專利名稱：密封組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種密封件。本發(fā)明尤其涉及一種密封組件。本發(fā)明還涉及一種控制兩個(gè)密封表面之間的空間關(guān)系的方法。此外，本發(fā)明還涉及一種采用密封組件的機(jī)器。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種密封組件，該密封組件包括一形成第一密封表面的第一密封單元；一位移裝置，它包括至少一個(gè)與第一密封單元相連接的電磁體(electromagnet)，該位移裝置可以通過電磁體或每一電磁體移動(dòng)第一密封單元；以及一形成與第一密封表面相關(guān)聯(lián)的第二密封表面的第二密封單元，第一和第二密封單元形成一密封件。
密封組件可包括一檢測(cè)第二單元偏離第一基準(zhǔn)位置的位移量的傳感器。
密封組件包括連接于傳感器裝置和位移裝置的控制裝置，該控制裝置可以控制位移裝置以使第一密封表面與第二密封表面保持預(yù)定的空間關(guān)系。
密封組件可包括一偏置裝置，使第一密封單元偏置在預(yù)定方向。偏置裝置可使第一密封單元朝第二密封單元偏置。或者，偏置裝置可偏置第一密封單元，使第一密封單元離開第二密封單元。偏置裝置構(gòu)造成可施加一力，該力的大小是偏置裝置離開一第二基準(zhǔn)位置的位移量的函數(shù)。
位移裝置可包括多個(gè)彼此隔開的電磁體，控制裝置可通過運(yùn)行控制每一電磁體。此時(shí)，傳感器裝置包括多個(gè)傳感器，一個(gè)傳感器與一個(gè)電磁體相聯(lián)系?？刂蒲b置可分別獨(dú)立地控制每一電磁體?；蛘?，控制裝置可通過運(yùn)行控制電磁體的若干子組合。
第一密封單元包括一形成一環(huán)形第一密封表面的環(huán)形圈，第二密封單元形成一環(huán)形第二密封表面。密封組件可包括一剛性支架，第一環(huán)形密封單元安裝在該支架上，這些電磁體與支架相連并彼此隔開一定的角度。
此外，密封組件包括一支承件，位移裝置的每一電磁體有一可相對(duì)于線圈位移的核心元件，核心元件或線圈中的一個(gè)連接于第一密封單元的支架，另一個(gè)連接于支承件。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，密封組件可為一機(jī)器的轉(zhuǎn)動(dòng)件提供一密封件。此時(shí)，第一密封單元可包括一形成一環(huán)形第一密封表面的環(huán)形圈。第二單元可以是機(jī)器的轉(zhuǎn)動(dòng)件并形成一第二密封表面，該表面也包括一環(huán)形圈。第一環(huán)形密封單元可安裝在一剛性支架上。位移裝置包括多個(gè)與支架相連并在支架上彼此相隔一定角度的電磁體。位移裝置的這些電磁體有一可動(dòng)核心元件。可動(dòng)核心元件連接于第一密封單元的支架。每一電磁體的線圈連接于固定在位的支承件。可以理解，通過控制每一電磁體的線圈中的電流，可有選擇地改變?cè)撾姶朋w的磁通量，由此有選擇地改變作用于電磁體的核心元件上的力。因此，在每一電磁體位置，可以有一預(yù)定強(qiáng)度的橫向力施加于第一密封單元。還可以理解的是，通過有選擇地改變每一電磁體的橫向力，整個(gè)環(huán)形第一密封單元可以發(fā)生位移，以使第一密封單元形成的平面沿垂直于該平面的方向位移?；蛘?，該平面可沿相對(duì)于第一密封單元的對(duì)稱軸線的預(yù)定方向傾斜。
在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例中，第二密封單元可包括發(fā)電機(jī)燃?xì)鉁u輪的下游部分?？梢岳斫獾氖牵谳S上繞一旋轉(zhuǎn)線軸轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪在其軸承上可軸向和徑向運(yùn)動(dòng)。此外，渦輪的縱向軸線可以進(jìn)動(dòng)(precess)。還可理解的是，形成在渦輪轉(zhuǎn)子的下游端(提供第二密封單元)的下游密封表面與密封在所述下游密封表面的一環(huán)形密封單元(提供第一密封單元)的密封表面之間的間隙隨渦輪轉(zhuǎn)子的位移而改變。