[发明专利]用于旋转的涡轮叶片的密封装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进的密封装置，具体而言，涉及一种由围绕叶片或翼型件的径向布置的涡轮导流盘(diaphragm)或涡轮导流盘环支承或以其它方式与之联接的密封装置。该装置可以有利地应用于涡轮机中。本发明特别与一种用于防止流体通过旋转部件或翼型件和涡轮壳体之间的间隙泄漏的装置相关。

背景技术

在以下描述中，术语“涡轮”用于表示旋转式发动机，其具有由诸如水或气体的流体介质力联接的旋转部件和定子部件。本发明尤其关注的是轴向涡轮，其包括与运动的转子叶片的径向布置交替的沿径向布置的固定定子叶片或导叶。运动通常被限定为相对于壳体或外壳的运动。

在涡轮的设计和运行中遇到的普遍问题是转子叶片顶端或附连到它们上的任何周向围带与外壳之间的泄漏。径向涡轮的运行需要旋转叶片与壳体的固定壁或其任何延伸之间的顶端间隔最小。然而，间隙产生由压力侧和吸力侧之间的压力差驱动的泄漏流。

为了减少顶端泄漏，已知的是通过适当的密封装置来闭合旋转部件和静止部件之间的间隙。用于这种目的的最常见类型的密封装置是迷宫密封装置。迷宫密封装置典型地具有在一部分上的多个径向延伸的环形刀片和在另一部分上的对应环形密封平台(land)或者螺纹(threat)或凹槽的布置。所有类型的迷宫密封装置具有为通过间隙的流体提供曲折的路径的共同特征。为了防止涡轮中的顶端泄漏，密封装置常常采取完整环的形状，其通常类似于壳体内和由壳体支承的半块或区段。

由于迷宫密封装置是熟知的并且在所有主要涡轮制造商的设计中使用，其满足强调这样的密封装置为复杂形状的本发明的目的，其必须被加工至严格的公差以便正确地工作。在运行期间，密封装置的部件从其默认位置的任何运动通常会在运动部件和静止部件之间产生泄漏或摩擦的显著增加。用于旋转叶片的已知迷宫密封装置已经被一体化到涡轮的内壳体中以及涡轮导流盘结构或环形支座中。

在旋转部件的径向膨胀或收缩的情况下，为了适应密封装置的部件的相对运动，一些密封装置被组装成弹簧压靠的组件。在弹簧压靠的密封装置中，弹性力将密封装置的一部分推压到另一部分上，且从而避免间隙变宽或过度摩擦。这样的解决方案的示例也是已知的。例如，Hans Reuschke的标题为″Spezielle Konstruktionsaufgaben aus demAEG-Grossturbinenbau”的AEG文献(DK 621.165一181.2：62.0022)在“Wellendichtung”部分第90-91页描述了支承在涡轮导流盘之间的密封装置的弹簧压靠的环。

迷宫密封装置的已知备选方案为刷式密封装置和指式密封装置。这些类型的密封装置通常包括多个柔性构件，柔性构件安装在一部分上并且密封地接合另一部分上的合适表面。

另一种已知的备选方案是具有两个适当成形的接合表面的膜跨式密封装置，但这种密封装置较不常用。当涡轮旋转时，在表面之间产生流体薄膜，该薄膜具有小的举升力以使表面保持分开。典型地，在密封装置设计中包括弹性元件以施加恢复力，该力减小了启动期间的摩擦，并且抵消举升力以及在密封表面之间保持大约恒定的间隙。

在涡轮的设计中，特别是在用现代化的且更高效的子部件(例如叶片)改装现有旧涡轮的情况下，如何安装密封装置的选择往往是有限的。在一些改型中，可能不能或者甚至不希望将密封装置的静止部分直接安装到涡轮的壳体上或以其它方式刚性连接到该壳体。在共同拥有的已公开的美国专利申请No.2008/0170939中描述且以引用方式以其整体结合到本文中的设计可作为示例来说明密封装置的静止部分不刚性地连接到壳体的密封设计。

现已发现，根据它们连接到涡轮定子的方式，密封装置可能经受移位或变形，这是在流体流过涡轮期间由定子叶片上的力引起的。这种移位典型地导致密封表面之间更宽的间隙，并且因而降低密封装置的性能。导致密封间隙加宽的另一种移位可以是涡轮的内壳体变形的结果。因此，可将本发明的目的看作减少或除去这些移位或变形的影响。

发明内容