專利名稱：蒸汽渦輪機(jī)可變間隙填塞件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)一般地涉及蒸汽渦輪機(jī)，且更特別地涉及在蒸汽渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)和靜止部件之間的密封。
背景技術(shù)：
在例如渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)器中，密封件提供在旋轉(zhuǎn)和靜止部件之間。例如，在蒸汽渦輪機(jī)中，習(xí)慣地提供多個(gè)弓形填塞環(huán)段(有時(shí)稱為密封環(huán)段)，以在靜止和旋轉(zhuǎn)部件之間形成迷宮密封。一般地，弓形填塞環(huán)段布置在靜止部件的環(huán)形溝槽內(nèi)，與機(jī)器的旋轉(zhuǎn)軸線同心且因此與旋轉(zhuǎn)部件的密封表面同心。每個(gè)弓形密封段承載了與旋轉(zhuǎn)部件的密封表面相對(duì)的弓形密封面。在迷宮類密封件中，密封面承載了徑向指向的軸向間隔開的齒的陣列，且該齒與軸向間隔開的環(huán)齒的陣列徑向地間隔開，該環(huán)齒形成了旋轉(zhuǎn)部件的密封表面。密封功能通過當(dāng)例如蒸汽的工作介質(zhì)通過在迷宮中由密封面齒和旋轉(zhuǎn)部件的相對(duì)的表面限定的相對(duì)地緊的間隙時(shí)造成工作介質(zhì)的紊流來實(shí)現(xiàn)。
維持適當(dāng)?shù)拈g隙而在旋轉(zhuǎn)設(shè)備和靜止部件之間無物理接觸的能力允許形成有效的密封。如果在段的密封面和旋轉(zhuǎn)部件的相對(duì)的密封表面之間的徑向間隙變得過大，則流動(dòng)區(qū)增加，產(chǎn)生了更少的紊流且危及密封行為。相反地，如果間隙過緊，則密封齒可能接觸旋轉(zhuǎn)元件，結(jié)果是齒失去了它們的鋒利的外形和緊的間隙，且然后造成更少的紊流，且具有增加的流動(dòng)區(qū)，類似地危及密封行為。
為避免在例如啟動(dòng)和關(guān)閉的瞬態(tài)條件下?lián)p壞轉(zhuǎn)子和填塞環(huán)段，有時(shí)使用正壓力、可變間隙填塞環(huán)。在正壓力、可變間隙填塞環(huán)中，填塞環(huán)段通常被彈簧偏置到外部位置或大間隙位置，從而導(dǎo)致由填塞環(huán)承載的密封面大體上從旋轉(zhuǎn)部件向外間隔開。在啟動(dòng)后，例如蒸汽的工作流體介質(zhì)進(jìn)入靜止部件的溝槽，推動(dòng)段向內(nèi)移動(dòng)抵抗彈簧的偏置，移動(dòng)向內(nèi)部位置或小間隙位置。這些彈簧位于由靜止部件限定的環(huán)形溝槽內(nèi)，且相對(duì)于它們居于其內(nèi)的環(huán)形溝槽定尺寸。在大型渦輪機(jī)單元中，環(huán)形溝槽典型地足夠大以容納具有能容許從流體介質(zhì)的入口導(dǎo)致的壓力的彈性的大彈簧。另外，填塞環(huán)典型地足夠大以允許彈簧固定到填塞環(huán)居于環(huán)形溝槽內(nèi)的位置。
然而，當(dāng)以用于例如鍋爐給料泵、反應(yīng)器給料泵、用于壓縮機(jī)和泵的機(jī)械驅(qū)動(dòng)器和一些發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的應(yīng)用的較小的渦輪機(jī)單元工作時(shí)，在較小的渦輪機(jī)單元中存在的窄寬度/直徑環(huán)形溝槽內(nèi)安裝能起作用的彈簧變得困難和不實(shí)際。因此，在這些情形中，存在對(duì)可變間隙填塞環(huán)組件的需要，它能與寬度和直徑小到不能容納常規(guī)彈簧的環(huán)形溝槽協(xié)同使用。

發(fā)明內(nèi)容
在此披露了填塞環(huán)組件，包括填塞環(huán)段、條、覆蓋板和彈簧。填塞環(huán)段具有軸向槽。條布置在槽內(nèi)。覆蓋板沿填塞環(huán)段的外周布置。且彈簧在條和覆蓋板之間壓縮。
