CN101096998A - 可变间隙填塞环及其促动方法 - Google Patents

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Abstract

披露了可变间隙填塞环，填塞环包括多个逐一定位的弓形填塞环段(102a至102f)，由多个弓形填塞环(102a至102f)限定的多个偏置构件接口(121)，和与在多个弓形段(102a至102f)的一个上的多个接口(121)的一个和在多个弓形段(102a至102f)的邻近的一个上的多个接口(121)的一个相互作用的偏置构件(120a至120f)。

Description

可变间隙填塞环及其促动方法
技术领域
本披露一般地涉及在旋转机器中使用的填塞环，且更特定地涉及在例如蒸汽涡轮机的旋转机器中使用的可变间隙填塞环。
背景技术
在例如蒸汽涡轮机的旋转机器中，密封件提供在旋转部件和静止部件之间。例如，在蒸汽涡轮机中，习惯上使用多个弓形填塞环段(轴承迷宫特征部)以形成绕静止部件和旋转部件且在它们之间的迷宫密封件。典型地，弓形填塞环段布置在静止部件的环形凹槽内，绕机器的旋转轴线同心，且因此与旋转部件的密封表面同心。当例如蒸汽的工作介质通过在由密封面齿和相对的旋转部件表面所限定的迷宫内的相对地紧的间隙时，通过造成工作介质的紊流流动来实现密封功能。
为避免在例如起动和关闭的瞬态情况期间对转子和填塞环的损坏，已使用了可变间隙填塞环。可变间隙填塞环典型地使用了弹簧，弹簧在瞬态情况期间偏置了环段且将环段保持在大间隙位置。当布置在大间隙位置时，由填塞环承载的密封面大体上向旋转部件外间隔开，从而避免了在段和转子之间的接触。在机器起动时，在静止部件的凹槽内的工作流体介质(蒸汽)被加压。已加压的介质在凹槽内的存在导致了压力的建立。此压力的建立推动了段向内抵抗弹簧的偏置而移动向内或小间隙位置。当在凹槽内的压力克服了相对的弹簧偏置时，段的密封面造成了与转子的希望的迷宫密封。
用于将段偏置到大间隙位置内的弹簧典型地位于环形凹槽内，布置在填塞环段的钩部分和外壳的定位凸缘之间。布置在环形凹槽的此相对地小的区域内的弹簧可能难于安装，特别是在较小的涡轮机单元内时。另外，要求了相对于其他环部件的尺寸的大的钩部分。此小区域和大钩部分可能使得环-外壳组装困难。因此，希望的是将偏置弹簧布置在凹槽的更宽阔的区域内，从而允许了较不麻烦的钩部分和更容易的环-外壳组装。
发明内容
披露了可变间隙填塞环，填塞环包括多个逐一定位的弓形的填塞环段，由多个弓形填塞环段限定的多个偏置构件接口，和与在多个弓形段的一个上的多个接口的一个以及在多个弓形段的邻近的一个上的多个接口的一个相互作用的偏置构件。
也披露了用于促动可变间隙填塞环的方法，方法包括通过与多个弓形填塞环段的至少一个以及多个弓形填塞环段的邻近的一个相互作用的偏置构件将多个弓形填塞环段的至少一个偏置到间隙位置。
附图说明
本发明的前述的和其他的特征和优点将从如下的结合附图对例证性的实施例的详细描述中更完全地理解，其中在数个附图中相同的元件标以相同的数字：
图1是图示了现有技术的旋转机器的示意性部分截面视图；
图2是图示了可变间隙填塞环装置的示意性横向轴向截面视图；
图3是图2的可变间隙填塞环装置沿线3-3的打开位置的示意性径向截面视图；
图4是图2的可变间隙填塞环装置沿线3-3的关闭位置的示意性径向截面视图；
图5是图示了可变间隙填塞环装置的示意性横向轴向截面视图，图中示出了不接触外壳的偏置机构；和
图6是图示了用于促动可变间隙填塞环的方法的方框图。
具体实施方式
为清晰和观察，在图1中图示了一般地标识以10的旋转机器(例如蒸汽涡轮机)的部分，旋转机器具有至少部分地布置在外壳14内的旋转部件12，其中旋转部件12为旋转由未示出的常规装置支承在外壳14内。包括多个填塞环18、20和22的多极迷宫密封件16绕旋转部件12布置，分别分开了高压区域28和低压区域30。每个填塞环由弓形填塞环段32的环形阵列形成。每个填塞环段32具有带有突出的径向齿36的密封表面34，齿36用作对从高压区域28向低压区域30流动的蒸汽的部分屏障。
