CN101148997B - 涡轮壳组件对准与密封系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本文揭示了一种涡轮壳组件(12)对准与密封系统(10)，一个第一壳组件(12)，它至少包含有一个第一壳段(14a-b)；一个第二壳组件(20)，它包含有从其上伸出的舌榫(18)；一个凹槽(16)，它由第一壳组件(12)限定，凹槽(16)在构型上与第二壳组件(20)伸出的所述舌榫(18)相匹配；至少一个可安置在凹槽(16)内的键结构(28)，至少一个键结构(28)可与至少一个第一壳段(14a-b)的至少一个表面(21)接触，并且至少部分与舌榫(18)形成密封；凹槽(16)的一个锥面(26)，它可与至少一部分键结构(28)接触。

Description

涡轮壳组件对准与密封系统及方法
技术领域
本发明基本上涉及涡轮壳组件对准与密封系统及方法，具体而言，涉及含有阴阳接头的涡轮壳组件的对准与密封系统及方法。
背景技术
在双壳型涡轮结构中，外壳与内壳的轴向对准基本上是由涡轮内壳与外壳上的阴阳件来完成。阴阳接头元件至少包括一个由内壳或外壳限定的凹槽(阴件)以及一个从内壳或外壳上伸出的舌榫(阳件)。涡轮内的压力与温度条件有时会导致舌榫件发生蠕变与变形。由于阴阳件通过金属对金属接触进行对准与密封，所以就必须将舌榫的蠕变与变形加工掉，以便与替代外壳凹槽形成适当的密封。尤其是要对舌榫件的一个或多个密封面进行加工以恢复相对涡轮中心线的垂直面，从而使元件间形成密封。对舌榫件的此种加工是在涡轮关停时进行的，从工具及劳动力方面来说，需要相当多的停机时间及费用。
发明内容
本文揭示了一种涡轮壳组件对准与密封系统，其中第一壳组件至少包含有一个第一壳段，第二壳组件包含有一个由其伸出的舌榫，一个由第一壳组件限定的凹槽，凹槽在构型上与第二壳组件上伸出的舌榫相配合，至少一个可安置在凹槽内的键结构，至少一个此种键结构与至少一个第一壳段的至少一个表面接触，并且至少与舌榫形成部分密封，凹槽的一个锥面与至少一部分键结构接触。
本文还揭示了一种涡轮壳组件对准与密封方法，该方法包括：在第一壳组件凹槽内安置一个键结构，在凹槽内安置第二壳组件的舌榫，通过凹槽内所述舌榫将第一壳组件与第二壳组件装配起来，将至少一部分键结构移向凹槽的锥面，通过至少一部分键结构与凹槽锥面的接触而引导至少一部分键结构与舌榫相接触，通过运动与引导在至少一部分键结构与舌榫间建立外压密封。
附图说明
从以下示例的详细描述，并结合附图就可更加充分地理解本发明的上述及其它特征与优势，其中在若干视图中相同零部件用相同的数字来表示。
图1为涡轮壳组件对准与密封系统的示意截面图；
图1A为图1中区域1的放大图；
图2为涡轮壳组件对准与密封系统中轴向舌榫与凹槽接头的平面示意图；
图3为涡轮壳组件对准与密封系统内轴向舌榫与凹槽接头的局部剖视图；
图4为包含有一个挠曲键62的涡轮壳组件对准与密封系统内轴向舌榫与凹槽接头的截面图；
图5为描述涡轮壳组件对准与密封方法的方框图。
具体实施方式
图1-3示意了涡轮壳组件对准与密封系统10。系统10无需对外壳组件阳件部分进行加工，就可使新的或替代的壳组件与现有的壳组件对准并形成密封(当然两个部分都可以是新的，比如在带设计与悬挂设计中)。因此，在对外壳进行改型时(为与新内壳连接)，就可避免由于对现有壳组件阳件的蠕变与变形进行加工而引起的停工以及劳动力/工具损失。系统10包含有一个360度第一壳组件12(图示了其一部分)，第一壳组件12包括至少一个第一壳段14a-b并限定了凹槽16。第一壳段14a-b结合形成一个环形组件，限定的凹槽16(由各段部分限定)呈360度环绕第一壳组件12，凹槽16在构型上与360度第二壳组件20上伸出的舌榫18相匹配，它至少包含有两个结合形成组件20的第二壳段(无图)。舌榫18包含有一个密封面21。凹槽16还包含有一个结合面24、一个锥面26以及至少一个对准槽22。在一种示例中，锥面26从结合面24处朝向舌榫18的密封面21倾斜，如图1所示。对准槽22、结合面24及锥面26的各自功用将在本文中得以进一步详细阐述。第一壳组件12与第二壳组件20及其各自特性与元件运用于双壳型涡轮结构中(没有全部显示)。应当明白，第一壳组件12可以是包含有内壳段(与壳段14a-b相关)的内壳组件，第二壳组件20可以是外壳组件。还应当明白，第一壳组件12也可以是包含有外壳段(与壳段14a-b相关)的外壳组件，第二壳组件20可以是内壳组件。但是，在图中，第一壳组件12被标示为内壳组件，而第二壳组件20被标示为外壳组件，此后将内壳组件与内壳段称为内壳组件12及内壳段14a-b，而将外壳组件称为外壳组件20。
