專利名稱：密封裝置及密封裝置的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于密封透平機(jī)械軸向間隙的密封裝置，該間隙在可繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的部件與相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線固定的部件之間構(gòu)成。此外，本發(fā)明還涉及將密封裝置用于密封汽輪機(jī)工作葉片與導(dǎo)向葉片之間的軸向間隙。
在EP 0611905 A1中介紹了一種尤其在流體機(jī)械中用于不接觸式密封不同壓力的腔室之間存在的徑向間隙的裝置。在這里，不同壓力的腔室之間的軸通道必須采取恰當(dāng)?shù)拿芊獯胧?。上述裝置由迷宮式密封裝置組成，其中階梯狀迷宮間隙在旋轉(zhuǎn)部分與固定部分之間構(gòu)成。在迷宮間隙中分別在旋轉(zhuǎn)部分和固定部分上制密封齒，從而使流過(guò)的介質(zhì)產(chǎn)生高強(qiáng)度的渦流。在固定與旋轉(zhuǎn)部分之間的密封齒應(yīng)布置得盡可能互相靠近，從而實(shí)現(xiàn)沿徑向密封一個(gè)沿軸向延伸的間隙。密封齒沿徑向定向?yàn)槭箖蓚€(gè)相鄰臺(tái)階的密封齒彼此搭接。一組密封齒可借助于填密金屬絲填塞在相應(yīng)的槽中。
由D．Bergmann、M．Jansen和H．Oeynhausen在VGB發(fā)電站技術(shù)(Kraftwerkstechnik)71，1991第2冊(cè)116-122頁(yè)所發(fā)表的論文“使蒸汽輪機(jī)部件現(xiàn)代化并延長(zhǎng)其壽命的措施(Massnahmen zur Modernisierung undLebensdauerverlaengerung an Dampfturbinenkomponenten)”中說(shuō)明了用于汽輪機(jī)透平葉片的不同密封裝置。在這里，這些密封裝置用于密封一徑向間隙，也就是一個(gè)沿透平軸方向延伸的間隙，該間隙通過(guò)透平軸與導(dǎo)向葉片之間的徑向距離或工作葉片與外殼內(nèi)壁之間的徑向距離構(gòu)成，并形成為一個(gè)漏汽通道。文中所說(shuō)明的這些密封裝置是在導(dǎo)向葉片中加工了一些槽。通過(guò)沿軸向在透平軸和導(dǎo)向葉片上交替地制成密封齒，達(dá)到了所謂齒-齒密封裝置的最小相對(duì)漏汽率。
在DE 3836474 C2中介紹了一種密封刷，它由兩塊端板和裝在它們之間的一束緊密填塞的刷毛組成。刷毛自由端從端板伸出。刷子由許多段組成，這些分段布置在密封裝置的主平面內(nèi)并通過(guò)間隙互相分開(kāi)地彼此相繼。在這里，此密封刷用于密封在兩個(gè)彼此相對(duì)旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件之間的徑向間隙。
在DE 3425162 C2中說(shuō)明了一種徑向間隙密封裝置，它有一個(gè)由平行定向的刷毛構(gòu)成的密封刷，其中，刷毛相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的機(jī)器部分的軸線是傾斜的。在1908年6月10日的奧地利專利文件33252、美國(guó)專利文件5316318以及WO 92／05378 A1中說(shuō)明了其他一些帶有構(gòu)成密封刷的刷毛的徑向間隙密封裝置。
在DE-OS 19519322 A1中介紹了在離心泵的葉輪與外殼壁之間的密封裝置。在這里它涉及處理流體泵中產(chǎn)生的問(wèn)題，即必須考慮由于被輸送的流體受污染使安全防護(hù)部件受磨損引起的間隙增大。其中兩個(gè)密封裝置配對(duì)件之一設(shè)計(jì)為刷子，它貼靠在另一個(gè)密封裝置配對(duì)件光滑的支承面上。由這兩個(gè)密封裝置配對(duì)件構(gòu)成的密封地段可以沿軸向或可沿徑向延伸。
本發(fā)明的目的是提供一種可供選擇的使可能在可旋轉(zhuǎn)的部件與固定的部件之間的間隙內(nèi)產(chǎn)生的漏泄損失降低的密封裝置。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供密封裝置的一種應(yīng)用。
