[发明专利]用于使用分段式密封环来密封旋转机器的方法和系统

说明书

本发明涉及用于使用分段式密封环来密封旋转机器的方法和系统。一种用于在旋转机器(10)中使用的液力面密封环(56)包括支承环(84)，支承环(84)具有至少两个支承环节段(86，88)和沿径向延伸的第一面(104)。支承环(84)构造成可释放地联接于旋转机器(10)的外壳(16)的内表面。面密封环(56)还包括与支承环(84)基本上同心的密封环(94)。密封环(94)包括至少两个密封环节段(95)和沿径向延伸的第二面(106)。密封环(94)可释放地联接于支承环(94)，使得第一面(104)抵靠第二面(106)匹配。

技术领域

本申请大体涉及旋转机器，并且更特别地，涉及用于密封旋转机器的系统和方法。

背景技术

至少一些旋转机器(诸如蒸汽涡轮发动机)具有延伸通过其的限定的流体流径。流径包括处于连续流关系的流体入口、涡轮和流体出口。一些旋转机器在流径中使用多个密封组件，以便于提高旋转机器的运行效率。一般而言，已知密封组件联接在固定构件和旋转构件之间，以在高压区域和低压区域之间提供密封。若干已知的密封组件包括迷宫齿、柔性部件(诸如刷式密封件)和液力面密封件。

至少一些刷式密封件包括紧密填充、大体圆柱形的刚毛，其定位在旋转构件附近，并且布置成交错布置，以便于减少泄漏。一般而言，已知的刚毛具有低径向硬度，这使它们能够在旋转构件转子漂移期间移动，同时在稳态运行期间保持紧密的间隙。然而，一些已知的刷式密封件一般仅在横跨密封件存在有限压差时才有效。另外，至少一些密封组件包括朝旋转构件向外延伸的多个迷宫齿。在一些旋转机器的运行期间，由旋转构件的旋转引起的振动可使迷宫齿接触旋转构件。随着时间的推移，迷宫齿可被磨损并且变得不那么有效，这可引起旋转机器的性能退化。

在一些已知旋转机器中，使用液力面密封件来便于减少加压流体通过两个构件之间的间隙泄漏。液力面密封件大体包括匹配(旋转)环和密封(固定)环。在运行期间，旋转环中的凹槽产生液力，该液力使固定环升离旋转环或与其分开，使得在两个环之间产生小间隙。密封气体经由旋转环和固定环之间的间隙流动。但是，因为形成于两个环之间的间隙小，所以将至少一些已知的液力面密封件制成单个连续的环，这限制密封环的直径，并且就此而言，可限制它们的用途。单个连续的环在大小上受限制至少有两个主要原因。一个原因在于，对直径超过12英寸的环实现所需密封面平直度是有挑战性的。另一个关键原因在于，由于横跨密封面的热梯度，故密封面圆锥度以直径的四次方增大。面圆锥度是液力面密封件的一个主要失效模式。另外，在大型蒸汽涡轮和燃气涡轮应用中，存在关于单个连续的环结构的组装问题，因为此类大型涡轮组装成上半部和下半部。因此，为了在大型蒸汽涡轮和燃气涡轮中使用面密封件，密封环中的一个必须是分段的。因为可将匹配环制成与涡轮轴集成，所以优选的是使密封环分段。分段式密封环的一些优点包括可直截了当地实现密封面平直度，以及大大消除热梯度引起的面圆锥度，因为在节段接头处切断了密封环环向应力。然而，如果固定环是分段的并且联接在一起，则在节段接头上面可存在梯级，该梯级大于薄膜厚度，因为液力面密封件大体以大约0.002英寸或更小的间隙运行。此类限制使至少一些已知的液力面密封件不适合在旋转轴直径大的旋转机器中使用。

发明内容

在一方面，提供一种用于在旋转机器中使用的液力面密封环。面密封环包括支承环，该支承环包括至少两个支承环节段和沿径向延伸的第一面。支承环构造成可释放地联接于旋转机器的外壳的内表面。面密封环还包括与支承环基本上同心的密封环。密封环包括至少两个密封环节段和沿径向延伸的第二面。密封环可释放地联接于支承环，使得第一面抵靠第二面匹配。