專利名稱：密封部件、裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及使用在渦輪機上的一類動態(tài)密封。
背景技術(shù)：
迷宮型填料和毛刷式密封廣泛的使用于蒸汽輪機以及飛機和工業(yè)的氣渦輪機上，在諸如蒸汽輪機的轉(zhuǎn)子和橫隔內(nèi)壁這樣的旋轉(zhuǎn)和靜止的渦輪部件之間提供動態(tài)密封。傳統(tǒng)的迷宮式填料包含一連串的從靜止部件的圓周徑向向內(nèi)凸起且逼近但不接觸旋轉(zhuǎn)部件的(硬)齒，由此限定了一連串的局部障礙以在直接相鄰的旋轉(zhuǎn)部件的表面上產(chǎn)生曲折的軸向流體通道。
毛刷式密封標準的包含金屬鬃毛，類似于迷宮式填料的齒，從靜止部件的圓周徑向向內(nèi)朝著旋轉(zhuǎn)部件凸起。與迷宮式填料相比，毛刷式密封通常與旋轉(zhuǎn)部件上相鄰的圓周表面進行摩擦接觸，對圍繞旋轉(zhuǎn)部件圓周的流體產(chǎn)生基本連續(xù)不斷的障礙。在這點上，毛刷式密封為第二流體損失提供了更有效的屏障，也就是，與迷宮式填料比較，提供了更好的密封性能，且由此具有潛在的重要改進性能。
飛機和工業(yè)的氣渦輪機的轉(zhuǎn)子相對要硬，且由此它們的動態(tài)效果通常不被毛刷式密封的摩擦接觸所影響。相反，蒸汽輪機的轉(zhuǎn)子典型地包含一個配備有多個葉片的連續(xù)硬軸。脈沖型蒸汽輪機典型地工作在轉(zhuǎn)子的第一彎曲臨界頻率以上，且常常接近第二彎曲臨界頻率。可以看到在毛刷式密封和蒸汽輪機轉(zhuǎn)子之間的摩擦接觸將通過轉(zhuǎn)子的第一和第二臨界頻率放大轉(zhuǎn)子振動，導(dǎo)致不能接受的徑向轉(zhuǎn)子移動?？梢韵嘈湃绻D(zhuǎn)子由于熱量，動態(tài)或制造環(huán)境而彎曲時這種影響尤其有可能發(fā)生。更可能的是，由于摩擦接觸導(dǎo)致的摩擦力局部增加了轉(zhuǎn)子的表面溫度，導(dǎo)致在它的圓周上產(chǎn)生不均勻的表面溫度。因為彎曲轉(zhuǎn)子上的高(凸出)點在這種方式下由于更強烈的摩擦接觸尤其易于變熱，由毛刷式密封導(dǎo)致的局部加熱由于在轉(zhuǎn)子周圍不均勻的熱量膨脹將進一步增加轉(zhuǎn)子的彎曲，由此加劇振動和轉(zhuǎn)子動態(tài)影響。
在受讓的美國專利No.6821086中，該發(fā)明公開的內(nèi)容在此作為參考，本發(fā)明公開一種密封裝置和方法能極大的減低發(fā)生在諸如蒸汽輪機的渦輪機上的由密封與渦輪機內(nèi)的旋轉(zhuǎn)部件摩擦接觸導(dǎo)致局部加熱產(chǎn)生的振動和轉(zhuǎn)子動力學(xué)影響。
專利’086的結(jié)構(gòu)當需要多個硬齒且為一個大的楔形硬齒支架具有足夠的空間時是可以接受的。然而至于需要較少的硬齒且只有很小的空間的例子，’086專利中大的硬齒支架和毛刷式密封支架的結(jié)構(gòu)將不能工作。由此需要一個更小的設(shè)計。如圖2所示，一些硬齒實際上加工在噴管結(jié)構(gòu)上。然而，如果這種密封結(jié)構(gòu)由于摩擦而磨損，硬齒密封結(jié)構(gòu)不能被替換。

發(fā)明內(nèi)容
如上說述，現(xiàn)有的毛刷式密封支架占據(jù)了大量的空間，迫使需要大量的材料在適當?shù)奈恢弥С置芊庵Ъ芮蚁拗屏嗣芊獾陌惭b位置。同樣如上所述，一些硬齒實際加工在噴管結(jié)構(gòu)上，因此如果這種密封磨損，硬齒密封結(jié)構(gòu)不能被替換。