在上文中简要地提及的外壳14具有一般地燕尾形的环形凹槽42。环形凹槽42沿外壳14的径向最内部分定位，它由一对定位凸缘44限定，该对定位凸缘44轴向朝彼此延伸，从而限定了其间的狭缝46。每个段32的颈部部分48将定位钩40与密封表面34相互连接且延伸通过狭缝46。
将认识到的是，段32可以包括可变间隙填塞环段，其在大间隙位置和密封的小间隙位置之间可相对于旋转部件12移动。在典型的可变间隙填塞环内，偏置构件(未图示)，例如环，可以居于外壳14的定位凸缘44的至少一个和填塞环18、20和22的钩40之间。将偏置构件布置在这些部件之间可能是困难的，特别是在较小的涡轮机单元中，且要求过度地大且麻烦的钩40有效。
以下论述了可变间隙填塞环装置100，它允许离开以上所提及的在定位凸缘44和填塞环钩40之间的位置而布置偏置构件。参考图2、图3和图4，图中图示了可变间隙填塞环装置100且可变间隙填塞环装置100包括多个弓形填塞环段102a至102f和外壳104，它们每个在旋转机器中使用。段102a至102f逐一定位以形成环体105，使得每个段包括密封部分106、颈部部分108和外壳部分110。外壳部分110可布置在由外壳104限定的环形凹槽112内，外壳104包括第一定位凸缘114、第二定位凸缘116和偏置构件表面118。装置100另外包括至少一个偏置构件120a至120f，它们可以使多个填塞环段102a至102f的至少一个与外壳104的偏置构件表面118联合，如在图2中示出。
在典型的实施例中，每个填塞环段102a至102f的外壳部分110限定了至少一个偏置构件接口121，包括弹簧腔122a至122b和至少一个弹簧凸缘124a至124b。弹簧腔和弹簧凸缘组合以形成多个T形结构125，如在图2中示出。每个外壳部分110的弹簧腔122a至122b构造为可与偏置构件120a至120f的每个的第一环端部126和第二环端部128的任一个联合。偏置构件120a至120f的第一环端部126和第二环端部128可布置在弹簧腔122a至122b内以允许至少部分与弹簧凸缘124a至124b邻近。在图2中，此邻近示出在环端部126和128和弹簧凸缘124a至124b的腔表面130之间。
也如在图2中示出，连同使每段与外壳104的偏置构件表面118联合，偏置构件120a至120f也使邻近的填塞环段102a至102f相互联合。例如，偏置构件120a使填塞环段102a与填塞环段102b联合，同时也使两个填塞环段102a和102b与外壳104的偏置构件表面118在联合点132处联合。类似地，偏置构件120f使填塞环段102a与填塞环段102f联合，同时使两个填塞环段102a和102f与外壳104的偏置构件表面118在联合点132处联合。因此，填塞环段102a与它所邻近的每个段(102b和102f)联合，同时也与外壳104的偏置构件表面118通过至少一个偏置构件联合，在此情况中通过偏置构件120a和120f。应认识到的是，偏置构件120a至120f可以是任何类型的弹簧，例如张力弹簧(包括扭转弹簧或片弹簧)，该弹簧起作用以将填塞环结构102a至102f向外壳104的偏置构件表面118偏置(这将在下文中更详细描述)，且从旋转部件133偏置开。也应认识到的是，虽然图中示出了由六个填塞环段120a至120f构成了环体105，但环体105可以包括大于等于两个的任何个数的段。
特别地参考图3和图4，现在将论述设备100起作用的方式。在图3中，填塞环段102a示出为处于打开或间隙位置134，这在旋转机器处于瞬态情况时发生。段102a被通过偏置构件120a和120f“拉”到此位置134。虽然在图3和图4中仅示出了偏置构件120a，但偏置构件120f以及其他偏置构件120b至120e将与它们联合到的段102a至102f协同起作用，其方式与偏置构件120a与图3和图4中的段102a起作用的方式相同。
