静叶的密封结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种在旋转机械中使用的静叶的密封结构。一种静叶的密封结构，其使用于旋转机械，所述静叶的密封结构的特征在于，具有：静叶，其配置成环状；静叶保持环，其在所述静叶的内侧呈环状延伸；密封板，其设置于所述静叶与所述静叶保持环之间；螺旋弹簧，其配置于所述静叶的内侧，且沿着轴向按压所述密封板，所述螺旋弹簧的线径是5.1mm～7mm。由此，能够利用螺旋弹簧良好地实现静叶的密封结构的密封，确保旋转机械的运转效率。
【专利说明】静叶的密封结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种静叶的密封结构，具体而言涉及一种在旋转机械中使用的静叶的密封结构。
【背景技术】
[0002]—直以来，在作为旋转机械的燃气轮机中使用的静叶的密封结构中，为了防止在静叶内的叶内流路中流动的冷却空气泄漏，通常利用螺旋弹簧来对密封板进行施力，使该密封板与静叶保持环等构件密接，从而形成冷却空气用的叶内流路。
[0003]例如，专利文献I公开了一种燃气轮机用的静叶的密封结构。在该专利文献I中，如其图1所示，利用螺旋弹簧36将密封板35相对于静叶保持环33和静叶护圈31压紧，由此防止通过静叶30内而被导入叶内流路38的冷却空气发生泄漏。
[0004]但是，在上述专利文献I中，存在如下的技术问题。
[0005]在该专利文献I中，由于螺旋弹簧36的固有频率处于冷却空气与螺旋弹簧36冲撞而产生的非对称漩涡(卡门漩涡)的产生频率区域内，因此螺旋弹簧36在相对于冷却气体流动的方向而垂直的方向上产生自激振动，从而会导致该螺旋弹簧36损伤。由此，当运转中螺旋弹簧36产生了损伤时，密封板35的密封性下降而产生冷却空气的泄漏，由此需要增大使冷却空气流入的孔的孔径而使冷却空气的量增加，因而导致燃气轮机的效率下降。
[0006]专利文献1:日本特开2010-077869号公报实用新型内容
[0007]本实用新型正是鉴于上述技术问题而提出的，目的在于提供一种在旋转机械中能够防止通过静叶内而被导入叶内流路的冷却空气发生泄漏的静叶的密封结构。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型提供一种静叶的密封结构，其使用于旋转机械，所述静叶的密封结构的特征在于，具有:静叶，其配置成环状；静叶保持环，其在所述静叶的内侧呈环状延伸；密封板，其设置于所述静叶与所述静叶保持环之间；螺旋弹簧，其配置于所述静叶的内侧，且沿着轴向按压所述密封板，所述螺旋弹簧的线径是5.1mm?7mm。
[0009]在上述结构的基础上，优选所述螺旋弹簧的线径是6mm。
[0010]在上述结构的基础上，优选所述螺旋弹簧的外径是30mm?34mm。
[0011]在上述结构的基础上，优选所述螺旋弹簧的外径是31.9mm。
[0012]在上述结构的基础上，优选所述螺旋弹簧的自由高度是60mm?66mm。
[0013]在上述结构的基础上，优选所述螺旋弹簧的自由高度是62mm。
[0014]在上述结构的基础上,优选所述螺旋弹簧的自由高度是70mm?76mm。
[0015]在上述结构的基础上，优选所述螺旋弹簧的自由高度是72mm。
[0016]实用新型效果
[0017]在本实用新型所涉及的静叶的密封结构中，通过将螺旋弹簧的线径设置为5.1mm?7mm，能够使螺旋弹簧的固有频率处于冷却空气与该螺旋弹簧冲撞而产生的非对称漩涡(卡门漩涡)的产生频率区域外，因此螺旋弹簧不会在相对于冷却气体流动的方向而垂直的方向上产生自激振动，从而不会导致该螺旋弹簧损伤，因此，能够利用该螺旋弹簧良好地实现静叶的密封结构的密封，确保旋转机械的运转效率。
[0018]也就是说，在本实用新型中，通过采用能够避免共振的螺旋弹簧，来实现静叶的密封结构的良好密封，确保旋转机械的运转效率。
[0019]另外，在本实用新型中，通过对螺旋弹簧的外径以及/或者自由高度进一步进行设定，即，分别设置为30mm?34mm、以及/或者、60mm?66mm或70mm?76mm,能够更加提高静叶的密封结构的密封性，确保旋转机械的运转效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是表示本实用新型的旋转机械的概要的侧面剖视图。
