用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的覆膜密封件的制作方法
【專利說明】用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的覆膜密封件
[0001]本發(fā)明部分是在美國能源部授予的合同號DE-FC26-05NT42643下部分地通過政府資助作出的。政府擁有本發(fā)明中的某些權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本申請大體上涉及一種用于渦輪機(jī)的密封件組件，并且更具體地涉及用于密封轉(zhuǎn)子/定子間隙等的覆膜(film riding)密封件組件。
【背景技術(shù)】
[0003]各種類型的渦輪機(jī)，如，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)、航空發(fā)動機(jī)和蒸汽渦輪是已知的，且廣泛用于發(fā)電、推進(jìn)等。渦輪機(jī)的效率部分地取決于內(nèi)部構(gòu)件之間的空隙，以及穿過這些空隙的初級流體和次級流體的泄漏。例如，可在轉(zhuǎn)子-定子界面處有意地允許大的空隙，以容許大的熱或機(jī)械地引起的相對運(yùn)動。流體穿過這些間隙從高壓區(qū)到低壓區(qū)的泄漏可導(dǎo)致渦輪機(jī)的低效率。此類泄漏可影響效率，因?yàn)樾孤┝黧w不能執(zhí)行有用的功。
[0004]不同類型的密封系統(tǒng)用于使流過渦輪機(jī)的流體的泄漏最小化。然而，在可增大或減小其間的空隙的各種操作階段期間，這些密封系統(tǒng)通常經(jīng)歷相對高的溫度、熱梯度和熱和機(jī)械膨脹和收縮。例如，在啟動瞬變階段期間組裝來進(jìn)行很緊的空隙的常規(guī)迷宮式密封件可在穩(wěn)態(tài)操作期間在大的空隙下運(yùn)行，從而導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)操作下的較差性能。
[0005]因此，期望改善與渦輪機(jī)一起使用來密封轉(zhuǎn)子-定子間隙的改進(jìn)的順應(yīng)性密封組件。作為優(yōu)選，此類順應(yīng)性密封組件可在穩(wěn)態(tài)操作期間提供更緊的密封，同時(shí)在瞬變操作期間避免摩擦、接觸引起的磨損，以及破壞。此類密封組件將改善整個(gè)系統(tǒng)的效率，同時(shí)制造起來廉價(jià)，且提供相關(guān)部分的壽命延長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的密封件組件。密封件組件包括沿周向設(shè)置在靜止殼體和轉(zhuǎn)子中間的多個(gè)密封裝置節(jié)段。節(jié)段中的各個(gè)包括座板(shoeplate)，座板具有前座區(qū)段和后座區(qū)段，前座區(qū)段和后座區(qū)段具有在它們之間的面對轉(zhuǎn)子的一個(gè)或更多個(gè)迷宮齒，其中，座板構(gòu)造成允許去往一個(gè)或更多個(gè)迷宮齒的前部的高壓流體且和一個(gè)或更多個(gè)迷宮齒后方的低壓流體，且還構(gòu)造成在座板與轉(zhuǎn)子之間生成空氣動力。密封裝置包括具有凹槽或槽口的定子界面元件，以用于設(shè)置花鍵密封件來減小節(jié)段泄漏。密封裝置節(jié)段還包括連接到座板且連接到定子界面元件的多個(gè)波紋彈簧或彎部，其中，多個(gè)波紋彈簧或彎部構(gòu)造成允許高壓流體占據(jù)前腔且低壓流體占據(jù)后腔。此外，密封裝置節(jié)段包括次級密封件，其在一端處與定子界面元件整體結(jié)合，且在另一端處定位在多個(gè)波紋彈簧或彎部和座板附近。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種制造密封件組件的方法。該方法包括提供多個(gè)密封件組件節(jié)段，所述多個(gè)密封件組件節(jié)段用于定位在靜止殼體與轉(zhuǎn)子中間的密封件組件。該方法包括提供座板，座板具有前座區(qū)段和后座區(qū)段，前座區(qū)段和后座區(qū)段具有在它們之間的面對轉(zhuǎn)子的一個(gè)或更多個(gè)迷宮齒，其中，座板構(gòu)造成允許去往一個(gè)或更多個(gè)迷宮齒的前部的高壓流體和一個(gè)或更多個(gè)迷宮齒后方的低壓流體，且還構(gòu)造成在座板與轉(zhuǎn)子之間生成空氣動力。該方法還包括將多個(gè)波紋彈簧或彎部連接到座板和定子界面元件，其中，多個(gè)波紋彈簧或彎部構(gòu)造成允許高壓流體占據(jù)前腔且低壓流體占據(jù)后腔。此外，該方法包括將花鍵密封件設(shè)置在定子界面元件中的凹槽或槽口中以用于減小節(jié)段泄漏。該方法包括使第二密封件的一端與定子界面元件整體結(jié)合；和將次級密封件的另一端定位在多個(gè)波紋彈簧和座板附近。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了旋轉(zhuǎn)機(jī)械。旋轉(zhuǎn)機(jī)械包括轉(zhuǎn)子、定子殼體和沿周向設(shè)置在靜止殼體和轉(zhuǎn)子中間的多個(gè)密封裝置節(jié)段，其中節(jié)段中的各個(gè)包括座板，該座板具有前座區(qū)段和后座區(qū)段，前座區(qū)段和后座區(qū)段具有在它們之間的面對轉(zhuǎn)子的一個(gè)或更多個(gè)迷宮齒，其中，座板構(gòu)造成允許去往一個(gè)或更多個(gè)迷宮齒的前部的高壓流體且和一個(gè)或更多個(gè)迷宮齒后方的低壓流體，且還構(gòu)造成在座板與轉(zhuǎn)子之間生成空氣動力。節(jié)段中的各個(gè)還包括定子界面元件，其包括凹槽或槽口，以用于允許設(shè)置花鍵密封件來減小節(jié)段泄漏。密封裝置節(jié)段還包括連接到座板且連接到定子界面元件的多個(gè)波紋彈簧或彎部；其中，多個(gè)波紋彈簧或彎部構(gòu)造成允許高壓流體占據(jù)前腔且低壓流體占據(jù)后腔，且次級密封件在一端處與定子界面元件整體結(jié)合，且在另一端處定位在多個(gè)波紋彈簧和座板附近。
【附圖說明】
[0009]當(dāng)參照附圖來閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，其中相似的標(biāo)號表示全部附圖中的相似部分，在附圖中:
圖1為轉(zhuǎn)子的截面視圖，其示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的覆膜密封件組件。
[0010]圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的密封裝置節(jié)段的透視圖。
[0011]圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的具有彎部的密封裝置的透視圖。
[0012]圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的覆膜密封件組件的前視圖的一部分。
[0013]圖5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的密封裝置節(jié)段的側(cè)視圖。
[0014]圖6為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的密封裝置節(jié)段的仰視圖。
[0015]圖7為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的密封裝置節(jié)段的透視圖。
[0016]圖8為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的具有與次級密封件整體結(jié)合的支承結(jié)構(gòu)元件的密封裝置節(jié)段的透視圖。
[0017]圖9為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的相鄰密封裝置節(jié)段之間具有搭疊墊片(shiplapshim)的覆膜密封件組件。
[0018]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的密封裝置節(jié)段的后端口。
[0019]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的空氣動力密封件組件的座-轉(zhuǎn)子曲率。
[0020]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的密封裝置節(jié)段中的瑞利(Rayleigh)梯級。
[0021]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的轉(zhuǎn)子-定子密封件組件的轉(zhuǎn)子表面特征。
[0022]圖14為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的形成旋轉(zhuǎn)機(jī)械的靜止殼體與圍繞旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸線轉(zhuǎn)動的可旋轉(zhuǎn)元件之間的覆膜密封件的方法中涉及的示例性步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]在介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一個(gè)”、“一種”、“該”和〃 “所述”旨在表示存在一個(gè)或更多個(gè)元件。用語“包括”、“包含”和“具有”旨在為包含性的，且意味著可存在除列出元件之外的附加元件。操作參數(shù)的任何實(shí)例都不排除公開的實(shí)施例的其它參數(shù)。
[0024]圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的覆膜密封件組件10的截面視圖。密封件組件10圍繞轉(zhuǎn)子軸13沿周向布置，使得密封件組件10在靜止殼體與轉(zhuǎn)子軸13中間。靜止殼體可包括定子界面元件24，其形成密封件組件10的徑向外側(cè)區(qū)。密封件組件10包括位于彼此附近以形成密封件組件10的多個(gè)密封裝置節(jié)段12。密封裝置節(jié)段12中的各個(gè)包括座板14，座板14定位成緊接轉(zhuǎn)子軸13。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的操作期間，座板14覆在轉(zhuǎn)子軸13上方的流體膜上。密封件組件10還包括一個(gè)或更多個(gè)迷宮齒(如圖2中的16)，迷宮齒在面對轉(zhuǎn)子軸表面的一側(cè)處位于座板14。迷宮齒使流體在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的密封件組件10的任一側(cè)上與高壓區(qū)18(圖2中所示)，低壓區(qū)20(圖2中所示)大致分開。密封件組件10還包括附接到座板14和界面元件24的多個(gè)波紋彈簧30，32 (圖2中所示)或彎部31，33 (圖3中所示)。在該視圖中，僅前波紋彈簧30示為位于密封裝置節(jié)段12中的各個(gè)中。密封裝置節(jié)段12中的各個(gè)關(guān)于轉(zhuǎn)子組裝，使得各座板14與轉(zhuǎn)子軸13之間存在空隙。相鄰的密封裝置節(jié)段12還包括它們之間的空隙。
[0025]圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的密封裝置節(jié)段12的透視圖。如圖所示，密封裝置節(jié)段12包括座板14，座板14具有前座區(qū)段26和后座區(qū)段28，前座區(qū)段26和后座區(qū)段28具有面對轉(zhuǎn)子軸(如圖1中示為13)的其間的一個(gè)或更多個(gè)迷宮齒16。密封裝置節(jié)段12包括一個(gè)或更個(gè)波紋彈簧，波紋彈簧包括前波紋彈簧30和后波紋彈簧32。密封裝置節(jié)段12還包括次級密封件34，次級密封件34在一端處經(jīng)由懸臂梁區(qū)段36附接到定子頂部界面元件24，且在另一端處定位在多個(gè)波紋彈簧30，32和座板14附近。次級密封件34中的各個(gè)在一個(gè)第二端處形成與座板14的接觸線。在該實(shí)施例中，定子界面元件24包括凹槽或槽口 35，以允許設(shè)置花鍵密封件來減小相鄰密封裝置節(jié)段12的定子界面元件之間的泄漏。此夕卜，如該實(shí)施例中所示，波紋彈簧30，32和次級密封件34在周向方向上為直的。直的波紋彈簧30，32和直的次級密封件34允許機(jī)械應(yīng)力保持較低。在另一個(gè)實(shí)施例中，波紋彈簧30, 32和次級密封件34可沿