在典型的实施例中，偏置构件120a通过其与段102a的弹簧腔122b和弹簧凸缘124b的联合以及其与段102a的弹簧腔122a和弹簧凸缘124b的联合(与段102b的联合仅在图2中示出)而向外壳104的偏置构件表面118拉动段102a(且从旋转部件133拉离)。参考图2，偏置构件120a(以及剩下的偏置构件120b至120f)示出为带有端部126和128的张力片弹簧，张力片弹簧被迫使或“弯曲”离开在相对地向环体105的方向内平的静止位置。在“弯曲”位置(如在图2中示出)时，第一环端部126可以布置在段102a的弹簧腔122b(邻近弹簧凸缘124b)内，且第二弹簧端部128可以布置在段102b的弹簧腔122a(邻近弹簧凸缘124a)内。因为偏置构件/弹簧102a的端部126和128意图于向平的静止位置(相对地向偏置构件表面118)移动回，所以存在由第一环端部126和第二环端部128施加在相应的弹簧凸缘124b和124上的作为结果的力136。此作为结果的力136将段102a和102b(如参考图3中的102a示出)向外壳104的偏置构件表面118拉动，从而将段102a和102b的密封部分106拉离旋转部件133。段102a和102b在此方向被拉动直至段102a和102b(在图3中仅示出了102a)的密封部分106接触外壳104的定位凸缘114和116的相对的底表面138。因此，如在图3中示出，段102a可以在旋转机器的瞬态情况期间保持在打开位置134。应认识到的是，虽然仅102a在图3中示出，但在典型的实施例中，在旋转机器的瞬态情况期间每个段102a至102f将被保持在此打开位置134。
现在参考图4，在旋转机器的运行情况下，流体介质(例如蒸汽)进入环形凹槽112，从而造成了作用在段102a(以及其他段102b至102f)的外壳部分110上的蒸汽压力140，其中蒸汽压力140与由偏置构件102a所造成的作为结果的力136相对。蒸汽压力140克服了作为结果的力136，且“推动”段102a向旋转部件133，从而允许段102a的密封部分106与旋转部件密封，且将段102a(以及剩下的段102b至102f)定位到关闭位置142。当旋转机器的下一个瞬态情况发生时，蒸汽压力消散且偏置构件120a至120f再次将段102a至102f移动到打开位置134。
参考图5，应认识到的是，偏置构件120a至120f可以使邻近的填塞环段120a至120f相互联合而也不接触外壳104。如在此图中示出，偏置构件120a至120f可以将段102a至102f从旋转部件133(在图5中未示出)偏置开而不使得段102a至102f与外壳104联合。如上且在典型的实施例中，偏置构件120a至120f可以是从静止位置“弯曲”开的片弹簧。
参考图6，图示了用于促动可变间隙填塞环装置的方法200，方法200包括将通过至少一个偏置构件120a至120f将至少一个填塞环段120a至120f向外壳104的偏置构件表面118偏置到间隙位置134，如在操作方框202中示出，其中至少一个填塞环段102a至102f在旋转机器的瞬态情况期间可以保持在间隙位置134。偏置构件120a至120f可以通过至少一个填塞环段102a至102f的腔端部110和外壳104的偏置构件表面118之间的联合，和/或邻近的填塞环段102a至102f(在由段102a至102f形成的环体105内)的彼此联合来完成此偏置。
方法200也包括通过与多个弓形填塞环段102a至102f的至少一个和多个弓形填塞环段102a至102f的邻近的一个相互作用的偏置构件120a至120f而将多个弓形填塞环段102a至102f的至少一个偏置到间隙位置134，如在操作方框202中示出。应认识到的是，在旋转机器的瞬态情况期间偏置构件120a至120f可以将段102a至102f保持在间隙位置134。
