專利名稱：帶有密封裝置的旋轉(zhuǎn)機械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)機械，如軸流式渦輪機，更特別地，涉及旋轉(zhuǎn)機械中靜止元件與旋轉(zhuǎn)元件之間密封裝置的改進。
背景技術(shù)：
期望將通過旋轉(zhuǎn)機械如蒸汽輪機和燃氣輪機的靜止和旋轉(zhuǎn)元件之間的縫隙泄漏的工作流體的泄漏流量減小到最低限度。
圖8中示出一種普通蒸汽輪機即旋轉(zhuǎn)機械。該蒸汽輪機具有一個設(shè)有旋轉(zhuǎn)葉片2即旋轉(zhuǎn)元件的渦輪轉(zhuǎn)子1和一個渦輪機殼6，該渦輪機殼6用于封閉噴嘴隔板外環(huán)3、定子葉片(渦輪噴嘴)4、以及噴嘴隔板內(nèi)環(huán)5即靜止元件。轉(zhuǎn)子1的相反端支承在軸承11中。在每個轉(zhuǎn)子葉片2和每個外環(huán)3之間，以及轉(zhuǎn)子1與每個內(nèi)環(huán)5之間設(shè)有非接觸式密封裝置，以防止工作流體泄漏。
圖9是圖8中一部分的放大視圖，作為例子表示一個密封裝置。參照圖9，噴嘴隔板外環(huán)3保持一個迷宮式填料9，該填料9設(shè)有多個朝轉(zhuǎn)子葉片2的外部邊緣延伸的細碎翼片7。噴嘴隔板內(nèi)環(huán)5保持一個迷宮式填料10，該填料10設(shè)有多個朝轉(zhuǎn)子1延伸的密封翼片8。
與圖9中所示的密封裝置不同的所謂高低迷宮式密封裝置，具有一個設(shè)置于縫隙一側(cè)即旋轉(zhuǎn)側(cè)或靜止側(cè)上的突起，以及多個設(shè)置于縫隙另一側(cè)上的密封翼片。這些密封翼片以相等的節(jié)距軸向布置。使用了圖10中所示的所謂梳狀迷宮式密封裝置。圖10中所示的梳狀迷宮式密封裝置具有多個分別設(shè)置于縫隙兩側(cè)因而朝彼此延伸的密封翼片F(xiàn)1和F2。翼片F(xiàn)1以相等的節(jié)距P2軸向布置，翼片F(xiàn)2以相等的節(jié)距P1軸向布置。
使用高溫工作流體的旋轉(zhuǎn)機械，如蒸汽輪機，在起動和停止之間發(fā)生溫度變化，因此，旋轉(zhuǎn)機械的機殼和轉(zhuǎn)子由于熱膨脹的不同，即機殼與轉(zhuǎn)子間伸長的不同而彼此相對軸向移動。一般地，轉(zhuǎn)子和機殼分別具有不同的熱容量，機殼的軸向伸長小于轉(zhuǎn)子的軸向伸長。因此，轉(zhuǎn)子和機殼彼此相對軸向移動。
在如圖10中所示的梳狀密封裝置中，即使轉(zhuǎn)子和機殼由于轉(zhuǎn)子和機殼之間熱膨脹的不同而彼此相對軸向移動，密封翼片F(xiàn)1和F2也不相互接觸。另一方面，這種梳狀密封裝置的密封性能非常高，同時在對應(yīng)的密封翼片F(xiàn)1與F2之間的間隙保持最小。當密封翼片F(xiàn)1和F2由于轉(zhuǎn)子和機殼之間熱膨脹的不同而彼此相對軸向移動時，這些間隙增大，梳狀密封裝置的密封性能急劇退化。
由于轉(zhuǎn)子與機殼在熱膨脹上的不同而導(dǎo)致的密封性能的退化可通過軸向布置多個密封翼片來補償。但由于密封翼片的可能的級數(shù)是有限的，因為如果翼片的級數(shù)大于某一極限，則在密封部件中流動的流體會發(fā)生滲漏。
當末端翼片7和密封翼片8的邊緣與旋轉(zhuǎn)元件2和1之間的間隙較小時，圖9中所示的密封裝置的密封效果較高。但如果這些間隙過小，則翼片7和8的邊緣可能與旋轉(zhuǎn)元件1和2接觸，從而損壞翼片7和8以及旋轉(zhuǎn)元件1和2。
在旋轉(zhuǎn)機械操作過程中由于熱變形而導(dǎo)致的間隙的變化是由元件之間的接觸所產(chǎn)生的麻煩的主要因素。這種間隙變化多數(shù)發(fā)生在旋轉(zhuǎn)機械起動和停止時，或者當旋轉(zhuǎn)機械上的負載變化時。因此，如果在除了旋轉(zhuǎn)機械的分級操作狀況之外的操作狀況的基礎(chǔ)上確定間隙的尺寸，則在分級操作過程中間隙不必要地增大，因而工作流體的泄漏流量增大。需要一個能夠根據(jù)操作狀況改變密封部件中的間隙的可移動密封機構(gòu)來解決這個問題。例如在JP61-16209A(1986)中公開了一種設(shè)有這種可移動密封機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)機械。此外，圖11至14中也示出已知的密封機構(gòu)。