在此進(jìn)一步地披露了填塞環(huán)組件，填塞環(huán)組件具有第一填塞環(huán)段、第二填塞環(huán)段和一個(gè)或多個(gè)密封鍵。第一填塞環(huán)段具有彈簧加載條，布置在靜止部件的第一半體內(nèi)。第二填塞環(huán)段具有彈簧加載條，布置在靜止部件的第一半體內(nèi)鄰近第一填塞環(huán)段。且一個(gè)或多個(gè)密封鍵布置在靜止部件的第一半體和第二半體之間的中線處，其中密封鍵的每個(gè)支承了第一填塞環(huán)段或第二填塞環(huán)段。
在此又進(jìn)一步地披露了蒸汽渦輪機(jī)，蒸汽渦輪機(jī)具有軸、靜止部件和填塞環(huán)組件。部件布置為使得填塞環(huán)組件繞軸延伸，使得彈簧加載條與靜止部件接觸。


參考附圖，其中在數(shù)個(gè)圖中同樣的元件標(biāo)以同樣的數(shù)字。
圖1是用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用的蒸汽渦輪機(jī)的部分的截面視圖；圖2是用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用的圖1的典型的蒸汽渦輪機(jī)的放大視圖；圖3是用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用的圖2的典型的蒸汽渦輪機(jī)的截面視圖；圖4是用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用的圖2的典型的蒸汽渦輪機(jī)的截面視圖；圖5是用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用的蒸汽渦輪機(jī)的部分的截面視圖；圖6是用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用的圖5的典型的蒸汽渦輪機(jī)的放大視圖；和圖7是用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用的圖6的典型的蒸汽渦輪機(jī)的截面視圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，圖示了蒸汽渦輪機(jī)10的部分，它具有布置在靜止部件，例如分別包括第一隔板半體16和第二隔板半體18的渦輪機(jī)隔板14內(nèi)的渦輪機(jī)軸12。迷宮密封件提供在渦輪機(jī)軸到隔板界面處以防止泄漏。迷宮密封件包括可變間隙填塞環(huán)組件20a，有時(shí)稱為密封環(huán)組件，如在圖1中示出，它具有四個(gè)弓形填塞環(huán)段22a、24a、26a和28a，它們繞渦輪機(jī)軸12延伸。填塞環(huán)段在啟動(dòng)運(yùn)行和速度運(yùn)行時(shí)分別在最外的大間隙位置和最內(nèi)的小間隙位置之間繞渦輪機(jī)軸12可移動(dòng)。
填塞環(huán)段的每個(gè)包括兩個(gè)彈簧加載條30(更好地在圖2中圖示，為清晰在圖2中為從其在圖1中的位置旋轉(zhuǎn))，其允許填塞環(huán)段在大間隙位置和小間隙位置之間在徑向方向移動(dòng)。彈簧加載條30布置在沿填塞環(huán)段的外周定位的軸向槽32內(nèi)。進(jìn)一步地，彈簧34布置在軸向槽32內(nèi)，彈簧34在一個(gè)端部接觸條30且在另一個(gè)端部接觸覆蓋板36。在槽內(nèi)包括了條30和彈簧34的覆蓋板36通過緊固件38固定到填塞環(huán)段的外周。
如在圖3和圖4中進(jìn)一步圖示，每個(gè)填塞環(huán)段具有密封面40和徑向突出的齒42，每個(gè)密封面40由一對(duì)相互離開軸向延伸的段密封凸緣44形成。填塞環(huán)段的徑向外部分包括段定位凸緣46，段定位凸緣46類似地從填塞環(huán)段在軸向相對(duì)的方向相互離開地延伸。軸向頸縮48在段密封凸緣44和段定位凸緣46之間延伸。填塞環(huán)段布置在隔板14內(nèi)的通常燕尾榫形的環(huán)形溝槽50內(nèi)。環(huán)形溝槽50沿隔板14的徑向最內(nèi)部分通過一對(duì)隔板定位凸緣52限定，隔板定位凸緣52相互相向軸向延伸，從而在其間限定了槽54。填塞環(huán)段定位為使得填塞環(huán)段的軸向頸縮48配合在隔板槽54內(nèi)。
