專利名稱：用于旋轉的渦輪葉片的密封裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種改進的密封裝置，具體而言，涉及一種由圍繞葉片或翼型件的徑向布置的渦輪導流盤(diaphragm)或渦輪導流盤環(huán)支承或以其它方式與之聯(lián)接的密封裝置。該裝置可以有利地應用于渦輪機中。本發(fā)明特別與一種用于防止流體通過旋轉部件或翼型件和渦輪殼體之間的間隙泄漏的裝置相關。
背景技術：
在以下描述中，術語“渦輪”用于表示旋轉式發(fā)動機，其具有由諸如水或氣體的流體介質力聯(lián)接的旋轉部件和定子部件。本發(fā)明尤其關注的是軸向渦輪，其包括與運動的轉子葉片的徑向布置交替的沿徑向布置的固定定子葉片或導葉。運動通常被限定為相對于殼 體或外殼的運動。在渦輪的設計和運行中遇到的普遍問題是轉子葉片頂端或附連到它們上的任何周向圍帶與外殼之間的泄漏。徑向渦輪的運行需要旋轉葉片與殼體的固定壁或其任何延伸之間的頂端間隔最小。然而，間隙產(chǎn)生由壓力側和吸力側之間的壓力差驅動的泄漏流。為了減少頂端泄漏，已知的是通過適當?shù)拿芊庋b置來閉合旋轉部件和靜止部件之間的間隙。用于這種目的的最常見類型的密封裝置是迷宮密封裝置。迷宮密封裝置典型地具有在一部分上的多個徑向延伸的環(huán)形刀片和在另一部分上的對應環(huán)形密封平臺(land)或者螺紋(threat)或凹槽的布置。所有類型的迷宮密封裝置具有為通過間隙的流體提供曲折的路徑的共同特征。為了防止渦輪中的頂端泄漏，密封裝置常常采取完整環(huán)的形狀，其通常類似于殼體內(nèi)和由殼體支承的半塊或區(qū)段。由于迷宮密封裝置是熟知的并且在所有主要渦輪制造商的設計中使用，其滿足強調(diào)這樣的密封裝置為復雜形狀的本發(fā)明的目的，其必須被加工至嚴格的公差以便正確地工作。在運行期間，密封裝置的部件從其默認位置的任何運動通常會在運動部件和靜止部件之間產(chǎn)生泄漏或摩擦的顯著增加。用于旋轉葉片的已知迷宮密封裝置已經(jīng)被一體化到渦輪的內(nèi)殼體中以及渦輪導流盤結構或環(huán)形支座中。在旋轉部件的徑向膨脹或收縮的情況下，為了適應密封裝置的部件的相對運動，一些密封裝置被組裝成彈簧壓靠的組件。在彈簧壓靠的密封裝置中，彈性力將密封裝置的一部分推壓到另一部分上，且從而避免間隙變寬或過度摩擦。這樣的解決方案的示例也是已知的。例如，Hans Reuschke 的標題為"Spezielle Konstruktionsaufgabenaus demAEG-Grossturbinenbau” 的 AEG 文獻(DK 621.165 一 181. 2 62.0022)在“Wellendichtung”部分第90-91頁描述了支承在渦輪導流盤之間的密封裝置的彈簧壓靠的環(huán)。迷宮密封裝置的已知備選方案為刷式密封裝置和指式密封裝置。這些類型的密封裝置通常包括多個柔性構件，柔性構件安裝在一部分上并且密封地接合另一部分上的合適表面。另一種已知的備選方案是具有兩個適當成形的接合表面的膜跨式密封裝置，但這種密封裝置較不常用。當渦輪旋轉時，在表面之間產(chǎn)生流體薄膜，該薄膜具有小的舉升力以使表面保持分開。典型地，在密封裝置設計中包括彈性元件以施加恢復力，該力減小了啟動期間的摩擦，并且抵消舉升力以及在密封表面之間保持大約恒定的間隙。在渦輪的設計中，特別是在用現(xiàn)代化的且更高效的子部件(例如葉片)改裝現(xiàn)有舊渦輪的情況下，如何安裝密封裝置的選擇往往是有限的。在一些改型中，可能不能或者甚至不希望將密封裝置的靜止部分直接安裝到渦輪的殼體上或以其它方式剛性連接到該殼體。