圖11和12示出所謂的高低迷宮式密封裝置，包括形成于轉(zhuǎn)子1的側(cè)表面上的隆起15。一個一體地設(shè)有翼片13的迷宮式填料10安裝在噴嘴隔板內(nèi)環(huán)5上。通過設(shè)置于迷宮式填料10與噴嘴隔板內(nèi)環(huán)5之間的一個板簧14的彈性來保持一個適當?shù)膹较蜷g隙e。
圖13和14中所示的高低迷宮式密封裝置包括一個設(shè)有圓周溝槽16的迷宮式填料10，以及置于迷宮式填料10的圓周溝槽16中的螺旋彈簧17。在這種高低迷宮式密封裝置中，通過經(jīng)溝槽18供應(yīng)到迷宮式填料10的蒸汽ST的壓力來調(diào)節(jié)翼片13與隆起15之間的徑向間隙e，彈簧17的彈力將迷宮式填料10徑向向外壓制。
在這些可移動密封機構(gòu)中，迷宮式填料10相對于轉(zhuǎn)子1徑向移動。因而這些可移動密封機構(gòu)上沒有設(shè)置任何處理由于機殼與轉(zhuǎn)子在熱膨脹(熱伸長)上的不同而導(dǎo)致的機殼與轉(zhuǎn)子相對軸向移動這個問題的措施。
因此，在設(shè)有這些密封機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)機械中被迫以相對較大的節(jié)距軸向布置了多個隆起15，以避免翼片13與隆起15之間的接觸。以較大的節(jié)距軸向布置這些隆起降低了工作流體的密封效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于前述問題而提出的，因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種設(shè)有密封裝置的旋轉(zhuǎn)機械，能夠抑制由于旋轉(zhuǎn)元件與靜止元件在熱膨脹上的不同而導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)元件與靜止元件的相對軸向移動所引起的密封性能的下降。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種旋轉(zhuǎn)機械，包括一個被支承著以便環(huán)繞一條旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)元件；一個圍繞著旋轉(zhuǎn)元件的靜止元件；及一個設(shè)置于該旋轉(zhuǎn)元件與該靜止元件之間的縫隙中的密封裝置；其中該密封裝置包括多個彼此相對地布置在該縫隙的兩側(cè)的密封翼片；及布置在該縫隙的至少一側(cè)的密封翼片以不等的節(jié)距軸向間隔開。
根據(jù)這種旋轉(zhuǎn)機械，至少布置在縫隙一側(cè)的密封翼片以不等的節(jié)距軸向間隔開，因而當由于旋轉(zhuǎn)元件與靜止元件在熱膨脹上的不同而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)元件與靜止元件彼此相對軸向移動時，相對的密封翼片之間的一些間隙減小的可能性增大。因此，與其中全部密封翼片以相等的節(jié)距布置的密封裝置相比，這種旋轉(zhuǎn)機械的密封裝置能夠抑制由于在熱膨脹上的不同而導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)和靜止元件的相對軸向移動引起的密封性能的退化。
在這種旋轉(zhuǎn)機械中，優(yōu)選地，與至少一個密封翼片相對地設(shè)置一個隆起，該隆起的寬度大于密封翼片沿旋轉(zhuǎn)軸線的厚度。這樣，當旋轉(zhuǎn)元件和靜止元件由于其間熱膨脹的不同而彼此相對軸向移動時，在隆起與密封翼片之間保持較小間隙的可能性高在密封翼片之間保持較小間隙的可能性。
在這種密封裝置中，該多個密封翼片是與隆起相對的第一翼片，以及除第一翼片之外的第二翼片，且第一翼片能夠以小于第二翼片的布置節(jié)距的節(jié)距布置。這樣，可以增大能夠保持小間隙的第一翼片的數(shù)量，以增強密封性能。
在這種旋轉(zhuǎn)機械中，例如可通過初等函數(shù)來確定密封翼片的不等節(jié)距。