彈簧加載條30(在圖3和圖4中以隱藏線/虛線圖示)在來自彈簧34的彈簧力下徑向向內(nèi)延伸超過段定位凸緣。條具有一對(duì)軸向延伸的條定位凸緣56，它們?cè)谳S向相對(duì)的方向從條相互遠(yuǎn)離地延伸。條30進(jìn)一步包括凹陷部分58，它提供了用于彈簧34的一個(gè)端部的匹配表面。覆蓋板36提供了用于彈簧34的另一個(gè)端部的匹配表面。彈簧30是壓縮彈簧，當(dāng)它被壓縮時(shí)它施加阻力。因此，當(dāng)彈簧34安裝在條30和覆蓋板34之間時(shí)，彈簧34推動(dòng)條30以平移到其最內(nèi)的徑向位置內(nèi)。當(dāng)填塞環(huán)安裝在隔板內(nèi)時(shí)，條定位凸緣56接觸隔板定位凸緣52且因此來自彈簧的壓力施加在覆蓋板36上(覆蓋板緊固到填塞環(huán)段)，因此導(dǎo)致填塞環(huán)段的徑向向外移動(dòng)，這將填塞環(huán)段放置在最外的大間隙位置(如在圖3中示出)。當(dāng)填塞環(huán)段在最外大間隙位置時(shí)，縫隙60存在于段定位凸緣46和隔板定位凸緣52之間。
為將填塞環(huán)段位移到其封閉的更小直徑位置，多個(gè)通道(未示出)提供在隔板內(nèi)或填塞環(huán)段內(nèi)，以沿填塞環(huán)段的外徑62引入流動(dòng)的介質(zhì)，例如蒸汽。流動(dòng)的介質(zhì)沿填塞環(huán)段的外徑施加了徑向向內(nèi)的壓力，以此填塞環(huán)段可以抵抗彈簧34的偏置向渦輪機(jī)軸12向內(nèi)地移位(如在圖4中示出)。當(dāng)填塞環(huán)段在最內(nèi)的小間隙位置時(shí)，在段定位凸緣46和隔板定位凸緣52之間不存在縫隙，因?yàn)樗鼈冎苯酉嗷ソ佑|。
彈簧34的運(yùn)行方式使得它們具有足夠的彈簧阻力以維持大間隙位置，但它們?cè)谙Ｍ姆秶鷥?nèi)可壓縮以允許流體壓力克服彈簧壓力來維持小間隙位置。
在替代的實(shí)施例中，填塞環(huán)組件可以如圖5所圖示地布置，其中填塞環(huán)組件20b包括這樣的填塞環(huán)段，即它們布置為使得第一填塞環(huán)段22b和第二填塞環(huán)段24b布置在第一隔板半體16和第二隔板半體18之間的中線的第一側(cè)上，而第三填塞環(huán)段26b和第四填塞環(huán)段28b布置在第一隔板半體16和第二隔板半體18之間的中線的第二側(cè)上。另外，一對(duì)密封鍵64可以在第一隔板半體16和第二隔板半體18之間的中線處安裝在填塞環(huán)段的最外徑向位置處，如在圖5至圖7中圖示。密封鍵64例如通過螺栓66在隔板槽68內(nèi)固定到第一隔板半體16，且徑向向內(nèi)突出以延伸到填塞環(huán)段槽70內(nèi)，填塞環(huán)段槽70鄰近第一隔板半體16和第二隔板半體18之間的中線沿填塞環(huán)段的每個(gè)的端部形成。換言之，填塞環(huán)段的每個(gè)限定了填塞環(huán)段槽70的一半，更特定地，第一填塞環(huán)段22b和第四填塞環(huán)段28b限定了一個(gè)段槽70，且第二填塞環(huán)段24b和第三填塞環(huán)段26b限定了另一個(gè)直徑上相對(duì)的段槽70。
密封鍵64支承第一填塞環(huán)段22b和第二填塞環(huán)段24b以抵抗因重力的周向位移。密封鍵64進(jìn)一步防止第一填塞環(huán)段22b和第二填塞環(huán)段24b在第三填塞環(huán)段26b和第四填塞環(huán)段28b上施加由周向位移導(dǎo)致的力。密封鍵64將第一填塞環(huán)段22b和第二填塞環(huán)段24b包括在第一隔板半體16內(nèi)，且因此密封鍵64也最小化了第一填塞環(huán)段22b和第二填塞環(huán)段24b之間的縫隙。另外，密封鍵64允許第一填塞環(huán)段22b和第二填塞環(huán)段24b的水平位移(水平方向限定為圖5和圖6的水平面，該水平面由第一隔板半體和第二隔板半體之間的中線和渦輪機(jī)軸12的中心軸線形成)，同時(shí)允許第三段26b和第四段28b的徑向位移。在第三填塞環(huán)段26b和第四填塞環(huán)段28b內(nèi)的徑向移位允許在渦輪機(jī)軸12的下半垂直中心線處的更大的徑向間隙，其處渦輪機(jī)軸12的彎曲最大。