本發(fā)明的目的在于減少形成密封裝置所需的大量材料且如果需要允許所有的密封設(shè)備可被替換而不需在噴管上進行任何加工或者修改。
在發(fā)明的實施例中，提供了一種毛刷式密封支架來減少毛刷式密封裝置的足部以及其支架，同時還一體形成了作為支架內(nèi)第二/附加/備份密封的一個硬齒密封。將硬齒密封整體形成在支架上提供了更加簡易的替換且小的足部允許毛刷式密封安裝到較小的區(qū)域內(nèi)。整體成形硬齒結(jié)構(gòu)允許只為硬齒提供最小的支撐結(jié)構(gòu)且也允許硬齒在它被磨損時可被替換。
因此，本發(fā)明實例的渦輪機的密封部件包含毛刷式密封支架；安裝在所述密封支架上的毛刷式密封組件，所述毛刷式組件的一部分從所述毛刷式密封支架凸起，和至少一個整體成形在所述毛刷式密封支架上的硬齒密封元件，硬齒密封元件沿與從所述毛刷式密封支架凸起的所述毛刷式組件的所述部分的至少一個部段平行的方向延伸。
本發(fā)明還包含用于具有繞軸線轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)裝置和圍繞旋轉(zhuǎn)裝置的靜止裝置的渦輪機上的密封裝置，旋轉(zhuǎn)裝置限定了外圍表面且靜止裝置具有徑向朝向旋轉(zhuǎn)裝置由此與其外圍表面對立的部分，密封裝置包含旋轉(zhuǎn)裝置的所述外圍表面的至少一個部分和在靜止裝置的所述徑向朝向部分上的密封支架上提供的多個密封元件，所述多個密封元件包含至少一個安裝在所述密封支架上且配置為與所述外圍表面摩擦接觸的密封元件和至少一個與所述外圍表面間隔的硬齒密封元件，且其中所述硬齒密封元件限定為與所述密封支架一體地形成一塊。
本發(fā)明進一步包含了一種為渦輪機提供密封的方法，在繞一軸線轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)部件和圍繞旋轉(zhuǎn)部件的靜止部件之間，旋轉(zhuǎn)部件具有一個外圓周表面；包含提供了一種包含有在靜止部件徑向向內(nèi)區(qū)域的第一和第二密封組件的密封裝置，第一密封組件具有一個與轉(zhuǎn)子的外圓周表面摩擦接觸的部分，第二密封組件與所述第一密封組件的支架一體地形成一塊且沿著與第一密封組件大致平行的方向延伸而與所述外圓周表面間隔。


這些和其它本發(fā)明的目的和優(yōu)點，將通過對下面結(jié)合附圖進行的本發(fā)明優(yōu)選實施例更加詳細的描述的仔細學(xué)習(xí)得到充分的理解和解釋，其中圖1描繪了裝配有現(xiàn)有技術(shù)的密封裝置的蒸汽輪機的橫隔填料區(qū)域的局部縱向截面圖；圖2為描繪了現(xiàn)有技術(shù)的另一個密封裝置的示意圖；圖3為描繪了根據(jù)本發(fā)明實施例的密封裝置的示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，顯示了裝配有根據(jù)’086專利的密封裝置的蒸汽輪機的一個橫隔填料區(qū)域。蒸汽輪機具有形成有或安裝有帶有葉片14的軸向間隔轉(zhuǎn)輪12的轉(zhuǎn)子10。轉(zhuǎn)子10，轉(zhuǎn)輪12，和葉片14繞轉(zhuǎn)子軸線旋轉(zhuǎn)且，由此形成渦輪的旋轉(zhuǎn)部分端口。一橫隔(噴嘴)內(nèi)環(huán)(壁)16在轉(zhuǎn)輪12之間徑向向內(nèi)延伸，限定渦輪的隔離段。殼體18圍繞著轉(zhuǎn)子10且具有支撐噴管隔板20的噴嘴內(nèi)環(huán)16。環(huán)16，隔板20和殼體18一起形成了渦輪的靜止部分，布置在與轉(zhuǎn)子軸線垂直的平面且環(huán)繞轉(zhuǎn)子10的外圓周區(qū)域。蒸汽流過葉片14和噴管隔板20。