優(yōu)選地，這種旋轉(zhuǎn)機械還包括一個移動機構(gòu)，用于軸向移動設(shè)置于縫隙的至少一側(cè)的密封翼片。當旋轉(zhuǎn)元件和靜止元件由于其間熱膨脹(熱收縮)的不同而導(dǎo)致彼此相對軸向移動時，可通過用移動機構(gòu)軸向移動密封翼片來校正密封翼片的位置。因此，能夠進一步有效地抑制旋轉(zhuǎn)元件和靜止元件由于其間熱膨脹(熱收縮)的不同而導(dǎo)致彼此相對軸向移動所引起的密封性能的退化。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種旋轉(zhuǎn)機械，包括一個被支承著以便環(huán)繞一條旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)元件；一個圍繞著旋轉(zhuǎn)元件的靜止元件；一個設(shè)置于該旋轉(zhuǎn)元件與該靜止元件中的至少一個上的密封裝置，該密封裝置具有一個密封元件，該密封元件在特定軸向位置伸入旋轉(zhuǎn)元件與靜止元件之間的縫隙中；及一個用于軸向移動該密封元件的移動機構(gòu)。
根據(jù)這種旋轉(zhuǎn)機械，當旋轉(zhuǎn)元件和靜止元件由于其間熱膨脹(熱收縮)而導(dǎo)致彼此相對軸向移動時，可通過用移動機構(gòu)軸向移動密封元件來校正密封裝置的位置。這樣，能夠抑制旋轉(zhuǎn)元件和靜止元件由于其間熱膨脹(熱收縮)的不同而導(dǎo)致彼此相對軸向移動所引起密封性能的退化。
在這種旋轉(zhuǎn)機械中，密封裝置還可包括一個設(shè)置在靜止元件上用于支承密封元件的支承元件；該移動機構(gòu)是一個夾在靜止元件和支承元件之間的彈簧。
優(yōu)選地，彈簧由隨溫度的改變而伸長和收縮的形狀記憶合金制成。這樣，可利用旋轉(zhuǎn)機械起動和停止時的溫度改變來軸向移動密封元件。
制成彈簧的該形狀記憶合金選自Ti-Ni合金、Cu-Zn合金、Ni-Al合金及Fe-Mn合金。由這些形狀記憶合金制成的彈簧隨溫度的上升而伸長。
在這種旋轉(zhuǎn)機械的一個實施例中，彈簧暴露于流過旋轉(zhuǎn)元件與靜止元件之間的縫隙的高溫工作流體中，并相對于工作流體的流動方向設(shè)置在支承元件的上游側(cè)。當彈簧由隨著溫度的上升而伸長(隨著溫度的下降而收縮)的形狀記憶合金制成時，在旋轉(zhuǎn)機械起動時，密封裝置由于旋轉(zhuǎn)元件與靜止元件在熱膨脹上的不同而隨著溫度的上升相對于工作流體的流動方向向上游相對移動，從而可以校正密封裝置的位置。在旋轉(zhuǎn)機械停止時，密封裝置由于旋轉(zhuǎn)元件與靜止元件在熱膨脹上的不同而隨著溫度的下降相對于工作流體的流動方向向下游相對移動，從而可以校正密封裝置的位置。
在旋轉(zhuǎn)機械的另一個實施例中，彈簧暴露于流過旋轉(zhuǎn)元件與靜止元件之間的縫隙的高溫工作流體中，并相對于工作流體的流動方向設(shè)置在支承元件的下游側(cè)。當彈簧由隨著溫度的上升而伸長(隨著溫度的下降而收縮)的形狀記憶合金制成時，在旋轉(zhuǎn)機械停止時，密封裝置由于旋轉(zhuǎn)元件與靜止元件在熱膨脹上的不同而隨著溫度的下降相對于工作流體的流動方向向下游相對移動，從而可以校正密封裝置的位置。在旋轉(zhuǎn)機械起動時，密封裝置由于旋轉(zhuǎn)元件與靜止元件在熱膨脹上的不同而隨著溫度的上升相對于工作流體的流動方向向上游相對移動，從而可以校正密封裝置的位置。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的旋轉(zhuǎn)機械的主要部分的典型剖視圖。
圖2是一個圖表，表示在普通旋轉(zhuǎn)機械的密封裝置中，工作流體泄漏流量比相對于相對的密封翼片的軸向位移的變化。
圖3是一個圖表，表示在普通旋轉(zhuǎn)機械的密封裝置中，工作流體泄漏流量比隨形成較窄間隙翼片數(shù)量的變化。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的旋轉(zhuǎn)機械主要部分的典型剖視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的旋轉(zhuǎn)機械主要部分的典型剖視圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的旋轉(zhuǎn)機械主要部分的典型剖視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的旋轉(zhuǎn)機械主要部分的典型剖視圖。
