CN100335750C - 用于涡轮机环形密封圈组件的密封弧块以及该密封圈组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于涡轮机的高温气体通道中的环形密封圈组件114的密封弧块118，包括：安装有多个轴向间隔开的密封齿122的密封面120；位于密封面的径向外部的边缘向内弯曲的中心部分124；位于中心部分的径向外部的安装部分127。至少一个蒸气输送孔142从弧块的径向上的最外侧的面138上成角度地延伸到沿中心部分124的一侧上的位置处，使得在使用中，输送孔142的至少一部分暴露在用于使气体通过输送孔流到弧块后的凹腔130中的气体通道内的气体中。

Description

用于涡轮机环形密封圈组件的密封弧块以及该密封圈组件
技术领域
本发明涉及用于回转式机械装置如蒸气轮机和燃气轮机中的可伸缩密封部件。
背景技术
用于发电和机械驱动应用的回转式机械装置如蒸气轮机和燃气轮机通常为具有多个涡轮机级的大型机械装置。在这种机械装置中，流经涡轮机级的高压流体必须经过一系列的固定和旋转部件。采用安装于固定部件上的环形分段密封件来控制沿固定和旋转部件之间的路径上的流体泄漏。涡轮机的效率直接取决于分段密封件(也称为密封弧块)防止泄漏如转子和定子之间的泄漏的能力。在某些设计中，例如在起动和停机的过程中，采用弹簧来将密封弧块保持在转子的径向外部。在转子已经达到一定速度后，在密封弧块和位于密封弧块之后的转子外壳中的凹腔之间供应流体压力，使得密封弧块径向朝内移动，从而得到其与转子之间的较小间隙。
在此代表性实施例中，环形密封圈部件或密封弧块通过燕尾型结构固定在固定的喷嘴隔板上，此喷嘴隔板轴向地位于与涡轮机转子一起旋转的叶轮上的相邻动叶行之间。在装置起动和停机的过程中，位于可伸缩的密封弧块和固定隔板之间的一个或多个压缩弹簧在弧块上产生作用力，使得密封弧块和转子之间的径向间隙增加。当在起动和停机之间产生了足够的压力降时，压力超过了弹簧的阻力，从而减小了径向间隙。这个压力是通过经密封弧块中的蒸气输送孔引入蒸气而产生的。这些孔通常是在密封弧块上钻出的，并且在弧块的高压侧打开，从而允许蒸气压力进入到弧块后面的凹腔中。传统上说，这些输送孔在蒸气流动侧上轴向地钻出以及在各密封弧块的背面上径向地钻出，这些孔在弧块内部相交，从而形成了一个90度的L形通孔。然而，这种设置需要多道制造工序，并且通道中的尖锐拐弯处成为固定颗粒侵蚀和/或聚积的位置。后者将随着时间的过去而妨碍涡轮机的性能。
发明内容
本发明涉及一种用于可伸缩的正压力密封弧块中的蒸气输送孔的新型设置。在这种设计中，在各密封弧块的通道中设有一个或多个孔(根据需要而定)，其具有相对于密封件主体形成一定角度的中心线。通过钻出单个的、成角度的蒸气供给通孔，可以消除L形孔的多道工序的加工工艺，缩短制造时间并减少固体颗粒的聚积。与传统的蒸气输送孔的设计相比，这种新型的输送孔设计还能使密封弧块更坚固。
因此，在一个方面，本发明涉及一种用于在涡轮机的高温气体通道中使用的环形密封圈组件的密封弧块，所述弧块包括：径向内部密封部分，该密封部分包括安装有多个轴向间隔开的密封齿的密封面；位于所述密封面的径向外部的颈缩式中心部分；位于所述中心部分的径向外部的安装部分，所述安装部分具有径向上的最外侧的面；以及至少一个蒸气输送孔，其在所述径向上的最外侧的面上的第一位置和沿所述颈缩式中心部分的一侧上的第二位置之间成角度地延伸，使得在使用中，所述输送孔的至少一部分暴露在用于使气体通过所述输送孔流到所述弧块后的凹腔区域中的气体通道内的气体中。