在共同擁有的已公開的美國專利申請No. 2008/0170939中描述且以引用方式以其整體結合到本文中的設計可作為示例來說明密封裝置的靜止部分不剛性地連接到殼體的密封設計。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，根據(jù)它們連接到渦輪定子的方式，密封裝置可能經(jīng)受移位或變形，這是在流體流過渦輪期間由定子葉片上的力引起的。這種移位典型地導致密封表面之間更寬的間隙，并且因而降低密封裝置的性能。導致密封間隙加寬的另一種移位可以是渦輪的內(nèi)殼體變形的結果。因此，可將本發(fā)明的目的看作減少或除去這些移位或變形的影響。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于包括連續(xù)的渦輪導流盤的渦輪的密封裝置，該渦輪導流盤為靜止葉片的徑向布置提供了外部支承，靜止葉片與徑向地和軸向地支承的外密封部分交替地布置，該外密封部分形成減少旋轉葉片外端周圍的流體流的密封裝置的一部分，其中外密封部分的徑向支承被形成為環(huán)，該環(huán)由鍵和周向延伸在徑向上保持就位，使得鍵和周向延伸具有足夠的間隔以允許在環(huán)和殼體之間的相對徑向運動，同時提供壓力密封面和在軸向上的抵靠殼體的支承，并且其中環(huán)距殼體和/或渦輪導流盤有足夠的間隔，使得在渦輪導流盤在軸向上(或在軸向平面中)旋轉移動的情況下，基本上使該環(huán)免于(isolated from)徑向移位。本發(fā)明的目的是提供一種用于密封旋轉葉片的頂端的外密封部分。新的外密封部分被設計成對于固定導葉或葉片和渦輪導流盤或連接到固定導葉的殼體的部分的旋轉移動較不敏感。這種旋轉移動可以在固定葉片受到流動力時發(fā)生。本發(fā)明包括在徑向上支承外密封部分的穩(wěn)定結構。因此，該穩(wěn)定結構被形成為用鍵連接到殼體中的環(huán)。環(huán)的主體相對于上游和/或下游渦輪導流盤具有足夠的間隔。渦輪導流盤在本文中被限定為包括固定葉片的任何基部部分或殼體自身的內(nèi)延伸。環(huán)具有沿徑向向外突出的外周向延伸或緣邊，該延伸或緣邊在與殼體的并置表面或邊緣接合的渦輪的軸向上提供了支承。備選地，周向延伸可從殼體或連接到它的任何部件(諸如渦輪導流盤)沿徑向向內(nèi)突出。兩種備選方案都可為環(huán)提供軸向支承。然而，重要的是要注意，具有鍵的形式的軸向支承和周向延伸被設計成允許環(huán)相對殼體的少量徑向運動。因此，如果殼體由流動力或溫差而從其默認形狀變形，則環(huán)不受所產(chǎn)生的變形的影響(decouple)。在本發(fā)明的上述方面的第一優(yōu)選變型中，軸向支承由在具有沿軸向定向的面的環(huán)的外周邊中的機加工邊緣或凹槽提供，以接觸殼體內(nèi)的匹配凹槽或邊緣中的并置表面。在本發(fā)明的上述方面的第二優(yōu)選變型中，軸向支承由位于渦輪導流盤和殼體之間的間隙內(nèi)的環(huán)的外周邊中的機加工邊緣或凹槽提供。
可能有利的是將環(huán)形支承設計成包括內(nèi)環(huán)和外環(huán)，以有利于安裝和維護。通過例如由彈簧彈性地安裝外密封面，進一步改善密封的性能是可行的。彈性安裝在密封面之間保持接觸，即使在旋轉葉片頂端上的內(nèi)密封面與外密封部分之間的間隙變化時也如此。從下面的詳細描述和如下所列的附圖，本發(fā)明的這些和另外的方面將顯而易見。