圖8是普通蒸汽輪機即旋轉(zhuǎn)機械的上半部縱向剖視圖。
圖9是圖8中所示蒸汽輪機的一部分放大視圖。
圖10是常規(guī)旋轉(zhuǎn)機械中包括的梳狀迷宮式密封裝置的典型剖視圖。
圖11是設(shè)有常規(guī)密封裝置的旋轉(zhuǎn)機械主要部分的縱向剖視圖。
圖12是沿圖11中線A-A所取的剖視圖。
圖13是設(shè)有另一種常規(guī)密封裝置的旋轉(zhuǎn)機械主要部分的縱向剖視圖。
圖14是沿圖13中線B-B所取的剖視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行描述。圖1和4至7表示本發(fā)明優(yōu)選實施例中的旋轉(zhuǎn)機械。
第一實施例現(xiàn)在參照圖1對本發(fā)明第一實施例的旋轉(zhuǎn)機械進行描述。圖1示出第一實施例中旋轉(zhuǎn)機械如軸流式渦輪機的主要部分。旋轉(zhuǎn)機械具有一個轉(zhuǎn)子1，該轉(zhuǎn)子1被支承著以便環(huán)繞一條旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，并設(shè)有圍繞轉(zhuǎn)子1的一個轉(zhuǎn)子葉片2即旋轉(zhuǎn)元件；以及一個迷宮式填料9即靜止元件。迷宮式填料9保持在安裝于機殼6上的噴嘴隔板外環(huán)3上(圖8和9)。在轉(zhuǎn)子葉片2的外部邊緣與迷宮式填料9之間的縫隙中設(shè)有一個梳狀迷宮式密封裝置S1。
迷宮式密封裝置S1具有多個分別彼此相對地布置于縫隙兩側(cè)上的密封翼片F(xiàn)1和F2。密封翼片F(xiàn)1和F2以不等的節(jié)距軸向間隔開。更具體地，第一實施例中旋轉(zhuǎn)機械的密封翼片F(xiàn)1和F2布置成使相鄰密封翼片之間的節(jié)距在一個軸向方向逐漸增大。
由于密封翼片以不等的節(jié)距軸向間隔開，當由于轉(zhuǎn)子1與機殼6之間的熱膨脹的不同而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子1和機殼6(圖8)彼此相對軸向移動時，相對的密封翼片F(xiàn)1和F2之間的某些間隙減小的可能性增大。因此，與全部密封翼片以相等的節(jié)距布置的密封裝置相比，第一實施例中旋轉(zhuǎn)機械的密封裝置能夠抑制由于轉(zhuǎn)子1與機殼6在熱膨脹上的不同而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子1和機殼6彼此相對軸向移動引起的密封性能的退化。
迷宮式密封裝置S1與常規(guī)迷宮式密封裝置的不同之處僅在于密封翼片的布置。因此，可通過提高常規(guī)迷宮式密封裝置的密封性能來獲得迷宮式密封裝置S1，而不需要過多地提高制造成本，并能夠提高旋轉(zhuǎn)機械的性能。
第一實施例的效果將參照圖2和3中的圖表得到驗證。
圖2是一個圖表，表示在普通旋轉(zhuǎn)機械的密封裝置中，工作流體泄漏流量比相對于相對的密封翼片的軸向位移的變化。工作流體泄漏流量比是與相對軸向位移為0.0毫米時的泄漏流量的比值。位于旋轉(zhuǎn)元件一側(cè)上的密封翼片以相等的節(jié)距軸向間隔開，而位于靜止元件一側(cè)上的密封翼片以不同于旋轉(zhuǎn)元件一側(cè)上密封翼片的相等節(jié)距軸向間隔開。從圖2中清楚地看出，工作流體泄漏流量比具有隨相對軸向位移的增加而增加的大致趨勢，當相對軸向位移為約9.6、約19.2和約28.8毫米時，工作流體泄漏比受到抑制，或者工作流體泄漏流量比下降。據(jù)推斷，工作流體泄漏流量比的這種變化模式的發(fā)生是由于位于旋轉(zhuǎn)元件一側(cè)的密封翼片及位于靜止元件一側(cè)的密封翼片分別以不同的節(jié)距布置，因而當相對軸向位移等于9.6毫米的整數(shù)倍時，在某些相對的密封翼片之間形成較小的間隙。