因此，如果所述間隙要被保持在預(yù)定范圍內(nèi)，必需允許第一密封單元以與渦輪轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)的第二密封表面的運(yùn)動(dòng)相關(guān)的方式運(yùn)動(dòng)。檢測(cè)裝置可檢測(cè)渦輪軸或任何可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定于軸的轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件、諸如渦輪轉(zhuǎn)子的下游密封表面的位移量。或者，檢測(cè)裝置包括多個(gè)在預(yù)定位置檢測(cè)第一和第二密封表面之間的距離的傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一機(jī)器與密封組件的組合(以下簡(jiǎn)稱“組合”)，它包括一燃?xì)鉁u輪和后面將要描述的密封組件，該燃?xì)鉁u輪包括一具有一下游端的渦輪轉(zhuǎn)子，密封組件的第二密封單元設(shè)置在渦輪轉(zhuǎn)子的下游端。
此時(shí)，密封組件的檢測(cè)裝置可直接檢測(cè)第二密封單元離開第一基準(zhǔn)位置的位移量。密封組件的檢測(cè)裝置包括多個(gè)傳感器，每一個(gè)可在各預(yù)定位置檢測(cè)第一和第二密封表面之間的距離，在所述預(yù)定位置，所述第一密封表面的位置形成第一基準(zhǔn)位置。
或者，密封組件的檢測(cè)裝置可通過檢測(cè)機(jī)械地固定于燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子上的一個(gè)構(gòu)件離開基準(zhǔn)位置的位移量而間接地檢測(cè)第二密封單元離開第一基準(zhǔn)位置的位移量。
此外，偏置裝置可包括一環(huán)形的不滲透氣體的波紋軟管，該波紋軟管設(shè)置在支架與支承件之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一控制兩密封單元的各自密封表面之間的空間關(guān)系的方法，該方法包括如下的步驟檢測(cè)密封單元中的一個(gè)離開基準(zhǔn)位置的位移量；以及通過包括一電磁體的位移裝置位移另一密封單元，所述另一密封單元通過電磁體與位移裝置相連，以在兩密封表面之間保持一預(yù)定的空間關(guān)系。
基準(zhǔn)位置可以由所述另一密封單元的密封表面形成，該方法包括檢測(cè)兩密封表面之間的距離，位移所述一個(gè)密封單元，以在兩密封表面之間保持一預(yù)定距離。
位移裝置可包括多個(gè)電磁體，該方法中包括有選擇地改變每一電磁體中的磁通量。
下面作為例子并結(jié)合附圖描述本發(fā)明。
附圖中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一方面的密封組件的第一實(shí)施例的示意性側(cè)剖視圖；圖2示出了密封組件的第二實(shí)施例的示意性側(cè)剖視圖；圖3示出了用于一渦輪轉(zhuǎn)子的密封組件的細(xì)節(jié)的側(cè)剖視圖；圖4是圖3密封組件的一部分的立體圖；圖5是圖3密封組件的一部分的又一立體圖。
在附圖中，標(biāo)號(hào)10總的表示本發(fā)明的密封組件。
在圖1和2中，密封組件10有一形成第一密封表面14的第一密封單元12。第一密封單元是一安裝在剛性圓環(huán)形支架18上的圓環(huán)形密封件16。密封組件10還有多個(gè)電磁體20，圖1和2中僅示出其中的兩個(gè)。電磁體20的一可動(dòng)構(gòu)件22連接于支承件18，而電磁體20的固定構(gòu)件24連接于一固定的支承件26。在附圖中，所示的第一密封表面14形成了與一第二密封表面28共同作用的密封件15，該密封表面形成在一機(jī)器32的旋轉(zhuǎn)件30上，該機(jī)器是一個(gè)發(fā)電機(jī)燃?xì)鉁u輪(powergenerator gas turbine)，旋轉(zhuǎn)件30安裝在一軸34上。密封組件10還包括一偏置裝置，在附圖中該偏置裝置用標(biāo)號(hào)36表示。