在另一方面，本发明涉及一种用于涡轮机喷嘴隔板的环形密封圈组件，其包括多个适于安装在隔板的燕尾槽中的部分环形的密封弧块，并带有径向地位于弧块背面和隔板之间的凹腔，各弧块包括：安装有多个轴向间隔开的密封齿的密封面；位于所述密封面的径向外部的中心部分；和位于所述中心部分的径向外部的安装部分，所述安装部分包括一对侧向延伸的凸缘，其适于安装在所述喷嘴隔板中的一对燕尾钩的径向后方；具有径向上的最外侧的面；以及至少一个蒸气输送孔，其在所述径向上的最外侧的面上的第一位置和沿所述中心部分的一侧上的第二位置之间成角度地延伸，使得在使用中，所述输送孔的至少一部分暴露在用于使气体通过所述输送孔流到所述密封弧块后的凹腔中的气体通道内的气体中，从而使所述密封弧块沿径向朝内的方向移动。
附图说明
图1是包括已知的蒸气输送孔结构的传统密封弧块的示意性图示；和
图2是与图1类似的但具有根据本发明的新型蒸气输送孔结构的示意性图示。
在图中各标号的含义如下：10转子轴；12隔板；14环形密封圈；16箭头；18弧形密封圈或密封弧块；20密封面；22密封齿；24颈缩式中心部分；26径向上靠内的密封部分；27径向上靠外的安装部分；28燕尾凸缘；30凹腔；32燕尾钩；34弹簧；36径向孔；38径向的外表面或背面；40轴向钻出的孔；112隔板；114环形密封圈；116箭头；118密封弧块；120密封面；122密封齿；124颈缩式部分；126径向上靠内的密封部分；127径向上靠外的安装部分；128燕尾凸缘；130凹腔；132燕尾钩；134弹簧；138背面；142通孔。
具体实施方式
首先参考图1，图中显示了回转式机械装置如蒸气轮机或燃气轮机的一部分。机械装置包括位于涡轮机隔板12中的转子轴10，所述轴10由轴承以传统方式支撑于涡轮机壳体内。在涡轮机壳体的固定隔板部件中设置了环形密封圈14，其轴向地位于相邻的涡轮机叶轮(未示出)之间，并在密封圈的轴向相对侧上将高压区和低压区隔开。如图1所示，高压区在右侧，而低压区在左侧，蒸气或气体如箭头16所示地在高温气体通道中流动。密封圈14由多个弧形的密封圈或密封弧块18形成，其具有密封面20和多个径向突出且轴向间隔开的迷宫式密封齿，其由标号22且用虚线表示。通常来说，这种类型的密封弧块通过对从高压区到低压区的流体流动设置相对较大数量的障碍如齿来起作用，各障碍或齿迫使流体沿着曲折的通道流动，因此产生了压力降。密封圈上的总压力降定义为在密封圈的轴向相对侧上的高压区和低压区之间的压力差。
通常来说，密封弧块18具有颈缩式中心部分24，其位于径向靠内的密封部分26和包括了燕尾凸缘28的径向靠外的安装部分27之间。凹腔30由位于颈缩式部分24内的朝内的钩32部分地形成，限制了弧块通过与凸缘28的交互作用的向内运动，从而将弧块18固定在隔板12上，然而允许如上所述的径向向内和向外的运动。
通常来说，例如在起动和停机的过程中，采用弹簧34来将弧块18保持在转子的径向外部上。然而当转子已经达到操作速度时，供应在密封圈弧块和转子外壳中的凹腔30之间的流体压力克服弹簧作用力，使得密封弧块18径向向内地移动，从而得到其与转子10之间的较小间隙。
