專利名稱：用于可變間隙密封的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于旋轉(zhuǎn)機械的可變間隙密封，更具體地說，涉及一種在諸如蒸汽和燃氣渦輪機的旋轉(zhuǎn)機械中使用可回縮密封部件來提供可變間隙密封的方法和裝置。
背景技術(shù)：
用于發(fā)電和機械驅(qū)動應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)機械(諸如蒸汽和燃氣渦輪機)通常為由多個渦輪級構(gòu)成的大型機械。在這些機械中，流過各渦輪級的高壓流體經(jīng)過一連串的靜止和轉(zhuǎn)動部件。安裝在靜止部件上的環(huán)形分段密封件用來控制流體沿靜止部件與轉(zhuǎn)動部件之間的路徑上的泄漏。渦輪機的效率直接依賴于分段密封件或者說密封部段防止泄漏的能力，例如防止轉(zhuǎn)子與定子之間的泄漏的能力。在某些設(shè)計中，外部彈簧將這些密封部段沿徑向保持在轉(zhuǎn)子外部，例如在啟動和停機期間。在轉(zhuǎn)子已經(jīng)加速之后，在密封部段與這些部段后面的轉(zhuǎn)子外殼中的空腔之間施加有流體壓力，以將這些部段沿徑向向內(nèi)偏移，從而獲得與轉(zhuǎn)子之間的更小間隙。然而，較小型工業(yè)用渦輪機的尺寸要安裝改進型的密封件需要很高的費用并且需要進行停機加工。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，一種密封環(huán)部段組件用于密封渦輪機氣體路徑，該組件包括密封部，該密封部包括沿徑向向內(nèi)指向的齒；和鳩尾形安裝部，該鳩尾形安裝部包括挖空部，該挖空部包括位于所述密封環(huán)部段內(nèi)部的偏壓件。該偏壓件聯(lián)接至該密封環(huán)部段并且構(gòu)造成與該渦輪機內(nèi)的鳩尾槽的一對環(huán)形肩部相嚙合，使得該密封環(huán)部段在相對低的渦輪機負載和相對低的工作壓力的情況下沿徑向向外偏置，并且在相對高的渦輪機負載和相對高的工作壓力的情況下，工作流體克服該徑向偏壓件的力并且沿徑向向內(nèi)推動該密封環(huán)部段。
在另一個實施例中，一種用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的渦輪機隔板包括隔板本體，該隔板本體具有徑向內(nèi)側(cè)孔和向內(nèi)凹入的鳩尾槽；多個密封環(huán)部段，該多個密封環(huán)部段形成了位于第一壓力區(qū)域和第二壓力區(qū)域之間的一密封環(huán)，其中，該第一壓力大于該第二壓力。該鳩尾槽包括包括肩部，該肩部限定了通向該鳩尾槽的徑向開口，并且該肩部包括環(huán)形表面。各密封環(huán)部段包括鳩尾形安裝部，該鳩尾形安裝部至少部分地被包圍在所述鳩尾槽內(nèi)并且至少部分地由所述環(huán)形表面支撐。該密封環(huán)部段包括挖空部，該挖空部包括位于該密封環(huán)部段內(nèi)部的偏壓件。該偏壓件定位在該密封環(huán)部段與該環(huán)形表面之間，使得該密封環(huán)部段在相對低的渦輪機負載和相對低的工作壓力的情況下沿徑向向外偏置，并且在相對高的渦輪機負載和相對高的工作壓力的情況下，工作流體將克服該徑向偏壓件的力并且沿徑向向內(nèi)推動所述密封環(huán)部段。
在又一實施例中，一種渦輪機包括包圍轉(zhuǎn)動軸的靜止渦輪機殼，該機殼包括環(huán)狀T形槽，該環(huán)狀T形槽形成于機殼內(nèi)并且圍繞該軸沿周向延伸，該環(huán)狀槽部分地是由機殼上一對相面對且間隔開的肩部來限定的，該對肩部形成了該槽的環(huán)形開口，該開口沿徑向通向該機殼與該軸之間的間隙區(qū)域；和分段密封環(huán)，該分段密封環(huán)包括多個密封環(huán)部段，該多個密封環(huán)部段由該槽支撐并且至少部分地被包圍在該槽內(nèi)，該密封環(huán)部段包括挖空部，該挖空部包括位于該密封環(huán)部段內(nèi)部的偏壓件，該偏壓件定位在該密封環(huán)部段與該環(huán)形肩部之間，使得該密封環(huán)部段在相對低的渦輪機負載和相對低的工作壓力的情況下沿徑向向外偏置，并且在相對高的渦輪機負載和相對高的工作壓力的情況下，工作流體將克服該徑向偏壓件的力并且沿徑向向內(nèi)推動所述密封環(huán)部段。