系统10至少还包含有一个键结构28。如将在说明中进一步描述的那样，键结构28及其与凹槽16表面(尤其是锥面26)共同作用方式是在内壳组件12与外壳组件20件间形成密封的一个关键元件。键结构28可安置在舌榫18密封面21与对准槽22、结合面24、锥面26其中之一(取决于涉及的键结构28那部分)之间的凹槽16内。在一种示例中，由各壳段14a-b限定的凹槽16将包含有键结构28。
键结构28包含一个对准段30和一个密封段32。对准段30安置于凹槽16的对准槽22内，它有助于键结构28对准，如将要阐述的那样。在一种示例中，密封段32包含有一个锥部33，锥部33与凹槽16的锥面26相配合。所指密封段32具有两部分；密封部分32a与结合部分32b。密封部分32a可绕整个凹槽16延伸360度，并可包含一个密封装置34，比如置于绳槽36(绳槽36由密封段32限定)内的柔索、C形密封、M形密封或径向齿构型。结合部分32b(也可也可不呈360度环绕凹槽16)在凹槽16的结合面24处将键结构28与内壳段14a-b结合起来。在一种示例中，结合部分32b限定了至少一个轴向槽38，结合面24限定了至少一个螺纹孔40，其中至少有一个螺纹件42旋入轴向槽38与螺纹孔40中以便将键结构28与内壳段14a或14b结合起来。应当明白，轴向槽38允许键结构38相对螺纹件42作轴向运动，它将与结合面40固定联结。此种运动是由螺纹件与轴向槽38间的间隙44a-b来实现的，如图2所示。
在一种示例中，系统10还可包含有至少一个致动器46。致动器46安置在凹槽16内，它可以是能够将键结构28密封段32推向锥面26的任何装置。举例来说，致动器46可以是安置在密封段32与凹槽16壁48之间的一个压缩弹簧。
下面结合上述系统10的各种元件来讨论系统10的对准与密封方式。对于对准来说，内壳组件12是通过360度舌榫18与凹槽16接头而与外壳组件20轴向对准的。此种接头要求内壳段14a-b与外壳段(涡轮外壳组件20由其组成)金属对金属接触并保持内壳组件12的正确轴向位置。在一种示例中，凹槽16将包含一个足够容纳舌榫18侧壁72a-b变形的宽度70。还可在凹槽16的对准槽22内安置对准段30来使键结构28与内壳段14a-b对准(在一种示例中，每个内壳段对应一个键结构28)。在一种示例中，对准槽22安置在各个内壳段14a或14b的相对中心处，在特定内壳段14a或14b对准槽22的各个相对侧面处，螺纹件42将密封段32(尤其是结合部分32b)与结合面24连接起来。
在不包括系统10元件的系统中，舌榫18与凹槽16接头主要用于形成将高压排放区50与再热区52隔开的压力密封。当此种接头部分用于系统10产生的压力密封时，键结构28会增加密封的有效性，并且在改型时不必对舌榫18的侧壁表面72a-b进行现场加工。
关于在系统10内形成密封，键结构28相对内壳组件12及外壳组件20各段都形成压力密封。对于内壳组件12来说，可在凹槽16锥面26与密封段32锥部33的接触处形成内压密封54。依靠转动与锥面26大致相同的角度，锥部33与锥面26对准。由于压缩流体流入并形成高压排放区50，以及/或致动器46的作用力，锥部33就被迫与锥面26相接触。在一种示例中，此种接触形成内压密封54。此外，来自致动器46的压降及/或力使得密封段32(与键结构28支架一起)沿锥面26朝着与舌榫18密封面21接触的方向运动或滑动。由于在接触处锥面26及锥部33的角度引导，再加上作用力，从而接生成了朝向密封面21的此种合成运动。