传统设计要求在各弧块中钻出两个输送孔。具体地说，从密封弧块的径向外表面或背面38上钻出一个径向孔36，其径向向内地钻到与沿弧块侧面打开、即对从右到左的高压蒸气流打开的轴向钻出的孔40相交的位置。两个孔36和40在弧块内部以90度角相交，从而形成了L形通孔。
-再来看图2，图中显示了具有根据本发明的新型蒸气输送孔设计的密封弧块118。为方便起见，采用相似的标号来表示相应的部件，但在前面加上前缀“1”。这里，密封圈弧块118包括单个孔142，其沿预定角度以连续的方式从弧块的背面138钻到弧块118的高压蒸气侧。孔142沿着符合弧块所需的强度性能的角度钻出，其直径由蒸气体积的要求来决定。如所示，孔142在颈缩式部分124上钻出，保证了孔的出口会暴露在高压蒸气流中。中心线的角度、孔的大小和孔的数目可为客户的个别要求而专门地设定。孔的加工方法包括单一钻孔工艺，但如果需要的话也可以包括单独的铰孔工序。
通过钻出单个的成角度的蒸气供给通孔142，可以省去前述的、效率不高的L形孔的多工序制造工艺。
虽然本发明是通过目前被认为最实用且最优选的实施例来进行介绍的，但是可以理解，本发明并不限于所公开的实施例，相反，本发明力图覆盖包括在所附权利要求的精神实质和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (7)

1.一种用于涡轮机的高温气体通道中的环形密封圈组件的密封弧块，所述密封弧块包括：径向内部密封部分，该密封部分包括安装有多个轴向间隔开的密封齿的密封面；位于所述密封面的径向外部的颈缩式中心部分；位于所述中心部分的径向外部的安装部分，所述安装部分具有径向上的最外侧的面；以及至少一个蒸气输送孔，其在所述径向上的最外侧的面上的第一位置和沿所述颈缩式中心部分的一侧上的第二位置之间成角度地延伸，使得在使用中，所述输送孔的至少一部分暴露在用于使气体通过所述输送孔流到所述弧块后的凹腔区域中的气体通道内的气体中。
2.根据权利要求1所述的密封弧块，其特征在于，所述蒸气输送孔相对于所述弧块的径向中心线成锐角地延伸。
3.根据权利要求1所述的密封弧块，其特征在于，所述蒸气输送孔具有由蒸气的量所决定的直径。
4.根据权利要求1所述的密封弧块，其特征在于，所述安装部分包括一对侧向延伸的凸缘，其适于安装在喷嘴隔板中的一对燕尾钩的径向后方。
5.一种用于涡轮机的喷嘴隔板的环形密封圈组件，其包括多个适于安装在所述隔板的燕尾槽中的部分环形的密封弧块，并带有径向地位于所述弧块的背面和所述隔板之间的凹腔，各所述密封弧块包括：安装有多个轴向间隔开的密封齿的密封面；位于所述密封面的径向外部的中心部分；和位于所述中心部分的径向外部的安装部分，所述安装部分包括一对侧向延伸的凸缘，其适于安装在所述喷嘴隔板中的一对燕尾钩的径向后方；具有径向上的最外侧的面；以及至少一个蒸气输送孔，其在所述径向上的最外侧的面上的第一位置和沿所述中心部分的一侧上的第二位置之间成角度地延伸，使得在使用中，所述输送孔的至少一部分暴露在用于使气体通过所述输送孔流到所述密封弧块后的凹腔中的气体通道内的气体中，从而使所述密封弧块沿径向朝内的方向移动。
6.根据权利要求5所述的环形密封圈组件，其特征在于，所述蒸气输送孔相对于所述弧块的径向中心线成锐角地延伸。
7.根据权利要求5所述的环形密封圈组件，其特征在于，所述蒸气输送孔具有由蒸气的量所决定的直径。
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