[发明专利]用于迷宫式密封的密封环的方法和装置

说明书

技术领域

本文公开的主题涉及用于涡轮机中的密封件的领域。更特别地，本文公开的主题涉及一种应用在诸如涡轮或压缩机中的转子的旋转构件与诸如外壳或定子的固定构件的界面处的逐级间隙迷宫式密封件。

背景技术

用在燃气涡轮机、蒸汽涡轮机、飞行器发动机、压缩机和其它涡轮机系统中的迷宫式密封件容易过度泄漏，因为转子间隙可能构造成足够大以帮助防止转子靠在密封件上摩擦。如果转子的确接触了密封件(这称为转子摩擦)，则密封件可能被损坏而在此后形成更加大的间隙。具体而言，在可包括转子动态激励、转子和定子的相对热扭曲或转子中心由于轴颈轴承中随着升高的速度形成液力润滑膜的偏移的许多转子瞬变现象期间在燃气涡轮机中可能发生转子摩擦。当燃气涡轮机通过临界速度时，例如在起动期间，可能发生偏离。燃气涡轮机内不同构件之间由热差可能造成扭曲。密封件与转子之间需要大间隙，因为迷宫式密封件可能由于其可刚性地联接到定子上而无法在转子瞬变现象期间调节其间隙。燃气涡轮机的旋转构件和固定构件之间的间隙可能既影响涡轮机的效率，又影响涡轮机的性能。在燃气涡轮机的设计中，构件之间的紧密公差可以导致更高的效率。其它涡轮机系统例如蒸汽涡轮机、飞行器发动机或压缩机中发生类似的转子瞬变现象，并且这些瞬变现象常会难以预测。

另外，迷宫式密封件可以配套借助弹簧将迷宫式密封件远离转子偏压至大间隙的可变间隙正压密封(VCPPP)环(packing ring)。这有助于防止起动转子瞬变现象期间的转子摩擦。当跨越密封件形成超过一定值的压差时，VCPPP环上的力使得其闭合至小的转子间隙。在VCPPP环设计中，存在蒸汽-密封件接合处，此处VCPPP环接触外壳或定子。在该接合处的摩擦可能引起VCPPP环的开启和闭合的滞后。如果在VCPPP环已闭合之后存在转子瞬变现象，则将存在转子摩擦以及对迷宫齿的损坏。

发明内容

下面概述了范围与原始要求保护的发明相称的特定实施例。这些实施例并非旨在限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例仅旨在提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包含与以下阐述的实施例相似或不同的各种形式。

在第一实施例中，涡轮机包括固定壳体和围绕轴线旋转的转子。用于该涡轮机的密封组件包括联接到固定壳体的内表面上并定位在径向平面中的至少一个弧形板。另外，该密封组件包括设置在转子与板的中间的周向分段式的密封环。密封环定位成在径向方向上沿着板移动。该密封组件还包括设置在密封环与转子的中间的多个弧形齿。各齿的间隙从涡轮机的上游侧到涡轮机的下游侧逐渐减小。齿间隙的逐渐减小形成由横跨密封组件的压差产生的静液力的负反馈，使得随着末梢间隙减小，向外的径向力使得密封环远离转子移动，而随着末梢间隙增大，向内的径向力使得密封环朝转子移动。最后，该密封组件还包括设置在弧形板与密封环中间并联接到二者上的偏压部件。

在第二实施例中，一种密封涡轮机的固定壳体与围绕该涡轮机的轴线转动的旋转元件之间的气体路径的方法包括将至少一个弧形板设置在固定壳体在径向平面中的内表面上。该方法还包括将周向分段式的密封环设置在弧形板附近。另外，该方法包括将多个弧形齿设置在密封环与旋转元件中间。齿间隙从涡轮机的上游侧到涡轮机的下游侧逐渐减小。该方法还包括将偏压部件设置在密封环与固定壳体的中间。偏压部件联接到密封环和固定壳体上。

在第三实施例中，涡轮或压缩机包括围绕轴线旋转的转子、包围该转子的固定壳体以及设置在转子与固定壳体的中间的周向分段式密封组件。密封组件的每一段还包括联接到固定壳体的内表面上并定位在径向平面中的至少一个弧形板。该密封组件的每一段还包括设置在转子与板的中间的密封环的弧形段。密封环定位成在径向方向上沿着板移动。该弧形段不包括蒸汽-密封件接合处。该密封组件的每一段还包括设置在密封环与转子的中间的多个弧形齿。各齿的间隙从涡轮或压缩机的上游侧到涡轮或压缩机的下游侧逐渐减小。齿间隙的逐渐减小形成由跨越密封组件的压差产生的静液力的负反馈，使得随着末梢间隙减小，向外的径向力使得密封环远离转子移动，而随着末梢间隙增大，向内的径向力使得密封环朝转子移动。最后，该密封组件的每一段包括设置在弧形板与密封环的弧形段的中间的偏压部件。该偏压部件联接到弧形板和密封环上。

附图说明

当参照附图阅读以下详细说明时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，全部附图中相似的附图标记代表相似的零件，其中：

图1是按照本公开内容的一个实施例的涡轮机系统的截面图；

图2是如图1中所示具有根据本技术的一个实施例的密封组件的涡轮机系统的密封区域的透视图；