虽然在示例中包含有键结构28锥部，但应当明白的是，可使键结构28的任何部分与锥面26接触、对准并/或形成密封。键结构28的此处任选部分可以不必如锥部33般倾斜，而是通过其它任意结合方式与锥面26对准/配合，比如通过槽榫接头，其中键结构包含有舌榫，而锥面26包含有凹槽。此外，虽然在示例中还包含有形成内压密封54的键结构28，但键结构28(锥部33或其它)也可仅仅是与锥面26结合作为一种导引，而不形成内压密封54。
对于与外壳组件20形成密封来说，键结构28朝向舌榫18密封面21运动，直到密封部分32的密封装置34与密封面21接触，并形成外压密封56。这就是上述相对外壳组件20形成的压力密封。一旦通过初始压降(再热区52与高压排放区50之间)及/或致动器46形成外压密封56，就会在高压排放区50与再热区52之间建立起压差，进一步加强了密封56。由于有了系统10形成的外压密封56，从而在对新内壳段凹槽16进行改型时，就不必对舌榫18密封面21的蠕变与变形(随着时间及使用由高温及压力条件而产生)进行现场加工。不必对侧壁表面72a-b加工出包含(或恢复)与涡轮中心线垂直的表面就可取得此种外压密封56。这是因为密封装置34(如置于绳槽36内的柔索35或径向齿构型)被推动与密封面21接触并密封，而此种接触会形成密封。因此，就节省了改型时对舌榫18进行加工以及与此加工相关的费用。
现特别参照图2，在对头接90处，区段14a与14b通过连接舌榫91与连接槽92对准。应当明白的是，键结构28，尤其是密封部分32a的锥部33，穿过对头接90，使得在此区段内对准对头接区形成密封。
参照图4，它图示了含有挠性腔62及承压凸缘64的系统10的一种实施例。挠性腔62及承压凸缘64由键结构28的密封部分32限定。当形成内压密封54时，由于承压凸缘64能压入挠性腔62中，所以含有挠性腔62的密封部分32刚度会下降。由于施加于内壳组件12及外壳组件20的各壳段上的压力，所以此种“软”密封部分32会降低损伤的可能性。
参照图5，它图示了一种涡轮壳组件对准与密封方法100，它包括：在第一壳组件12凹槽16内安置一个键结构28，在凹槽16内安置第二壳组件20的一个舌榫18，如操作块102所示。凹槽16呈360度环绕第一壳组件12(其至少包含有一个第一壳段14a-b)，舌榫18安置于凹槽16内，并呈360度环绕环绕凹槽16。方法100还包括：通过在凹槽16内安置舌榫18，从而将第一壳组件12与第二壳组件20装配起来，如操作块104所示。还可通过把各个键结构28对准段30装入开槽16内的对准槽22，从而把键结构28与第一壳组件12连接并装配起来，通过把至少一个螺纹件42旋过至少一个轴向槽38并旋入至少一个由第一壳组件12限定的螺纹孔40，从而把至少一个键结构28旋接到第一壳组件12上。
另外，系统100还包括：将至少一部分键结构28移向凹槽16的锥面26，通过至少一部分键结构28与凹槽16锥面26的接触，从而引导至少一部分键结构28与所述舌榫18接触，如操作块106所示。在一种示例中，键结构28与锥面26接触的部分可以是锥部33，并且此种接触可以在锥部33与锥面26之间生成内压密封54。此外，方法100还包括：通过运动与引导，从而在至少一部分键结构28与舌榫18之间形成外压密封56，如操作块108所示。内压密封与外压密封54与56都可分别呈360度环绕凹槽16对第一可组件12与舌榫18形成密封。此外，通过致动器46或通过凹槽16的高压排放区50与再热区54之间的压差，从而内压密封与外压密封54与56可将键结构28推到一个形成内压密封与外压密封54与56的位置。
现已结合示例描述了本发明，但精通技术的人员应当明白，在不背离本发明范围的情况下可对其作各种改变，而且可对各种零部件作等价替代。此外，在不背离其范围的情况下，可作多种改进以便使特定情形或内容符合本发明教义。因此，重要的是，本发明并不受限于所揭示的作为实现本发明最佳模式的特定实施例，本发明还包括符合所属权利要求书范围的所有实施例。另外，除非具体说明词语第一、第二等的任何用处，否则并不意味着任何次序或重要性，而是用词语第一、第二来将各要素彼此区分开来。

