一种燃气轮机燃烧室热膨胀补偿的浮动密封环套的制作方法

本实用新型属于燃气轮机燃烧室技术领域，具体涉及一种燃气轮机燃烧室热膨胀补偿的浮动密封环套。

背景技术：

燃气轮机燃烧室主要包括燃烧器、火焰筒、过渡段和机匣，燃烧室必须在火焰筒上安装一些仪器装置，例如火焰检测器、压力传感器、点火器和联焰管等，用以点火和监测燃烧室运行状态。这些仪器装置一般固定在外部机匣上，仪器装置由机匣的开孔插入至火焰筒内的特定位置。因此，仪器装置的安装需要兼顾机匣和火焰筒。

当燃烧室点火后，火焰筒内温度快速升高，机匣内部仍然是燃烧室入口空气温度，因此火焰筒壁温高于机匣壁温，导致火焰筒轴向膨胀量大于机匣轴向膨胀量，使火焰筒和机匣之间存在轴向相对位移。同时在燃烧室从冷态到热态的转换中，火焰筒升高的温度高于机匣升高的温度，因此火焰筒的径向膨胀量大于外机匣的径向膨胀量，导致机匣和火焰筒之间产生径向相对位移。此外，燃烧室的运行状态十分复杂，运行工况多样，火焰筒内流场和温度场情况复杂，导致火焰筒壁面温度分布不均匀且会随工况变化而变化，无法准确估计火焰筒上仪器装置接口处由于温度变化引起的准确位移，该位移必然是径向、轴向、周向叠加的合位移。由于仪器装置与机匣固定，机匣和火焰筒之间的热膨胀量差异必然导致仪器装置与火焰筒之间产生相对位移，轴向和周向上的相对位移引起轴向和周向上的应力，径向上的相对位移导致仪器装置插入火焰筒的深度增加，可能受到高温高压燃气的烧蚀，增加了仪器装置的故障率，缩短了使用寿命，降低了可靠性，严重影响燃烧室的寿命与可靠性。

燃烧室内燃烧过程复杂，工作条件恶劣，需要在设计时尽量保证燃烧室整体空气流量分配，确保火焰筒内燃烧稳定。燃烧室对空气分配要求严格，因此需要尽量保证仪器装置与火焰筒之间接口处的密封性，然而绝大多数仪器装置难以承受火焰筒内高温燃气持续烧蚀，需要引入一定量的冷却气加以保护。如此一来，密封性要求和冷却气需求两者产生了矛盾，往往顾此失彼。现有技术中已设法尽量避免上述存在的问题，如中国专利文献(公开号为cn203615366u)公开了一种点火器的浮动接口结构，将点火头在火焰筒上的接口设计为浮动密封结构，实现了点火头和火焰筒轴向的热膨胀补偿，并保证了点火头接口处的密封性；中国专利文献(公开号为cn102879030a)同样公开了一种带有浮动密封接口的火焰检测器。但是这些技术方案中，为了保证一定的密封性，浮动密封环与短管、盖板之间的间隙通常设计的很小，若采用传统的短管式结构，将导致浮动密封环受到局部应力，易产生变形，影响浮动密封环寿命，削弱机匣和火焰筒之间的热膨胀补偿能力。因此需要增加浮动密封环本身的变形补偿能力，提高浮动密封环寿命，保证机匣和火焰筒之间的热膨胀补偿。同时，为了更有效的保护探头，需要在探头处增加可控的、定量的冷却空气。

技术实现要素：

本实用新型欲解决的技术问题是现有技术中的燃气轮机燃烧室浮动密封环存在易受到局部应力而发生变形，从而导致使用寿命短等技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种燃气轮机燃烧室热膨胀补偿的浮动密封环套，所述燃气轮机燃烧室热膨胀补偿的浮动密封环套位于燃烧室的火焰筒开孔处，具体为将浮动密封环套焊接在火焰筒的开孔处，燃烧室上安装的仪器装置通过燃烧室机匣上的开孔伸入火焰筒，并插入所述燃气轮机燃烧室热膨胀补偿的浮动密封环套中；