圖3是一個圖表，表示在普通旋轉(zhuǎn)機械的密封裝置中，工作流體泄漏流量比隨形成較窄間隙B(＝A/2，A是由其余的密封翼片形成的間隙)的翼片數(shù)量N的變化。工作流體泄漏流量比是相對于數(shù)量N＝0時的泄漏流量的比值。位于旋轉(zhuǎn)元件一側(cè)的密封翼片的數(shù)量和位于靜止元件一側(cè)的密封翼片的數(shù)量為5。圖3中，“CL＝A”表示一個狀態(tài)，其中分部密封翼片布置成使得相對的密封翼片之間的全部間隙等于間隙A，“CL＝B”表示一個狀態(tài)，其中分部密封翼片布置成使得相對的密封翼片之間的全部間隙等于間隙B＝A/2，“上游側(cè)收緊”表示一個狀態(tài)，其中在密封翼片的布置中，只有位于工作流體流動方向上游端的一對相對的密封翼片之間的間隙為B＝A/2，而其它四對相對的密封翼片之間的間隙為A?！跋掠蝹?cè)收緊”表示一個狀態(tài)，其中在密封翼片的布置中，只有位于工作流體流動方向下游端的一對相對的密封翼片之間的間隙為B＝A/2，而其它四對相對的密封翼片之間的間隙為A?！爸虚g收緊”表示一個狀態(tài)，其中從相對于工作流體流動方向的上游側(cè)開始的第二和第四對相對的密封翼片之間的間隙為B＝A/2，而其它三對相對的密封翼片之間的間隙為A。圖3中所示的圖表顯示，當密封翼片的總數(shù)量固定時，隨著形成較窄間隙的密封翼片的數(shù)量的增加，工作流體泄漏流量比下降，而密封性能增強。
從前面的描述中清楚地看出，根據(jù)第一實施例，下面的可能性增加，即相對的密封翼片之間的某些間隙減小，因而能夠抑制由于熱膨脹的不同而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子葉片2與迷宮式填料9之間相對軸向移動所引起的密封性能的退化。在與圖2中數(shù)據(jù)相關(guān)的密封裝置中，位于旋轉(zhuǎn)元件上的密封翼片以相等的節(jié)距軸向間隔開，而位于靜止元件一側(cè)上的密封翼片以不同于旋轉(zhuǎn)元件上的密封翼片間隔開的節(jié)距的相等節(jié)距軸向間隔開。另一方面，第一實施例旋轉(zhuǎn)機械中包括的密封裝置的密封翼片以不等的節(jié)距間隔開。在提高相對的密封翼片之間的某些間隙的可能性方面，第一實施例中翼片以不等節(jié)距間隔開的密封裝置比與圖2中所示數(shù)據(jù)相關(guān)的密封裝置更有效。
第二實施例現(xiàn)在參照圖4對本發(fā)明第二實施例中的旋轉(zhuǎn)機械進行描述。第二實施例中的旋轉(zhuǎn)機械設(shè)有一個迷宮式密封裝置S2。除了迷宮式密封裝置S2在其密封翼片F(xiàn)1和F2的布置上與迷宮式密封裝置S1不同之外，該迷宮式密封裝置S2在結(jié)構(gòu)上與圖1中所示第一實施例中相同。
在第二實施例的旋轉(zhuǎn)機械中包括的密封裝置S2中，位于轉(zhuǎn)子葉片2一側(cè)的密封翼片F(xiàn)1以不等的節(jié)距軸向間隔開，因而節(jié)距從該列密封翼片F(xiàn)1的兩端朝中部逐漸減小。位于迷宮式填料9一側(cè)的密封翼片F(xiàn)2以不等的節(jié)距軸向間隔開，因而節(jié)距從該列密封翼片F(xiàn)2的一端朝中部減小，在該列的中部增大，在該列的中部再次減小，然后朝該列的另一端增大。
與第一實施例中的密封裝置相同，第二實施例的旋轉(zhuǎn)機械中包括的設(shè)有以不等的節(jié)距軸向間隔開的密封翼片F(xiàn)1和F2的密封裝置能夠抑制由于在熱膨脹上的不同而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子葉片2與迷宮式填料9的相對軸向移動而引起的密封性能的退化。
第一和第二實施例的修改盡管密封翼片F(xiàn)1和F2分別以不等的節(jié)距布置在第一和第二實施例中的縫隙的兩側(cè)，但也可通過僅將密封翼片F(xiàn)1或者密封翼片F(xiàn)2以不等的節(jié)距布置在縫隙的一側(cè)而實現(xiàn)本發(fā)明。
第三實施例現(xiàn)在參照圖5對本發(fā)明第三實施例中的旋轉(zhuǎn)機械進行描述。第三實施例中的旋轉(zhuǎn)機械設(shè)有一個迷宮式密封裝置S3。迷宮式密封裝置S3與圖1中所示第一實施例中的迷宮式密封裝置S1的不同之處在于，在轉(zhuǎn)子葉片2的外部邊緣中形成一個隆起35，某些密封翼片F(xiàn)2與該隆起35相對設(shè)置。隆起35的寬度大于密封翼片F(xiàn)1和F2(F2’)沿旋轉(zhuǎn)軸線的厚度。迷宮式密封裝置S3在其它方面與第一實施例的旋轉(zhuǎn)機械中包括的迷宮式密封裝置S1相同。
