褶皱密封配合而造成的缺点，以便最大限度地减少整体泄漏。

一般地，即使所选术语在权利要求和说明书中以单数形式或特定数字形式使用，专利(申请)的范围也不应当局限于单数或特定数字形式。具有多于一个或多个的特定结构也应当在本发明的范围内。

部件旨在意指设置成用于涡轮机、如燃气涡轮机的部件，类似于例如转子叶片或定子轮叶或其一部分，特别是转子叶片或定子轮叶的内部或外部平台。涡轮机部件还可以实施为涡轮机热屏蔽件、涡轮机环形部段或涡轮机的燃烧器的一部分，其中，此处提及的所有这些部件都经受高温(所谓的热部分)。所述部件可以是涡轮机组件的一部分。

在优选实施方式中，褶皱结构的齿的高度以及坝的高度相对于斜槽的底部水平面来确定。坝具有与齿至少大致相同的高度。因此，没有单个梢部突出超过其余的主密封带元件厚度。因此，所提出的封闭斜槽优选地用于减少带端部处的泄漏流。

根据应用的类型、特别是与密封带元件接合的部件的凹槽的设计，在另一优选实施方式中，密封带元件的第一带端部和第二带端部两者包括至少一个坝、优选地多个坝。这阻挡了密封带元件的每个带端部处的任何斜槽泄漏。

根据本发明，本发明的密封带元件可以组装在包括两个部件的密封装置中，这两个部件彼此相对地间隔开一间隙，其中，部件的彼此相对的壁各自设置有部件凹槽，密封带元件部分地接合在该部件凹槽中以密封该间隙。根据本发明的优选实现，每个部件包括以T型相互相交的至少两个凹槽，其中，在每对彼此相对的凹槽中布置有一个相应的密封带元件，使得密封带元件的坝中的至少一个坝位于相交区域中。因此，两个密封带元件同样以T型布置，使得在相交区域中，坝部分地或完全地阻挡斜槽泄漏流。在另一优选实施方式中，当两个密封带元件都包括在相交区域中定位成彼此相邻的坝时，可以实现泄漏流的进一步减少。这意味着，这两个密封带元件中的第一密封带元件可以在其第一带端部或第二带端部处具有封闭斜槽，而第二密封带元件具有布置在这两个带端部之间的其他坝。在这种情况下，第一密封带元件的带端部坝通过在整个带宽度上减小或消除带端部坝之间的自由横截面而与第二密封带元件的所述其他坝相互作用。如果第一密封元件在其相应的密封带端部处不包括坝，则密封接触面积略微减小。在这种情况下，密封带元件的齿承载部分仍然在密封带元件的整个宽度上延伸，并且形成两个密封配对体中的一者。

在上下文中，T型相交部并不要求组装有两个密封带元件的部件凹槽必须彼此垂直。此外，当同一部件的两个部件凹槽在相交部处以不同的角度、例如以30°、45°或60°的角度接近彼此时，在本发明的意义上仍然建立T型相交部。因此，所述角度当然可以具有任何适合的尺寸。

本发明的有利实施方式的前面给定的描述包括许多特征，这些特征在从属权利要求中被部分地彼此结合。有利地，这些特征还可以单独地考虑并且彼此组合成其他适合的组合。此外，方法的制定为设备特征的特征可以被认为是组件的特征，并且相应地，组件的制定为过程特征的特征可以被认为是方法的特征。

结合下面将参照附图解释的示例性实施方式的以下描述，可以更清楚地理解本发明的上述特性、特征和优点及其实现的方式。示例性实施方式旨在说明本发明，但并不是将本发明的范围限于本发明中给出的特征的组合，也不应关于功能特征进行限制。此外，示例性实施方式中的每个示例性实施方式的适合的特征也可以明确地单独考虑、从示例性实施方式中的一个示例性实施方式中移除、被引入到示例性实施方式中的另一示例性实施方式中、和/或与所附权利要求中的任一权利要求组合。

附图说明

将参照附图来描述本发明，在附图中：

图1示出了穿过燃气涡轮机设备的纵向截面的一部分，

图2示出了穿过燃气涡轮机设备的具有密封带元件的密封装置的横截面，

图3以平面图示出了根据优选示例性实施方式的密封带元件，以及

图4以立体图示出了根据图3的密封装置。

具体实施方式

图1图示了沿着主轴线14定向的燃气涡轮机设备。该燃气涡轮机设备具有在壳体17中沿轴向方向交替的定子轮叶12和转子叶片15。定子轮叶12沿着与主轴线14垂直的径向轴线18定向并且沿着燃气涡轮机设备的周向布置，以形成圆。定子轮叶12经由相应的定子轮叶平台16连接至燃气涡轮机设备的壳体17。相邻的平台16沿着周向彼此间隔开相应的间隙5(参见图2)，因此相邻的平台可以由于热作用而较大程度地自由扩张。

定子轮叶平台16将围绕燃气涡轮机设备的主轴线14形成的热气体区域11与形成在定子轮叶平台16与涡轮机壳体17之间的冷却空气区域8分隔开。转子叶片15沿着相应的主轴线19延伸，该主轴线同样基本上正交于燃气涡轮机设备的主轴线14。转子叶片15完全位于热气体区域11内。该热气体区域11沿着燃气涡轮机设备的周向通过多个壁部件13与冷却空气区域8分隔开，这些壁部件13也称为热屏蔽件或环形部段。此处，壁部件1各自与移动叶片15相邻。壁部件13连接至涡轮机壳体17。为了清楚起见，在每种情况下，图示了仅一个定子轮叶12、一个转子叶片15和一个壁部件13。如在轴向方向上可见，相应的壁部件13与相应的定子轮叶12、特别是定子轮叶平台16间隔开间隙5。该间隙5由密封带元件1密封，因此较大程度地防止了冷却气体从冷却空气区域8流动到热气体区域11中。此处，定子轮叶12构成第一部件2a，并且壁部分13构成第二部件2b。如在轴向方向上可见，冷却空气区域8通过定子轮叶平台16和壁部件13而相对于热气体区域11密封，并且如在周向方向上可见，在每种情况下，密封发生在相邻的定子轮叶12之间以及相应相邻的壁部件13之间。

