CN101126329A

CN101126329A - 可变间隙的填密环

Info

Publication number: CN101126329A
Application number: CNA2007101416809A
Authority: CN
Inventors: R·J·谢弗雷特
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2008-02-20
Also published as: EP1890060A1; KR20080016484A; JP2008045550A; US20080042367A1

Abstract

披露一种用于在转动机器的固定部件(14)和涡轮轴(16)之间提供密封件的填密环部段(10)，包括布置在填密环部段(10)内的致动配置(23)；以及包括在致动配置(32)内的弹性梁式元件(34)，所述弹性梁式元件(34)将填密环部段(10)径向向外偏压离开涡轮轴(16)。

Description

可变间隙的填密环

技术领域

本发明总体涉及一种蒸汽涡轮，并且更特别是涉及一种蒸汽涡轮的转动和固定部件之间的密封件。

背景技术

在例如涡轮的转动机器中，密封件设置在转动和固定部件之间。例如，在蒸汽涡轮中，通常提供承载迷宫式密封结构的多个弧形填密环部段(有时称为密封环部段)，以便在转动机器的固定和转动部件之间形成密封件。通常，弧形填密环部段布置在与机器的转动轴线同心的固定部件的环形凹槽内，并且因此与转动部件的密封表面同心。每个弧形密封部段承载与转动部件的密封表面相对的弧形密封面。在迷宫式密封件中，密封面承载轴向隔开的齿的径向阵列，这些齿与形成转动部件的密封表面的轴向隔开环形齿的阵列径向隔开。在蒸汽通过由密封面的齿和转动部件的相对表面限定的迷宫内的相对紧密的间隙时，通过形成例如蒸汽的工作介质涡流来实现密封功能。

保持适当间隙而不在转动设备和固定部件之间实际接触的能力需要形成有效的密封件。如果部段的密封面和转动部件的相对密封表面之间的径向间隙变得过大，流动面积增加，产生较小涡流，并且不利于密封作用。相反，如果间隙过小，密封齿会接触转动元件，结果是齿失去其尖锐型面以及紧密间隙，并随后形成较少涡流，并且具有增加的流动面积，同样不利于密封作用。

为了在例如启动和关闭的瞬时情况下避免转子和填密环损坏，有时使用正压力、可变间隙填密环。在正压力、可变间隙填密环中，填密环部段通常是偏压到外部或大间隙位置的弹簧，造成由填密环承载的密封面与转动部件大致向外隔开。在启动之后，例如蒸汽的工作流体介质进入固定部件的凹槽，压迫部段以便向内抵抗弹簧的偏压朝着内部或小间隙位置运动。

这些弹簧位于由固定部件限定的环形凹槽内，并且相对于它们定位的环形凹槽设置尺寸。在大涡轮单元中，环形凹槽通常足够大，以便容纳具有能够经受来自于流体介质的入口的压力的弹性的大弹簧。另外，填密环通常足够大，使得弹簧固定在位于环形凹槽内的填密环的部分上。

但是，在通过用于例如沸腾器供应泵、反应器供应泵、用于压缩器的机械驱动器和泵以及某些发生器驱动单元的应用中的较小涡轮单元来操作时，在较小涡轮单元内存在的窄小宽度/直径的环形凹槽内安装所需弹簧变得困难和不实际。因此，在这些情况下，需要一种可变间隙填密环组件，该组件可以和具有过小宽度和直径以容纳传统弹簧的环形凹槽结合使用。

发明内容

所披露的是一种用于在转动机器的固定部件和涡轮轴之间提供密封件的填密环部段，包括布置在填密环部段内的致动配置以及包括在致动配置内的弹性梁式元件，弹性梁式(beam-type)元件将填密环部段径向向外偏压离开涡轮轴。还披露一种用于在转动机器的固定部件和涡轮轴之间提供密封件的方法，该方法包括经由填密环内部的内部弹性梁式元件将填密环部段内部偏压到间隙位置，将流体压力引导到填密环部段的径向向外布置表面上，该压力与填密环部段上的弹性梁式元件施加的力相反，并且经由来自于流体介质的压力将填密环部段重新定位到密封位置。