位于設(shè)有隆起35的轉(zhuǎn)子葉片2上的密封翼片F(xiàn)1基本上以相等的節(jié)距軸向間隔開。密封翼片F(xiàn)2中與隆起35相對的密封翼片F(xiàn)2’(第一密封翼片)的節(jié)距小于其它密封翼片F(xiàn)2(第二密封翼片)之間的節(jié)距。
當轉(zhuǎn)子葉片2和迷宮式填料9由于熱膨脹的不同而彼此相對軸向移動時，隆起35與面對隆起35的密封翼片F(xiàn)2’之間的間隙保持小于密封翼片F(xiàn)1與F2之間的間隙的可能性較高。因此，與第一和第二實施例中迷宮式密封裝置S1和S2相比，迷宮式密封裝置S3抑制由于旋轉(zhuǎn)元件和靜止元件的相對軸向移動而導(dǎo)致的密封性能的退化的能力更高。
由于面對隆起35的密封翼片F(xiàn)2’之間的節(jié)距小于其它密封翼片F(xiàn)2之間的節(jié)距，可以增加與隆起35相對設(shè)置的密封翼片F(xiàn)2’的數(shù)量，以提高迷宮式密封裝置S3的密封性能。
迷宮式密封裝置S3包括位于轉(zhuǎn)子葉片2上的單個隆起35，可在轉(zhuǎn)子葉片2或迷宮式填料9上形成隆起35。盡管在圖5中與相對隆起35相對設(shè)有四個密封翼片F(xiàn)2，但可與隆起35相對設(shè)置任何適當數(shù)量的密封翼片F(xiàn)1或密封翼片F(xiàn)2。
第一至第三實施例的修改盡管在第一第三實施例中的迷宮式密封裝置S1、S2和S3中，密封翼片F(xiàn)1和F2布置在軸向列中，使得在軸向列中的一個或兩個部分中的翼片密度高于在軸向列的其它部分中的密度，但也可將密封翼片F(xiàn)1和F2如此布置在軸向列中，使得在軸向列中多于兩個部分中的翼片密度高于軸向列中其它部分中的翼片密度。可用一個初等函數(shù)如指數(shù)函數(shù)或三角函數(shù)來確定密封翼片F(xiàn)1與F2之間的不等節(jié)距。當使用指數(shù)函數(shù)時，要求指數(shù)系數(shù)不小于1.0但應(yīng)在10以下。
盡管在第一至第三實施例中，迷宮式密封裝置S1、S2和S3設(shè)置在安裝于噴嘴隔板外環(huán)3上的迷宮式填料9與轉(zhuǎn)子葉片2的外部邊緣之間，但迷宮式密封裝置S1、S2和S3也可設(shè)置在噴嘴隔板外環(huán)與轉(zhuǎn)子葉片之間或者機殼與轉(zhuǎn)子之間，用于產(chǎn)生相同的效果。
盡管在第一至第三實施例中，迷宮式密封裝置的密封翼片F(xiàn)1和F2垂直于旋轉(zhuǎn)軸線延伸，但密封翼片F(xiàn)1和F2也可相對于旋轉(zhuǎn)軸線向上游傾斜，以進一步提高密封性能。
第四實施例現(xiàn)在參照圖6對本發(fā)明第四實施例中的旋轉(zhuǎn)機械進行描述，圖6中示出旋轉(zhuǎn)機械如軸流式渦輪機的主要部件。該旋轉(zhuǎn)機械包括一個被支承著以便環(huán)繞一條旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子1，和一個圍繞該轉(zhuǎn)子1且設(shè)有迷宮式填料22的噴嘴隔板內(nèi)環(huán)5即靜止元件。內(nèi)環(huán)5通過噴嘴隔板外環(huán)3和轉(zhuǎn)子葉片4保持在機殼6上(圖8和9)。
在迷宮式填料22與轉(zhuǎn)子1之間的縫隙中設(shè)有一個一般稱作高低迷宮式密封裝置的迷宮式密封裝置。該迷宮式密封裝置包括多個保持在迷宮式填料(支承元件)22上的長密封翼片(密封元件)26a和短密封翼片(密封元件)26b，和多個形成于轉(zhuǎn)子1的側(cè)表面上的隆起19。長密封翼片26a和短密封翼片26b交替布置，從而朝轉(zhuǎn)子1突出。轉(zhuǎn)子1的隆起19與短密封翼片26b相對地布置。例如，密封翼片26a和26b以及隆起19以相等的節(jié)距軸向布置。
噴嘴隔板內(nèi)環(huán)5設(shè)有一個用于在其中保持迷宮式填料22的圓周溝槽23。環(huán)形隆起24a和24b分別從溝槽23的相對側(cè)表面突出。迷宮式填料22分別在其相對的軸向端面中設(shè)有溝槽25a和25b。隆起24a和24b分別接收在溝槽25a和25b中。在相對于蒸汽ST即熱工作流體的流動方向位于上游側(cè)的溝槽25a中放置一螺旋彈簧27。螺旋彈簧27用作軸向移動迷宮式填料22的移動機構(gòu)，用于相對于噴嘴隔板內(nèi)環(huán)5軸向移動翼片26a和26b。
