專利名稱：：橢圓形密封系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本申請總體涉及用于旋轉(zhuǎn)機器(rotarymachines)的密封件,且尤其涉及用于諸如旋轉(zhuǎn)壓縮機等的旋轉(zhuǎn)機器的具有橢圓形狀的柔順且可磨耗的迷宮密封系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：在旋轉(zhuǎn)機器中，一個或多個密封件通常沿著在旋轉(zhuǎn)部件與固定部件之間的界面延伸。舉例而言，壓縮機、渦輪和類似裝置可在安置于殼體或輪葉(vane)內(nèi)的一系列旋轉(zhuǎn)槳葉(blades)或葉片(buckets)之間的界面處具有一個或多個密封件。這些密封件預(yù)期保持在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的上游側(cè)與下游側(cè)之間的在旋轉(zhuǎn)部件上的壓差。在密封件處更小的空隙尺寸通常通過限制穿過它的泄漏而提高密封件的性能和整個旋轉(zhuǎn)機器的效率。但密封件及其部件可在旋轉(zhuǎn)機器的各個操作階段(諸如在起動期間和在其它類型的瞬態(tài)操作期間)經(jīng)受相對較高的溫度、熱梯度和熱膨脹與和收縮。通常，密封件包括額外空隙尺寸來在這些瞬態(tài)操作期間減小旋轉(zhuǎn)部件與固定部件之間接觸和損壞的可能性。但由于穿過密封件的泄漏流動，這種額外空隙尺寸也可能降低密封件和總旋轉(zhuǎn)機器的性能和效率。在轉(zhuǎn)子與殼體之間的流體泄漏可降低壓縮機效率且因此導(dǎo)致增加的燃料成本。因此，需要用于諸如壓縮機等的旋轉(zhuǎn)機器的改進的密封系統(tǒng)，其減少通過它的泄漏同時在瞬態(tài)操作期間以及穩(wěn)態(tài)操作條件期間維持充分的空隙。這種減小的泄漏應(yīng)改進總效率同時防止損壞其中的部件。
發(fā)明內(nèi)容因此，本申請?zhí)峁┮环N用于旋轉(zhuǎn)機器的轉(zhuǎn)子和定子外殼的橢圓形密封系統(tǒng)。該橢圓形密封系統(tǒng)可包括上面帶有可磨耗涂層(abradablecoating)的多個密封區(qū)段(sealingsegments)0上面帶有可磨耗涂層的密封區(qū)段可具有基本上橢圓形狀。多個偏壓構(gòu)件可與密封區(qū)段和定子外殼聯(lián)系(incommunicationwith)。本申請還提供一種用于旋轉(zhuǎn)機器的轉(zhuǎn)子和定子外殼的橢圓形密封系統(tǒng)。該橢圓形密封系統(tǒng)可包括上面帶有可磨耗涂層的一對橢圓形密封區(qū)段。多個偏壓構(gòu)件可與橢圓形密封區(qū)段和定子外殼聯(lián)系，以便將上面帶有可磨耗涂層的這對橢圓形密封區(qū)段朝向轉(zhuǎn)子偏壓。本申請還提供一種旋轉(zhuǎn)機器。該旋轉(zhuǎn)機器可包括定子外殼；轉(zhuǎn)子；一對橢圓形密封區(qū)段，其定位于定子外殼與轉(zhuǎn)子之間且在其上具有可磨耗涂層；以及，多個偏壓構(gòu)件，其與這對橢圓形密封區(qū)段和定子外殼聯(lián)系以便將上面帶可磨耗涂層的這對橢圓形密封區(qū)段朝向轉(zhuǎn)子偏壓。當(dāng)結(jié)合若干附圖和所附權(quán)利要求閱讀下文的詳細(xì)描述時，本申請的這些和其它特點和改進對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將會變得明顯。圖I是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的示意圖。圖2是位于旋轉(zhuǎn)機器內(nèi)可如本文所述的橢圓形密封系統(tǒng)的截面圖。圖3為繞旋轉(zhuǎn)機器的轉(zhuǎn)子定位的圖2的橢圓形密封系統(tǒng)的軸向視圖。部件列表10燃?xì)鉁u輪發(fā)動機15壓縮機20空氣流25燃燒器30燃料流35燃燒氣體流40渦輪45負(fù)載50密封系統(tǒng)100旋轉(zhuǎn)機器110壓縮機120轉(zhuǎn)子130定子外殼140橢圓形密封系統(tǒng)150填密環(huán)(packingring)160定子槽170可磨耗涂層180偏壓構(gòu)件(biasingmembers)190彈簧200齒210J形條220轉(zhuǎn)子槽230線240橢圓形狀250水平箭頭260區(qū)段270第一半件280第二半件290豎直箭頭300干涉接合(interferenceengagement)310線線接合(lineonlineengagement)具體實施方式現(xiàn)參看附圖，其中在若干視圖中相似附圖標(biāo)記指代相似元件，圖I示出諸如燃?xì)鉁u輪發(fā)動機10的旋轉(zhuǎn)機器的示意圖。