附图说明

参考其中相同元件在多个附图中类似编号的附图：

图1是示例性蒸汽涡轮的一部分的截面图；

图2是图1的标示2-2的周边部分的放大视图；

图3是沿着线3-3截取的图2的示例性可变间隙填密环部段的截面图；

图4是图2所示的周边部分的视图，但是在密封位置上；

图5是沿着线5-5截取的图2的周边部分的顶部平面；以及

图6是说明在转动机器的固定部件和涡轮轴之间提供密封件的方法的方框图。

部件列表

可变间隙填密环部段10、转动机器的截面11、环形环配置12、固定部件14、涡轮轴16、第一半件18、第二半件20、间隙位置21、径向向内布置表面22、密封位置23、径向向外布置表面24、中间部分25、环形凹槽26、密封面27、壳体凸缘28、部段凸缘30、致动配置32、弹性梁式元件34、连接部件36、阻止(impeding)部件38、阻止端部40、致动器端部42、部段空腔44、布置表面开口45、部分长度46、径向向外布置区域47、中间区域48、径向向内布置区域50、中间开52、相对侧54、接触端56、内部空腔凸脊58、大间隙60、小间隙62、径向伸出齿64、方法100、操作方框102、操作方框104、操作方框106。

具体实施方式

参考图1-5，说明可变间隙填密环部段10。为了清楚起见，图1表示包括多个填密环部段10(通过实例，表示为四个填密环部段10)的转动机器的截面11。填密环部段10具有环形配置12，并且各自用来在转动机器的固定部件14和涡轮轴16之间形成密封件。如图1所示，固定部件可以是包括第一半件18和第二半件20的隔膜。填密环部段10可以在最外部大间隙或开放位置21以及最内部小间隙或密封位置23之间运动，其中每个位置在下面更加详细描述。

每个环部段10(在图2-4中详细描述其一部分)包括经由中间部分25与径向向外布置的表面24相关的径向向内布置的表面22、用作部段10的密封面27的向内布置表面22。径向向外布置表面24布置在由固定部件14限定的环形凹槽26内。如图3清楚所示，固定部件包括至少一个壳体凸缘28，并且部段10包括至少一个部段凸缘30。

内部包括在部段10上的是至少一个致动配置32，其中示例性实施例包括两个配置32。致动配置32包括弹性梁式元件34、连接部件36和阻止部件38。这三种部件位于部段10内，并且在间隙位置21和密封位置23之间提供部段运动/偏压的装载。

致动配置32被形成或制成为使得连接部件36将弹性梁式元件34与阻止部件38牢固相关。连接部件36包括阻止端部40，在该端部处，连接部件36和阻止部件38牢固相关以便形成刚性“T”结构。连接部件36包括“T”的垂直部分，而阻止部件38包括“T”的水平部分，如图3所示，其中阻止结构38靠近包括在固定部件14内的至少一个凸缘28定位。

在与阻挡部件38连接的相对端处连接部件36也与大致垂直于连接部件36布置的弹性梁式元件34牢固相关。此端指的是连接部件36的致动器端42，并且它经由例如紧固、焊接或螺纹连接的任何所需方式牢固连接到弹性梁式元件34上。

环部段10限定使得致动配置32布置在部段10内部的部段空腔44。部段空腔44从由部段10的向外布置表面24限定的向外布置表面开口45开放，并且朝着内部布置表面22延伸部段10的部分长度46。部段空腔44包括径向向外布置区域47、中间区域48以及大致垂直于径向向外布置区域47和中间区域48布置的径向向内布置区域50。空腔44的径向向内布置区域50由部段10的中间部分25限定的中间开口52处开放，中间开口布置在部段10的相对侧54上。在示例性实施例中，配置32可从右到左插入部段空腔44，如图3所示，其中阻止端部40插入径向向外布置的区域47，连接部件36插入中间区域48，并且弹性梁式元件34插入径向向内布置区域50。

在部段空腔44内，弹性梁式元件34接合它所定位的部段10。在示例性实施例中，弹性梁式元件34包括在部段空腔44的向内布置区域50内在内部空腔凸脊58处接触部段10的接触端部56。

弹性梁式元件34可以是能够施加力的例如片簧、平簧或具有梁形状的任何平材料的细长偏压部件。弹性梁式元件34在离开涡轮轴16的部段10上施加径向向外力，并且在“T”结构(阻止部件38和连接部件结构36)上朝着涡轮轴16施加径向向内力。但是由于“T”结构的阻止部件38靠近固定部件14的至少一个凸缘28布置，“T”结构整体不朝着涡轮轴运动。“T”结构整体用作固定部件14的锚固件，使得由弹性梁式元件34施加在部件10上的径向向外力将部段10偏压到开放位置21(如图2和3所示)，这将在下面更加详细描述。

