用於密封間隙的密封元件的製作方法

2023-04-26 18:04:41

專利名稱：用於密封間隙的密封元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於密封間隙的密封元件，所述間隙在由於熱作用而能彼此相對運動的兩個構件之間形成，所述構件具有相應的彼此對置的構件槽。此外，本發明涉及這種具有位於相互對置的構件槽中的密封元件的密封裝置。
背景技術：
例如，在燃氣渦輪機中，渦輪導向葉片的平臺也限定出在燃氣渦輪機的燃燒室中產生的熱氣的環形的流動路徑。相鄰的渦輪葉片的平臺在此設置成彼此形成間隙。為了阻止熱氣通過所述間隙而損耗、同時進而避免在背側設置的支承構件的損壞，已知的是，藉助於密封元件密封間隙，所述密封元件位於兩個相互對置的構件槽中。這種密封裝置從 EP0852659B1中已知。由此已知的板狀的密封板在一個側上具有帶齒的(開槽的)表面。
已經表明，如此構成的密封板例如在彼此相對強烈地熱運動的構件中能夠受到強烈的磨損。因此，能夠損害必要的密封功能並且明顯限制了系統的工作能力。此外，也能夠在安裝已知的密封板時出現問題，所述問題能夠導致不期望的再加工。發明內容
因此，本發明的目的是提供一種耐用的用於密封間隙的密封元件，所述密封元件即使在相對大的由熱引起的構件運動時確保有效的密封。
根據本發明，所述目的通過一種用於密封在由於熱作用而能彼此相對運動的兩個構件之間的間隙的密封元件來實現，所述構件分別具有用於容納密封元件的相互對置的構件槽，所述密封元件沿著主線定向並且在基本上垂直於主線的橫截面中具有設置在第一端部和第二端部之間的中間區域，該中間區域具有帶齒的第一表面，該目的實現的方式在於， 優選全部的密封齒具有基本上矩形的橫截面輪廓並且其齒高位於能夠平行於齒高測定的密封元件厚度(即包括齒高)的10%和40%之間。
本發明基於下述認識，已知的密封板具有齒，所述齒的齒高與密封板的總厚度相比是非常大的。因此，密封板的設置有密封齒的齒部承載部段僅具有不足的材料厚度，使得磨損能夠不允許地大大地削減密封板的迄今相對薄的齒部承載部段。就此而言，在機械應力由於相互對置的構件相對大的移動而增大時，在密封板的齒部承載部段中僅剩下相對少的磨損材料。由於相對薄的齒部承載部段，在構件相應地熱運動時，所述齒部承載部段能夠局部地提前磨損。這能夠導致已知的密封板的部分失效。根據本發明，齒高現在相對於整個密封元件厚度是受限制的並且位於密封元件厚度的10%和40%之間。因此，根據本發明的密封元件的齒部承載部段構成為比迄今的密封板的情況明顯更厚，這導緻密封元件的提高的長期強度和壽命。
與從現有技術中已知的密封元件的在橫截面中逐漸變尖的密封齒相反，根據本發明的密封齒從過渡區域朝齒部承載部段來看具有近似於矩形的橫截面輪廓。因此，根據本發明的密封元件現在具有密封齒，所述密封齒的齒廓與最接近的現有技術的情況相比是更陡的。密封齒構成為比迄今的情況明顯更細長。因為更陡的齒廓和更細長的構型，密封元件在開槽的區域中具有改進的可變形性(柔韌性)，這可實現板狀的密封元件在構件槽中的簡單的安裝。然而如果出現磨損，那麼所述磨損首先在新型的齒中出現並且隨後才在齒部承載部段中出現。這延緩了密封元件的部分失效。
因此，根據本發明的密封元件與已知的密封板的不同之處在於，根據本發明的密封元件的承載部段現在與已知的密封板的情況相比是更陡的並且根據本發明的密封元件的開槽區域與已知的密封元件的情況相比是更軟的。就此而言，因此能夠更換成更陡峭的和更軟的區域。
本發明的有利的實施方式在從屬權利要求中說明。
此外，當密封齒具有矩形的橫截面輪廓並且其彼此的間隔大約減小到密封齒的齒高的I. 6倍時，密封元件與其相對齒高無關地表現出改進的密封作用。因此，設定相鄰的齒之間的最優的距離並且實現最優的間隙節流，使得與已知的實施方案相比保證了改進的密封作用。
