用于旋轉機器的膜騎跨式空氣動力學密封件的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請大體涉及用于渦輪機的密封組件，并且更特別地，涉及用于密封轉子-定子空隙等的膜騎跨式密封組件。
【背景技術】
[0002]各種類型的渦輪機，諸如燃氣渦輪發(fā)動機、航空器發(fā)動機和蒸汽渦輪是已知的，并且廣泛用于產(chǎn)生功率、推進等。渦輪機的效率部分地取決于內(nèi)部構件之間的間隙和通過這些間隙的主要和輔助流體的泄漏。例如，可有意在某些轉子-定子接口處允許有大間隙，以適應由熱或機械引起的大的相對運動。流體通過這些空隙從高壓區(qū)域泄漏到低壓區(qū)域可導致渦輪機效率低下。這種泄漏可影響效率，因為泄漏流體未能做有用功。
[0003]使用不同類型的密封系統(tǒng)來最大程度地減少流過渦輪機的流體的泄漏。但是，密封系統(tǒng)往往會在各種運行階段期間遭受高溫、熱梯度和熱膨脹和收縮以及機械膨脹和收縮，這可增大或減小通過其中的間隙。例如，組裝成在啟動瞬變階段期間以非常緊密的間隙運行的傳統(tǒng)迷宮密封件在穩(wěn)態(tài)運行期間以大間隙運行，從而導致穩(wěn)態(tài)運行時的性能不佳。
[0004]因此期望有一種用于渦輪機的改進的順從密封組件，其用于密封轉子-定子空隙。優(yōu)選地，這種順從密封組件可在穩(wěn)態(tài)運行期間提供較緊密的密封，同時在瞬態(tài)相運行期間避免摩擦、接觸所引起的磨損和損傷。這種密封組件應當提高整體系統(tǒng)效率，并且制造起來廉價，而且延長相關聯(lián)的部件的壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種用于旋轉機器的密封組件。密封組件包括沿周向設置在固定殼體和轉子中間的多個密封裝置節(jié)段。各個密封裝置節(jié)段包括定子接口元件。密封裝置節(jié)段還包括底座(底座)板，底座板具有面向轉子的一個或多個迷宮齒和承載表面區(qū)域，其中，底座板構造成允許高壓流體通往最前面的迷宮齒的上游部分，以及允許低壓流體通往最后面的迷宮齒的下游部分，并且底座板進一步構造成在底座板和轉子之間產(chǎn)生空氣動力。密封裝置節(jié)段進一步包括:輔助密封件，其構造成在徑向外端處接觸定子接口元件，并且構造成在徑向內(nèi)端上接觸底座板的隆起鼻部；以及連接到底座板和定子接口元件上的多個波紋彈簧或彎曲件(flexure)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種制造密封裝置節(jié)段的方法。該方法包括將底座板設置在旋轉機器中的固定殼體和轉子中間，底座板包括面向轉子的一個或多個迷宮齒和承載表面區(qū)域，其中，底座板構造成允許高壓流體通往最前面的迷宮齒的上游部分，以及允許低壓流體通往最后面的迷宮齒的下游部分，并且底座板進一步構造成在底座板和轉子之間產(chǎn)生空氣動力。方法還包括將輔助密封件布置成在徑向外端處接觸定子接口元件，以及在徑向內(nèi)端上接觸底座板的隆起鼻部。另外，方法包括將多個波紋彈簧或彎曲件連接到底座板和定子接口元件上。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種旋轉機器。旋轉機器包括轉子、定子殼體和沿周向設置在固定殼體和轉子中間的多個密封裝置節(jié)段，其中，各個節(jié)段包括定子接口元件和底座板，底座板包括面向轉子的一個或多個迷宮齒和承載表面區(qū)域，其中，底座板構造成允許高壓流體通往最前面的迷宮齒的上游部分，以及允許低壓流體通往最后面的迷宮齒的下游部分，并且底座板進一步構造成在底座板和轉子之間產(chǎn)生空氣動力。各個節(jié)段還包括:輔助密封件，輔助密封件構造成在徑向外端處接觸定子接口元件，并且構造成在徑向內(nèi)端上接觸底座板的隆起鼻部；以及連接到底座板和定子接口元件上的多個波紋彈簧或彎曲件。
【附圖說明】
[0008]當參照附圖來閱讀以下詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，其中，相同符號在圖中表示相同部件，其中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的旋轉機器的膜騎跨式密封組件的透視圖。
[0009]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的密封裝置節(jié)段的透視圖。
[0010]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的旋轉機器的膜騎跨式密封組件的相鄰密封裝置節(jié)段的透視圖。
[0011]圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的密封裝置節(jié)段的透視圖。
[0012]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的密封裝置節(jié)段的一部分的正面透視圖。
[0013]圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的密封裝置節(jié)段的透視圖。
[0014]圖7是根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的密封裝置節(jié)段的透視圖。