在圖1所示的密封組件10的實(shí)施例中，偏置裝置36通常促使環(huán)形支架18離開支承件26，從而通常促使第一和第二密封表面14和28分別朝向?qū)Ψ健ｋ姶朋w20運(yùn)行時(shí)可迫使支架18朝向支承件26移動(dòng)，因此使第一和第二密封表面14和28彼此分開。通過控制這些電磁體20的磁通量，偏置裝置36施加在環(huán)形支架18上的力可以被電磁體20施加在支架18上的相反的力所平衡。這樣，就可在第一和第二密封表面14和28之間保持預(yù)定的間隙。
可以理解的是，偏置裝置36也可構(gòu)造成通常促使支架18朝向支承件26偏置，從而通常促使第一和第二密封表面14和28彼此分開。這樣的構(gòu)造設(shè)置在圖2所示的實(shí)施例中。
總的來講，機(jī)器32的軸34事實(shí)上不能完美地運(yùn)行。因此，軸如附圖中箭頭“B”所示作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，軸34可能如箭頭“A”所示沿軸向在其軸承上運(yùn)動(dòng)，或沿徑向作橫向運(yùn)動(dòng)，或兩者兼而有之。此外，軸34可繞自身軸線進(jìn)動(dòng)，如附圖中用箭頭“C”所示。因此，如果第一密封表面12固定在位，第一和第二密封表面14和28之間的間隙一般隨軸34的每一次轉(zhuǎn)動(dòng)而改變。為了減少間隙的改變程度，通過一附圖中用標(biāo)號(hào)38表示的傳感器探測(cè)和測(cè)量第二密封表面28的運(yùn)動(dòng)，該傳感器探測(cè)軸34離開基準(zhǔn)位置的位移量，軸34的位移與第二密封表面28的位移之間有一已知的關(guān)系?？梢岳斫獾氖?，第二密封表面28的位移量可直接探測(cè)和測(cè)量，且第一和第二密封表面14和28之間的間隙的改變也可以直接探測(cè)和測(cè)量。在附圖中用標(biāo)號(hào)40表示的控制器可以通過改變每一電磁體20的磁通量來分別獨(dú)立地控制每一個(gè)電磁體20，由此可有選擇地增加或降低由電磁體20施加在支架18上的力。這樣，整個(gè)支架18也就是第一密封表面14可以作軸向位移，或沿任何所需方向傾斜。第一密封表面14可以被控制以仿效第二密封表面28偏離其基準(zhǔn)位置的運(yùn)動(dòng)。或者，可控制第一密封表面14，以保持第一和第二密封表面14和28之間的預(yù)定的平均間隙。
現(xiàn)在請(qǐng)參閱圖3至5，它們示出了用于一燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子50的密封組件10。在圖3至5中，除另有說明之外，與圖1及圖2類似的構(gòu)件均用類似于圖1和2的標(biāo)號(hào)表示。
渦輪轉(zhuǎn)子50有多個(gè)在圓周上分隔開的葉片，其中的一個(gè)例子用52標(biāo)出，密封組件10位于轉(zhuǎn)子50的下游端。密封組件10安裝在一固定的支承組件56上并具有16個(gè)繞支承組件56的圓周均勻隔開的電磁體20。每一電磁體20有一線圈58和一可動(dòng)的核心元件60，這些線圈58安裝在支承組件56上，而這些核心元件60安裝在一環(huán)形支架18上?？梢岳斫獾氖?，也可以反過來，即電磁體的線圈58安裝在支架18上，而核心元件60安裝在支承組件56上。一環(huán)形迷宮式密封件62設(shè)置在支架18的下側(cè)64并形成了一迷宮式表面66，該表面包括密封組件10的第一密封表面14。密封組件10的第二密封表面28包括一形成在渦輪轉(zhuǎn)子50下游端54上的環(huán)形?？梢岳斫獾氖?，第二密封表面可以任何方式形成，例如使得一第二迷宮式密封件設(shè)置在渦輪轉(zhuǎn)子50的下游端54，以形成第二密封表面28。第二迷宮式密封件可構(gòu)造成與環(huán)形支架18的迷宮式密封件62一起合作。
