CN102135019B - 用于迷宫式密封的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于迷宫式密封的密封环的方法和装置，具体而言，涉及一种用于涡轮机的密封组件，其可包括：联接到固定壳体(18)的内表面上的至少一个弧形板(44)；设置在转子(20)与板(44)的中间的周向分段式的密封环(46)；设置在环(46)与转子(20)的中间的多个弧形齿(54)，其中各齿的间隙从涡轮机的上游侧(34)到下游侧(36)逐渐减小；其中齿间隙的逐渐减小形成负反馈，使得随着末梢间隙减小，向外的径向力使得密封环(46)远离转子(20)移动，并且随着末梢间隙增大，向内的径向力使得密封环(46)朝转子(20)移动；以及设置在弧形板(44)与环(46)的中间并联接到这二者上的偏压部件(48)。

Description

用于迷宫式密封的方法和装置
技术领域
本文公开的主题涉及用于涡轮机中的密封件的领域。更特别地，本文公开的主题涉及一种应用在诸如涡轮或压缩机中的转子的旋转构件与诸如外壳或定子的固定构件的界面处的逐级间隙迷宫式密封件。
背景技术
用在燃气涡轮机、蒸汽涡轮机、飞行器发动机、压缩机和其它涡轮机系统中的迷宫式密封件容易过度泄漏，因为转子间隙可能构造成足够大以帮助防止转子靠在密封件上摩擦。如果转子的确接触了密封件(这称为转子摩擦)，则密封件可能被损坏而在此后形成更加大的间隙。具体而言，在可包括转子动态激励、转子和定子的相对热扭曲或转子中心由于轴颈轴承中随着升高的速度形成液力润滑膜的偏移的许多转子瞬变现象期间在燃气涡轮机中可能发生转子摩擦。当燃气涡轮机通过临界速度时，例如在起动期间，可能发生偏离。燃气涡轮机内不同构件之间由热差可能造成扭曲。密封件与转子之间需要大间隙，因为迷宫式密封件可能由于其可刚性地联接到定子上而无法在转子瞬变现象期间调节其间隙。燃气涡轮机的旋转构件和固定构件之间的间隙可能既影响涡轮机的效率，又影响涡轮机的性能。在燃气涡轮机的设计中，构件之间的紧密公差可以导致更高的效率。其它涡轮机系统例如蒸汽涡轮机、飞行器发动机或压缩机中发生类似的转子瞬变现象，并且这些瞬变现象常会难以预测。
另外，迷宫式密封件可以配套借助弹簧将迷宫式密封件远离转子偏压至大间隙的可变间隙正压密封(VCPPP)环(packing ring)。这有助于防止起动转子瞬变现象期间的转子摩擦。当跨越密封件形成超过一定值的压差时，VCPPP环上的力使得其闭合至小的转子间隙。在VCPPP环设计中，存在蒸汽-密封件接合处，此处VCPPP环接触外壳或定子。在该接合处的摩擦可能引起VCPPP环的开启和闭合的滞后。如果在VCPPP环已闭合之后存在转子瞬变现象，则将存在转子摩擦以及对迷宫齿的损坏。
发明内容
下面概述了范围与原始要求保护的发明相称的特定实施例。这些实施例并非旨在限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例仅旨在提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包含与以下阐述的实施例相似或不同的各种形式。
在第一实施例中，涡轮机包括固定壳体和围绕轴线旋转的转子。用于该涡轮机的密封组件包括联接到固定壳体的内表面上并定位在径向平面中的至少一个弧形板。另外，该密封组件包括设置在转子与板的中间的周向分段式的密封环。密封环定位成在径向方向上沿着板移动。该密封组件还包括设置在密封环与转子的中间的多个弧形齿。各齿的间隙从涡轮机的上游侧到涡轮机的下游侧逐渐减小。齿间隙的逐渐减小形成由横跨密封组件的压差产生的静液力的负反馈，使得随着末梢间隙减小，向外的径向力使得密封环远离转子移动，而随着末梢间隙增大，向内的径向力使得密封环朝转子移动。最后，该密封组件还包括设置在弧形板与密封环中间并联接到二者上的偏压部件。