圖1是按照本發(fā)明示例性實施例的一部分蒸汽渦輪機；圖2A和2B示出了圖1所示的密封環(huán)部段沿周向看上去的放大示意圖；圖3是圖1所示的密封環(huán)部段沿軸向看上去的放大示意圖；圖4是圖1所示的密封環(huán)部段沿徑向看上去的放大示意圖。
圖面說明蒸汽渦輪機10渦輪機軸12渦輪機殼14密封環(huán)部段15
迷宮式密封件16鳩尾形安裝部20密封部22 鳩尾槽23密封面24 齒26 環(huán)形脊28 環(huán)形槽30隔板32高壓區(qū)域34低壓區(qū)域36頸縮部202上游鉤狀凸緣204 下游鉤狀凸緣206 徑向外側(cè)安裝部210軸向凹槽212 徑向外側(cè)表面214 凹室216 U形托座218徑向內(nèi)側(cè)基座220 沿徑向向外延伸的腿部222沿徑向向外延伸的腿部224 軸向端部226 軸向端部228凸緣230 凸緣232 凹室234 彈簧236蓋板238 徑向外側(cè)開口240螺絲242間隙244機械成形的蒸汽密封件24具體實施方式
圖1是按照本發(fā)明示例性實施例的蒸汽渦輪機10的一部分。蒸汽渦輪機10包括渦輪機軸12，該渦輪機軸12安裝成在渦輪機殼14內(nèi)轉(zhuǎn)動。環(huán)形密封環(huán)包括多個密封環(huán)部段15(在圖1中示出了一個)，各部段15具有繞渦輪機軸12定位的迷宮式密封件16。各部段15包括鳩尾形安裝部20和密封部22。鳩尾形安裝部20構(gòu)造成與環(huán)狀T形鳩尾槽23嚙合，該環(huán)狀T形鳩尾槽23形成在一部分隔板32的徑向內(nèi)側(cè)端部中。密封部22包括密封面24和沿徑向向內(nèi)指向的齒26，這些齒26與在渦輪機軸12內(nèi)形成的環(huán)形脊28和槽30相配合，以便為試圖經(jīng)過隔板32而泄漏的蒸汽提供一種曲折的路徑。總之，迷宮式密封件16通過向從高壓區(qū)域34流向低壓區(qū)域36的蒸汽流(在箭頭A所示的軸向方向上流動)設(shè)置相對大數(shù)量的局部障礙物，從而發(fā)揮作用。各障礙物迫使蒸汽流(試圖平行于渦輪機軸12的軸線而流動)沿著曲折路徑前行，借此形成壓力降。在迷宮式密封件16中產(chǎn)生的所有壓力降的總和就是高壓區(qū)域34與低壓區(qū)域36之間的壓力差。
圖2A和2B示出了沿周向看上去的迷宮式密封件16的放大示意圖。密封部22包括密封面24和徑向向內(nèi)指向的齒26，這些齒26與在渦輪機軸12內(nèi)形成的環(huán)形脊28和槽30相配合，以便為試圖經(jīng)過隔板32而泄漏的蒸汽提供一種曲折的路徑。鳩尾形安裝部20包括頸縮部202，其尺寸適合于與隔板32上的一對相面對且間隔開的環(huán)形肩部相滑動嚙合，這一對肩部形成了一環(huán)形開口，這一對肩部例如是形成在一部分隔板32(諸如隔板32)的徑向內(nèi)側(cè)端部中的槽23的上游鉤狀凸緣204和下游鉤狀凸緣206。鳩尾形安裝部20還包括徑向外側(cè)安裝部210，其具有形成在鳩尾形安裝部20的徑向外表面214中的軸向凹槽212。凹槽212與密封部22基本上對準，并且與挖空部216成流體連通。如這里所定義的，基本上對準的意思是在方位上對準或差不多對準。挖空部(諸如凹室216)沿徑向形成在該鳩尾形安裝部20內(nèi)，從徑向外表面214沿徑向向內(nèi)朝著該密封部22而形成。U形托座218裝配在該凹室216內(nèi)，并且包括徑向內(nèi)側(cè)基座220以及沿徑向向外延伸的腿部222和224，該腿部222和224分別連接至基座220的各軸向端部226和228。各腿部222和224的徑向外端部分別包括沿軸向相互遠離延伸的凸緣230和232。凸緣230和232構(gòu)造成分別嚙合該上游鉤狀凸緣204和下游鉤狀凸緣206。U形托座218包括用于容納偏壓件的凹室234，該偏壓件例如是彈簧236，但不局限于彈簧236。利用偏壓件保持器將彈簧236保持在凹室234內(nèi)，該偏壓件保持器諸如是基本上覆蓋了該凹室234的徑向外側(cè)開口240的蓋板238。利用一個或多個緊固件將蓋板238連接至該徑向外側(cè)安裝部210，該緊固件例如是圍繞蓋板238的外周邊沿周向布置的螺絲242。