一環(huán)形鋼可伸縮軟管(bellows)74設(shè)置在支承組件56與支架18之間，環(huán)形鋼軟管74的第一端76連接于支承組件56，軟管74的第二端78連接于環(huán)形支架18。鋼軟管74構(gòu)造成一偏置裝置80，通常促使迷宮式密封件62離開渦輪轉(zhuǎn)子50的下游端54。在這種構(gòu)造中，如果電磁體的電源被截?cái)?，迷宮式密封件62將移離渦輪轉(zhuǎn)子50的下游端54，由此避免由于直接接觸快速旋轉(zhuǎn)的渦輪轉(zhuǎn)子50而造成的密封件62的嚴(yán)重?fù)p壞。但是要理解的是，偏置裝置80可構(gòu)造成通常迫使迷宮式密封件62朝向第二密封表面28偏置。
要理解的是，在大的燃?xì)鉁u輪機(jī)器上，以高壓從渦輪轉(zhuǎn)子50的上游端68流向轉(zhuǎn)子50的下游端54的氣流將對(duì)渦輪軸(圖中未示出)產(chǎn)生大的軸向力。為了解決這個(gè)問題，將高壓氣流導(dǎo)向與渦輪轉(zhuǎn)子50的下游端54相鄰的下游區(qū)域70，以降低分別作用在渦輪轉(zhuǎn)子50的下游端和上游端54和68上的力之間的差異，平衡作用在渦輪軸上軸向力。在下游區(qū)域70與通常是大氣壓的低壓區(qū)域72之間，通過軟管74提供一可延伸、可收縮的不滲透的密封件82。要理解的是，總的來講，將要求這樣一種諸如密封件82的可延伸、可收縮的密封件在高壓區(qū)域70與低壓區(qū)域72之間提供不滲透的屏障，以及考慮轉(zhuǎn)子50的如上所述的軸向位移。為了使下游區(qū)域70保持一相對(duì)高的壓力，必須在快速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子50的貼近處保持一密封件，使?jié)B漏到低壓區(qū)域72的氣體最少。但是，為了抑制密封件的快速磨損，密封表面14和28不應(yīng)接觸。因此，密封表面14與28之間應(yīng)保持在預(yù)定間隙。總的來講，如上所述，大機(jī)器的軸實(shí)際上不會(huì)完美地運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，為了保持預(yù)定間隙，或?qū)㈤g隙保持在預(yù)定范圍之內(nèi)，第一密封表面14必需能夠跟蹤第二密封表面28。必須提供至少一個(gè)檢測(cè)渦輪轉(zhuǎn)子50離開基準(zhǔn)位置的位移量的傳感器(未示出)和一連接于傳感器和諸電磁體20的控制器(未示出)，以響應(yīng)來自傳感器所檢測(cè)到的、渦輪轉(zhuǎn)子50離開其基準(zhǔn)位置的位移量的信號(hào)而改變電磁體20的磁通量。要理解的是，如果需要，控制器可獨(dú)立地控制每一電磁體20?；蛘?，控制器控制16個(gè)組成若干子組的電磁體20，例如四個(gè)相鄰的電磁體20的若干子組合，使它們同時(shí)運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種密封組件，該密封組件包括一形成第一密封表面的第一密封單元；位移裝置，它包括至少一個(gè)與第一密封單元相連接的電磁體，位移裝置可運(yùn)行以通過電磁體或每一電磁體使第一密封單元作位移；以及一形成與第一密封表面相關(guān)聯(lián)的第二密封表面的第二密封單元，第一和第二密封單元形成一密封件。
2.如權(quán)利要求1所述的密封組件，其特征在于，它包括一檢測(cè)第二單元偏離第一基準(zhǔn)位置的位移量的傳感器裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的密封組件，其特征在于，它包括連接于傳感器裝置和位移裝置的控制裝置，控制裝置控制位移裝置使第一密封表面與第二密封表面保持預(yù)定的空間關(guān)系。
4.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的密封組件，其特征在于，它包括一偏置裝置，使第一密封單元偏置在預(yù)定方向。
5.如權(quán)利要求4所述的密封組件，其特征在于，偏置裝置構(gòu)造成可施加一力，該力的大小是偏置裝置離開一第二基準(zhǔn)位置的位移量的函數(shù)。
6.如權(quán)利要求3所述的密封組件，其特征在于，位移裝置包括多個(gè)彼此隔開的電磁體，而控制裝置可以控制每一電磁體。
7.如權(quán)利要求6所述的密封組件，其特征在于，控制裝置通過運(yùn)行可分別獨(dú)立地控制每一電磁體。