在第二实施例中，一种密封涡轮机的固定壳体与围绕该涡轮机的轴线转动的旋转元件之间的气体路径的方法包括将至少一个弧形板设置在固定壳体在径向平面中的内表面上。该方法还包括将周向分段式的密封环设置在弧形板附近。另外，该方法包括将多个弧形齿设置 在密封环与旋转元件中间。齿间隙从涡轮机的上游侧到涡轮机的下游侧逐渐减小。该方法还包括将偏压部件设置在密封环与固定壳体的中间。偏压部件联接到密封环和固定壳体上。
在第三实施例中，涡轮或压缩机包括围绕轴线旋转的转子、包围该转子的固定壳体以及设置在转子与固定壳体的中间的周向分段式密封组件。密封组件的每一段还包括联接到固定壳体的内表面上并定位在径向平面中的至少一个弧形板。该密封组件的每一段还包括设置在转子与板的中间的密封环的弧形段。密封环定位成在径向方向上沿着板移动。该弧形段不包括蒸汽-密封件接合处。该密封组件的每一段还包括设置在密封环与转子的中间的多个弧形齿。各齿的间隙从涡轮或压缩机的上游侧到涡轮或压缩机的下游侧逐渐减小。齿间隙的逐渐减小形成由跨越密封组件的压差产生的静液力的负反馈，使得随着末梢间隙减小，向外的径向力使得密封环远离转子移动，而随着末梢间隙增大，向内的径向力使得密封环朝转子移动。最后，该密封组件的每一段包括设置在弧形板与密封环的弧形段的中间的偏压部件。该偏压部件联接到弧形板和密封环上。
附图说明
当参照附图阅读以下详细说明时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，全部附图中相似的附图标记代表相似的零件，其中：
图1是按照本公开内容的一个实施例的涡轮机系统的截面图；
图2是如图1中所示具有根据本技术的一个实施例的密封组件的涡轮机系统的密封区域的透视图；
图3是根据本技术的一个实施例在密封环上带有齿的密封组件的截面图；
图4是根据本技术的一个实施例在密封环上带有齿并且在旋转元件上带有凸块的密封组件的截面图；
图5是根据本技术的一个实施例在旋转元件上带有齿的密封组件的截面图；
图6是根据本技术的一个实施例在密封环和多个板上带有齿的密封组件的截面图；
图7是根据本技术的一个实施例在密封环和旋转元件二者上均带有齿的密封组件的截面图；
图8是示出根据本技术的一个实施例作为最后齿间隙或末梢间隙的函数的密封环齿下的预期压力分布的曲线图；
图9是示出根据本技术的一个实施例作用在密封环上的闭合力和开启力的曲线图；
图10是示出根据本技术的一个实施例的平衡间隙的概念的曲线图；以及
图11是示出根据本技术的一个实施例平衡间隙如何取决于上游压力与下游压力的压力比的曲线图。
零部件列表
10 涡轮机系统
12 压缩机区段
14 燃烧器区段
16 涡轮区段
18 固定壳体
20 旋转元件
22 轴线
24 移动叶片
26 固定叶片
28 位于移动叶片与固定壳体之间的密封组件
30 位于旋转元件与固定叶片之间的密封组件
32 位于旋转元件与固定壳体之间的密封组件
34 上游侧
36 下游侧
40 轴向轴线
42 径向轴线
44 弧形板
46 弧形密封环
47 间隙
48 偏压部件
50 联接到密封环上的偏压部件的端部
52 联接到固定壳体或弧形板上的偏压部件的端部
54 弧形齿
60 密封环上带有齿的密封组件
66 上游挠性件
68 下游挠性件
70 上游侧齿
72 下游侧齿
74 前间隙
76 后间隙
78 空穴
79 空穴高度
80 弧形板与弧形密封环之间的泄漏路径
82 上游末梢间隙
83 间隙级数
84 下游末梢间隙
86 相邻齿之间的间距
87 旋转元件上的相邻齿之间的间距
88 迷宫式密封件的宽度
90 齿与旋转元件之间的泄漏路径
92  弧形密封环与弧形板之间的距离
94  弧形板的垂直部件的宽度
100 带有凸块的密封组件
102 凸块
110 旋转元件上带有齿的密封组件
112 可磨损的涂层
120 带有多个弧形板的密封组件
122 上游弧形板
124 下游弧形板
126 上游弧形板与弧形密封环的上游部分之间的间隙
128 弧形密封环的上游部分与中间弧形板之间的间隙
130 中间弧形板与弧形密封环的下游部分之间的间隙
132 弧形密封环的下游部分与下游弧形板之间的间隙
140 在弧形密封环和旋转元件上带有齿的密封组件