現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實施例，其中圖I示出兩個運動的渦輪葉片排和位于運動的葉片排之間的根據(jù)本發(fā)明的完全組裝的渦輪導流盤的局部徑向剖視圖；圖2A和2B示意性地圖示了靜止葉片的軸向旋轉對支承的密封裝置的影響；圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的第一示例的示意性徑向剖面；圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的第二示例的示意性徑向剖面；以及圖5A和5B分別不出了軸向和徑向截面，圖不了根據(jù)本發(fā)明的第三不例。部件列表
權利要求
1.一種用于具有連續(xù)的渦輪導流盤的渦輪的密封裝置，所述渦輪導流盤為靜止葉片的徑向布置提供了外部支承，靜止葉片在軸向上與徑向地和軸向地支承的外密封部分交替地布置，所述外密封部分形成減少旋轉葉片的頂端周圍的流體流的密封裝置的一部分，其中所述外密封部分的徑向支承被形成為環(huán)，所述環(huán)由鍵和周向延伸保持就位，使得所述鍵和所述周向延伸具有足夠的間隔以允許殼體的部分和/或渦輪導流盤與所述環(huán)之間的相對徑向運動，同時提供壓力密封面和在軸向上的支承，并且其中所述環(huán)距所述殼體的部分和/或所述渦輪導流盤有足夠的間隔，以便在所述殼體的所述部分和/或所述渦輪導流盤在軸向上旋轉移動的情況下，基本上使所述環(huán)免于徑向移位。
2.根據(jù)權利要求I所述的密封裝置，其特征在于，所述軸向支承由具有沿軸向定向的面的所述環(huán)的外周邊的延伸提供，以接觸所述殼體內(nèi)的匹配凹槽中的并置表面。
3.根據(jù)權利要求I所述的密封裝置，其特征在于，所述軸向支承由位于渦輪導流盤和所述殼體之間的間隙內(nèi)的所述環(huán)的外周邊的延伸提供。
4.根據(jù)權利要求I所述的密封裝置，其特征在于，所述軸向支承由具有沿軸向定向的面的所述殼體的內(nèi)周邊的延伸提供，以接觸所述環(huán)的匹配凹槽或邊緣中的并置表面。
5.根據(jù)權利要求I所述的密封裝置，其特征在于，所述環(huán)包括內(nèi)環(huán)和外環(huán)，所述內(nèi)環(huán)和外環(huán)一起裝配到所述渦輪的所述殼體內(nèi)并固定為對抗相對旋轉。
6.根據(jù)權利要求I所述的密封裝置，其特征在于，所述環(huán)包括沿徑向起作用的彈性元件，所述彈性元件被設計成閉合所述外密封部分和安裝到所述旋轉葉片的頂端或圍帶上的密封部分之間的間隙。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于旋轉的渦輪葉片的密封裝置。描述了一種用于包括連續(xù)渦輪導流盤的渦輪的改進的密封裝置，該渦輪導流盤為靜止葉片的徑向布置提供了外部支承，靜止葉片在軸向上與徑向地和軸向地支承的外密封部分交替地布置，外密封部分形成減少旋轉葉片的頂端周圍的流體流的密封裝置的一部分，其中外密封部分的徑向支承被形成為環(huán)，該環(huán)由鍵和周向延伸保持就位，使得鍵和周向延伸具有足夠的間隔以允許在環(huán)和殼體之間的相對徑向運動，同時提供壓力密封面和在軸向上抵靠殼體的支承，并且其中環(huán)距殼體和/或渦輪導流盤有足夠的間隔，使得在渦輪導流盤或殼體的部分在軸向上旋轉移動的情況下，基本上使該環(huán)免于徑向移位。
文檔編號F01D9/04GK102705019SQ20121009382
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權日2011年3月25日
發(fā)明者C·西莫尼特 申請人:阿爾斯通技術有限公司