[發明專利]旋轉機械的密封結構

有效

• 申請號: 200980121373.1
• 申請日: 2009-04-24
• 公開（公告）號: CN102057191A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 中野隆;西本慎;上原秀和
• 申請（專利權）人: 三菱重工業株式會社
• 主分類號: F16J15/447
• 分類號: F16J15/447;F01D11/02;F16J15/16;F16J15/453
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 高培培;車文

技術領域

本發明涉及一種旋轉機械的旋轉軸部所使用的密封結構。

背景技術

在蒸汽輪機、燃氣輪機、壓縮機等旋轉機械中，作為旋轉軸部的密封結構廣泛使用所謂的迷宮式密封結構。

迷宮式密封結構的構成包含：在旋轉軸或者與之相對的靜止部呈環狀突出并沿軸線方向設置多段的翅片、及與該翅片相對的面(相對面)。

由于密封性能換言之就是旋轉機械的性能取決于翅片數目及翅片和相對面的間隔，因而為了提高旋轉機械的性能，要求縮小翅片和相對面的間隔。

在旋轉機械中，通常在額定旋轉速度區域以使旋轉軸穩定旋轉的方式設計旋轉軸，因而起動后不久在旋轉速度上升中存在旋轉軸的振動水平達到最大的速度區域(以下，稱此為“危險速度區域”)。旋轉軸經過該危險速度區域達到額定旋轉速度區域(額定運轉)。

另外，例如在蒸汽輪機等使用高溫蒸汽的裝置中，起動后通過導入的高溫蒸汽的作用，旋轉軸及靜止部發生熱膨脹，但是，最初各部分的溫度不勻明顯，因此旋轉軸及靜止部的熱伸長可在局部產生差異。由此旋轉軸及靜止部在軸線方向及半徑方向相對移動，有可能使翅片和相對面之間的間隔變小而使翅片與相對面接觸。當翅片與相對面接觸時，由于翅片及相對面發生磨損，使額定運轉時的翅片和相對面之間的所設定的間隔比初始設定變大，因此這樣將使密封性能劣化。

由于翅片和相對面的間隔設定為即使是該危險速度區域的振動水平，翅片與相對面主體也不會接觸，因而不能使額定運轉時的間隔太小。

相反地，例如，如專利文獻1所記載的那樣，其所采用如下構成，在起動/停止時和額定運轉時，使翅片和相對面之間的所設定的間隔不同，即，在起動/停止時增大間隔以確保安全性，在額定運轉時減小間隔以提高密封性能。

這種密封接結構為，安裝于靜止部且具備翅片的密封環的一部分在半徑方向上可移動，并且由彈性體總是向外方施力的可動密封環。另外，可動密封環的內周面從通過的動作流體受到朝向外方的壓力。該壓力隨著朝向低壓部側而逐漸減小。向可動密封環的外周面流入高壓部的動作流體，利用該壓力向內方按壓可動密封環。

在像起動/停止時那樣負荷小且高壓部和低壓部的壓力差小的時期，由于作用于可動密封環的外周面和內周面的動作流體的壓力差不會變大，因而在彈性體的作用力的作用下，使可動密封環位于外方。即，翅片和相對面之間設定的間隔維持大的狀態。

當蒸汽輪機的負荷上升時，與此相對應，作用于可動密封環的外周面和內周面的動作流體的壓力差變大，因而，可動密封環克服彈性體的作用力向內方移動。而且，隨著負荷變大，可動密封環移動至移動范圍的內方端。換言之，翅片和相對面之間所設定的間隔維持小的狀態。

另外，還采用形成與相對面接觸時發熱小的磨蝕材料皮膜的密封結構。這是由于可通過皮膜緩和萬一接觸時產生的影響，因而可以進一步減小翅片和相對面之間的間隔并可提高密封性能。

專利文獻1：日本特開2000-97352號公報

在專利文獻1所公示的結構中，可動密封環通過隨著運轉而產生的高壓部和低壓部的壓力差自動調整半徑方向位置即翅片和相對面之間的間隔，而此時，可動密封環的低壓部側側面因高壓部的壓力而被推壓到靜止部。因此，在可動密封環向半徑方向移動時，由于在該低壓部側側面和靜止部之間作用有摩擦力，由滑動面的性狀決定的摩擦系數不同，因此在可動密封環的動作范圍產生偏差，不能保證規定的動作時機。該影響如專利文獻1那樣在差壓增減過程中逐漸變大。

另外，由于在額定運轉中承受最大的推壓力，因而低壓部側側面和靜止部之間的靜摩擦力達到最大。因此，特別是在負荷下降時，可動密封環的動作時機不穩定，產生滯后現象。由此，例如在隨著翅片和相對面之間的間隔快速靠近的、急劇的蒸汽溫度下降現象的負荷下降的情況下，可動密封環向半徑方向外方的退避遲緩，有可能使翅片和相對面接觸。

翅片和相對面如上所述那樣也在軸線方向上發生相對移動，而在該移動中當兩者發生接觸時則有可能損傷翅片。

另外，在使用磨蝕材料的皮膜來縮小翅片和相對面之間的間隔的裝置中，因該接觸會使皮膜在面上被削掉，造成密封性能的劣化。

發明內容

本發明鑒于上述課題而做出，提供一種可主動控制可動密封環的動作，提高密封性能并且可提高可靠性的密封結構及使用了該密封結構的旋轉機械。

為解決上述課題，本發明采取以下方法。