密封鍵64進(jìn)一步包括螺紋孔72，用于接合固定螺釘74(在圖6和圖7中最佳地圖示)。螺紋孔72的定向使得固定螺釘74的調(diào)整導(dǎo)致第一填塞環(huán)段22b或第二填塞環(huán)段24b的位移。因?yàn)楣潭葆?4調(diào)整為延伸超過密封鍵64，暴露的固定螺釘74端部與填塞環(huán)段接觸且驅(qū)動(dòng)填塞環(huán)段周向地遠(yuǎn)離密封鍵64。第一填塞環(huán)段22b和/或第二填塞環(huán)段24b的調(diào)整允許所有填塞環(huán)段正確地對(duì)齊在真實(shí)中心位置內(nèi)。
以上描述的特征允許填塞環(huán)組件20a(最佳地在圖1中示出)和20b(最佳地在圖5中示出)完整地封閉在其各自的隔板半體內(nèi)，因此防止了組裝的問題。另外，彈簧加載條及其相關(guān)的匹配部件自身包括在填塞環(huán)組件20a和20b內(nèi)。進(jìn)一步地，填塞環(huán)組件20a和20b可以以任何現(xiàn)有的燕尾榫尺寸和任何現(xiàn)有的隔板組件安裝且利用。因此，填塞環(huán)組件20a和20b可以安裝在現(xiàn)有的工業(yè)蒸汽渦輪機(jī)內(nèi)而對(duì)隔板部件的修改很小或無修改。另外，填塞環(huán)組件20a和20b可以改型到現(xiàn)有的蒸汽渦輪機(jī)內(nèi)。填塞環(huán)組件20a和20b可以作為具有希望的零件和硬件的套件提供，以在蒸汽渦輪機(jī)的維護(hù)間隔或檢修時(shí)容易地從隔板移開現(xiàn)有的填塞環(huán)組件且以填塞環(huán)組件20a或20b替換它們，而對(duì)隔板的修改很小或無修改。
雖然本發(fā)明已參考優(yōu)選實(shí)施例或?qū)嵤├枋?，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是可以進(jìn)行不同的改變，且等價(jià)物可以對(duì)其元件替換而不偏離本發(fā)明的范圍。另外，可以進(jìn)行對(duì)本發(fā)明的教示的許多修改以適合特定的情況或材料，而不偏離本發(fā)明的基本范圍。因此，意圖于本發(fā)明不限制于披露為構(gòu)想為執(zhí)行此發(fā)明的最佳模式的特定的實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括所有落入權(quán)利要求書的范圍的實(shí)施例。
零件列表10 蒸汽渦輪機(jī)12 渦輪機(jī)軸14 隔板16 第一隔板半體18 第二隔板半體20a 填塞環(huán)組件20b 填塞環(huán)組件22a 填塞環(huán)段22b 第一填塞環(huán)段24a 填塞環(huán)段24b 第二填塞環(huán)段26a 填塞環(huán)段26b 第三填塞環(huán)段28a 填塞環(huán)段28b 第四填塞環(huán)段30 條32 軸向槽34 彈簧36 覆蓋板38 緊固件40 密封面42 徑向突出的齒44 段密封凸緣46 段定位凸緣48 軸向頸縮50 環(huán)形溝槽52 隔板定位凸緣54 槽56 條定位凸緣58 凹陷部分60 縫隙
62 外徑64 密封鍵66 螺栓68 隔板槽70 段槽72 螺紋孔74 固定螺釘
權(quán)利要求