所述燃气轮机燃烧室热膨胀补偿的浮动密封环套包括连接短管、弹性浮动密封环和盖板；所述盖板位于连接短管上，具体为将盖板焊接在连接短管上，所述盖板为中心开设有通孔的圆环形板状结构；所述连接短管为内部开设有阶梯形通孔的环状结构，所述阶梯形通孔包括1个大孔和1个小孔，所述连接短管中阶梯形通孔中的大孔朝向盖板一侧，所述盖板的通孔直径小于连接短管中阶梯形通孔中的大孔直径，在所述盖板和连接短管内部形成了环形槽，所述弹性浮动密封环位于所述环形槽内；所述盖板的外径与连接短管上朝向盖板一侧的外径相同；所述连接短管的周圈分布有冷却孔，所述冷却孔为通孔；

所述弹性浮动密封环包括上半环、下半环和内环，所述上半环和下半环的结构和尺寸均相同，均为圆弧状弹性环结构，所述内环为筒形圆弧状弹性环结构，所述上半环、下半环和内环的内圈直径相同，所述下半环位于环形槽的底部，所述上半环位于下半环上，所述内环位于下半环的内圈底部，所述上半环、下半环和内环通过各自的内圈固定连接在一起，具体为焊接固定在一起。

进一步地，所述盖板的通孔直径大于连接短管中阶梯形通孔中的小孔直径。

进一步地，所述上半环和下半环的圆弧状弹性环结构呈放射状，内圈整圈完整，周圈固定有圆弧状弹性密封条。更进一步地，所述圆弧状弹性密封条的个数≧16个。更进一步地，所述弹性密封条之间存在间隙。更进一步地，所述上半环和下半环上的弹性密封条之间的间隙交错分布。

进一步地，所述上半环的外径小于连接短管中阶梯形通孔中的大孔直径，同时大于连接短管中阶梯形通孔中的小孔直径。

进一步地，所述连接短管为“t”字形结构。更进一步地，所述连接短管内阶梯形通孔中的大孔位于“t”字形结构的上部，所述连接短管内阶梯形通孔中的小孔位于“t”字形结构的下部。

进一步地，所述冷却孔的数量≧4个，且均匀分布在连接短管的周圈上。

本实用新型所述的浮动密封环套，可用于燃气轮机燃烧室及其试验件上，能够抵消由于燃烧室温度变化产生的周向、径向、轴向复合相对位移及变形，保护了点火头和传感器探头等仪器装置。浮动密封环的上半环和下半环缝隙交错布置，使得该处漏气量甚微，保证了燃烧室整体空气分配的准确性，有利于燃烧组织。短管处的开孔能够在保证整体空气分配的前提下引入定量冷却气，起到保护点火头或者传感器探头等仪器装置的作用，延长其使用寿命，保证其工作可靠性。

弹性浮动密封环的上半环和下半环使用周圈圆弧状密封弹性条结构，且上半环和下半环的间隙恰好错开，保证具有一定的密封性，内环同样使用周圈圆弧状密封弹性条结构，方便点火头和传感器探头安装，并能够适用一定范围内不同尺寸的探头。将弹性浮动密封环放置在连接短管上，将盖板放置在浮动密封环上，固定盖板和连接短管，保证弹性浮动密封环能够在盖板和连接短管之间形成的环形槽内正常移动，以保证燃烧室工作时，能够利用浮动密封环抵消由于温度变化产生的火焰筒和仪器装置之间的轴向、径向、周向复合型相对位移，同时浮动密封环本身的弹片能够抵消由于空间限制产生的自身应力。将连接短管出口端固定在火焰筒事先开好的孔上，固定时保证短管周圈的冷却孔不被堵住。周圈冷却孔能够保证探头不被高温高压燃气烧蚀。