142 上游弧形密封环齿
144 下游弧形密封环齿
146 上游旋转元件齿
148 下游旋转元件齿
150 迷宫式密封件的宽度
160 作为最后齿间隙的函数的密封环下的压力分布的曲线图
162 齿的轴向位置(横坐标)
164 齿下方的压力(纵坐标)
166 当最后齿间隙为125微米时的情形
168 当最后齿间隙为380微米时的情形
169 当最后齿间隙为635微米时的情形
170 示出平衡间隙的曲线图
172 最后齿间隙(横坐标)
174 净径向力(纵坐标)
176 示出作为最后齿间隙的函数的净径向力的变化的曲线
178 平衡间隙
180 示出径向上的力平衡的曲线图
182 从上游侧到间隙起点的距离
184 间隙宽度
186  从间隙到下游侧的距离
188 相邻齿之间的间距
190 闭合力
192 开启力
194 高压
196 中压
198 低压
200 示出平衡间隙如何取决于压力比的曲线图
202 最后齿间隙(横坐标)
204 净径向力(纵坐标)
206 当上游压力高时的情形
208 当上游压力在中等水平时的情形
209 当上游压力低时的情形
具体实施方式
下面将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了致力于提供这些实施例的简要说明，说明书中可能未描述实际实施方式的所有特征。应当理解的是，在任何此类实际实施方式的研发过程中，如任何工程或设计项目中那样，必须做出许多实施方式特定的决定以实现开发者的具体目标，例如服从可能从一个实施方式到另一个实施方式而异的系统相关和商业相关的约束。此外，应当理解的是，此类开发努力会是复杂和耗时的，但对于受益于本公开内容的普通技术人员来说却是设计、制作和制造的日常工作。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，用词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在意味着存在一个或多个该元件。用词“包含”、“包括”和“具有”旨在为包括性的且意味着可能有所列元件之外的附加的元件。
图1是涡轮机系统10的一个实施例的截面图，该涡轮机系统可包括各种构件，为了简洁其中一些构件未示出。在所示的实施例中，燃气涡轮机系统10包括压缩机区段12、燃烧器区段14和涡轮区段16。涡轮区段16包括固定壳体18和围绕轴线22旋转的旋转元件20。移动叶片24附接到旋转元件20上并且固定叶片26附接到固定壳体18上。移动叶片24和固定叶片26在轴向方向上交替地布置。存在其中可以安装密封组件的若干位置，例如被遮蔽的移动叶片24与固定壳体18之间的位置28、旋转元件20与固定叶片26之间的位置30或旋转元件20与固定壳体18之间的端部填密密封位置32。
图2是图1的涡轮机系统10的密封组件32的一个实施例的透视图。空气、燃料或其它气体在上游侧34进入涡轮机系统10并在下游侧36离开该系统。在图示的实施例中，轴向由轴线42指示而径向由轴线42指示。弧形板44联接到面向旋转元件20的固定壳体18的弧形表面上。在某些实施例中，板44可以由钢或钢合金制成。此外，板的截面可如图2中所绘呈T形。板44可以刚性地附接到壳体18上。另外，板44可以作为完整的360度环、作为两个180度圆弧或作为一起形成完整的环的更小的圆弧设置。此外，在某些实施例中，板44可以由类似地构造的多个板组成。