1.一種填塞環(huán)組件(20a或20b)，其包括具有軸向槽(32)的填塞環(huán)段(22至28，a和b)；布置在槽(32)內(nèi)的條(30)；沿填塞環(huán)段(22至28，a和b)的外周布置的覆蓋板(36)；和在條(30)和覆蓋板(36)之間壓縮的彈簧(34)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填塞環(huán)組件(20a或20b)，其中填塞環(huán)段(22至28，a和b)在最內(nèi)的小間隙位置和最外的大間隙位置之間相對(duì)于旋轉(zhuǎn)部件移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的填塞環(huán)組件(22至28，a和b)，其中彈簧(34)在條(30)和覆蓋板(36)之間施加阻力，而填塞環(huán)段(22至28，a和b)在最外的大間隙位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的填塞環(huán)組件(20a或20b)，其中流動(dòng)介質(zhì)在填塞環(huán)段(22至28，a和b)上施加克服彈簧(34)阻力的力，且將填塞環(huán)段(22至28，a和b)移動(dòng)到最內(nèi)的小間隙位置。
5.一種填塞環(huán)組件(20b)，其包括布置在靜止部件的第一半體(16)內(nèi)的具有彈簧加載條(30)的第一填塞環(huán)段(22b)；布置在靜止部件的第一半體(16)內(nèi)的鄰近第一填塞環(huán)段(22b)的具有彈簧加載條(30)的第二填塞環(huán)段(24b)；和布置在靜止部件的第一半體(16)和第二半體(18)之間的中線處的一個(gè)或多個(gè)密封鍵(64)，其中密封鍵(64)的每個(gè)支承了第一填塞環(huán)段(22b)或第二填塞環(huán)段(24b)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的填塞環(huán)組件(20b)，其中彈簧加載條(30)施加力到靜止部件上，導(dǎo)致填塞環(huán)段(22b或24b)在最內(nèi)的小間隙位置和最外的大間隙位置之間相對(duì)于旋轉(zhuǎn)部件的移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的填塞環(huán)組件(20b)，進(jìn)一步包括將彈簧加載條(30)固定在填塞環(huán)組件(20b)內(nèi)的覆蓋板(36)。
8.一種蒸汽渦輪機(jī)(10)，其包括軸(12)；靜止部件(14)；和繞軸(12)延伸的使得彈簧加載條(30)與靜態(tài)部件(14)接觸的填塞環(huán)組件(20a或20b)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蒸汽渦輪機(jī)(10)，其中填塞環(huán)組件(20a或20b)進(jìn)一步包括多個(gè)填塞環(huán)段(22至28，a和b)，每個(gè)具有一個(gè)或多個(gè)彈簧加載條(30)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的蒸汽渦輪機(jī)(10)，其中彈簧加載條(30)施加力到靜止部件(14)上，導(dǎo)致填塞環(huán)段(22至28，a和b)在最內(nèi)的小間隙位置和最外的大間隙位置之間相對(duì)于旋轉(zhuǎn)部件(12)的移動(dòng)。
全文摘要
在此披露了填塞環(huán)組件，填塞環(huán)組件包括填塞環(huán)段、條(30)、覆蓋板和彈簧。填塞環(huán)段具有軸向槽(32)。條(30)布置在槽內(nèi)。覆蓋板沿填塞環(huán)段的外周布置。且彈簧在條(30)和覆蓋板之間壓縮。
文檔編號(hào)F01D11/02GK101054909SQ20071009614
公開日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者R·J·謝弗雷特, F·里瓦斯, F·G·拜利, W·E·阿迪斯, M·E·凱利, B·A·庫圖爾, K·N·勞雷爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司