参考图2和3，部段10表示在开放位置21，在转动机器处于例如启动或关闭的瞬时状态时在涡轮轴16和部段的密封面27之间具有大间隙60。开放或间隙位置21经由弹性梁式元件34实现，经由施加在部段10的内部空腔凸脊58上的径向力，该元件将部段10压迫到间隙位置21。如上所述，此向外径向力将部段偏压离开涡轮轴16，并且将部段10保持在间隙位置21上长达转动机器的任何瞬时状态的持续时间。经由梁式元件34将部段10偏压到间隙位置21上，并且经由梁式元件将部段10保持在间隙位置21，“T”结构保持大致固定并靠近凸缘28。

也参考图4，填密环104从间隙位置21运动到密封位置23，其中密封位置23使得涡轮轴16和部段10的密封面27之间具有小间隙62。部段10运动到密封位置23，在涡轮轴16的操作过程中，例如蒸汽的流体介质经由多个通道(未示出)进入固定部件14的环形凹槽26。进入环形凹槽26的流体介质在部段10的向外布置表面24上形成压力，并且此压力抵抗梁式元件34的偏压向内偏压部段。梁式元件34构造成具有将被此压力偏压克服的强度，并且因此部段10朝着涡轮轴16运动，减小大间隙60，直到与涡轮轴16的密封经由多个径向伸出齿64最终形成为止。这种运动可以弯曲梁式元件34，如图4所示。

应该理解到部段10(或者多个部段10)可以构造成用于任何类型的转动和固定部件的配置，例如但不局限于蒸汽涡轮、气体涡轮、发生器或压缩器。

参考图6，表示用于在固定部件14和转动机器的涡轮轴16之间提供密封件的方法100，并且包括将填密环部段10经由部段10内部的弹性梁式元件34内部偏压到间隙位置21，如操作方框102所示。方法100还包括将流体压力引导到部段10的径向向外布置表面24，其中压力与弹性梁式元件34施加在部段10上的力相反，如操作方框104所示，并且经由流体压力将填密环部段10重新定位在密封位置23，如操作方框106所示。

应该理解到方法100还可包括在转动机器的瞬时状态下将填密环部段10保持在间隙位置21的弹性梁式元件34。填密环部段10可另外在转动机器的操作状态下重新定位在密封位置23。

虽然参考示例性实施例描述了本发明，本领域普通技术人员应该理解到可以进行多种改变，并且对于其元件可以用等同物代替，而不偏离本发明的范围。另外，可以进行许多变型以便将特定情况或物质适用于本发明的教导，而不偏离其范围。因此，重要的是本发明不局限于作为实施本发明的最佳模式披露的特定实施例，而是本发明将包括落入所述权利要求的范围内的所有实施例。此外，除非特别说明，第一、第二等术语的使用不表示任何顺序或重点，相反第一、第二等术语用来相互区分元件。

Claims

1.一种用于在转动机器的固定部件(14)和涡轮轴(16)之间提供密封件的填密环部段(10)，包括：

布置在填密环部段(10)内的致动配置(23)；以及

包括在所述致动配置(32)内的弹性梁式元件(34)，所述弹性梁式元件(34)将填密环部段(10)径向向外偏压离开涡轮轴(16)。

2.如权利要求1所述的填密环部段(10)，其特征在于，还包括限定在填密环部段(10)内的环空腔。

3.如权利要求2所述的填密环部段(10)，其特征在于，所述环空腔包括径向向内布置的区域(50)、中间区域(48)和径向向外布置的区域(47)。

4.如权利要求1所述的填密环部段(10)，其特征在于，所述致动配置(32)是经由连接部分与所述弹性梁式元件(34)相关的停止部分。

5.如权利要求2所述的填密环部段(10)，其特征在于，所述致动配置(32)布置在所述环空腔内。

6.如权利要求1所述的填密环部段(10)，其特征在于，所述弹性梁式元件(34)是片簧。

7.如权利要求1所述的填密环部段(10)，其特征在于，所述弹性梁式元件(34)是平簧。

8.如权利要求1所述的填密环部段(10)，其特征在于，填密环部段(10)的径向向内布置表面(22)是填密环部段(10)的密封面(27)。

9.如权利要求8所述的填密环部段(10)，其特征在于，所述密封面(27)还包括多个径向伸出的齿(64)。

10.如权利要求3所述的填密环部段(10)，其特征在于，所述部段空腔(44)包括由填密环部段(10)的径向向外布置表面(24)限定并朝着填密环部段(10)的径向向内布置表面(50)延伸填密环部段(10)的部分长度的向外布置的表面开口。