弧形密封环46设置在板44与旋转元件20的中间。环46可由一起形成完整的环的多个节段组成。在某些实施例中，该环可以由钢或钢合金制成。此外，该环构造成与板44匹配，具有间隙47。偏压部件52设置在固定壳体18与密封环46的中间。偏压部件52用作支承挠性件并提供轴向40上的高硬度和径向42上的低硬度。高轴向硬度限制轴向上的明显运动。低径向硬度允许密封环46在径向方向上移动。另外，该偏压部件支撑密封环46的重量并防止它在无流动状态 下接触旋转元件20。在某些实施例中，偏压部件52可由多个挠性件组成。当其呈T形时各挠性件的一端50可以机械联接到密封环46上并且各挠性件的另一端52可以机械联接到固定壳体18或板44上。在某些实施例中，机械联接的实例可包括螺纹连接、焊接或用于机械地固定两个结构的其它适当的技术。在其它实施例中，挠性件端部50可以是密封环46的一体部分并被机械地固定到壳体18上。在再另一实施例中，挠性件端部52在其呈T形时可以是固定壳体18或板44的一体部分，并被机械地固定到密封环46上。在该实施例中，将各挠性件示出为具有大的宽度与厚度纵横比的悬臂。同样实现高轴向硬度和低径向硬度的其它挠性件设计是可能的。
密封环46还包括联接到面向旋转元件20的环的表面上的多个弧形齿54。设置在环46的每一段上的每个齿的节段一起形成围绕旋转元件20的完整的环。在某些实施例中，齿54可以由钢合金制成。此外，齿与旋转元件20之间的间隙从涡轮或压缩机的上游侧34到下游侧36逐渐变小。这可以通过从上游侧34到下游侧36逐渐增大齿高度来实现。间隙的该减小在性质上可以是线性、二次方、抛物线或随机的。另外，相邻齿之间的间距可以相同或不同，这在下文进行讨论。
图3是密封环46上带有齿的密封组件60的一个实施例的截面图。在图示的实施例中，密封环46通过两组挠性件(上游侧挠性件组66和下游侧挠性件组68)联接到板44上。上游挠性件组66和下游挠性件组68的径向顺应性示意性地示出为弹簧。在所示的特定实施例中，挠性件的上游布置和下游布置用于密封环46以与围绕板44的环的上游部分和下游部分对应。密封环46的上游部分与板44之间存在前间隙74，并且类似地，密封环的下游部分与板之间存在后间隙76。这些间隙对泄漏流提供了流动阻力，并且应当被最小化以减少泄漏流。在某些实施例中，前间隙74和后间隙76可以介于约50微米与250微米之间。挠性件的高轴向硬度在运行期间将前、后间隙维持在大致相同的值。密封环46与板44之间存在空穴78。空穴78的高度79设 计成允许足以避免在转子瞬变现象期间的转子摩擦的径向运动。气体通过泄漏路径80泄漏，该泄漏路径穿过前间隙74、空穴78和后间隙76而离开。因而，前间隙74和后间隙76构造成减小通过路径80泄漏的气体的量。此外，密封环46不包括蒸汽-密封件接合处以消除摩擦，这允许密封环响应于下述负反馈力而径向地移动。
密封环46还包括设置在面向旋转元件20的表面上的多个弧形齿，包括上游侧齿70和下游侧齿72。将下游齿72的末梢与旋转元件20之间的距离定义为下游末梢间隙84。在某些实施例中，运行中的下游末梢间隙84可以介于约125微米与380微米之间。将上游齿70的末梢与旋转元件20之间的距离定义为上游末梢间隙82。将上游末梢间隙82与下游末梢间隙84之间的差异定义为间隙级数(progression)83，该间隙级数在某些实施例中可以介于约400微米与1400微米之间。上游末梢间隙82大于下游末梢间隙84。此外，各齿的间隙从上游侧34到下游侧36逐渐减小。齿间隙的该级数产生下文讨论的负反馈作用力，其作用在密封环46上。转向图4，该图为带有凸块102的密封组件100的一个备选实施例的截面图，其也示出齿间隙从上游侧34到下游侧36逐渐减小。此类“高-低”特征对于形成用于泄漏流的更曲折的路径会是有用的。如图3和图4所示，相邻齿之间的间距86可以是均匀的或不均匀的。例如，在一个实施例中，间距86可以从上游侧34到下游侧36增大。此外，迷宫式密封件88的宽度取决于跨越它的压差。最后，气体通过各齿的末梢与旋转元件20之间存在的泄漏路径90泄漏并最终通过下游末梢间隙84泄漏。因而，下游末梢间隙84构造成减小通过路径90泄漏的气体的量。
图3和图4中示出的其它尺寸包括密封环46与板44之间的距离92。距离92的最小值应当允许预期的径向瞬变现象。距离92的最大值由组装限制决定。宽度94取决于跨越密封件的压差，因为板44由于该压差而不会显著偏斜。