8.如權(quán)利要求6所述的密封組件，其特征在于，控制裝置通過運(yùn)行可控制電磁體的若干子組合使之一致地運(yùn)作。
9.如權(quán)利要求6所述的密封組件，其特征在于，第一密封單元包括一形成一環(huán)形第一密封表面的環(huán)形圈，第二密封單元形成一環(huán)形第二密封表面。
10.如權(quán)利要求9所述的密封組件，其特征在于，它包括一剛性支架，第一環(huán)形密封單元安裝在該支架上，這些電磁體與支架相連并彼此隔開一定的角度。
11.如權(quán)利要求10所述的密封組件，其特征在于，它包括一支承件，位移裝置的每一電磁體有一可相對(duì)于線圈位移的核心元件，核心元件或線圈中的一個(gè)連接于第一密封單元的支架，另一個(gè)連接于支承件。
12.一種組合，它包括一燃?xì)鉁u輪和一如權(quán)利要求11所述的密封組件，該燃?xì)鉁u輪包括一具有一下游端的渦輪轉(zhuǎn)子，密封組件的第二密封單元設(shè)置在渦輪轉(zhuǎn)子的下游端上。
13.如權(quán)利要求12所述的組合，其特征在于，密封組件的檢測(cè)裝置直接檢測(cè)第二密封單元離開第一基準(zhǔn)位置的位移量。
14.如權(quán)利要求13所述的組合，其特征在于，密封組件的檢測(cè)裝置包括多個(gè)傳感器，在各預(yù)定位置，每一個(gè)傳感器可檢測(cè)第一和第二密封表面之間的距離，在所述位置處，第一密封表面的位置形成第一基準(zhǔn)位置。
15.如權(quán)利要求12所述的組合，其特征在于，密封組件的檢測(cè)裝置檢測(cè)機(jī)械地固定在轉(zhuǎn)子上的燃?xì)鉁u輪的一個(gè)構(gòu)件離開其基準(zhǔn)位置的位移量而間接地檢測(cè)第二密封單元離開第一基準(zhǔn)位置的位移量。
16.如權(quán)利要求12或13所述的組合，其特征在于，偏置裝置包括一環(huán)形的不滲透氣體的波紋軟管，該波紋軟管設(shè)置在支架與支承件之間。
17.一種控制兩密封單元的各自密封表面之間的空間關(guān)系的方法，該方法包括如下的步驟檢測(cè)密封單元中的一個(gè)離開基準(zhǔn)位置的位移量；以及通過包括至少一個(gè)電磁體的位移裝置位移另一密封單元，所述另一密封單元通過電磁體或每一電磁體與位移裝置相連，以在兩密封表面之間保持預(yù)定的空間關(guān)系。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，基準(zhǔn)位置可由所述另一密封單元的密封表面形成，該方法包括檢測(cè)兩密封表面之間的距離，位移所述一個(gè)密封單元以在兩密封表面之間保持一預(yù)定距離。
19.如權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于，位移裝置包括多個(gè)電磁體，該方法包括可有選擇地改變每一電磁體中的磁通量。
20.一種基本上如在此所描述和結(jié)合附圖所示的密封組件。
21.一種基本上如在此所描述和結(jié)合附圖所示的組合，所述組合包括一具有一下游端的渦輪轉(zhuǎn)子的燃?xì)廨啓C(jī)和一密封組件。
22.一種基本上如在此所描述和結(jié)合附圖所示的控制兩密封表面之間的空間關(guān)系的方法。
全文摘要
一種密封組件(10),它包括:一形成第一密封表面(14)的第一密封單元(12);位移裝置,它包括至少一個(gè)與第一密封單元(12)連接的電磁體(20),位移裝置可運(yùn)行,以通過電磁體或每一電磁體(20)位移第一密封單元(12);以及一形成與第一密封表面(14)相關(guān)聯(lián)的第二密封表面(28)的第二密封單元,第一和第二密封單元形成一密封件。本發(fā)明還涉及一種機(jī)器與密封件的組合,它包括一燃?xì)鉁u輪和一密封組件。此外,本發(fā)明還涉及一種控制兩密封單元的各自密封表面之間的空間關(guān)系的方法。
文檔編號(hào)F01D11/08GK1371456SQ00812000
公開日2002年9月25日 申請(qǐng)日期2000年8月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月27日
發(fā)明者J·J·利本貝格, J·F·德維利爾斯 申請(qǐng)人:埃斯科姆公司