[0021]图2是表示本实用新型的静叶的密封结构的放大图。
[0022]图3是表示本实用新型的螺旋弹簧振动的概略图。
[0023]图4是表示本实用新型的螺旋弹簧的详细图。
[0024]符号说明
[0025]10燃气轮机(旋转机械)
[0026]20螺旋弹簧
[0027]30 静叶
[0028]31 动叶
[0029]32密封板
[0030]33静叶保持环
[0031]34密封结构
[0032]35冷却气体通路
[0033]36静叶护圈
[0034]37 螺栓
[0035]38 转子
【具体实施方式】
[0036]以下，参照附图对本实用新型的各部分结构和功能进行详细的说明。
[0037]图1是表示本实用新型的旋转机械的概要的侧面剖视图。在本实用新型中，作为旋转机械10以燃气轮机10为例。如图1和2所示，在该燃气轮机10中，在转子38的径向夕卜侧，静叶30和动叶31沿着燃气轮机10的轴向交替配置。另外，在燃气轮机10的运转中，为了防止静叶30过热而需要对静叶30进行冷却，因此，如图2所示，在静叶30以及设置于静叶30和转子38之间的静叶保持环33中形成有用于使冷却该静叶30的冷却气体流通的冷却气体通路35。
[0038]进而，为了防止在冷却气体通路35中流动的冷却气体发生泄漏而使静叶30的冷却效率下降，如图2所示，在该燃气轮机10中设置有防止冷却气体发生泄漏的密封结构34。在密封结构34中，为了防止在静叶30内的叶内流路中流动的冷却空气泄漏，通常利用螺旋弹簧20 (参照图1、图2)来对密封板32进行施力，使密封板32与静叶保持环33等构件密接，从而形成冷却空气用的叶内流路。
[0039]具体来说，如图2所示，在本实用新型的静叶30的密封结构34中，静叶30配置成环状，在静叶30的径向内侧配置有对静叶30进行保护且呈环状延伸的静叶护圈36，进而，静叶保持环33在静叶护圈36的内侧呈环状延伸而经由静叶护圈36来对静叶30进行保持，并且，密封板32设置于静叶护圈36和静叶保持环33之间。另外，如图2所示，在由静叶护圈36、静叶保持环33以及密封板32包围而成的叶内流路中设置有螺旋弹簧20，该螺旋弹簧20将密封板32沿着轴向按压于静叶护圈36和静叶保持环33上。由此，在静叶30的密封结构34中，能够防止从在静叶30中形成的冷却气体通路35流动来的冷却气体从密封板32与静叶护圈36和静叶保持环33之间泄漏而降低冷却效率。
[0040]进而，如图2所示，螺栓37经由在密封板32上设置的孔(未图示)而贯穿螺旋弹簧20，以防止螺旋弹簧20在叶内流路中脱落而无法对密封板32进行按压的事态。
[0041]另外，如图2所示，在静叶保持环33上也设置有冷却气体通路35，以供从在静叶30中形成的冷却气体通路35流动来的冷却气体从叶内流路中进一步向外部流出而冷却转子38。
[0042]进而，如图3所示，当冷却气体从在静叶30中形成的冷却气体通路35向叶内流路流动时，与螺旋弹簧20发生冲撞，而且，如上述的【背景技术】的内容所示，冷却空气与螺旋弹簧20冲撞而产生非对称漩涡(卡门漩涡)。
[0043]在上述的专利文献I中，如上所述，由于螺旋弹簧36的固有频率处于冷却空气与螺旋弹簧36冲撞而产生的非对称漩涡(卡门漩涡)的产生频率区域内，因此螺旋弹簧36在相对于冷却气体流动的方向而垂直的方向上产生自激振动，从而会导致该螺旋弹簧36损伤。
[0044]具体地说， 申请人:通过研究发现，上述的非对称漩涡(卡门漩涡)的产生频率区域的范围为229?286Hz，在对比文件I中，螺旋弹簧36的线径为5mm，线径5mm时的螺旋弹簧36的固有频率为270Hz。由此明确可知，螺旋弹簧36的固有频率处于非对称漩涡(卡门漩涡)的产生频率区域内，因此，螺旋弹簧36在相对于冷却气体流动的方向而垂直的方向上产生自激振动，从而会导致该螺旋弹簧36损伤。
[0045]相对于此，在本实用新型中，通过对螺旋弹簧20的线径进行设计而对该螺旋弹簧20的固有频率进行调谐，使其固有频率不处于非对称漩涡(卡门漩涡)的产生频率区域内(失谐)，从而使螺旋弹簧20在相对于冷却气体流动的方向而垂直的方向上不产生自激振动。
[0046]具体来说，在本实用新型中，使螺旋弹簧20的线径为5.1mm?7mm。当线径为
5.1mm?7mm时，螺旋弹簧的固有频率大于286Hz，从而不处于非对称漩涡(卡门漩涡)的产生频率区域内。