图5是旋转元件20上带有齿的密封组件110的一个备选实施例 的截面图。在所示的实施例中，齿的所有方面，包括高度、间距和构造，可以与设置在图3中的密封环上的齿相同。除了不是具有设置在面向旋转元件20的表面上的齿而是在环上设置可磨损的涂层112之外，密封环46与图3中的环相同。在某些实施例中，可磨损的涂层112可包括镍、铬、铝、六方氮化硼、铁或其组合。也可以使用其它可磨损的材料。可磨损涂层112的组成为使得如果任何齿的末梢与涂层形成接触，则涂层将优先磨损掉而不损坏齿。在所示的特定实施例中，下游末梢间隙84和上游末梢间隙82分别代表密封环的可磨损的涂层112与下游齿72末梢以及上游齿70末梢之间的距离。与图3中示出的那些元件相同的图5中示出的其它元件上面已经进行了讨论。
图6是带有多个板的密封组件120的一个备选实施例的截面图。在图示的实施例中，除中间板44以外，还有上游板122和下游板124。增加上游板和下游板形成了更曲折的泄漏路径80。具体而言，经过泄漏路径80的任何气体可以经过上游板122与密封环46的上游部分之间的#1间隙126、环的上游部分与中间板44之间的#2间隙128、板44与环的下游部分之间的#3间隙130以及环的下游部分与下游板124之间的#4间隙132。这些间隙对泄漏流提供了流动阻力，并且应当被最小化以减少泄漏流。这种路径80与图3和图5中所示的路径相比可以减小气体泄漏的量。与图3中示出的那些元件相同的图6中示出的其它元件上面已经进行了讨论。
图7是带有设置在密封环46和旋转元件20二者上的齿的密封组件140的一个备选实施例的截面图。在所示的实施例中，密封环46可以包括设置在面向旋转元件20的表面上的多个弧形齿，包括上游齿142和下游齿144。此外，旋转元件20可以包括设置在面向密封环46的表面上的多个弧形齿，包括上游齿146和下游齿148。密封环46上的相邻齿之间的间距86与旋转元件20上的相邻齿之间的间距87相比可以不同。与图3中所示的密封组件60一样，各齿之间的间距86和87可以是均匀的或不均匀的。迷宫式密封件150的宽度取决于 跨越它的压差并且可以由于更小的间隙而小于其它迷宫式密封件的宽度。使用互锁的齿会是有利的，因为泄漏路径90比仅带有一组齿的实施例更曲折，导致更少的泄漏。在某些实施例中，可以在密封环46上提供类似于图5中所示的可磨损的涂层。与图3中示出的那些元件相同的图7中示出的其它元件上面已经进行了讨论。
图8是显示作为最后齿间隙或末梢间隙的函数的密封环齿下的压力分布的模拟结果的曲线图。在该曲线图中，横坐标(x轴)162代表以厘米为单位的齿的轴向位置，而纵坐标(y轴)164代表以兆帕为单位的齿下的压力，上游压力为12.8MPa而下游压力为10.3MPa。将该曲线图上的曲线称为轴向压力曲线。示出了三种情形：第一情形166示出当最后齿间隙为125微米时的压力分布，第二情形168代表380微米的间隙，并且最后一种情形169示出间隙为635微米的结果。这三种情形在模拟中用于指示压力曲线(以及在密封环上引起的力)随着密封环向内或向外径向移动的变化。在每一种情形中，存在沿着轴向位于相同点处的五个齿，并且密封件的宽度相同。各齿之间的间距沿着横坐标162从左至右增大，使得间距不均匀。另外，对于各种情形齿间隙级数相同，即约760微米，并且级数线性地出现。换句话说，以情形166为例，间隙从上游齿到下游齿将为890微米、699微米、508微米、318微米和125微米。因此，对于情形168来说上游齿的间隙将是1140微米，而对于情形169来说将是1395微米。在所示的曲线图中，情形166的各相应齿下的压力高于情形168和169。因而，随着最后的齿下的间隙由于末梢间隙的改变而改变，压力曲线如图8中所示而改变。