[0015]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的密封裝置節(jié)段的一部分。
[0016]圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的密封裝置節(jié)段的一部分。
[0017]圖10是密封裝置節(jié)段的側視圖，其顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的對底座板和輔助密封件起作用的各種壓力。
[0018]圖11是根據(jù)本發(fā)明的實施例的密封裝置節(jié)段17的中心處的橫截面圖。
[0019]圖12顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的密封組件的底座-轉子彎曲部。
[0020]圖13顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的密封裝置節(jié)段中的承載表面上的凹槽。
[0021]圖14顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的轉子-定子密封組件。
[0022]圖15顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的密封裝置節(jié)段的一部分。
[0023]圖16是示出包括在根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造密封裝置節(jié)段的方法中的步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0024]當介紹本發(fā)明的各實施例的元件時，冠詞“一個”、“一種”、“該”和“所述”意圖表示存在一個或多個該元件。用語“包括”、“包含”和“具有”意圖為包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。運行參數(shù)的任何示例都不排除公開的實施例的其它參數(shù)。
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的旋轉機器的膜騎跨式密封組件10(僅顯示了少數(shù)節(jié)段，而非整個360度的組件)的透視圖。顯示了膜騎跨式密封組件10具有沿軸向方向11、徑向方向13和周向方向15的定向。密封組件10布置成沿周向圍繞轉子軸(未顯示)，轉子軸沿軸向位于旋轉機器中，使得密封組件10在固定殼體12和轉子軸(未顯示)中間。固定殼體12包括多個定子接口元件14，多個定子接口元件14形成密封組件10的徑向外部區(qū)域。密封組件10包括多個密封裝置節(jié)段16，多個密封裝置節(jié)段16定位成彼此相鄰，以形成密封組件10。密封裝置節(jié)段16中的各個包括位于轉子軸(未顯示)附近的底座板18。在旋轉機器的運行期間，底座板18在轉子軸(未顯示)上方騎跨在流體膜上。密封組件10還包括在面向轉子軸表面的側部處位于底座板18上的一個或多個迷宮齒20。在一個實施例中顯示，一個或多個迷宮齒20定位在底座板18的最前面的區(qū)域附近。在另一個實施例中，一個或多個迷宮齒20定位在底座板18的最后面的區(qū)域附近。一個或多個迷宮齒20在旋轉機器的密封組件10的任一側上基本分開高壓區(qū)域22與低壓區(qū)域24。密封組件10還包括多個輔助密封件26，多個輔助密封件26構造成在徑向外端處接觸定子接口元件14，并且構造成在徑向內(nèi)端上接觸底座板18。在一個實施例中，輔助密封件26包括外層區(qū)段28 (在圖2中顯示)和內(nèi)層區(qū)段30 (在圖2中顯示)使得，輔助密封件26的各個外層區(qū)段28與形成于相鄰輔助密封件節(jié)段16的內(nèi)層區(qū)段30之間的密封裝置節(jié)段空隙交迭。
[0026]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的密封裝置節(jié)段16的透視圖。如顯示的那樣，密封裝置節(jié)段16包括定子接口元件14和底座板18。在顯示的實施例中，底座板18包括面向轉子的一個或多個迷宮齒20和承載表面區(qū)域32。底座板18構造成允許高壓流體通往最前面的迷宮齒20的上游部分34，以及允許低壓流體通往最后面的迷宮齒20的下游部分36，并且底座板18進一步構造成在底座板18和轉子之間產(chǎn)生空氣動力。密封裝置節(jié)段16還包括附連到底座板18和定子接口元件14上的多個波紋彈簧38、40。在一個實施例中，密封裝置節(jié)段16包括附連到底座板18和定子接口元件14上的多個彎曲件，而非多個波紋彈簧。
[0027]如顯示的那樣，底座板18包括一個或多個端口 19，一個或多個端口 19位于一個或多個迷宮齒20的軸向下游，以允許低壓流體從最后面的迷宮齒20的下游部分36流到后部腔體42。在一個實施例中，一個或多個端口 19成角度，以允許低壓流體沿徑向方向從迷宮齒20的后面流到由多個波紋彈簧38、40或彎曲件、定子接口元件14和底座板18形成的后部腔體42中。在另一個實施例中，一個或多個端口 19成角度，以允許低壓流體沿周向方向流動，從而在流體從迷宮齒的后面?zhèn)魉偷降鬃?8的沿徑向上方時，使流體打漩。打漩使流體沿轉子的旋轉方向或與轉子的旋轉方向相反的