图2示出了穿过两个相邻部件2a、2b、沿着燃气涡轮机设备的周向截取的截面。这两个部件2a、2b是密封装置2c的一部分，并且彼此间隔开间隙5。部件2a、2b各自可以是两个相邻的定子轮叶12，特别是定子轮叶平台16和/或两个相邻的壁部件13。如在周向方向上可见，在每种情况下，在部件2a、2b中分别设置有部件凹槽3a、3b。密封带元件1接合在两个部件凹槽3a、3b中以密封间隙5。密封带元件1沿着第一纵向方向21定向，并且在所图示的横截面中在与纵向线21垂直的方向上具有第一侧向端部4a、第二侧向端部4b以及位于第一侧向端部4a与第二侧向端部4b之间的中心区域10。中心区域10具有多个朝向冷却空气区域8定向的肋状斜槽7，其中，在相邻的斜槽7之间形成有相应的密封齿20，因此中心区域10在其两个主表面23、24中的一个主表面上具有褶皱结构(图4)。密封齿20布置在密封带元件1的齿承载部分10上。每个斜槽7和每个密封齿20沿着间隙5平行于纵向线21并且垂直于可能的主泄漏流地延伸。

部件凹槽3a、3b各自具有凹槽侧壁，所述凹槽侧壁各自彼此相对且平行地定位。由于冷却区域8中的冷却气体的压力通常高于热气体通道区域11中的热气体的压力，因此密封带元件1具有其光滑表面，该光滑表面搁置在部件凹槽3a、3b的侧壁上，并且因此密封齿20稍微减轻了机械载荷。

图3以平面图示出了根据优选示例性实施方式的密封带元件1。密封带元件1包括多个齿20，所述多个齿20沿纵向方向21从第一带端部6a延伸至第二带端部6b。密封带元件1具有带长度，所述带长度在两个带端部6a、6b之间确定，而带宽度w(图4)在垂直方向22上在第一侧向端部4a与第二侧向端部4b之间确定。在每个直接相邻的齿20之间建立有斜槽7。在每个第一带端部6a和第二带端部6b处设置有用于封闭相应的斜槽7的坝30。根据该示例性实施方式，所显示的密封带元件1还包括其他坝32，所述其他坝32是可选的，但是在布置时，坝32将两个专用齿20之间的原本单个的斜槽7划分成或中断成位于这两个专用齿20之间的一系列斜槽7。

根据优选示例性实施方式的密封带元件1在平面图具有矩形形状。当然，类似菱形形状或甚至梯形形状等的其他形状也是可能的。同样地，如图2所示，横截面中的齿的形状可以是三角形，或者替代性地矩形。

最后，图4以立体图示出了根据图3的在以下情况下的密封装置2c：同一部件2a的两个部件凹槽3a在相交区域25中以T型彼此结合。在两个部件凹槽3a中的每个部件凹槽中布置有一个密封带元件1a、1b。为了更好地理解，在图4中没有显示相互布置的第二部件2b。

褶皱结构的齿20的高度以及坝30、32的高度相对于斜槽7的底部水平面来确定。在该示例性实施方式中，假设忽略斜槽7的区域中减小的厚度，坝30、32具有与齿20相同的高度以保持密封带元件的恒定且均匀分布的厚度t。然而，在单个构造中，坝30、32的高度不同于齿20的高度会是有益的。从结构角度来看，例如就它们的形状而言，坝和齿是相同的。坝仅沿与齿不同的方向延伸。

为了减少斜槽泄漏流，两个密封带元件1a、1b在其带端部6a处和/或在其带端部6a、6b之间的中间位置处配备有坝30、32。详细地，在其中一个带元件1a能够与另一带元件1b接触的相交部25的区域中，坝30、32的应用使得能够在密封带元件1a、1b的整个宽度上建立接触。这明显减小了两个密封带元件1a、1b之间的未阻塞横截面的尺寸。从高压区域到低压区域的泄漏流由此减少，或者在最好的情况下避免了泄漏流。当密封元件1a具有常规类型时，只要密封元件1b包括其他坝32，仍然可以实现泄漏流的减少。在这种情况下，密封接触面积略微减小，因为仅仍在密封带元件的整个宽度上延伸的齿承载部分10的厚度有助于密封。

总的来说，本发明涉及一种密封带元件1，该密封带元件1设计成用于对特别地燃气涡轮机设备的密封装置2c的两个部件2a、2b之间的间隙5进行密封，并且密封带元件1沿着纵向方向21延伸并且在带肋部的中心区域10中具有波状横截面。如在横截面中可见，密封带元件1沿着纵向方向21延伸，其中，第一主表面23和第二主表面24中的至少一者包括褶皱结构，其中，该褶皱结构包括多个齿20，所述多个齿20沿着大致直线从第一带端部6a大致延伸至第二带端部6b，同时在第一带端部6a与第二带端部6b之间建立斜槽7，其中，在密封带元件1的至少一个带端部6a、6b处设置有至少一个坝30、32，坝30在密封带元件1的相应的带端部6a、6b处封闭相应的斜槽，以用于减少斜槽泄漏流。此外，本发明涉及一种具有两个相邻部件2a、2b的密封装置1，该密封装置1包括配备有坝的密封带元件1中的至少一个密封带元件。