本發(fā)明的前一個(gè)目的是通過(guò)一種用于密封透平機(jī)械，尤其是熱流體機(jī)械內(nèi)軸向間隙的密封裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，此間隙在一個(gè)可繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的部件與一個(gè)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線靜止的部件之間形成，其中，此密封裝置包括一個(gè)帶有刷毛的刷狀密封件，它伸入此間隙內(nèi)實(shí)施密封。在這里熱流體機(jī)械可以是一種以流體亦即氣體或蒸汽為工質(zhì)的汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)或類似機(jī)械。
軸向間隙在這里指的是它的主伸展方向垂直于旋轉(zhuǎn)軸線定向的間隙。此間隙可以相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線的垂直線在±45°之間傾斜，尤其是在±15°之間傾斜。流體通過(guò)軸向間隙進(jìn)行朝旋轉(zhuǎn)軸線方向或從旋轉(zhuǎn)軸線離開(kāi)的輸送。在徑向間隙中則不同，流體的輸送沿旋轉(zhuǎn)軸線的方向進(jìn)行。因此，軸向間隙沿相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線傾斜的主伸展方向延伸。
本發(fā)明以下列認(rèn)識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，即，只要能實(shí)現(xiàn)軸向間隙的密封，就可以減少漏泄損失，此軸向間隙至少部分沿旋轉(zhuǎn)軸線方向延伸并允許流體沿相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線傾斜的方向流過(guò)。由此也附加地或唯一地實(shí)現(xiàn)降低通過(guò)徑向間隙的漏泄損失，該徑向間隙與軸向間隙直接相連通。為此，采用一種具有帶刷毛的刷狀密封件的裝置為固定部件與旋轉(zhuǎn)部件之間的軸向間隙提供特別有效的密封，其中由于采用刷毛使此密封件幾乎可以從一個(gè)部件到另一個(gè)部件越過(guò)全部間隙延伸。刷毛還允許軸向間隙改變(間隙寬度改變，尤其是減小)達(dá)2cm，既不會(huì)造成損壞又能保持相同的密封效果。
尤其在使用不抗彎曲且可彈性變形的刷毛時(shí)，同樣允許刷毛在可旋轉(zhuǎn)的部件旋轉(zhuǎn)時(shí)可以滑動(dòng)地貼靠在此旋轉(zhuǎn)部件上或按另一種方案貼靠在靜止的部件上。
密封件的刷毛優(yōu)選緊密地填塞，所以它們幾乎完全封閉住由間隙構(gòu)成的橫截面。密封件和刷毛優(yōu)選相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線傾斜一軸向角。這一相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線在數(shù)學(xué)上既可以為正向也可以為負(fù)向的軸向角優(yōu)選地在數(shù)量上小于40°，尤其是在約±20°的范圍內(nèi)，最好是在±8°范圍內(nèi)。密封件也可以基本上平行于旋轉(zhuǎn)軸線定向。此密封裝置優(yōu)選地有兩個(gè)或多個(gè)密封件，它們共同構(gòu)成一密封環(huán)。此密封環(huán)幾乎完全封堵住間隙的橫截面，因此在很大程度上抑制了流體如蒸汽(水蒸汽)或熱燃?xì)獾男孤┝鲃?dòng)。通過(guò)使用多個(gè)密封件而可分的密封環(huán)特別易于分解和便于更換。
間隙的主伸展方向優(yōu)選地相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線約傾斜90°，所以構(gòu)成了一個(gè)與徑向間隙相反的典型的軸向間隙。