图9是示出在对于密封环46的径向方向上的力平衡的曲线图；作用在密封环上的闭合力和开启力分别被指示为190和192。两个不同的力作用在密封环上。首先，流体动力是由于转子的旋转而在密封环上产生的提升力。其次，流体静力是由于跨越密封组件的压差或任何引起的泄漏流而形成在密封环上的力。流体动力与流体静力相比不 明显。所公开的实施例的负反馈配置成影响引起更强健设计的流体静力。回到图9，较长的箭头代表较大的压力。在一个实施例中，从上游侧34到板间隙的起点的距离182可以介于约2.5cm与5cm之间。类似地，从该间隙到下游侧36的距离186也可以介于约2.5cm与5cm之间。间隙184的宽度可以介于约1.2cm与4.0cm之间。距离182、184和186全部可以配置成改变闭合力190。各齿之间的间距188可以是均匀的或不均匀的。被示出为指向下并且作用在密封环的顶部上的箭头代表闭合力190。相对应地，指向上并且作用在密封环底部上的箭头代表开启力192。在所示的曲线图中，三种不同量的压力作为闭合力190施加。首先，与上游距离182对应，高压194施加在密封环的上游部分上。其次，与间隙距离184对应，中压196施加在密封环的间隙部分上。最后，与下游距离186对应，低压198施加在密封环的下游部分上。各区段中的压力以及因此闭合力不受密封环的径向移动影响，如通过具有相同高度的箭头所示。
来看开启力192，在上游侧194的压力等于高压闭合力并且在下游侧198的压力等于低压闭合力。开启力192作为齿间隙的减小的函数从上游侧到下游侧逐渐减小。图8中的压力曲线下的区域对应于密封环46上的开启力192。对于小的末梢间隙，与情形166中一样，压力曲线下的面积大于如情形169中对于大末梢间隙的压力曲线下的面积。因而，开启力对于小末梢间隙来说较大而对于大末梢间隙来说较小。大末梢间隙引起负的或向内的净径向力，而小末梢间隙引起正的或向外的净径向力。闭合力和开启力彼此相等的间隙代表平衡间隙。平衡间隙受多个变量影响，包括间隙级数曲线(例如线性、二次方、抛物线，等等)、齿之间的间距、密封环区段的宽度182、184和186、以及前间隙与后间隙的比率。可操纵这些变量以实现其中泄漏减少的理想平衡间隙。
图10是示出平衡间隙的概念的模拟结果的曲线图。在该曲线图中，横坐标172表示以微米为单位的最后齿间隙而纵坐标174表示以 牛顿为单位的净径向力。这里，正径向力与使得密封环开启的向外的径向力对应，而负径向力与使得密封环闭合的向内的径向力对应。曲线176显示作为最后齿间隙的函数的净径向力的变化。当净径向力为零使得密封环不移动时出现平衡间隙178。对于该模拟，平衡间隙178在约340微米处出现。下文参考图11讨论平衡间隙与压力比之间的关系。
图11是示出平衡间隙如何取决于上游压力和下游压力的压力比的模拟结果的曲线图。在该曲线图中，横坐标202表示以微米为单位的最后齿间隙并且纵坐标204表示以牛顿为单位的净径向力。示出了三种情形：第一情形206示出当上游压力高时的径向力，第二情形208表示当压力接近中间值时的径向力，并且最后一种情形209示出对于低压的结果。在全部三种情形中，上游压力与下游压力的比率相同；唯一的差别是各情形的压力差。因而，这三种情形的模拟结果证明，对于上游压力和下游压力的比率的特定值，不论压力的值如何，密封组件都将具有大致相同的平衡间隙的值。
因此，所提出的密封件的一个优点是，即使存在较大的转子瞬变现象，也维持了小的间隙，从而引起更少的泄漏和更高的效率。这是由于当间隙小时负反馈在密封环上引起径向向外的力，而当间隙大时引起径向向内的力。这证明了在前面的实施例中描述的逐级间隙密封组件所呈现的负反馈现象。此类负反馈无需在涡轮或压缩机的苛刻环境中可能失效或不可靠的任何附加的传感器或致动器而工作。随着压力条件改变，平衡间隙以减少涡轮或压缩机损坏和泄漏路径的可能性的方式调节。
此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方法。本发明可取得专利权的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例没有不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件， 或者它们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于涡轮机的密封组件，所述涡轮机包括固定壳体(18)和围绕轴线(22)旋转的转子(20)，所述密封组件包括：
