涡轮静叶的密封结构及燃气轮机的制作方法

1.本发明涉及热力发动机技术领域，具体涉及一种涡轮静叶的密封结构及燃气轮机。


背景技术：

2.燃气轮机涡轮静叶片工作在高温燃气中，承受着巨大的热负荷，经受严重的热应力和应变，高温燃气使其蠕变寿命大幅度降低，导致涡轮静叶片发生叶片变形、烧蚀、断裂等常见故障。保证气冷涡轮叶片冷却效果的前提是准确获得叶片表面温度，以确定适当的冷却方式及冷气量，否则会严重降低冷却系统的冷却效率。因此，提高涡轮叶片表面温度测量精度，进而为热分析、叶片冷却设计提供依据，具有十分重要的意义。
3.目前，国内外燃气轮机涡轮静叶片表面温度测试方法主要有红外辐射、示温漆、晶体和热电偶等。红外辐射测温属于非接触测量技术，测温上限高，能得到连续的温度场数据，但受发射率测量影响，存在测量误差大、温度分辨率及空间分辨率低等问题；示温漆、晶体测温技术无需测试引线，但只能获得试验状态的最高温度，不能实时监测；工程中常用的铠装热电偶具有结构简单、量程宽、精度高和便于远距离信号传输的优点，但该方法需将测点埋入叶片内，破坏了叶片结构，使叶片传热性能发生改变，降低了测量精度，测量点温度难以与表面温度保持一致，且在叶片尾缘等薄壁结构中无法埋设。
4.为解决传统热电偶安装方法中存在的弊端，提高涡轮叶片表面温度测量的精度，中国航发燃气涡轮研究院徐毅等人提出采用微细热电偶进行涡轮叶片表面温度测试的方法，可以有效地解决热电偶埋入引起的测温误差，该方法通过氧化铝涂层将热电偶丝固定在叶片表面，从而获得叶片表面温度，简称微细热电偶测温。
5.燃气轮机涡轮静叶的密封片一般为片状结构，涡轮静叶的两端设置有连接部，两个相邻的涡轮静叶通过连接部的端面进行连接，并且通过密封片实现密封。在做燃气轮机整机试验时，采用微细热电偶测温方法对测量涡轮静叶进行表面温度测温，微细热电偶在引出过程中需一定的走线宽度且全程与叶片本体接触，由于涡轮静叶两端的上密封片和下密封片的阻挡，导致温度测点引线无法引出。为了引出温度测点引线，一般的做法是直接去掉上密封片和下密封片，但这样做会使测量涡轮静叶周向间隙的泄漏面积增大，冷却空气的泄漏流量大幅增加，并对该静叶片冷却空气的压力、流量造成影响，对测量表面的温度产生扰动，导致测量结果不准确。与此同时，由于密封片槽内的微细热电偶与叶片本体之间的间隙较大，微细热电偶无法全程与叶片本体接触，从而导致测量结果不够准确，影响微细热电偶测温的可靠性。


