專利名稱：渦輪機的柔順板密封件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及位于轉(zhuǎn)動構(gòu)件和靜止構(gòu)件之間的密封結(jié)構(gòu)，特別涉及 另外利用了曲徑式密封特征的柔順板密封裝置。
技術(shù)背景在渦輪機中轉(zhuǎn)子(例如轉(zhuǎn)軸)和定子(例如靜止的外殼或箱體) 之間的動態(tài)密封是要重點考慮的。過去已經(jīng)提出幾種密封的方法。特 別是已經(jīng)采用了基于彈性元件的密封件，包括所述的葉片式密封、刷 式密封、齒式密封、墊片密封等。刷式密封件由緊緊組裝在一起的大體為圓柱形的毛刷構(gòu)成，由于 它們的交錯布置，它們在防止泄漏方面非常有效。毛刷具有很低的徑 向硬度，使得它們在轉(zhuǎn)子偏移過程中移出，同時在穩(wěn)定的操作過程中 保持密封間隙。然而刷式密封件僅在沿密封件具有特定壓力差的時候 有效。由于毛刷的基本為圓柱形的幾何形狀，刷式密封件在軸向具有較低硬度，其將最大操作壓力差限定在大約小于1000 PSI。為了克服這個問題，提出了葉片式密封件，其包括具有較高軸向 硬度的板式外形，以及能夠承受大的壓力差的能力(在圖1左側(cè)顯示 了示例性的常規(guī)葉片式密封件)。然而，由于葉片式密封件的外形， 軸向泄漏仍然是個問題。也就是說，如果葉片被僅僅組裝在一起來靠 近轉(zhuǎn)子，由于密封件彎曲，在葉片根部將具有間隙，該間隙可能會導(dǎo) 致泄漏，反過來干擾密封效果。發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的示例性實施例中，軸密封件減小了轉(zhuǎn)動軸和靜止外殼 之間的泄漏。軸密封件包括多個與靜止外殼成相對關(guān)系連接的柔順板 元件，該柔順板元件在靜止外殼和轉(zhuǎn)動軸之間限定了密封環(huán)。每個柔 順板元件都包括至少一個槽。軸密封件還包括至少一個連接到靜止外 殼上并徑向延伸到該柔順板元件內(nèi)的至少 一個槽中的靜止環(huán)。在本發(fā)明的另一個實施例中，軸密封件包括多個柔順板元件，每 一個都具有基部和端部，其中柔順板元件與靜止外殼相對的固定在它 們的基部。柔順板元件的端部圍繞轉(zhuǎn)動軸周向布置。軸向流阻元件設(shè)
置在柔順板內(nèi)，并用作柔順板元件之間的軸向泄漏流體的障礙物。在本發(fā)明的又一 實施例中，軸密封件包括多個與定子成相對關(guān)系 連接的柔順板元件，柔順板元件在定子和轉(zhuǎn)子之間限定了密封環(huán)。每 一個柔順板元件內(nèi)包括多個具有不同長度的槽。多個對應(yīng)的靜止環(huán)連 接到定子上，并分別徑向延伸到柔順板元件內(nèi)的多個槽內(nèi)。所述多個 靜止環(huán)具有與不同長度的槽對應(yīng)的變化的徑向長度，并用作柔順板元 件之間的軸向泄漏流體的障礙物。


圖1是橫剖視圖，顯示了常規(guī)的葉片密封(左)和此處描述的柔順板密封的一個實施例(右)之間的對比；圖2是圖1所示的柔順板密封件的透視圖；和 圖3和圖4顯示了所述柔順板構(gòu)件的可替換形狀。
具體實施方式
此處描述的改進柔順板密封件通過采用包含有曲徑式密封特征的 形狀實現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)減輕了在常規(guī)的葉片式密封中存在的上 述軸向泄漏。注意，在常規(guī)葉片式密封件中，由于葉片端部組裝的很 緊，但基部很松，進入到葉片包的軸向泄漏容易徑向向外流動/擴張， 然后在它離開葉片包時軸向并最終匯聚起來。參照圖1和圖2，軸密封件IO用于減小軸12 (例如轉(zhuǎn)動軸)和固 定到渦輪機固定外殼15上的箱體14之間的軸向泄漏。軸密封件10設(shè) 有多個柔順板構(gòu)件16，柔順板的基部與箱體14以相對的方式(即面對 面)固定。柔順板構(gòu)件16限定了位于箱體14和轉(zhuǎn)動軸12之間的密封 環(huán)。軸向流阻元件17設(shè)置在柔順板構(gòu)件16內(nèi)部，并用作柔順板元件 16之間的軸向泄漏流體的障礙物。