彈簧27由形狀記憶合金制成，能夠在其溫度上升時伸長，而在其溫度下降時收縮。用于制成彈簧27的適當?shù)男螤钣洃浐辖鹗荰i-Ni合金，Cu-Zn合金、Ni-Al合金及Fe-Mn合金。
現(xiàn)在對這樣構(gòu)造的旋轉(zhuǎn)機械的操作進行描述。當旋轉(zhuǎn)機械起動而溫度上升時，轉(zhuǎn)子1和機殼6(圖8)都相對于蒸汽ST的流動方向向下游伸長。由于轉(zhuǎn)子1與機殼6在熱容量上的不同，機殼6的熱膨脹率低于轉(zhuǎn)子1的熱膨脹率。因此，通過噴嘴隔板外環(huán)3和定子葉片4(圖8和9)保持在機殼6上的噴嘴隔板內(nèi)環(huán)5，相對于轉(zhuǎn)子1向相對于蒸汽ST的流動方向的上游移動一個距離，該距離對應(yīng)于轉(zhuǎn)子1與機殼6的熱膨脹的不同。
在這種狀態(tài)下，相對于蒸汽ST流動方向置于迷宮式填料22上游側(cè)的溝槽25a中的彈簧27暴露于蒸汽ST中，并由蒸汽ST加熱。因此，彈簧27在其溫度上升時長度增加，相對于噴嘴隔板內(nèi)環(huán)5向蒸汽ST的流動方向的下游移動迷宮式填料22。因而對翼片26a和26b的位置進行校正，以補償由于轉(zhuǎn)子1與機殼6之間熱膨脹的不同而導(dǎo)致的密封翼片26a和26b向上游的移動。
當旋轉(zhuǎn)機械停止而溫度下降時，轉(zhuǎn)子1和機殼6(圖8)都向蒸汽ST的流動方向的上游收縮。由于轉(zhuǎn)子1與機殼6在熱容量上的不同，機殼6的熱收縮率低于轉(zhuǎn)子1的熱收縮率。因此，噴嘴隔板內(nèi)環(huán)5相對于轉(zhuǎn)子1向蒸汽ST的流動方向下游移動。
在這種狀態(tài)下，相對于蒸汽ST流動方向置于迷宮式填料22上游側(cè)的溝槽25a中的彈簧27在其溫度下降時相對于噴嘴隔板內(nèi)環(huán)5向蒸汽ST的流動方向上游移動迷宮式填料22。因而對翼片26a和26b的位置進行校正，以補償由于轉(zhuǎn)子1與機殼6之間熱膨脹的不同而導(dǎo)致的密封翼片26a和26b向下游的移動。
第五實施例現(xiàn)在參照圖7對本發(fā)明第五實施例中的旋轉(zhuǎn)機械進行描述。該旋轉(zhuǎn)機械與第四實施例中的旋轉(zhuǎn)機械的不同之處在于，在形成于迷宮式填料22中位于蒸汽ST流動方向下游的溝槽25b中放置一個螺旋彈簧27’，螺旋彈簧27’由在其溫度上升時收縮而在其溫度下降時伸長的形狀記憶合金制成。第五實施例中的旋轉(zhuǎn)機械在其它方面與圖6中所示第四實施例中的旋轉(zhuǎn)機械相同。
當旋轉(zhuǎn)機械起動時，彈簧27’在其溫度上升時收縮，相對于噴嘴隔板內(nèi)環(huán)5向蒸汽ST的流動方向的下游移動迷宮式填料22。從而校正翼片26a和26b的位置，以補償由于轉(zhuǎn)子1與機殼6在熱膨脹上的不同而導(dǎo)致的密封翼片26a和26b向上游的移動。
當旋轉(zhuǎn)機械停止時，彈簧27’在其溫度上升時相對于噴嘴隔板內(nèi)環(huán)5向蒸汽ST的流動方向的上游移動迷宮式填料22。從而校正翼片26a和26b的位置，以補償由于轉(zhuǎn)子1與機殼6在熱膨脹上的不同而導(dǎo)致的密封翼片26a和26b向下游的移動。
第四和第五實施例的修改盡管在第四和第五實施例中，迷宮式密封裝置設(shè)置在噴嘴隔板內(nèi)環(huán)5與轉(zhuǎn)子1的噴嘴隔板之間的縫隙中，但迷宮式密封裝置也可設(shè)置在噴嘴隔板外環(huán)與轉(zhuǎn)子葉片之間或者機殼本體與轉(zhuǎn)子之間的縫隙中。
盡管第四和第五實施例中的迷宮式密封裝置分別包括由形狀記憶合金制成的彈簧27和27’作為移動機構(gòu)，但移動機構(gòu)也可以是由任何其它材料制成的彈簧，可使用除螺旋彈簧之外的其它彈簧。本發(fā)明的迷宮式密封裝置例如可使用液壓缸致動器代替彈簧作為移動機構(gòu)。