此密封裝置優(yōu)選使用在透平機(jī)械，尤其是汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或透平發(fā)電機(jī)內(nèi)。在這里可旋轉(zhuǎn)的部件優(yōu)選與透平機(jī)械的軸連接。此密封裝置特另別適用于密封透平機(jī)械導(dǎo)向葉片與工作葉片之間或反之工作葉片與導(dǎo)向葉片之間的軸向間隙。因?yàn)樵诖溯S向間隙中的壓差小，所以按軸向結(jié)構(gòu)方式的刷狀密封件的刷毛可以設(shè)計(jì)得很柔軟。尤其是在軸向間隙內(nèi)的壓差明顯地小于工作葉片與外殼之間以及導(dǎo)向葉片與軸之間徑向間隙內(nèi)的壓差。由此幾乎完全封閉了此間隙，其結(jié)果是可以在密封件與由導(dǎo)向葉片或工作葉片構(gòu)成的葉片環(huán)之間形成一個(gè)極小或甚至根本不能流通的橫截面(剩余間隙)。在透平機(jī)械運(yùn)行期間，軸相對(duì)于透平機(jī)械外殼熱膨脹而移動(dòng)可能導(dǎo)致間隙減小，并使刷毛直接貼靠在旋轉(zhuǎn)部件上或固定部件上，但盡管如此僅出現(xiàn)刷毛的彈性變形。由此保證既不會(huì)損壞刷毛亦即密封件也不會(huì)損壞葉片。此外，采用設(shè)計(jì)為刷狀的密封件可以實(shí)現(xiàn)有利的軸向流動(dòng)導(dǎo)引，因?yàn)樗⒚鄬?duì)于旋轉(zhuǎn)軸線的傾斜角(軸向角)事先可以調(diào)整。因此在透平機(jī)械運(yùn)行期間保持密封裝置的密封效果不變。在運(yùn)行時(shí)泄漏量始終很小，因此采用這種類型的軸向間隙密封裝置可以提高透平機(jī)械的效率。
密封件優(yōu)選地設(shè)在固定的部件內(nèi)以及在這里也可以設(shè)計(jì)為可在其中移動(dòng)。例如刷毛可夾緊在兩個(gè)可沿軸向移動(dòng)的夾子之間。密封件的軸向運(yùn)動(dòng)可通過(guò)使用彈簧和止擋凸塊或類似物限制為規(guī)定的量。同樣可以將密封件與旋轉(zhuǎn)的部件連接。
本發(fā)明針對(duì)密封裝置的應(yīng)用所提出的目的通過(guò)將密封裝置用于密封汽輪機(jī)內(nèi)的軸向間隙達(dá)到，其中此間隙在工作葉片與沿軸向離它有一定間距的導(dǎo)向葉片之間構(gòu)成，以及有刷毛的刷狀密封件基本上從導(dǎo)向葉片朝工作葉片方向跨越此間隙地延伸。由此有效地實(shí)現(xiàn)密封此軸向間隙，甚至當(dāng)工作葉片相對(duì)于導(dǎo)向葉片沿軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)也能基本上避免損壞工作葉片或?qū)蛉~片和密封件。
下面借助于附圖所示實(shí)施例說(shuō)明此密封裝置以及密封裝置的應(yīng)用。在附圖中所示的實(shí)施例為了說(shuō)明基本上未按比例且只是示意地表示，附圖中

圖1為一具有密封裝置的透平機(jī)械的縱剖面圖；圖2同樣在透平機(jī)械的縱剖面內(nèi)示出另一種可供選用的密封裝置；以及圖3是圖1所示密封裝置的局部橫截面。
圖1在縱剖面內(nèi)表示一未詳細(xì)示出的透平機(jī)械，例如燃?xì)廨啓C(jī)或汽輪機(jī)的局部。透平機(jī)械有透平軸15，它沿旋轉(zhuǎn)軸線16延伸。多個(gè)沿軸向彼此隔開(kāi)距離可旋轉(zhuǎn)并沿周向并列布置的部件12(工作葉片12)與透平軸15連接。沿周向并列設(shè)置的多個(gè)動(dòng)葉片12構(gòu)成一個(gè)動(dòng)葉片組(動(dòng)葉片柵，動(dòng)葉片環(huán))，在這里為了看得清楚起見(jiàn)只表示了其中之一。每個(gè)工作葉片12基本上垂直于透平軸15定向并有一背對(duì)透平軸15的圍帶18B。圍帶18B與透平機(jī)械的外殼19相鄰并例如有兩個(gè)朝外殼19方向的密封齒16B。也可以采用更多或較少的密封齒16B。在外殼19上同樣設(shè)一朝工作葉片12方向的密封齒16B。在圍帶18B與透平軸15之間，工作葉片12有一葉型區(qū)20B。