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機10可包括壓縮機15。壓縮機15壓縮進來的空氣流20。壓縮機15將壓縮的空氣流20遞送到燃燒器25。燃燒器25混合壓縮的空氣流20與壓縮的燃料流30且點燃該混合物以形成燃燒氣體流35。盡管僅示出單個燃燒器25，但燃?xì)鉁u輪發(fā)動機10可包括任意多個燃燒器25。燃燒氣體流35又被遞送到渦輪40。燃燒氣體流35驅(qū)動渦輪40以便產(chǎn)生機械功。在渦輪40中產(chǎn)生的機械功驅(qū)動壓縮機15和外部負(fù)載45，諸如發(fā)電機等。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機10可使用天然氣，各種類型的合成氣，和/或其它類型的燃料。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機10可為由美國紐約州斯克內(nèi)克塔迪的通用電氣公司(GeneralElectricCompany)提供的任意多種不同燃?xì)鉁u輪發(fā)動機中的任一種或類似物。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機10可具有其它構(gòu)造且可使用其它類型的部件。其它類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機也可用于本文中。多個燃?xì)鉁u輪發(fā)動機10，其它類型的渦輪和其它類型的發(fā)電設(shè)備可在本文中一起使用。在本文中也可使用其它類型的旋轉(zhuǎn)機器。從較高壓區(qū)域向較低壓區(qū)域進或出燃?xì)鉁u輪發(fā)動機10的氣體路徑的氣體泄漏是不合需要的。如上文所述的那樣，在壓縮機15和/或渦輪40中的氣體路徑泄漏可降低總?cè)細(xì)鉁u輪發(fā)動機10的效率且導(dǎo)致增加的燃料成本。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機10因此可包括設(shè)于壓縮機15和/或渦輪40中的密封系統(tǒng)50。密封系統(tǒng)50便于在其中的固定部件與旋轉(zhuǎn)部件之間的最小空隙。因此，可最小化穿過這些部件的流體泄漏以便提高總效率。圖2示出可如本文所述的旋轉(zhuǎn)機器100的一部分。在此實例中，旋轉(zhuǎn)機器100可包括類似于上文所述的壓縮機15的壓縮機110。一般而言，壓縮機110包括安置于定子外殼130內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子120。轉(zhuǎn)子120可聯(lián)接到輸入裝置軸桿(未圖示)或其它位置。同樣，定子外殼130可包括多個吸入端口和排放端口(未圖示)，其傳送流體到轉(zhuǎn)子120及其部件或其它位置和從那里傳送流體。在轉(zhuǎn)子120旋轉(zhuǎn)期間，進來的流體可通過吸入端口吸入且壓縮流體可通過排放端口排放。在本文中可使用其它構(gòu)造或其它部件。橢圓形密封系統(tǒng)140可定位于轉(zhuǎn)子120與定子外殼130之間。橢圓形密封系統(tǒng)140可被構(gòu)造成控制通過它的流體泄漏而不會損壞其部件。盡管在本文中在壓縮機110的情形下描述，但橢圓形密封系統(tǒng)140可用于任何類型的旋轉(zhuǎn)機器100，包括蒸汽渦輪、燃?xì)鉂欇喌?。橢圓形密封系統(tǒng)140可包括位于定子外殼130的槽160內(nèi)的可伸縮的(retractable)填密環(huán)150。填密環(huán)150可大體上為I形，但在本文中也可使用其它構(gòu)造。填密環(huán)150可包括朝向轉(zhuǎn)子120的可磨耗涂層170?？赡ズ耐繉?70可包括鈷、鎳、鉻、招、宇乙、六方氮化硼(hexagonalboronnitride)的合金和諸如聚酯、聚酰亞胺等的聚合物?