Claims (20)

1.一种涡轮壳组件对准与密封系统，该系统包括：
第一壳组件，它至少包含有一个第一壳段；
第二壳组件，它包含有从其伸出的舌榫；
凹槽，它由所述第一壳组件限定，所述凹槽在构型上与所述第二壳组件伸出的所述舌榫相匹配；
可安置在所述凹槽内的至少一个键结构，所述至少一个键结构可与所述至少一个第一壳段的至少一个表面接触，并且至少部分与所述舌榫形成密封；
所述凹槽的一个锥面，它可与至少一部分所述至少一个键结构接触。
2.依据权利要求1所述系统，其中所述凹槽呈360度环绕所述第一壳组件，而且所述舌榫可呈360度环绕所述凹槽而装入所述凹槽中。
3.依据权利要求2所述系统，其中每个所述至少一个键结构包含有一个密封段和一个对准段，该密封段可呈360度环绕所述凹槽对所述舌榫的所述密封面形成密封，该对准段可安置在对准槽内，对准槽安置在所述凹槽内，并由各个所述至少一个所述第一壳段限定。
4.依据权利要求3所述系统，其中所述密封段包含有一个密封装置，所述密封装置使得所述密封段以及所述舌榫的所述密封面具有密封性。
5.依据权利要求4所述系统，其中所述密封装置是置于由所述密封段限定的绳槽内的柔索、C形密封件、M形密封件或径向齿构造中的至少一种。
6.依据权利要求3所述系统，其中所述密封段限定了至少一个轴向槽，所述第一壳段限定了至少一个螺纹孔，通过把至少一个螺纹件旋入所述至少一个轴向槽以及至少一个螺纹孔，从而将所述键结构与所述第一壳段连接起来。
7.依据权利要求6所述系统，其中所述至少一个轴向槽被构造成使所述键结构作轴向运动。
8.依据权利要求3所述系统，其中所述密封段包含有一个挠曲腔。
9.依据权利要求1所述系统，它还包含有一个致动器，该致动器安置于所述凹槽内并能够将至少一部分所述键结构推向所述锥面。
10.依据权利要求1所述系统，其中所述第一壳组件是包括至少一个内壳段的内壳组件，所述第二壳组件是外壳组件。
11.依据权利要求1所述系统，其中所述凹槽的所述锥面能对所述至少一个键结构的锥部形成密封。
12.依据权利要求1所述系统，其中所述第一壳组件是包括至少一个外壳段的外壳组件，所述第二壳组件是内壳组件。
13.一种涡轮壳组件对准与密封方法，方法包括：
在第一壳组件的凹槽内安置至少一个键结构；
在所述凹槽内安置一个第二壳组件的舌榫；
通过在所述凹槽内安置所述舌榫，从而将所述第一壳组件安装到所述第二壳组件上；
将至少一部分所述至少一个键结构移向所述凹槽的锥面；
通过至少一部分所述至少一个键结构与所述凹槽的所述锥面之间的接触，从而引导至少一部分所述至少一个键结构与所述舌榫相接触；
通过所述运动与所述引导，在至少一部分所述至少一个键结构与所述舌榫之间形成外压密封。
14.依据权利要求13所述方法，其中在所述凹槽内安置所述舌榫的步骤包括呈360度环绕所述凹槽将所述舌榫安置在所述凹槽中。
15.依据权利要求14所述方法，其中形成所述外压密封的步骤包括呈360度环绕所述凹槽在所述至少一个键结构与所述舌榫之间形成所述外压密封。
16.依据权利要求13所述方法，还包括在至少一部分所述至少一个键结构与所述凹槽的所述锥面之间形成内压密封。
17.依据权利要求16所述方法，其中在所述凹槽内安置所述舌榫的步骤包括呈360度环绕所述凹槽将所述舌榫安置在所述凹槽中，形成所述内压密封的步骤包括呈360度环绕所述凹槽在所述至少一个键结构与所述第一壳组件之间形成所述内压密封，形成所述外压密封的步骤包括呈360度环绕所述凹槽在所述至少一个键结构与所述舌榫之间形成所述外压密封。
18.依据权利要求16所述方法，其中所述运动还包括：通过致动器或所述凹槽的高压排放区与再热区间的压差之一，将至少一个键结构推到一个形成所述内压密封及所述外压密封的位置。
19.依据权利要求13所述方法，还包括通过至少一个螺纹件将所述至少一个键结构与所述第一壳组件连接。
20.依据权利要求13所述方法，其中形成所述外压密封的步骤包括使所述舌榫与所述键结构的密封装置接触。
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