適當地,密封元件厚度在I. Omm和4. Omm之間並且其齒高(H)在O. Imm和I. 6mm之間，尤其在O. 3mm和O. 7mm之間。
密封元件的密封齒優選具有呈改進的可變形性的形式的特別的適配能力，使得此外甚至在尺寸過大時能夠確保密封元件的簡單的安裝。與現有技術的密封元件相比，所述適配能力基於更陡的齒廓和更窄的密封齒。
此外，密封元件在相鄰的構件的錯位和變形增大時具有特別的柔韌性，使得密封元件也尤其適合於用於密封在工作期間具有顯著的錯位和變形的構件。


根據以下的

詳細闡明上述發明。附圖示出
圖I示出貫穿燃氣渦輪機設備的縱截面部分圖，並且
圖2示出貫穿燃氣渦輪機設備的具有密封元件的密封裝置的橫截面圖。
具體實施方式
圖I示出沿著主軸線14定向的燃氣渦輪機設備22。所述燃氣渦輪機設備在殼體 17中以在軸向方向上交替的方式具有導向葉片12和轉子葉片15。導向葉片12沿著垂直於主軸線14的軸線18定向並且沿著燃氣渦輪機設備22的外周以形成圓的方式設置。導向葉片12經由相應的導向葉片板16與燃氣渦輪機設備22的殼體17連接。沿著外周，相鄰的導向葉片12通過相應的間隙5彼此間隔(見圖2)，由此所述導向葉片能夠很大程度自由地熱伸展。導向葉片板16將圍繞燃氣渦輪機設備22的主軸線14形成的熱氣區域11與在導向葉片板16和渦輪機殼體17之間形成的冷氣區域8分隔開。轉子葉片15沿著相應的主軸線19延伸，所述主軸線19同樣也基本上正交於燃氣渦輪機設備的主軸線14。轉子葉片15完全地位於熱氣區域11中。所述熱氣區域11通過沿著燃氣渦輪機設備22的外周的多個壁構件13與冷氣區域8分隔開。壁構件13在此能夠分別鄰近轉子葉片15。壁構件 13與渦輪機殼體17連接。由於可視性，分別僅示出一個導向葉片12、一個轉子葉片15和一個壁構件13。在軸向方向上，相應的壁構件13與相應的導向葉片12、尤其是與導向葉片板16通過間隙5間隔開。所述間隙5被密封元件I密封，由此很大程度地阻止冷氣從冷氣區域8流到熱氣區域11中。導向葉片12在此是第一構件2a並且壁部13是第二構件2b。 因此，在軸向方向上通過導向葉片板16和壁構件13實現從熱氣區域11將冷氣區域8密封並且在周向上分別在相鄰的導向葉片12之間和在相應地相鄰的壁構件13之間實現密封。
圖2示出沿著燃氣渦輪機設備22的外周貫穿兩個相鄰的構件2a、2b的剖面圖。 兩個構件2a、2b是密封裝置2c的一部分並且通過間隙5彼此間隔。構件2a、2b能夠分別是兩個相鄰的導向葉片12，尤其是導向葉片板16以及兩個彼此相鄰的壁構件13。在構件 2a,2b中分別在周向上設有構件槽3a或3b。密封元件I接合到構件槽3a、3b中用於密封間隙5。密封元件I沿著主線21定向並且在示出的垂直於主線21的橫截面中具有第一端部6a、第二端部6b和位於所述第一端部和第二端部之間的中間區域10。中間區域10朝向冷氣區域8具有多個肋狀槽7，其中在相鄰的肋狀槽7之間分別形成密封齒20，由此中間區域10是單側開槽的。密封齒20設置在密封元件I的齒部承載部段18上。每個肋狀槽7 和每個密封齒20平行於主線21並且垂直於必要時可能的洩流延伸。
構件槽3a、3b分別具有彼此平行對置的槽側壁9a、9b。因為通常冷氣的壓強高於熱氣引導區域11中熱氣的壓強，所以密封元件I以其平坦的表面安置在構件槽3a、3b的側壁9a上，使得更減輕密封齒20的機械負荷。
在此，構件槽3a、3b的兩個槽側壁9a、9b以也被稱作槽寬度B的間距相對置。槽寬度B最大大於密封兀件I的總厚度D的I. I倍。根據第一實施方式,槽寬度為2. 5mm並且密封元件厚度為2. 4mm。