；蛘?，可磨耗涂層170可包括鎳、鉻、鋁和粘土(膨潤土)。另外，可磨耗涂層170可包括鎳、石墨和不銹鋼。另外，可磨耗涂層170可包括鎳、鉻、鐵、鋁、硼和氮。另外，可磨耗涂層170也可包括非金屬材料(例如，由靜電粉末涂布工藝涂覆的聚四氟乙烯或者可由機械裝置附著的聚四氟乙烯填充的合成云母)?？赡ズ耐繉?70可使用任何所需大小、形狀和/或方位的任何所需材料。諸如彈簧190的多個偏壓構(gòu)件180可安置于填密環(huán)150與定子外殼130之間。偏壓構(gòu)件180可包括片簧，盤簧、螺旋彈簧、液壓彈簧、氣動彈簧、堆疊墊片和類似物。偏壓構(gòu)件180可被構(gòu)造成使得填密環(huán)150朝向轉(zhuǎn)子120偏壓。在此實例中，偏壓構(gòu)件180可定位于大約12點鐘位置和大約6點鐘位置。在本文中可使用其它位置。在本文中可使用任意5數(shù)量或任意類型的偏壓構(gòu)件180。在本文中可使用其它構(gòu)造或其它部件。轉(zhuǎn)子120也可包括朝向橢圓形密封系統(tǒng)140延伸的多個齒200。齒200可呈在轉(zhuǎn)子120上的多個槽220內(nèi)的多個“J”型條210的形式。J形條210可經(jīng)由多個線230或其它類型的連接機構(gòu)(connectionmeans)而在轉(zhuǎn)子槽220內(nèi)保持就位。J形條210可由不銹鋼或其它類型的基本上剛性的材料制成。一些或全部J形條210可與轉(zhuǎn)子120的可磨耗涂層170接觸。J形條210可與轉(zhuǎn)子120脫離以在經(jīng)由與可磨耗涂層170接觸而損害或磨損的情況下替換。在本文中可使用其它構(gòu)造或其它部件。圖3示出橢圓形密封系統(tǒng)140的軸向視圖。如圖所示，橢圓形密封系統(tǒng)140可具有大致橢圓形狀240。具體而言，具有可磨耗涂層170的填密環(huán)150可大致形成橢圓形狀240。通過使用用語“橢圓形”，本申請還包括各種類型的雙曲線體、拋物面(parabaloid)和其它類型的類似形狀。在本文中可使用其它構(gòu)造。橢圓形密封系統(tǒng)140被示定位于轉(zhuǎn)子120周圍。水平箭頭250示出密封件長軸，其基本上等于轉(zhuǎn)子120和延伸齒200或J形條210的外徑。在本文中可使用其它構(gòu)造。橢圓形密封系統(tǒng)140也可具有多個區(qū)段260。在此實例中，橢圓形密封系統(tǒng)140可具有僅兩個(2)區(qū)段260，即第一半件270和第二半件280。在本文中可使用任意數(shù)量的區(qū)段260。通過僅使用兩個(2)半件270，280，并不會通過橢圓形密封系統(tǒng)140引入額外端部間隙泄漏。同樣，在大約12點鐘位置(以豎直箭頭290示出)和大約6點鐘位置使用偏壓構(gòu)件180通常會迫使半件270、280朝向中心和轉(zhuǎn)子120以與之接觸。操作壓力也可提供額外密封力。橢圓形狀240的使用允許在橢圓形密封系統(tǒng)140的可磨耗涂層170與轉(zhuǎn)子120的J形條210之間的干涉接合300。具體而言，偏壓構(gòu)件180允許在大約6點鐘位置和大約12點鐘位置的更深的干涉接合300，同時提供在大約3點鐘位置與9點鐘位置的線線接合310。因此,密封系統(tǒng)140充當(dāng)具有改進徑向接合的輪眼密封件(wheeleyeseal)。同樣,給定使用最少量的區(qū)段260(即第一半件270和第二半件280)，并不會通過橢圓形密封系統(tǒng)140引入額外端部間隙泄漏。這種通過它減小的泄漏流動通過在本文中組合橢圓形狀240、偏壓構(gòu)件180和/或可磨耗涂層170而提高總壓縮機和旋轉(zhuǎn)機器效率。顯然，前文的描述僅關(guān)于所描述的本申請的某些實施例，且在不偏離由所附權(quán)利要求和其等效物所限定的本發(fā)明的總體精神和范圍的情況下可對本文做出許多變化和修改。權(quán)利要求1.一種用于旋轉(zhuǎn)機器(100)的轉(zhuǎn)子(120)和定子外殼(130)的橢圓形密封系統(tǒng)(140)，包括多個密封區(qū)段(260)；所述多個密封區(qū)段(260)中的每一個上包括可磨耗涂層(170)；上面帶有所述可磨耗涂層(170)的所述多個密封區(qū)段(260)包括基本上橢圓形狀(240);以及多個偏壓構(gòu)件(180)，其與所述多個密封區(qū)段(260)和所述定子外殼(130)聯(lián)系。