圖1所示渦輪裝配有迷宮填料22，24和26。迷宮填料22和24安裝在填料環(huán)段或硬齒支架28上且迷宮填料26安裝在填料環(huán)段30上。如同傳統(tǒng)的，每個填料環(huán)段28，30為沿圓周分別裝配在噴管內(nèi)環(huán)16或殼體18上的多拱形段之一。迷宮填料22，24和26減少了在旋轉(zhuǎn)和靜止部件之間，更具體的，在轉(zhuǎn)子10和噴嘴內(nèi)環(huán)16以及在葉片14和殼體18之間的第二流體損失。在實施時，可以理解的是迷宮填料22，24和26由于各自迷宮填料的硬齒32，33和它們密封的對立表面之間的間隙而不能減少可能位于毛刷式密封區(qū)域的第二流體損失。因此，根據(jù)’086專利，安裝在噴嘴內(nèi)環(huán)16上的填料環(huán)段或硬齒支架28進一步包含軸向位于迷宮填料22和24的整齒之間的毛刷式密封34。迷宮填料22和24由此作為毛刷式密封34的備份密封。與填料22和24相比，毛刷式密封34適于連續(xù)接觸它所密封的表面，由此比可能只有迷宮填料22和24實現(xiàn)更好的密封。如同傳統(tǒng)的，毛刷式密封34配備鬃毛36且，如上所述，迷宮填料22和24配備有徑向向轉(zhuǎn)子10凸起的硬齒32。
可以理解的，出現(xiàn)在毛刷式密封34和轉(zhuǎn)子10之間的摩擦密封固有的導(dǎo)致了摩擦發(fā)熱。在’086專利中，要更好的分配和分散熱量可以通過包含一在轉(zhuǎn)子上的天井部分38，天井部分沿著軸向臨近表面區(qū)域40徑向向外凸出以限定一個平臺42。天井部分38限定了一個完全被它容納包圍的空腔44，舉例來說，僅空氣形成在內(nèi)。
圖3描繪了如圖1所示相同的渦輪但其中密封裝置根據(jù)本發(fā)明實施例進行修改，這樣減少了毛刷式密封支架146的足部且還整體形成一個硬齒密封122作為毛刷式密封的備份密封。更具體的參見圖3所示本發(fā)明實施例的示意圖，毛刷式密封裝置146包含一徑向向轉(zhuǎn)子延伸且為旋轉(zhuǎn)軸(未示出)的表面提供緊密密封的柔順鬃毛136。盡管沒有詳細顯示在圖3中，在實施例中，對應(yīng)于毛刷式密封的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包含一圖1所示類型的平臺結(jié)構(gòu)42和設(shè)計的其它公開內(nèi)容，用于有效分配和分散由毛刷式密封與旋轉(zhuǎn)部件之間當旋轉(zhuǎn)部件繞軸線旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱量。
在圖示實施例中，除了提供一容納到楔形凹槽內(nèi)的楔形榫頭，支架146具有一個單一的嚙合吊鉤或法蘭148。支架146如圖所示被容納到位于橫隔內(nèi)環(huán)(噴嘴壁)116中形狀相符的凹槽150內(nèi)，這樣吊鉤148由溝槽152容納。在圖示實施例中，此外，毛刷式密封支架146為一種包含夾入前和后平板或者支架部分154，156中的柔順鬃毛136的層狀結(jié)構(gòu)。前支架部分154包含間隔部分158來將柔順鬃毛136與前平板的平衡塊間隔，以允許傳統(tǒng)方式的軸向向前撓曲。后平板156，另一方面，包含一凸出支撐件160來限制柔順鬃毛136的尾部撓曲。