虽然本发明已参考典型实施例描述，但本领域技术人员应理解的是可以进行多种变化且元件可以由其等价物替代而不偏离本发明的范围。另外，可以对本发明的教示进行许多修改以适应特定的情况或物质而不偏离本发明的范围。因此，重要的是本发明不限制于所披露的被认为是执行本发明的最佳模式的特定的实施例，而是本发明将包括所有落在附带的权利要求书的范围内的实施例。此外，除非特别地陈述，术语第一、第二等的任何使用不意味着任何次序或重要性，而是术语第一、第二等用于将元件相互区分。
零件列表
  10   旋转机器的部分
  12   旋转部件
  14   外壳
  16   多级迷宫密封件
  18，20，22   多个填塞环
  28   高压区域
  30   低压区域
  32   弓形填塞环段
  34   密封表面
  36   突出的径向齿
  40   定位钩
  42   环形凹槽
  44   定位凸缘
  46   狭缝
  48   颈部部分
  100   填塞环装置
  102a-f   多个填塞环段
  104   外壳
  105   环体
  106   密封部分
  108   颈部部分
  110   外壳部分
  112   环形凹槽
  114   第一定位凸缘
  116   第二定位凸缘
  118   偏置构件表面
  120a-f   偏置构件
  121   偏置构件接口
  122a-b   弹簧腔
  124a-b   弹簧凸缘
  125   T形结构
  126   第一环端部
  128   第二环端部
  130   腔表面
  132   联合点
  133   旋转部件
  134   打开或间隙位置
  136   作为结果的力
  138   相对底表面
  140   蒸汽压力
  142   关闭位置
  200   用于促动可变间隙填塞环装置的方法
  202   操作方框

Claims (7)

1.一种可变间隙填塞环，其包括：
多个逐一定位的弓形填塞环段(102a至102f)；
由所述的多个弓形填塞环段(102a至102f)限定的多个偏置构件接口(121)；以及
与在所述的多个弓形段(102a至102f)的一个上的所述的多个接口(121)的一个和在所述的多个弓形段(102a至102f)的邻近的一个上的所述的多个接口(121)的一个相互作用的偏置构件(120a)。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述的多个弓形环段(102a至102f)的每个限定了两个偏置构件接口(121)。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述的偏置构件(120a)是多个偏置构件(120a至120f)，所述的多个偏置构件的两个与所述的多个弓形填塞环段(102a至102f)的每个通过由所述的多个弓形填塞环段(102a至102f)的每个所限定的所述的两个偏置构件接口(121)相互作用。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述的多个弓形填塞环段(102a至102f)的每个通过所述的多个偏置构件(120a至120f)与每个邻近的弓形填塞环段(32)联合。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述的偏置构件(120a至120f)是张力弹簧。
6.一种用于促动可变间隙填塞环的方法(200)，该方法包括：
通过与多个弓形填塞环段(102a至102f)的至少一个和多个弓形填塞环段(102a至102f)的邻近的一个相互作用的偏置构件(120a至120f)将所述的多个弓形填塞环段(102a至102f)的所述的至少一个偏置到间隙位置(134)。
7.根据权利要求6所述的方法(200)，进一步包括在旋转机器的瞬态情况期间将所述的多个弓形填塞环段(102a至102f)的所述的至少一个保持在所述的间隙位置(134)。
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