技术实现要素：

6.本发明的目的一是提出一种涡轮静叶的密封结构，旨在解决现有的涡轮静叶片由于结构空间有限，为了实现测温而直接去除密封片，导致涡轮静叶密封性差，影响测温效果的技术问题。
7.本发明的目的二是提出一种燃气轮机。
8.为实现上述目的一，本发明提出一种涡轮静叶的密封结构，包括涡轮静叶，所述涡轮静叶开设有密封片槽，所述密封片槽内设置有密封片；其中，
9.所述涡轮静叶还开设有容置槽，所述容置槽位于所述密封片槽的一侧且与所述密封片槽连通，所述容置槽内设置有测温元件，所述容置槽的内侧壁充分贴合所述测温元件的外表面。
10.作为本发明的进一步改进：通过补焊填充所述测温元件与所述密封片槽、所述容置槽之间的空隙。
11.作为本发明的进一步改进：所述涡轮静叶包括吸力面、压力面，所述吸力面与所述压力面分别位于所述涡轮静叶的两侧，所述吸力面与所述压力面的两端均设置有密封片槽以及容置槽。
12.作为本发明的进一步改进：所述密封片槽内的密封片开设有缺口。
13.作为本发明的进一步改进：所述缺口的长度与所述容置槽的长度相同。
14.作为本发明的进一步改进：所述测温元件采用热电偶。
15.作为本发明的进一步改进：所述涡轮静叶内设有空腔。
16.作为本发明的进一步改进：还包括叶环，所述叶环分别位于所述涡轮静叶的两端，所述叶环设置有引线孔，所述测温元件设置有引线，所述引线的一部分通过所述涡轮静叶的一端以及穿设所述引线孔与外部元件连接，所述引线的另一部分通过所述涡轮静叶的一端以及穿设所述空腔与所述引线孔，从而与外部元件连接。
17.作为本发明的进一步改进：所述测温元件的外表包覆有涂层。
18.为实现上述目的二，本发明还提出一种燃气轮机，其包括上述的涡轮静叶的密封结构。
19.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
20.本技术方案的涡轮静叶的密封结构在密封片槽的一侧开设容置槽，使得测温元件与密封片可同时保留，从而保证了两相邻的涡轮静叶之间的密封性，大幅减少涡轮静叶的冷却空气的泄漏，使测温元件的测量更精准；同时，通过容置槽的内侧壁充分贴合测温元件的外表面，测温元件在测量时与涡轮静叶的本体持续且充分接触，使测温元件的测量更准确，提高了测温元件测量的可靠性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
22.图1为本技术的密封片一实施例的结构示意图；
23.图2为本技术的涡轮静叶一实施例的结构示意图；
24.图3为图2中a-a方向剖面图；
25.图4为图2中b-b方向剖面图；
26.图5为图2中m方向剖面图；
27.图6为本技术的密封片另一实施例的结构示意图；
28.图7为本技术的测温元件的引线一实施例的连接示意图。
29.附图标号说明：
30.标号名称标号名称1涡轮静叶2上密封片a3上密封块a4上密封块b5下密封片a6下密封块a7下密封块b8吸力面9压力面10上循环对称面a11上循环对称面b12下循环对称面a13下循环对称面b14上密封片槽a15上密封片槽b16下密封片槽a17下密封片槽b18空腔19叶环20引线孔21上密封片b22下密封片b23涡轮缸101相邻的涡轮静叶31第一容置槽32第二容置槽33第三容置槽34第四容置槽
31.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
34.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
35.在做燃气轮机整机试验时，采用微细热电偶测温方法对测量涡轮静叶进行表面温度测温，微细热电偶在引出过程中需一定的走线宽度且全程与叶片本体接触，由于涡轮静叶两端的上密封片和下密封片的阻挡，导致温度测点引线无法引出。为了引出温度测点引
线，一般的做法是直接去掉上密封片和下密封片，但这样做会使测量涡轮静叶周向间隙的泄漏面积增大，冷却空气的泄漏流量大幅增加，并对该静叶片冷却空气的压力、流量造成影响，对测量表面的温度产生扰动，导致测量结果不准确。与此同时，由于密封片槽内的微细热电偶与叶片本体之间的间隙较大，微细热电偶无法全程与叶片本体接触，同样导致测量结果不够准确，影响微细热电偶测温的可靠性。
36.本发明的目的是提出一种涡轮静叶的密封结构，旨在解决现有的涡轮静叶片由于结构空间有限，为了实现测温而直接去除密封片，导致涡轮静叶密封性差，影响测温效果的技术问题。
37.请参阅图1-图7，本技术的涡轮静叶的密封结构一实施例中，涡轮静叶的密封结构包括涡轮静叶1，所述涡轮静叶1开设有密封片槽，所述密封片槽内设置有密封片；其中，
38.所述涡轮静叶1还开设有容置槽，所述容置槽位于所述密封片槽的一侧且与所述密封片槽连通，所述容置槽内设置有测温元件，所述容置槽的内侧壁充分贴合所述测温元件的外表面。
39.具体而言，请参考图2-图3，在本实施例中，涡轮静叶1为空心冷却叶片，涡轮静叶1与相邻的涡轮静叶101之间通过密封结构实现密封，而密封片通过冲铆固定在密封片槽内。在密封片槽的一侧开设有容置槽，使得测温元件可放置在容置槽内，实现对涡轮静叶1的温度测量；同时，测温元件不全部占用密封片槽的空间，从而可使密封片保留在密封片槽内。另外，通过容置槽的内侧壁充分贴合测温元件的外表面的设置，可避免容置槽的内侧壁与测温元件之间产生间隙，导致测温元件无法持续贴合涡轮静叶1的本体。
40.本技术方案的涡轮静叶的密封结构在密封片槽的一侧开设容置槽，使得测温元件与密封片可同时保留，从而保证了两相邻的涡轮静叶之间的密封性，大幅减少涡轮静叶1的冷却空气的泄漏，使测温元件的测量更精准；同时，通过容置槽的内侧壁充分贴合测温元件的外表面，测温元件在测量时与涡轮静叶1的本体持续且充分接触，使测温元件的测量更准确，提高了测温元件测量的可靠性。