在工作時，在允許蒸汽進入渦輪機10之前，彈簧236在徑向內(nèi)側(cè)基座220與徑向外側(cè)安裝部210之間施加偏壓力，這趨向于將迷宮式密封件16沿徑向移離該機軸12。徑向內(nèi)側(cè)基座220通過腿部222和224以及凸緣230和232而操作連接至該上游鉤狀凸緣204和下游鉤狀凸緣206。該彈簧236的徑向外側(cè)端部推壓該蓋板238，該蓋板238通過螺絲242連接至該徑向外側(cè)安裝部210。相應(yīng)地，來自彈簧236的未抵消的偏壓沿徑向向內(nèi)推壓該鉤狀凸緣204和206，并沿徑向向外推壓該徑向外側(cè)安裝部210，這趨向于將迷宮式密封件16沿徑向移離該機軸12(如圖2A所示)。
當允許蒸汽進入該渦輪機10時，至少一些蒸汽通過齒26與脊28和槽30之間的間隙而繞過該隔板32。隨著通過該間隙的蒸汽流量增大，渦流和其它紊流增大了各齒26與脊28和槽30上的壓力降，使得各個壓力降的總和基本上等于高壓區(qū)域34與低壓區(qū)域36之間的總壓力降。高壓從區(qū)域34開始，從迷宮式密封件16沿徑向向外通過上游鉤狀凸緣204與頸縮部202之間的間隙244傳遞至鳩尾槽23。下游鉤狀凸緣206與頸縮部202之間的機械成形蒸汽密封件246防止蒸汽從鳩尾槽23泄漏到低壓區(qū)域36。該徑向外側(cè)安裝部210上的高壓趨向于朝著機軸12沿徑向向內(nèi)移動該迷宮式密封件16，從而關(guān)閉齒26與脊28和槽30之間的間隙，使得對該高壓區(qū)域34與低壓區(qū)域36之間的蒸汽流的密封被降低(如圖2B所示)。
圖3是沿軸向看上去的迷宮式密封件16(圖1所示)的放大示意圖。凹室216從該徑向外表面214沿徑向形成在該鳩尾形安裝部20內(nèi)。U形托座218包括徑向內(nèi)側(cè)基座220和沿徑向向外延伸的腿部224(以剖視圖示出)。U形托座218包括用于容納彈簧236的凹室234。使用蓋板238將彈簧236保持在凹室234中，該蓋板238基本上覆蓋了凹室234的徑向外側(cè)開口240。使用螺絲242將蓋板238聯(lián)接至該徑向外側(cè)安裝部210，這些螺絲242在蓋板238的外周邊上沿周向布置，且在凹室234的兩側(cè)上各有一個。
圖4是沿徑向看上去的迷宮式密封件16(圖1所示)的放大示意圖。鳩尾形安裝部20包括徑向外側(cè)安裝部210，該徑向外側(cè)安裝部210具有形成在徑向外側(cè)表面214中的軸向凹槽212。凹室216從該徑向外側(cè)表面沿徑向形成在該鳩尾形安裝部20內(nèi)。U形托座218裝配在凹室216內(nèi)，并且包括沿軸向相互遠離延伸的凸緣230和232。凸緣230和232構(gòu)造成分別嚙合上游鉤狀凸緣204和下游鉤狀凸緣206。使用蓋板238來保持彈簧236(在圖4中未示出)，該蓋板238基本上覆蓋了凹室234的外側(cè)開口240。使用螺絲242將蓋板238聯(lián)接至該徑向外側(cè)安裝部210，這些螺絲242在蓋板238的外周邊上沿周向布置。
上述密封環(huán)部段組件是一種節(jié)約成本且高可靠的組件，用于調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機械的部件之間的間隙。具體地，包括有內(nèi)部偏壓件的鳩尾形安裝部為安裝在渦輪機隔板中的密封環(huán)部段提供了足夠的頭上空間間隙，同時用來自渦輪機工作流體的正壓力來密封該渦輪機氣體路徑。
盡管根據(jù)各種具體實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員會認識到，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，本發(fā)明在實施時可以有各種修改。
權(quán)利要求
1.一種密封環(huán)部段組件(15)，用于密封一物品的兩個區(qū)域之間的間隙，該組件包括密封部(22)，該密封部包括沿徑向向內(nèi)指向的齒(26)；和鳩尾形安裝部(20)，該鳩尾形安裝部包括挖空部(216)，該挖空部包括處于所述鳩尾形安裝部內(nèi)部的偏壓件(236)，所述偏壓件聯(lián)接至所述鳩尾形安裝部并且構(gòu)造成與該物品內(nèi)的鳩尾槽(23)的一對環(huán)形肩部相嚙合，使得所述密封環(huán)部段組件在這兩個區(qū)域之間有相對低的壓差的情況下沿徑向向外偏置，并且在這兩個區(qū)域之間有相對高的壓差的情況下，該壓差克服該徑向偏壓件的力并且沿徑向向內(nèi)推動所述密封部，該鳩尾部在第一方向上是可移動的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件(15)，其中，所述鳩尾形安裝部(20)包括凹槽(212)，該凹槽與所述密封部(22)基