在本發(fā)明的實施例中，至少一個硬齒密封元件131一體形成在毛刷式密封支架146上且徑向平行延伸，但比鬃毛136的延伸要少，由此為鬃毛136提供備份密封。為了減少毛刷式密封支架146的足部，更好的提供一個如圖1結(jié)構(gòu)中的隔離硬齒元件32，提供一個一體化硬齒131。因此，支架部分(圖示實施例的154)由金屬制造且包含一個整體制造在其上的硬齒131。毛刷式結(jié)構(gòu)136被層疊且與焊入支架154，156來提供密封裝置146的旋轉(zhuǎn)部分。渦輪結(jié)構(gòu)的剩余部分一般與圖1所示實施例的部分相同且由此不在圖3中再次顯示，即使這樣可以理解的是這些相同的部分可方便的使用在該實施例中。
可以理解的，硬齒的整體形成有利于減少密封支架的尺寸且允許硬齒在磨損后可被替換。這樣還允許減少所需裝置部件的數(shù)量。如上所述，圖1的結(jié)構(gòu)包含一個為多個硬齒而安裝在硬齒支架28內(nèi)的大的毛刷式密封支架34。這樣增加了裝置所需的材料和空間。它還因為毛刷式密封的密封效果而指定使用了比所需更多的硬齒32。在上文提及和在圖3中顯示的整體成形的結(jié)構(gòu)允許支架146被設(shè)計成具有最少的一個硬齒131。而且，可以意識到的，將毛刷式密封支架146設(shè)計為可直接安裝到例如噴嘴板116上的平板和鬃毛的柔順裝置，這樣相比于例如圖1所示的密封支架28進一步充分減少了密封裝置146的軸向尺寸。
可以理解的是當實際的支架部分154，156設(shè)計為如圖所示和描述的，支架部分可具有與圖示實施例不同的結(jié)構(gòu)和特殊形狀。例如，雖然如圖所示后平板包含與噴管壁/橫隔內(nèi)環(huán)116上凹槽150內(nèi)的溝槽152嚙合的吊鉤，前平板可包含這種與橫隔內(nèi)環(huán)/噴管壁結(jié)構(gòu)內(nèi)對應(yīng)的通道嚙合的替代或另外的吊鉤。此外，當如圖所示的硬齒131整體成形在前平板154上，可以理解的另外的或者改進的其它前平板154或者后平板156中的一個，或者兩個，可以具有與之整體成形的硬齒。另外，如圖所示僅有一個單一的硬齒，可以理解的對應(yīng)平板的軸向厚度可以進行調(diào)整來容納可變數(shù)量的齒。即使這樣，圖示和描述的密封的實施例可直接安裝到橫隔(噴嘴)內(nèi)環(huán)(壁)上，此外，新的密封裝置可以直接位于葉片頂端上面的定子的凹槽內(nèi)且在那里產(chǎn)生密封效果。它可作為殼體的一部分或者橫隔外環(huán)的一部分。
因此，描述的本發(fā)明可視為目前最實用和優(yōu)選的實施例，可以理解的是本發(fā)明并不被公開的實施例所限定，且正相反，覆蓋了多種修改和相同的布置包含在附屬實施例的精神和范圍內(nèi)。
標記清單轉(zhuǎn)子10轉(zhuǎn)輪12葉片14橫隔(噴嘴)內(nèi)環(huán)(壁)16殼體18噴管隔板20迷宮填料22，24和26硬齒支架28填料環(huán)段30硬齒32，33毛刷式密封34鬃毛36天井部分38表面區(qū)域40平臺42
空腔44橫隔內(nèi)環(huán)(噴嘴壁)116硬齒密封122硬齒密封元件131柔順鬃毛136嚙合吊鉤或法蘭148形狀相符的凹槽150溝槽152前和后平板或支架部分154，156間隔部分158凸起支撐160
權(quán)利要求
1.一種渦輪機的密封部件包含毛刷式密封支架(146)；安裝在所述毛刷式密封支架上的毛刷式密封組件(136)，所述毛刷式組件的一部分從所述毛刷式密封支架上凸起，和至少一個整體成形在所述毛刷式密封支架上的硬齒密封元件(131)，硬齒密封元件沿與從所述毛刷式密封支架凸起的所述毛刷式組件的所述部分的至少一個部段平行的方向延伸。
