一种燃气轮机涡轮第一级喷嘴的环形密封及安装结构的制作方法

本实用新型专利属于燃气轮机的技术领域。具体地，本实用新型专利涉及一种燃气轮机涡轮第一级喷嘴的环形密封及安装结构。

背景技术：

燃气轮机由压气机、燃烧室和涡轮三个主要部件组成，经旋转轴将压气机与涡轮连接，并在压气机与涡轮之间安装燃烧室。燃气轮机工作时，作为工质的空气经由压气机吸入并经过压缩，压缩后的空气进入燃烧室中与燃料混合并燃烧，产生高温高压的燃气。燃气从燃烧室进入涡轮，其能量的一部分被转换为涡轮的机械功，用于带动压气机旋转并对外做功。

燃气轮机的涡轮可以为单级或多级结构，每一级涡轮都由喷嘴及动叶组成。由燃烧室而来的高温高压燃气流经每一级涡轮喷嘴后，进入涡轮动叶。在多级涡轮中，燃气在流经上一级动叶后再进入下一级涡轮喷嘴。其中，第一级涡轮由于直接面对由燃烧室而来的高温高压燃气，其工作环境最为恶劣，特别是第一级喷嘴会直接受到高温燃气冲刷，工作温度最高，其材料选择、制造与安装方式对燃气轮机的整机性能有重要影响。在微型及小型燃气轮机中，多采用单筒燃烧室加进气蜗壳的结构，而进气蜗壳往往具有较大的转弯，在高温下工作时易产生变形。如果第一级喷嘴采用刚性较强的安装方式，则在高温环境下由于变形受限，极易产生较大的内应力，使喷嘴部件的使用寿命下降。尤其是在燃气轮机面临频繁启停及变工况时，第一级喷嘴需要承受温度迅速升高又快速降低而带来的反复热冲击，进一步加剧了喷嘴部件出现裂纹并进而在高温下损坏失效的风险。如果采用弹性安装方式，允许喷嘴部件产生变形并与其他部件之间产生相对移动，又需要解决各部件之间的密封问题，防止因部件之间移动缝隙的存在而使高温燃气对外泄漏，引起其他部件的损坏。

为此，需要采用适当的喷嘴安装结构，一方面能够允许喷嘴部件产生一定的变形，避免因高温而产生较大的内应力，提高喷嘴部件的寿命及可靠性；另一方面要解决部件在产生热变形时的密封问题，防止高温燃气的对外泄漏。

技术实现要素：

本实用新型专利提供了一种燃气轮机涡轮第一级喷嘴的环形密封及安装结构，其目的是允许燃气轮机工作时第一级喷嘴受高温燃气冲刷而产生一定轴向变形，避免第一级喷嘴在高温下因变形受限而产生较大内应力，降低其由此导致损坏的风险，同时对高温燃气起到密封作用，防止其对外泄漏。

为了实现上述目的，本实用新型专利采取的技术方案为：

本实用新型专利的燃气轮机涡轮第一级喷嘴的环形密封及安装结构，包括进气蜗壳、喷嘴叶片、喷嘴轮毂支板、喷嘴顶部盖板、喷嘴外机匣、密封环及后部涡轮机匣。其中，所述的喷嘴叶片、喷嘴轮毂支板与喷嘴顶部盖板沿圆周方向形成第一级喷嘴环。

所述的第一级喷嘴环包括一定数量的喷嘴叶片；所述的第一级喷嘴环可以由一定数量的单个喷嘴叶片及对应的喷嘴轮毂支板和喷嘴顶部盖板沿圆周方向组装形成，也可以作为一个环形部件以整体方式制造而成。

所述的第一级喷嘴环通过喷嘴轮毂支板固定于燃气轮机的前部支板；第一级喷嘴环的喷嘴顶部盖板固定于喷嘴外机匣。

所述的喷嘴外机匣外侧设有两个密封环安装槽；在每个密封环安装槽内分别安装有一个密封环。两个密封环为带有缺口的环形结构，两者具有相同尺寸并采用相同材料制造。所述的两个密封环在安装于喷嘴外机匣的安装槽内后，两者的缺口应在圆周方向呈对称布置，即两者缺口的角度间隔为180°。