其它實施例第一至第三實施例中的一個，以及第四或第五實施例中的一個可組合使用。在第一至第三實施例中使用的迷宮式密封裝置可設(shè)置第四或第五實施例中使用的移動機構(gòu)來軸向移動密封翼片。因此，可以校正由于旋轉(zhuǎn)元件與靜止元件之間熱膨脹(收縮)的不同而導(dǎo)致的密封翼片的相對軸向移動，從而抑制密封性能的退化。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)機械，包括一個被支承著以便環(huán)繞一條旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)元件；一個圍繞著旋轉(zhuǎn)元件的靜止元件；及一個設(shè)置于所述旋轉(zhuǎn)元件與所述靜止元件之間的縫隙中的密封裝置；其中所述密封裝置包括多個彼此相對地布置在所述縫隙的兩側(cè)的密封翼片；及布置在所述縫隙的至少一側(cè)的密封翼片以不等的節(jié)距軸向間隔開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)機械，其特征在于，與至少一個密封翼片相對地設(shè)有一個隆起，所述隆起的寬度大于密封翼片沿旋轉(zhuǎn)軸線的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)機械，其特征在于，所述多個密封翼片是與所述隆起相對的第一翼片和除第一翼片之外的第二翼片；及第一翼片以小于第二翼片布置節(jié)距的節(jié)距布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)機械，其特征在于，密封翼片的不等節(jié)距是用一個初等函數(shù)確定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)機械，還包括一個移動機構(gòu)，用于軸向移動設(shè)置于縫隙的至少一側(cè)的密封翼片。
6.一種旋轉(zhuǎn)機械，包括一個被支承著以便環(huán)繞一條旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)元件；一個圍繞著旋轉(zhuǎn)元件的靜止元件；一個設(shè)置于所述旋轉(zhuǎn)元件與所述靜止元件中的至少一個上的密封裝置，所述密封裝置具有一個密封元件，所述密封元件在特定軸向位置伸入旋轉(zhuǎn)元件與靜止元件之間的縫隙中；及一個用于軸向移動所述密封元件的移動機構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)機械，其特征在于，所述密封裝置還包括一個設(shè)置在靜止元件上用于支承密封元件的支承元件；及所述移動機構(gòu)是一個夾在靜止元件和支承元件之間的彈簧。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)機械，其特征在于，所述彈簧由隨溫度的改變而伸長和收縮的形狀記憶合金制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)機械，其特征在于，制成彈簧的所述形狀記憶合金選自Ti-Ni合金、Cu-Zn合金、Ni-Al合金及Fe-Mn合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)機械，其特征在于，所述彈簧暴露于流過旋轉(zhuǎn)元件與靜止元件之間的縫隙的高溫工作流體中，并相對于工作流體的流動方向設(shè)置在支承元件的上游側(cè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)機械，其特征在于，所述彈簧暴露于流過旋轉(zhuǎn)元件與靜止元件之間的縫隙的高溫工作流體中，并相對于工作流體的流動方向設(shè)置在支承元件的下游側(cè)。
全文摘要
所謂的梳狀迷宮式密封裝置(S1)被設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片(2)即旋轉(zhuǎn)元件與迷宮式填料(9)即靜止元件之間。密封裝置(S1)具有多個彼此相對設(shè)置于縫隙兩側(cè)的密封翼片(F1，F(xiàn)2)。密封翼片以不等的節(jié)距軸向間隔開，因而當由于轉(zhuǎn)子與機殼在熱膨脹上的不同而導(dǎo)致保持迷宮式填料(9)的機殼與轉(zhuǎn)子彼此相對軸向移動時，相對的密封翼片(F1，F(xiàn)2)之間的一些間隙減小的可能性增大。
文檔編號F02C7/28GK1500187SQ0280737
公開日2004年5月26日 申請日期2002年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月26日
發(fā)明者內(nèi)田竜朗, 菊地正孝, 內(nèi)田 朗, 孝 申請人:株式會社東芝