[0047]例如，在本实用新型中，使螺旋弹簧20的线径为6mm，此时，螺旋弹簧20的固有频率为324Hz，大于286Hz，从而使螺旋弹簧20在相对于冷却气体流动的方向而垂直的方向上不产生自激振动。从而不会导致该螺旋弹簧20损伤，因此，能够利用该螺旋弹簧20良好地实现静叶30的密封结构34的密封，确保燃气轮机10的运转效率。
[0048]也就是说，在本实用新型中，通过使螺旋弹簧20的线径相对于专利文献I从5mm增大到例如6_，而改变了螺旋弹簧20的固有频率，从而使该固有频率不处于非对称漩涡(卡门漩涡)的产生频率区域内。
[0049]需要说明的是，在使螺旋弹簧20的线径为6mm时，若考虑螺旋弹簧20的制造误差，则使该螺旋弹簧20的线径为6mm±0.03mm即可，如此也能够使螺旋弹簧20的固有频率为324Hz左右而大于286Hz，从而使螺旋弹簧20在相对于冷却气体流动的方向而垂直的方向上不产生自激振动。
[0050]也就是说，在本实用新型中，通过相对于现有技术而使螺旋弹簧20的线径增加，来对螺旋弹簧的固有频率进行调谐，从而使螺旋弹簧20在相对于冷却气体流动的方向而垂直的方向上不产生自激振动，以防止其破损。
[0051]而且，在使使用了线径为6mm的螺旋弹簧20的燃气轮机10长期运转(例如，运转了 10000小时)之后，对该螺旋弹簧20进行了检验，结果发现该螺旋弹簧20完全没有发现破损。
[0052]进而，对于螺旋弹簧20而言，除了对其线径进行设计之外，也可以对其外径以及/或者自由高度进行设计。例如，如图4所示，使螺旋弹簧20的外径为30mm?34mm，优选使螺旋弹簧20的外径为31.9mm(在考虑制造误差的情况下，±0.3mm)，使螺旋弹簧20的自由高度是60mm (在考虑制造误差的情况下，±0.50mm)?66mm (在考虑制造误差的情况下，±0.50mm)或者70mm(在考虑制造误差的情况下，±0.50mm)?76mm(在考虑制造误差的情况下，±0.50mm),优选使螺旋弹簧20的自由高度是62mm或72mm。由此,能够进一步使螺旋弹簧20在相对于冷却气体流动的方向而垂直的方向上不产生自激振动，从而能够更加提高静叶30的密封结构34的密封性，确保燃气轮机10的运转效率。
[0053]需要说明的是，在上述实施方式中，在静叶30和静叶保护环33之间设置有静叶护圈36，并利用螺旋弹簧20将密封板32沿着轴向按压于静叶护圈36和静叶保护环33上，但是，也可以省略该静叶护圈36而利用螺旋弹簧20将密封板32沿着轴向按压于静叶30和静叶保护环33上而形成上述的叶内流路。
[0054]如上所述，本实用新型参照附图对优选的实施方式进行了充分记载，但对于本领域技术人员来说能够了解各种变形或变更，这些变形或变更只要没有脱离本实用新型的技术方案限定的范围，均应被涵盖于其中。
【权利要求】
1.一种静叶的密封结构，其使用于旋转机械，所述静叶的密封结构的特征在于，具有:静叶，其配置成环状；静叶保持环，其在所述静叶的内侧呈环状延伸；密封板，其设置于所述静叶与所述静叶保持环之间；螺旋弹簧，其配置于所述静叶的内侧，且沿着轴向按压所述密封板，所述螺旋弹簧的线径是5.1mm?7mm。
2.根据权利要求1所述的静叶的密封结构，其特征在于，所述螺旋弹簧的线径是6mm。
3.根据权利要求1所述的静叶的密封结构，其特征在于，所述螺旋弹簧的外径是30mm?34mm。
4.根据权利要求2所述的静叶的密封结构，其特征在于，所述螺旋弹簧的外径是30mm?34mm。
5.根据权利要求3所述的静叶的密封结构，其特征在于，所述螺旋弹簧的外径是31.9mm。
6.根据权利要求4所述的静叶的密封结构，其特征在于，所述螺旋弹簧的外径是31.9mm。
7.根据权利要求1?6中的任意一项所述的静叶的密封结构，其特征在于，所述螺旋弹簧的自由高度是60mm?66mm。
8.根据权利要求7所述的静叶的密封结构，其特征在于，所述螺旋弹簧的自由高度是62mm。
9.根据权利要求1?6中的任意一项所述的静叶的密封结构，其特征在于，所述螺旋弹簧的自由高度是70_?76_。
10.根据权利要求9所述的静叶的密封结构，其特征在于，所述螺旋弹簧的自由高度是72mm。
【文档编号】F01D11/02GK204041125SQ201420455248
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】永井友人 申请人:三菱日立电力系统株式会社