2.如權(quán)利要求1的密封部件，其特征在于所述毛刷式密封支架(146)包含一前平板(154)和一后平板(156)，所述毛刷式組件(136)布置在兩者中間，且其中所述前平板，后平板和毛刷式密封組件通過焊接成為一體。
3.如權(quán)利要求2的密封部件，其特征在于所述硬齒密封元件(131)與所述前平板(154)一體地形成一塊。
4.如權(quán)利要求2的密封部件，其特征在于所述前平板和后平板中的至少一個限定了一個吊鉤部分(148)來與支撐結(jié)構(gòu)的對應(yīng)溝槽(152)嚙合，密封部件適于安裝在支撐結(jié)構(gòu)上。
5.如權(quán)利要求1的密封部件，其特征在于所述渦輪機具有繞軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置和圍繞旋轉(zhuǎn)裝置(10，12，14)的靜止裝置(16，18，20)，旋轉(zhuǎn)裝置限定了外圍表面且靜止裝置具有徑向朝向旋轉(zhuǎn)裝置由此與其外圍表面對立的部分(18，116)，密封裝置包含旋轉(zhuǎn)裝置的所述外圍表面的至少一個部分(14，42)，所述多個密封元件(131，136)提供在靜止裝置的所述徑向朝向部分(18，116)上的密封支架(146)上，所述多個密封元件包含至少一個安裝在所述密封支架上且配置為與所述外圍表面摩擦接觸的密封元件(136)和至少一個與所述外圍表面間隔的硬齒密封元件(131)，且其中所述硬齒密封元件限定為與所述毛刷式密封支架(146)一體地形成一塊。
6.如權(quán)利要求5的密封部件，其特征在于旋轉(zhuǎn)裝置的所述外圍表面的與所述密封元件摩擦接觸的所述部分包含一個由轉(zhuǎn)子(10)的軸向臨近部分(40)徑向向外支撐的平臺(42)。
7.如權(quán)利要求5的密封部件，進一步的包含至少一個空氣空腔(44)限定在所述支撐平臺(42)下方。
8.如權(quán)利要求5的密封部件，其特征在于所述密封支架(146)與所述靜止裝置分別形成且可拆卸地固定到所述靜止裝置。
9.一種為渦輪機提供密封的方法，在繞一軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)部件和圍繞旋轉(zhuǎn)部件的靜止部件之間，旋轉(zhuǎn)部件具有一個外圓周表面；包含提供了一種包含有在靜止部件的徑向向內(nèi)區(qū)域的第一和第二密封組件(131，136)的密封裝置(146)，第一密封組件(136)具有一個與轉(zhuǎn)子的外圓周表面摩擦接觸的部分，且第二密封組件(131)整體形成在所述第一密封組件(136)的支架(146)的一薄片上且沿著與第一密封組件大致平行的方向延伸而與所述外圓周表面間隔。
10.如權(quán)利要求9的方法，其特征在于支架(146)可拆卸地固定到所述靜止部件。
全文摘要
一種用于具有旋轉(zhuǎn)部件和圍繞旋轉(zhuǎn)部件的靜止部件的渦輪機的毛刷式密封裝置和方法。密封裝置包含一布置在靜止部件的徑向向內(nèi)區(qū)域的密封部件(146)且密封部件的一部分(136)與接觸區(qū)域摩擦接觸。密封部件(146)可為了選擇替換可從靜止部件上拆卸且并入至少一個整體成形的密封元件(131)。
文檔編號F16J15/32GK1971002SQ20061017285
公開日2007年5月30日 申請日期2006年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月21日
發(fā)明者A·P·格雷夫, S·S·伯德吉克 申請人:通用電氣公司