联接到所述固定壳体(18)的内表面上并定位在径向平面中的至少一个弧形板(44)；
设置在所述转子(20)与所述至少一个弧形板(44)的中间的周向分段式的密封环(46)，其中所述密封环(46)定位成在径向方向(42)上沿着所述至少一个弧形板(44)移动；
设置在所述密封环(46)与所述转子(20)的中间的多个弧形齿(54)，其中每个齿到所述转子的对应表面之间的间隙从所述涡轮机的上游侧(34)到所述涡轮机的下游侧(36)逐渐减小，其中所述齿的所述间隙的所述逐渐减小形成由跨越所述密封组件的压差所产生的流体静力上的负反馈，使得随着末梢间隙减小，向外的径向力使得所述密封环(46)远离所述转子(20)移动，并且随着所述末梢间隙增大，向内的径向力使得所述密封环(46)朝所述转子(20)移动；以及
设置在所述弧形板(44)与所述密封环(46)的中间并且联接到二者上的偏压部件(48)。
2.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述偏压部件(48)充当支承件并限制所述密封环(46)在轴向方向(40)上的运动且允许所述密封环(46)在所述径向方向(42)上的运动。
3.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，流体静力上的所述负反馈维持所述多个弧形齿(54)与所述转子(20)之间的平衡间隙，使得防止所述多个弧形齿(54)在转子瞬变现象期间接触所述转子(20)。
4.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述多个弧形齿(54)联接到所述密封环(46)上。
5.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，多个弧形齿(54)联接到所述转子(20)上。
6.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，
所述多个弧形齿联接到所述密封环(46)上；
多个弧形齿联接到所述转子(20)上；并且
联接到所述密封环上的所述多个弧形齿和联接到所述转子上的所述多个弧形齿布置成使得所述齿彼此互锁。
7.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，可磨损的涂层(112)设置在面向所述转子(20)的所述密封环(46)的表面上。
8.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，
所述偏压部件(48)包括机械地联接到所述弧形板(44)和所述密封环(46)上的多个挠性件；并且
所述多个挠性件构造成允许所述密封环(46)在所述径向方向(42)上移动但限制在轴向方向(40)上的移动。
9.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述至少一个弧形板(44)与所述密封环(46)之间的前间隙(74)和后间隙(76)配置成减少通过所述前间隙(74)和所述后间隙(76)的泄漏。
10.一种密封涡轮机的固定壳体(18)与围绕所述涡轮机的轴线(22)转动的旋转元件(20)之间的气体路径的方法，所述方法包括：
将至少一个弧形板(44)设置在所述固定壳体(18)在径向平面中的内表面上；
将周向分段式的密封环(46)设置在所述至少一个弧形板(44)附近；
将多个弧形齿(54)设置在所述密封环(46)和所述旋转元件(20)的中间，其中所述弧形齿到所述旋转元件的对应表面之间的间隙从所述涡轮机的上游侧(34)到所述涡轮机的下游侧(36)逐渐减小；
将偏压部件(48)设置在所述密封环(46)与所述固定壳体(18)的中间，其中所述偏压部件(48)联接到所述密封环(46)和所述固定壳体(18)上。
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