本對準，所述凹槽與所述挖空部(216)成流體連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件(15)，還包括U形托座(218)，該U形托座包括基座(220)，該基座構(gòu)造成定位在所述挖空部內(nèi)；從所述基座沿徑向伸出的一對腿部(222，224)；和托座凸緣(230，232)，該托座凸緣聯(lián)接至各腿部并沿軸向彼此遠離地延伸到所述槽(23)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組件(15)，其中，所述偏壓件(216)通過所述U形托座(218)聯(lián)接至鳩尾槽(23)的所述一對肩部，使得由所述偏壓件產(chǎn)生的偏壓力通過所述U形托座傳遞至所述一對肩部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件(15)，還包括偏壓件保持器(238)，該偏壓件保持器構(gòu)造成將所述偏壓件(236)至少部分地保持在所述挖空部(216)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件(15)，還包括偏壓件保持器(238)，該偏壓件保持器聯(lián)接至所述密封環(huán)組件(15)的徑向外表面(214)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件(15)，其中，所述偏壓件保持器(238)基本上覆蓋了所述挖空部(216)的徑向外側(cè)開口(240)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件(15)，其中，所述偏壓件是螺旋彈簧(236)。
9.一種用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的渦輪機隔板(32)，包括隔板本體，該隔板本體具有徑向內(nèi)側(cè)孔和向內(nèi)凹入的鳩尾槽(23)；多個密封環(huán)部段(15)，該多個密封環(huán)部段形成了位于第一壓力區(qū)域(34)和第二壓力區(qū)域(36)之間的一密封環(huán)，其中，該第一壓力大于該第二壓力；其中，所述鳩尾槽包括包括肩部，該肩部限定了通向所述鳩尾槽的徑向開口，并且所述肩部包括環(huán)形表面；以及其中，各所述密封環(huán)部段包括鳩尾形安裝部，該鳩尾形安裝部至少部分地被包圍在所述鳩尾槽內(nèi)并且至少部分地由所述環(huán)形表面支撐，所述密封環(huán)部段包括挖空部，該挖空部包括位于所述密封環(huán)部段內(nèi)部的偏壓件(236)，所述偏壓件定位在所述密封環(huán)部段與所述環(huán)形表面之間，使得所述密封環(huán)部段在相對低的渦輪機負載和相對低的工作壓力的情況下沿徑向向外偏置，并且在相對高的渦輪機負載和相對高的工作壓力的情況下，工作流體將克服該徑向偏壓件的力并且沿徑向向內(nèi)推動所述密封環(huán)部段。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪機隔板(32)，其中，所述密封環(huán)部段(15)沿徑向向外偏置，以形成一直徑相對更大的環(huán)，從而使得所述密封環(huán)相對于所述轉(zhuǎn)子處于大間隙的位置。
全文摘要
一種密封環(huán)部段組件(15)，用于密封一物品的兩個區(qū)域之間的間隙，該組件包括密封部(22)和鳩尾形安裝部(20)，該密封部包括沿徑向向內(nèi)指向的齒(26)。該鳩尾形安裝部包括挖空部(216)，該挖空部包括處于該鳩尾形安裝部內(nèi)部的偏壓件(236)。該偏壓件聯(lián)接至所述鳩尾形安裝部并且構(gòu)造成與該物品內(nèi)的鳩尾槽(23)的一對環(huán)形肩部相嚙合，使得該密封環(huán)部段組件在這兩個區(qū)域之間有相對低的壓差的情況下沿徑向向外偏置。在這兩個區(qū)域之間有相對高的壓差的情況下，該壓差克服該徑向偏壓件的力并且沿徑向向內(nèi)推動該密封部。該鳩尾部在第一方向上是可移動的。
文檔編號F01D11/00GK101078440SQ20071010456
公開日2007年11月28日 申請日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月25日
發(fā)明者R·謝弗雷特, F·G·拜利 申請人:通用電氣公司