密封齒20具有高度H，所述高度位於密封元件厚度的10%和40%之間，例如為 O. 5mm。這相應於上述密封元件厚度的大約20. 8%。同時，密封齒20由於其近似矩形的橫截面輪廓具有沿著其高度幾乎不變的齒寬Z。所述齒寬處於大約O. Imm至O. 2mm的數量級。 密封元件I的總厚度D和槽寬度B互相配合，使得在密封元件I的平坦的側部平地貼靠在槽側壁9a上時，在密封齒尖部和構件槽3a、3b的另一個側壁9b之間構成間隙S，在兩個直接相鄰的密封齒20之間的平均間距T至少為間隙S的五倍。可能地，平均間距T也能夠基本上是齒高H的I. 6倍。根據密封裝置2c的第一實施方式，間隙S具有為O. Imm的大小並且間距T具有為O. 8mm的大小。
顯然地，密封齒20不必垂直地從齒部承載部段18中伸出。所述密封齒也能夠相對於齒部承載部段18的垂線23輕微地傾斜，所述密封齒如在圖2中右側所示並且標有附圖標記22。
總體上，本發明涉及一種用於密封在兩個構件2a、2b之間的間隙5的密封元件I、 尤其是用於燃氣渦輪機設備的密封裝置2c的密封元件1，所述密封元件沿著主線21延伸並且在開槽的中間區域10中具有被輪廓化的橫截面。在該橫截面中，密封元件I沿著主線 21定向並且在基本上正交於主線21的方向上是可變形的。為提供一種具有尤其有效的阻滯作用的耐磨的、耐用的密封元件I而提出，開槽部的密封齒20具有矩形的橫截面輪廓並且其齒高H位於能夠平行於齒高H測定的密封元件厚度D的10%和40%之間。如果替選於此，密封齒20在矩形的橫截面輪廓旁邊彼此間具有大約為涉及的密封齒20的平均齒高H 的I. 6倍的間距T，那麼也能夠實現有效的密封。平均的齒高H相應於所討論的齒高的算術平均值。權利要求
1.板狀的密封元件(1)，所述密封元件用於密封在由於機械作用或者熱作用而能彼此相對運動的兩個構件(2a、2b)之間的間隙(5)，所述構件分別具有相互對置的用於容納所述密封元件(I)的構件槽(3a、3b)，所述密封元件沿著主線(21)定向並且在基本上垂直於所述主線(21)的橫截面中具有設置在第一端部(6a)和第二端部(6b)之間的中間區域(10)，所述中間區域具有帶齒的第一表面， 其特徵在於， 優選全部的密封齒(20)具有近似矩形的橫截面輪廓並且所述密封齒的齒高(H)位於所述密封元件(I)的厚度(D)的10%和40%之間。
2.根據權利要求I所述的密封元件(I)， 其中兩個彼此直接相鄰的密封齒(20)之間的間距(T)是這兩個密封齒(20)的平均齒高(H)的I. 6倍。
3.根據權利要求I或2所述的密封元件(I)， 所述密封元件的密封元件厚度位於I. Omm和4. Omm之間並且 所述密封元件的齒高(H)位於0. Imm和I. 6mm之間、尤其是位於0. 3mm和0. 7mm之間。
全文摘要
本發明基本上涉及一種用於密封兩個構件(2a，2b)之間的間隙(5)的密封元件、尤其是用於燃氣渦輪機設備的密封裝置(2c)的密封元件，其中密封元件沿著主線(21)延伸並且在開槽的中間區域(10)中具有被輪廓化的橫截面。在該橫截面中，密封元件(1)沿著主線(21)定向，並且在基本上正交於主線(21)的方向上是可變形的。為提供一種具有尤其有效的阻滯作用的耐磨的、耐用的密封元件(1)而提出，開槽部的密封齒(20)具有近似矩形的橫截面輪廓並且其齒高(H)在能夠平行於齒高(H)測定的密封元件厚度(D)的10%和40%之間。
文檔編號F01D11/00GK102985639SQ201180034375
公開日2013年3月20日 申請日期2011年7月13日 優先權日2010年7月13日
發明者米爾科·米拉扎爾 申請人:西門子公司