所述的两个密封环的外侧与后部涡轮机匣的内侧接触并压紧，从而起到对高温燃气的密封作用。

本实用新型专利采用上述技术方案，允许燃气轮机在工作时第一级喷嘴受高温燃气冲刷而产生一定轴向变形，即第一级喷嘴环能够与后部涡轮机匣之间产生相对移动，从而避免刚性安装时在高温下因变形受限而产生较大内应力，降低其由此而导致损坏的风险。尤其是当燃气轮机频繁启停和变工况时，第一级喷嘴因燃气温度短时间内剧烈变化而受到热冲击，上述技术方案能够及时释放热应力，有效提高第一级喷嘴在热冲击下的可靠性及使用寿命。此外，该方案的双密封环结构能够对高温燃气起到有效密封作用，防止其对外泄漏后引起燃气轮机其他部件的损坏。

附图说明

附图内容及图中标记的简要说明如下：

图1是本实用新型专利的结构示意图，亦可作为说明书摘要的附图；

图2是本实用新型专利的第一级喷嘴环(8)的示意图。

图3是本实用新型专利的两个密封环之一(6a)的示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型专利的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本实用新型专利的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1 所示，本实用新型专利为一种燃气轮机涡轮第一级喷嘴的环形密封及安装结构，包括进气蜗壳(1)、喷嘴叶片(2)、喷嘴轮毂支板(3)、喷嘴顶部盖板(4)、喷嘴外机匣(5)、密封环(6a)和(6b)及后部涡轮机匣(7)。其中，所述的喷嘴叶片(2)、喷嘴轮毂支板(3)与喷嘴顶部盖板(4)沿圆周方向形成第一级喷嘴环(8)。

如图2所示，所述的第一级喷嘴环(8)包括一定数量的喷嘴叶片(2)；所述的第一级喷嘴环(8)可以由一定数量的单个喷嘴叶片(2)及对应的喷嘴轮毂支板(3)和喷嘴顶部盖板(4)沿圆周方向组装形成，也可以作为一个环形部件以整体方式制造而成。

如图1 所示，所述的第一级喷嘴环(8)通过喷嘴轮毂支板(3)固定于燃气轮机的前部支板(9)；第一级喷嘴环(8)的喷嘴顶部盖板(4)固定于喷嘴外机匣(5)。

如图1 所示，所述的喷嘴外机匣(5)的外侧设有两个密封环安装槽(5a)和(5b)；在密封环安装槽(5a)和(5b)内分别安装有密封环(6a)和(6b)。两个密封环(6a)和(6b)为带有缺口的环形结构，两者具有相同尺寸并采用相同材料制造，其中密封环(6a)如图3所示。所述的两个密封环(6a)和(6b)在安装于喷嘴外机匣(5)的密封环安装槽(5a)和(5b)内后，密封环(6a)和(6b)的缺口应在圆周方向呈对称布置，即缺口的角度间隔为180°。

所述的两个密封环(6a)和(6b)的外侧与后部涡轮机匣(7)的内侧接触并压紧，从而起到对高温燃气的密封作用。

本实用新型专利采用上述技术方案，允许燃气轮机在工作时第一级喷嘴受高温燃气冲刷而产生一定轴向变形，即第一级喷嘴环(8)能够与后部涡轮机匣(7)之间产生相对移动，从而避免了采用刚性安装时在高温下因变形受限而产生较大的内应力，降低其由此而导致损坏的风险。尤其在燃气轮机频繁启停和变工况时，第一级喷嘴因燃气温度的短时间剧烈变化而受到热冲击，本实用新型专利的技术方案能够及时释放热应力，有效提高第一级喷嘴在热冲击下的可靠性及使用寿命。

此外，该方案采用的密封环由于带有缺口，因而具有一定弹性，当安装于安装槽内后，在高温下仍然能依靠自身弹性与后部涡轮机匣(7)保持压紧。同时两个密封环(6a)和(6b)的缺口在圆周方向呈对称布置，可以最大限度降低高温燃气经缺口而产生的泄漏。因此，上述双密封环结构能够对高温燃气起到有效密封作用，防止其对外泄漏而引起燃气轮机其他部件的损坏。

以上结合附图对本实用新型专利进行了示例性描述，显然本实用新型专利的具体实现并不受上述附图以及燃气轮机实际功率和尺寸的限制，只要采用了本实用新型专利的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型专利的保护范围之内。