在優(yōu)選配置中，軸向流阻元件17包 括至少一個環(huán)18，其連接到箱體14上并徑向延伸到柔順板元件16中 的至少一個對應(yīng)周向槽20內(nèi)。如圖l和2所示，每一個柔順板元件16 優(yōu)選包括多個具有不同徑向長度的槽20，軸向流阻元件17包括分別具 有對應(yīng)徑向長度的對應(yīng)的多個環(huán)18。雖然圖1中示出的是三個環(huán)和槽， 這種展示只是示例性的，本發(fā)明不限定于此。從更廣的角度來看，在 一些應(yīng)用中，周向槽20的相鄰的槽具有不同的徑向長度，靜態(tài)環(huán)18 徑向延伸進入到周向槽20中。
雖然所示的槽20具有矩形形狀，本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到可采用 其它形狀。槽20可以按不同的寬度和變化的長度形成。其它柔順板形 狀也是適合的，例如T形、梯形和如圖3和4所示的類似形狀。環(huán)18迫使泄漏的流體流過更為曲折的路徑，由此增大泄漏流體流 動的阻力。這種結(jié)構(gòu)在柔順板密封件內(nèi)部效仿了曲徑式密封。葉片保 持著它們的彎曲撓性和軸向硬度，這對于密封功能而言是十分重要 的。由于柔順板在端部(臨近轉(zhuǎn)子)比在基部(臨近定子)組裝的更 緊，環(huán)18不需要從板基部一直徑向延伸到板端部。而是如圖所示，環(huán) 18僅需要延伸到柔順板16的一部分內(nèi)。柔順板密封件的重要優(yōu)勢在于產(chǎn)生在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的壓力構(gòu)建效 應(yīng)。這種效應(yīng)促使柔順板16在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中抬高。響應(yīng)該抬高動作、 任意壓力以及柔順板材料彈性，每一塊在板端部和轉(zhuǎn)子12之間留有非 常小的間隙的柔順板都達(dá)到平衡狀態(tài)。板端部和轉(zhuǎn)子之間的小間隙通 過減小或者消除物理接觸來降低摩擦產(chǎn)生的熱量。雖然圖中已經(jīng)示出箱體14，并且上文中也已對其做了描述，但是 取決于實際應(yīng)用，柔順板16和環(huán)18可直接與轉(zhuǎn)子結(jié)為一體。中間的 箱體僅在實際應(yīng)用時需要，例如裝配和制造，并不具備功能性。另外， 雖然圖中示出了前后環(huán)22、 24，將環(huán)設(shè)置在柔順板內(nèi)的結(jié)構(gòu)不需要前 后環(huán)就可以實現(xiàn)預(yù)期目的。除了上述特征外，前后環(huán)還可增添到密封 件上。通常，如圖1所示，前后環(huán)22、 24是箱體的一部分。圖中顯示了位于轉(zhuǎn)子外部的定子。在另一配置中，轉(zhuǎn)子可設(shè)置在 定子外部。柔順板上可涂覆特殊材料，從而實現(xiàn)下面的一個或多個目的(無 限定性)在相對滑動時減小摩擦、磨損和所產(chǎn)生的熱量，用作擴散 疊層，并允許高溫操作。基于上述以及其它原因，與柔順板末端緊鄰 的轉(zhuǎn)子表面也可涂覆上述材料。 一般的涂覆方法包括物理蒸鍍、熱噴 鍍以及電沉積(僅給出幾種)。涂覆材料包括但不限于氮化鈦、氮 化鋯、鎳鉻合金-帶有固體潤滑劑的碳化鉻、鎳等。此處描述的軸密封件提供了轉(zhuǎn)動構(gòu)件和靜止構(gòu)件之間的高壓動態(tài) 密封。該密封件包括多個柔順板，其在轉(zhuǎn)子偏移過程中發(fā)生變形，但 是沿壓力降低的方向是非常堅硬的。軸向阻流元件的組合迫使軸向流