41.进一步地，在某一实施例中，通过补焊填充所述测温元件与所述密封片槽、所述容置槽之间的空隙。在本实施例中，补焊具体采用氩弧焊进行焊接并打磨使其光滑。在其他实施例中，也可采用填充固体金属的方式以减少测温元件与密封片槽、容置槽之间的空隙。
42.进一步地，在某一实施例中，所述测温元件的外表包覆有涂层。涂层用于将测温元件固定在容置槽的内侧壁上。
43.进一步地，在某一实施例中，所述涡轮静叶1包括吸力面8、压力面9，所述吸力面8与所述压力面9分别位于所述涡轮静叶1的两侧，所述吸力面8与所述压力面9的两端均设置有密封片槽以及容置槽。
44.具体而言，请参考图3，在本实施例中，涡轮静叶1吸力面8、压力面9的两端均设置有连接部。在吸力面8的一侧，位于顶部的连接部的端面设置有上循环对称面a10，位于底部的连接部的端面设置有下循环对称面a12；在压力面9的一侧，位于顶部的连接部的端面设置有上循环对称面b11，位于底部的连接部的端面设置有下循环对称面b13。其中，涡轮静叶1的上循环对称面a10与相邻的涡轮静叶101的上循环对称面b11通过上密封片a2、上密封块a3、上密封块b4实现密封；涡轮静叶1的下循环对称面a12与相邻的涡轮静叶101的下循环对称面b13通过下密封片a5、下密封块a6、下密封块b7实现密封。
45.具体而言，在本实施例中，吸力面8与压力面9的两端均设置有密封片槽以及容置槽，密封片槽包括：位于上循环对称面a10的上密封片槽a14、位于上循环对称面b11的上密封片槽b15、位于下循环对称面a12的下密封片槽a16、位于下循环对称面b13的下密封片槽b17。容置槽包括：与上密封片槽a14连接的第一容置槽31、与上密封片槽b15连接的第二容置槽32、与下密封片槽a16连接的第三容置槽33、与下密封片槽b17连接的第四容置槽34。
46.综上所述，由于涡轮静叶1两侧吸力面8、压力面9分别设置有密封片槽以及容置槽，使得涡轮静叶1两侧面的两端均可放置测温元件以及密封片。而由于容置槽的深度均比密封片槽的深度小，因此第一容置槽31、第二容置槽32、第三容置槽33、第四容置槽34以及与前述容置槽分别对应的密封片槽在测温前应先进行补焊填平工作，并将补焊区域表面打磨平滑，之后将测温元件放置并进行喷涂。
47.值得注意的是，第一容置槽31、第二容置槽32、第三容置槽33、第四容置槽34的长度大小取决于经过对应的循环对称面的测温元件的数量以及循环对称面本身的宽度限制。
48.进一步地，在某一实施例中，所述密封片槽内的密封片开设有缺口。所述缺口的长度与所述容置槽的长度相同。
49.具体而言，请参考图6，在本实施例中，密封片均开设有缺口。其中，各密封片的缺口的长度与对应的容置槽的长度相同。上密封片a2的宽度h1开到与上循环对称面a10齐平；上密封片b21的宽度h2开到与上循环对称面b11齐平；下密封片a5的宽度h3开到与下循环对称面a12齐平；下密封片b22的宽度h4开到与下循环对称面b13齐平。由于密封片开设有缺口，因此操作人员可在密封片的缺口区域以及容置槽区域进行补焊填平，以此提高测温元件充分接触涡轮静叶1的本体的效果。
50.进一步地，在某一实施例中，涡轮静叶的密封结构还包括空腔18，所述涡轮静叶1内设有空腔18。
51.具体而言，在本实施例中，所述空腔18用于给测温元件提供引线穿设的通道。
52.进一步地，在某一实施例中，涡轮静叶的密封结构还包括叶环19，所述叶环19分别位于所述涡轮静叶1的两端，所述叶环19设置有引线孔20，所述测温元件设置有引线，所述引线的一部分通过所述涡轮静叶1的一端以及穿设所述引线孔20与外部元件连接，所述引线的另一部分通过所述涡轮静叶1的一端以及穿设所述空腔18与所述引线孔20，从而与外部元件连接。
53.具体而言，请结合图3与图7，在本实施例中，外部元件为涡轮缸23，位于吸力面8的测温元件的引线一部分通过上循环对称面a10和叶环19上的引线孔20引出到涡轮缸23外，另一部分依次通过吸力面8下循环对称面a12、空腔18和叶环19上的引线孔20引出到涡轮缸23外；
54.另外，位于压力面9的测温元件的引线一部分通过上循环对称面b11和叶环19上的引线孔20引出到涡轮缸23外，另一部分依次通过下循环对称面b13、空腔18和叶环19上的引线孔20引出到涡轮缸23外。
55.进一步地，在某一实施例中，所述测温元件采用热电偶。
56.本发明还提出一种燃气轮机，燃气轮机包括涡轮静叶的密封结构。密封结构的具体结构参照上述实施例，由于燃气轮机采用了上述密封结构所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
57.综上所述，本技术方案通过对涡轮静叶吸力面的上密封片a和下密封片a以及与涡轮静叶的压力面相邻的涡轮静叶上的上密封片b和下密封片b进行设计，相比于直接去掉密封片，本密封片结构保留了密封片，使涡轮静叶周向间隙的泄漏面积基本不变，从而大幅减少了整机试验中冷却空气的泄漏，保证了涡轮静叶温度测量的准确性；并大幅降低温度测量对机组效率的影响。
58.其次，本技术方案在涡轮静叶的吸力面上循环对称面a、压力面上循环对称面b、吸力面下循环对称面a和压力面下循环对称面b上分别开容置槽，并将容置槽对应的密封片槽进行补焊填平，这样保证了微细热电偶在进行测量静叶温度时，微细热电偶全程与涡轮静叶本体接触，提高了测量的可靠性和机组安全性。
59.以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。