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橢圓形密封系統(tǒng)(140)，其特征在于，所述多個密封區(qū)段(260)包括填密環(huán)(150)。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橢圓形密封系統(tǒng)(140)，其特征在于，所述多個密封區(qū)段(260)包括第一半件(270)和第二半件(280)。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橢圓形密封系統(tǒng)(140)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(120)上包括多個齒(200)，且所述多個齒(200)接合所述多個密封區(qū)段(260)的所述可磨耗涂層(170)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的橢圓形密封系統(tǒng)(140)，其特征在于，所述多個齒(200)包括多個J形條(210)，且所述多個J形條(210)接合所述多個密封區(qū)段(260)的所述可磨耗涂層(170)。6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橢圓形密封系統(tǒng)(140)，其特征在于，所述多個偏壓構(gòu)件(180)定位于大約12點鐘位置和大約6點鐘位置以將所述多個密封區(qū)段(260)朝向所述轉(zhuǎn)子(120)偏壓。7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橢圓形密封系統(tǒng)(140)，其特征在于，所述多個偏壓構(gòu)件(180)包括多個彈簧(190)以將所述多個密封區(qū)段(260)朝向所述轉(zhuǎn)子(120)偏壓。8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橢圓形密封系統(tǒng)(140)，其特征在于，上面帶有所述可磨耗涂層(170)的所述多個密封區(qū)段(260)包括在大約12點鐘位置與大約6點鐘位置的與所述轉(zhuǎn)子(120)的干涉接合(300)。9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橢圓形密封系統(tǒng)(140)，其特征在于，上面帶有所述可磨耗涂層(170)的所述多個密封區(qū)段(260)包括在大約3點鐘位置與大約9點鐘位置的與所述轉(zhuǎn)子(120)的線線接合(310)。10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橢圓形密封系統(tǒng)(140)，其特征在于，上面帶有所述可磨耗涂層(170)的所述多個密封區(qū)段(260)包括大約為所述轉(zhuǎn)子(120)和所述轉(zhuǎn)子上的多個齒(200)的外徑的密封長軸(250)。11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橢圓形密封系統(tǒng)(140)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機器(100)包括壓縮機(110)。全文摘要本申請?zhí)峁┮环N橢圓形密封系統(tǒng)(140)，其用于旋轉(zhuǎn)機器(100)的轉(zhuǎn)子(120)和定子外殼(130)。該橢圓形密封系統(tǒng)(140)可包括所述多個密封區(qū)段(260)，其上具有可磨耗涂層(170)。上面帶有可磨耗涂層(170)的密封區(qū)段(260)可具有基本上橢圓形狀(240)。多個偏壓構(gòu)件(180)可與密封區(qū)段(260)和定子外殼(130)聯(lián)系。文檔編號F16F15/16GK102588507SQ20121001188公開日2012年7月18日申請日期2012年1月6日優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日發(fā)明者B·W·布里森,F·加斯里普爾,F·薩里,R·M·拉斯特申請人:通用電氣公司