与现有技术相比，本实用新型的燃气轮机燃烧室热膨胀补偿的浮动密封环套具有以下优点：

(1)能够抵消不可准确预知的热膨胀所带来的相对位移和变形，避免仪器装置因热膨胀变形导致的局部应力集中，保证仪器装置工作的可靠性和安全性。

(2)解决火焰筒上安装的仪器装置接口处密封问题，保证空气分配的准确性。

(3)冷却孔结构能够起到保护仪器装置的作用，延长使用寿命。

附图说明

图1：浮动密封环套的剖面示意图。

图2：弹性浮动密封环的结构示意图。

图3：弹性浮动密封环的上半环结构示意图。

图4：弹性浮动密封环的内环结构示意图。

附图标记说明：1-浮动密封套；2-弹性浮动密封环；3-盖板；4-连接短管；5-火焰筒；6-机匣；7-仪器装置；11-冷却孔；21-上半环；22-下半环；23-内环。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式做详细的阐述。

本部分提及的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位用语，仅用于描述该具体实施方式中产品各零部件的相对位置关系，并不能理解为用于限制本实用新型的用语。

图1为本实用新型浮动密封环套结构的剖面示意图。图1中所示包括火焰筒5、机匣6、浮动密封环套1和仪器装置7。浮动密封环套1固定在火焰筒开孔处，仪器装置7通过机匣6上开孔伸入火焰筒5，并插入浮动密封环套1中，微调位置后，通过周圈螺栓将传感器固定在机匣上。

浮动密封环套1包括连接短管4、弹性浮动密封环2和盖板3。连接短管4出口端周圈均匀分布冷却孔11，固定浮动密封环套1时保证短管周圈的冷却孔不被堵住。周圈冷却孔11能够保证探头不被高温高压燃气烧蚀，延长探头寿命，保证探头工作可靠性。弹性浮动密封环2放置在连接短管4上，盖板3放置在浮动密封环2上，将盖板3和连接短管4的外侧配合缝隙处焊接起来，从而将盖板3和连接短管4固定在一起，保证浮动密封环2能够在盖板3和连接短管4之间形成的环形槽内正常移动。

图2为弹性浮动密封环2结构示意图。弹性浮动密封环2包括上半环21、下半环22和内环23。上半环21和下半环22结构相同，均为圆弧状弹性环结构，如图3所示，弹性环呈放射状，内圈整圈完整，便于定位，周圈固定圆弧状弹性密封条。弹性密封条之间存在间隙，为了保证密封性，周圈弹性密封条的个数在16条以上，上半环21和下半环22的间隙交错排布，同时上半环21和下半环22的内圈固定。内环23同样采用圆弧状弹性环，结构与上、下半环略有差异，如图4所示。上半环21、下半环22和内环23的内圈固定连接在一起，形成如图2所示的弹性浮动密封环2。

燃烧室点火后，火焰筒5内温度快速上升，火焰筒壁面温度随着工况的变化开始变化，由于燃烧过程复杂，火焰筒5上浮动密封环套1周围的壁面温度分布无法准确预知，导致浮动密封环套1周围火焰筒产生轴向、径向、轴向复合变形。机匣6的温度变化低于火焰筒5的温度变化，导致机匣6和火焰筒5之间产生轴向、径向相对位移。弹性浮动密封环2与连接短管4和盖板3之间能够滑动，因此能够抵消机匣6和火焰筒5之间产生的相对位移。弹性密封环2本身具有轴向、径向、周向的可调节性，因此可以通过自身变形抵消浮动密封环套1周围火焰筒5产生的复合变形，保证整个浮动密封套的工作寿命。在燃烧室空气流量分配设计时可利用连接短管4处开孔面积准确定量该处冷却气比例，燃烧室工作时，短管处的开孔处流入的冷却气可避免探头受到高温高压燃气的烧蚀，保证了探头的工作安全性、可靠性。

上文所述的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并不是用以限制本实用新型的保护范围，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出的各种变化均属于本实用新型的保护范围。

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