在兩個(gè)沿周向彼此隔開(kāi)的工作葉片12之間，通過(guò)互相相鄰的葉型區(qū)20B構(gòu)成用于工作流體流動(dòng)22的未詳細(xì)表示的通流口，工作流體用于驅(qū)動(dòng)工作葉片12并因而使透平軸15旋轉(zhuǎn)。相對(duì)于工作流體的流動(dòng)22方向，在工作葉片12的上游設(shè)有固定不動(dòng)的部件13，即帶多個(gè)導(dǎo)向葉片13的導(dǎo)向葉片裝置，它與外殼19連接。表示在縱剖面內(nèi)的導(dǎo)向葉片13同樣有一圍帶18A，它與透平軸15相鄰。在圍帶18A與外殼19之間，導(dǎo)向葉片13同樣有葉型區(qū)20A，它用于使工作流體的流動(dòng)22轉(zhuǎn)向。在圍帶18A與透平軸15之間形成一徑向間隙17A。類似地在外殼19與工作葉片12的圍帶18B之間形成一徑向間隙17B?；旧洗怪庇谛D(zhuǎn)軸線10延伸的密封齒16A伸入徑向間隙17A。密封齒16A與透平軸15和導(dǎo)向葉片13的圍帶18A交替地連接。
在未詳細(xì)表示的透平機(jī)械運(yùn)行期間，各有一泄漏流23通過(guò)徑向間隙17A和17B流動(dòng)，泄漏流23是從工作流體的流動(dòng)22中分流的。此外，在導(dǎo)向葉片13與工作葉片12之間，在各圍帶18B和18A所在區(qū)內(nèi)由于工作葉片12與導(dǎo)向葉片13的軸向間隔而形成一軸向間隙11。軸向間隙11基本上沿伸展方向14定向，在這里伸展方向14垂直于旋轉(zhuǎn)軸線10。在軸向間隙11內(nèi)設(shè)密封裝置1，它有密封件2。密封件2處于一個(gè)圍繞著透平軸15制在導(dǎo)向葉片13內(nèi)的圓環(huán)形密封環(huán)4上(見(jiàn)圖3)。在導(dǎo)向葉片13的圍帶18A內(nèi)以及在導(dǎo)向葉片13的根部24各設(shè)一密封件2，根部24與工作葉片12的圍帶18B彼此相對(duì)。每個(gè)密封件2包括許多刷毛3。刷毛3從導(dǎo)向葉片13基本上平行于旋轉(zhuǎn)軸線10朝工作葉片12的方向延伸。根據(jù)密封件2的設(shè)計(jì)，刷毛3可一直伸到工作葉片12上，與它們接觸或與之有一小的距離。通過(guò)刷毛3構(gòu)成一密封環(huán)4，它幾乎完全封閉了軸向間隙11。由此達(dá)到特別高效地密封軸向間隙11，并因而也密封了在其上游或在其下游的徑向間隙17A、17B。其結(jié)果是明顯減少泄漏流23，所以工作流體的流動(dòng)22幾乎完全經(jīng)葉型區(qū)20A、20B導(dǎo)引。
圖2同樣在未詳細(xì)示出的透平機(jī)械的縱剖面內(nèi)表示了一個(gè)局部。相同的附圖標(biāo)記有如圖1中同樣的意義。此密封件2與圖1所示密封件2的區(qū)別在于，它相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線10傾斜一個(gè)約15°至20°，優(yōu)選地約8°的軸向角α。因此，當(dāng)密封件2的刷毛3與工作葉片12接觸時(shí)，刷毛沿一共同的方向彎曲并因而實(shí)現(xiàn)軸向間隙11特別有效的密封。
圖3中示出圖1所示透平軸15以及導(dǎo)向葉片13的圍帶18A的橫截面。圍帶18A通過(guò)分界縫21分成兩個(gè)對(duì)稱的半部，其中每個(gè)半部由各相關(guān)導(dǎo)向葉片13的許多部分圍帶(圖中未表示)構(gòu)成。同樣有可能的是將圍帶18A分成若干分段，例如八個(gè)45°分段。刷毛3匯合成一密封環(huán)4，它同樣由可在分界縫21處彼此分開(kāi)的兩個(gè)對(duì)稱的部分組成。采用密封件2即密封環(huán)4這種可分的設(shè)計(jì)，可使之例如在透平機(jī)械上進(jìn)行維護(hù)工作或修理工作時(shí)便于檢查或更換。
本發(fā)明的特征在于刷狀密封件，它尤其可伸入透平機(jī)械的旋轉(zhuǎn)部件與固定部件之間的軸向間隙內(nèi)，并因而保證軸向間隙的高效密封。因此，尤其當(dāng)其應(yīng)用于汽輪機(jī)內(nèi)時(shí)，會(huì)提高汽輪機(jī)的效率，因?yàn)榭擅黠@減小通過(guò)軸向間隙的蒸汽泄漏流量，以及通過(guò)設(shè)在該軸向間隙上游或下游并且在流動(dòng)上與之相連通的徑向間隙的蒸汽泄漏流量。