體在密封件基部沿曲折的路線前行。緊緊組裝在一起的密封件端部與 密封件基部的阻流特征的結(jié)合導(dǎo)致大大減小了軸向泄漏。雖然已經(jīng)參照被認(rèn)定為是本發(fā)明的最實用和最優(yōu)選的實施例對本 發(fā)明做了具體描述，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限定于所公開的實 施例，而是相反，其意欲覆蓋包含在附帶的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi) 的各種修改和等同裝置。部件列表周密封件io轉(zhuǎn)子12 箱體14渦輪靜止外殼15 柔順板元件16 軸向流阻元件17 環(huán)18 周向槽20 前環(huán)22 后環(huán)2權(quán)利要求
1、一種用于減小轉(zhuǎn)動軸和靜止外殼之間的泄漏的軸密封件，該軸密封件包括多個柔順板元件(16)，其與靜止外殼(15)成相對關(guān)系連接，該柔順板元件在靜止外殼和轉(zhuǎn)動軸(12)之間限定了密封環(huán)，其中每個柔順板元件內(nèi)都包括至少一個槽(20)；以及至少一個靜止環(huán)(18)，其連接到靜止外殼上并徑向延伸到該柔順板元件內(nèi)的至少一個槽中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸密封件，其中每一個柔順板元件(16 ) 內(nèi)都包括多個槽(20)，并且其中軸密封件進一步包括分別連接到靜 止外殼(15)上并徑向延伸到每一個槽內(nèi)的對應(yīng)的多個靜止環(huán)(18)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸密封件，其中多個槽(20)中的徑 向長度和軸向?qū)挾鹊闹辽僖粋€改變，則多個靜止環(huán)(18)中的徑向長 度和軸向?qū)挾鹊闹辽僖粋€分別對應(yīng)于槽的徑向長度和軸向?qū)挾榷?變。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的軸密封件，其中柔順板元件(16)通 過箱體(14)連接到靜止的外殼U5)上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的軸密封件，其中至少一個靜止環(huán)(18) 與箱體(14)結(jié)為一體。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的軸密封件，其中柔順板元件(16)具 有矩形外形。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的軸密封件，其中柔順板元件(16)具 有T形外形。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的軸密封件，其中柔順板元件(16)具 有梯形外形。
9、 一種用于減小轉(zhuǎn)動軸和靜止外殼之間的泄漏的軸密封件，該軸 密封件包括多個柔順板元件(16)，每一個都具有基部和端部，該柔順板元 件與靜止外殼(15)相對的固定在它們的基部，其中柔順板元件的 端部圍繞轉(zhuǎn)動軸(12)周向布置；以及軸向流阻元件(17),其設(shè)置在柔順板內(nèi)，該軸向流阻元件用作 柔順板元件之間的軸向泄漏流體的障礙物。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的軸密封件，其中柔順板元件(16)的外形制作為使柔順板元件的基部比柔順板元件的端部組裝的更寬 松，其中軸向流阻元件(17)在柔順板基部附近效仿曲徑式密封。
全文摘要
軸密封件(10)用于減小轉(zhuǎn)動軸(12)和靜止外殼(15)之間的泄漏。該軸密封件包括多個柔順板元件(16)，每一個都具有基部和端部。該柔順板元件在它們的基部與靜止外殼相對的固定。柔順板元件的端部限定了位于靜止外殼和轉(zhuǎn)動軸之間的密封環(huán)。軸向流阻元件(17)設(shè)置在柔順板元件內(nèi)，并用作柔順板元件之間的軸向泄漏流體的障礙物。
文檔編號F01D11/02GK101126449SQ20071014095
公開日2008年2月20日 申請日期2007年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月15日
發(fā)明者N·A·特恩奎斯特, S·奧塔 申請人:通用電氣公司