[發明專利]用于迷宮式密封的密封環的方法和裝置

有效

• 申請號: 201110031276.2
• 申請日: 2011-01-20
• 公開（公告）號: CN102135019A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: H·V·德奧;B·羅伊
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D11/02
• 分類號: F01D11/02;F01D9/00;F01D5/02;F04D29/12;F04D29/32;F04D29/52
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;譚祐祥

技術領域

本文公開的主題涉及用于渦輪機中的密封件的領域。更特別地，本文公開的主題涉及一種應用在諸如渦輪或壓縮機中的轉子的旋轉構件與諸如外殼或定子的固定構件的界面處的逐級間隙迷宮式密封件。

背景技術

用在燃氣渦輪機、蒸汽渦輪機、飛行器發動機、壓縮機和其它渦輪機系統中的迷宮式密封件容易過度泄漏，因為轉子間隙可能構造成足夠大以幫助防止轉子靠在密封件上摩擦。如果轉子的確接觸了密封件(這稱為轉子摩擦)，則密封件可能被損壞而在此后形成更加大的間隙。具體而言，在可包括轉子動態激勵、轉子和定子的相對熱扭曲或轉子中心由于軸頸軸承中隨著升高的速度形成液力潤滑膜的偏移的許多轉子瞬變現象期間在燃氣渦輪機中可能發生轉子摩擦。當燃氣渦輪機通過臨界速度時，例如在起動期間，可能發生偏離。燃氣渦輪機內不同構件之間由熱差可能造成扭曲。密封件與轉子之間需要大間隙，因為迷宮式密封件可能由于其可剛性地聯接到定子上而無法在轉子瞬變現象期間調節其間隙。燃氣渦輪機的旋轉構件和固定構件之間的間隙可能既影響渦輪機的效率，又影響渦輪機的性能。在燃氣渦輪機的設計中，構件之間的緊密公差可以導致更高的效率。其它渦輪機系統例如蒸汽渦輪機、飛行器發動機或壓縮機中發生類似的轉子瞬變現象，并且這些瞬變現象常會難以預測。

另外，迷宮式密封件可以配套借助彈簧將迷宮式密封件遠離轉子偏壓至大間隙的可變間隙正壓密封(VCPPP)環(packing?ring)。這有助于防止起動轉子瞬變現象期間的轉子摩擦。當跨越密封件形成超過一定值的壓差時，VCPPP環上的力使得其閉合至小的轉子間隙。在VCPPP環設計中，存在蒸汽-密封件接合處，此處VCPPP環接觸外殼或定子。在該接合處的摩擦可能引起VCPPP環的開啟和閉合的滯后。如果在VCPPP環已閉合之后存在轉子瞬變現象，則將存在轉子摩擦以及對迷宮齒的損壞。

發明內容

下面概述了范圍與原始要求保護的發明相稱的特定實施例。這些實施例并非旨在限制要求保護的發明的范圍，相反，這些實施例僅旨在提供本發明的可能形式的簡要概述。實際上，本發明可包含與以下闡述的實施例相似或不同的各種形式。

在第一實施例中，渦輪機包括固定殼體和圍繞軸線旋轉的轉子。用于該渦輪機的密封組件包括聯接到固定殼體的內表面上并定位在徑向平面中的至少一個弧形板。另外，該密封組件包括設置在轉子與板的中間的周向分段式的密封環。密封環定位成在徑向方向上沿著板移動。該密封組件還包括設置在密封環與轉子的中間的多個弧形齒。各齒的間隙從渦輪機的上游側到渦輪機的下游側逐漸減小。齒間隙的逐漸減小形成由橫跨密封組件的壓差產生的靜液力的負反饋，使得隨著末梢間隙減小，向外的徑向力使得密封環遠離轉子移動，而隨著末梢間隙增大，向內的徑向力使得密封環朝轉子移動。最后，該密封組件還包括設置在弧形板與密封環中間并聯接到二者上的偏壓部件。

在第二實施例中，一種密封渦輪機的固定殼體與圍繞該渦輪機的軸線轉動的旋轉元件之間的氣體路徑的方法包括將至少一個弧形板設置在固定殼體在徑向平面中的內表面上。該方法還包括將周向分段式的密封環設置在弧形板附近。另外，該方法包括將多個弧形齒設置在密封環與旋轉元件中間。齒間隙從渦輪機的上游側到渦輪機的下游側逐漸減小。該方法還包括將偏壓部件設置在密封環與固定殼體的中間。偏壓部件聯接到密封環和固定殼體上。

在第三實施例中，渦輪或壓縮機包括圍繞軸線旋轉的轉子、包圍該轉子的固定殼體以及設置在轉子與固定殼體的中間的周向分段式密封組件。密封組件的每一段還包括聯接到固定殼體的內表面上并定位在徑向平面中的至少一個弧形板。該密封組件的每一段還包括設置在轉子與板的中間的密封環的弧形段。密封環定位成在徑向方向上沿著板移動。該弧形段不包括蒸汽-密封件接合處。該密封組件的每一段還包括設置在密封環與轉子的中間的多個弧形齒。各齒的間隙從渦輪或壓縮機的上游側到渦輪或壓縮機的下游側逐漸減小。齒間隙的逐漸減小形成由跨越密封組件的壓差產生的靜液力的負反饋，使得隨著末梢間隙減小，向外的徑向力使得密封環遠離轉子移動，而隨著末梢間隙增大，向內的徑向力使得密封環朝轉子移動。最后，該密封組件的每一段包括設置在弧形板與密封環的弧形段的中間的偏壓部件。該偏壓部件聯接到弧形板和密封環上。

附圖說明

當參照附圖閱讀以下詳細說明時，本發明的這些和其它特征、方面和優點將變得更好理解，全部附圖中相似的附圖標記代表相似的零件，其中：

圖1是按照本公開內容的一個實施例的渦輪機系統的截面圖；

圖2是如圖1中所示具有根據本技術的一個實施例的密封組件的渦輪機系統的密封區域的透視圖；