權(quán)利要求
1．一種用于密封透平機(jī)械內(nèi)軸向間隙(11)的密封裝置(1)，該間隙(11)在可繞旋轉(zhuǎn)軸線(10)旋轉(zhuǎn)的部件(12)與相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線(10)靜止固定的部件(13)之間構(gòu)成，密封裝置(1)包括一帶有刷毛(3)的刷狀密封件(2)，該密封件(2)伸入間隙(11)內(nèi)。
2．按照權(quán)利要求1所述的密封裝置(1)，其中，密封件(2)具有緊密填塞的刷毛(3)。
3．按照權(quán)利要求1或2所述的密封裝置(1)，其中，密封件(2)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線(10)傾斜一個(gè)尤其小于20°優(yōu)選地約8°的軸向角。
4．按照權(quán)利要求1或2所述的密封裝置(1)，其中，密封件(2)基本上平行于旋轉(zhuǎn)軸線(10)定向。
5．按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的密封裝置(1)，其中，伸展方向(14)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線(10)傾斜約90°。
6．按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的密封裝置(1)，其中，刷毛(3)是不能抗彎且可彈性彎曲的。
7．按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的密封裝置(1)，它有兩個(gè)或多個(gè)密封件(2)，它們共同構(gòu)成一密封環(huán)(4)。
8．按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述用在汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、壓氣機(jī)或汽輪發(fā)電機(jī)內(nèi)的密封裝置(1)，其中，可旋轉(zhuǎn)的部件(12)與透平機(jī)械的軸(15)連接。
9．按照權(quán)利要求8所述的密封裝置(1)，其中，靜止固定的部件(13)是導(dǎo)向葉片，而可旋轉(zhuǎn)的部件(12)是工作葉片。
10．按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的密封裝置(1)，其中，密封件(2)尤其可移動(dòng)地裝在靜止固定的部件(13)中或旋轉(zhuǎn)的部件(12)中。
11．將密封裝置(1)應(yīng)用于密封汽輪機(jī)內(nèi)的軸向間隙(11)，該間隙(11)在工作葉片(12)與沿軸向離此工作葉片有間距的導(dǎo)向葉片(13)之間形成，其中，帶有刷毛(3)的刷狀密封件(2)基本上從導(dǎo)向葉片(13)跨越間隙(11)地朝工作葉片(12)方向延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于密封軸向間隙(11)的密封裝置(1),此間隙(11)在可繞旋轉(zhuǎn)軸線(10)旋轉(zhuǎn)的部件(12)與相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線(10)固定的部件(13)之間構(gòu)成。在這里,密封裝置(1)包括一帶有刷毛(3)的刷狀密封件(2),密封件(2)伸入間隙(11)內(nèi)。此外,本發(fā)明還涉及密封裝置(1)應(yīng)用于密封汽輪機(jī)內(nèi)的軸向間隙(11)。
文檔編號(hào)F01D11/02GK1292061SQ99803486
公開(kāi)日2001年4月18日 申請(qǐng)日期1999年2月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月19日
發(fā)明者沃爾科·西蒙 申請(qǐng)人:西門子公司