CN102865108B - 迷宫式密封件 - Google Patents

Abstract

迷宫式密封件(20)在涡轮机中阻止泄漏流(21)穿过面对的静止部件(12)和移动部件(11)之间的缝隙。该密封件包括轴向间隔并周向延伸的密封翅片(26，28)，其以泄漏流序列配置，并且从面对部件中的至少一个横跨缝隙突出为密封地邻近相对的面向部件。翅片(26，28)至少具有远端部分(34)，其在泄漏流的上游方向上弯曲或倾斜以使泄漏流(21)在上游方向上偏转。连续翅片限定容纳由偏转的泄漏流产生的再循环涡流(25，36)的腔(40，42)。

Description

迷宫式密封件

技术领域

本发明大体涉及迷宫式密封件，并且具体地涉及用于在诸如轴流式燃气涡轮、蒸汽涡轮或压缩机的涡轮机中的静止部件和移动部件之间密封的迷宫式密封件。

背景技术

迷宫式密封件通常用于在诸如轴流式燃气涡轮或蒸汽涡轮的涡轮机中的静止部件和旋转部件之间提供密封，并且因此最小化流体泄漏。

在EP1001139A1的图1中示出用于在轴流式涡轮中在移动叶片的尖端和径向相邻的静止壳体之间密封的常规迷宫式密封件。在该常规迷宫式密封件中，轴向间隔和周向延伸的密封翅片填塞(caulk)到静止壳体中，并且朝向叶片尖端处的齿形弓状叶片围带(shroud)横跨流体流动路径径向向内突出。径向间隙通常设置在每个密封翅片的尖端和径向相邻的弓状叶片围带之间，以防止或最小化在移动叶片围带相对于径向相邻的静止壳体的径向偏移期间在静止密封翅片的尖端和移动叶片围带之间的摩擦接触。

在诸如EP1001139A1的图1中示出的迷宫式密封件的常规迷宫式密封件中，轴向流动的工作流体可通过设置在密封翅片的尖端和径向相邻的弓状叶片围带之间的径向间隙逸出，从而减小迷宫式密封件的效力。

因此，期望提供具有改进的密封能力的迷宫式密封件。

发明内容

本公开提供一种迷宫式密封件，其配置成在轴向流体流涡轮机中阻止泄漏流穿过在静止部件和移动部件的面对表面之间的环形缝隙，迷宫式密封件包括：

多个轴向间隔并周向延伸的密封翅片，其以泄漏流序列(series)配置，该翅片从面对部件中的至少一个朝向相对的面对部件横跨缝隙突出，使得翅片的远端密封地邻近相对的面对部件；

多个腔，其限定在处于泄漏流序列的连续翅片之间；

每个翅片具有面向上游表面，至少该面向上游表面的远端部分朝向泄漏流的上游方向倾斜以形成涡流产生流动再循环表面，其操作成使泄漏流在上游方向偏转并且在由连续翅片限定的腔内的泄漏流中产生再循环涡流。

如在本文中使用的，术语“远端”表示离翅片从其上突出的表面最远的翅片的端部，并且术语“远端部分”表示离翅片从其上突出的表面最远的翅片的部分，其包括翅片的远端。术语“密封地邻近”的使用表示，在密封翅片的远端和密封翅片密封抵靠的表面之间存在小径向间隙，该间隙不足以严重地损害迷宫式密封件的密封效率。

周向延伸密封翅片的流动再循环表面使沿着流体泄漏路径向下游流动的流体在上游方向上往回转向和再循环。这减小了穿过在密封翅片的远端和涡轮机的径向相邻静止或移动部件的表面之间的径向间隙的泄漏流，并且导致减小的有效泄漏面积和因此减小的排放系数。在轴向相邻的密封翅片之间产生流体再循环区，并且下游密封翅片的流动再循环表面在流体再循环区内产生涡流。产生的涡流流动增大横跨密封翅片的压降，并且由此减小穿过在密封翅片的尖端和涡轮机的径向相邻静止或移动部件的表面之间的径向间隙的泄漏。减小的泄漏流增大迷宫式密封件的密封效力。

在本文中公开的一个主实施例中，静止部件和移动部件的面对表面中的一个是齿形的，并且包括至少一个平台和至少一个相对凹陷部分，每个平台和每个凹陷部分密封地邻近密封翅片的远端，并且其中，连续密封翅片交替地包括：第一翅片，其具有朝向上游方向倾斜的笔直的面向上游表面；和第二翅片，其具有面向上游表面，至少该面向上游表面的远端部分朝向上游方向倾斜。

注意，本文中使用的术语“第一翅片”和“第二翅片”意图标识密封翅片，而不限制密封翅片是否按照流体流动次序配置成第一或第二。

为了获得泄漏流的截断和再循环，第一密封翅片或每个第一密封翅片的面向上游表面可以以远离径向方向的在10到70度之间(优选为45度)的锐角在上游方向上倾斜。

优选地，每个第一翅片的远端密封地邻近平台，并且每个第二翅片的远端密封地邻近凹陷部分。

交替的平台和凹陷部分设置在面对表面中的一个中，以便与该表面仅为平面的情况相比，泄漏流具有穿过迷宫式密封件的较不直接的路线，由此增大了迷宫式密封件对泄漏流的阻力。此外，凹陷部分为再循环涡流提供该涡流完全发展的更大径向高度和腔体积，由此提供任何泄漏流的最大再循环并且进一步增大迷宫式密封件的流动阻力。

由第二翅片或每个第二翅片的倾斜远端部分形成的流动再循环表面可为第二翅片的面向上游表面的凹入弯曲部分。

在迷宫式密封件的一个优选变型中，最上游翅片是其远端密封地邻近平台的第一翅片，并且紧接随后的翅片是其远端密封地邻近凹陷表面部分的第二翅片。在可选配置中，最上游翅片是其远端密封地邻近凹陷表面部分的第二翅片，并且紧接随后的翅片是其远端密封地邻近平台的第一翅片。

在又一个可选实施例中，第一密封翅片或第一密封翅片中的每一个可横跨流体流动路径从静止部件或移动部件突出到面对的移动或静止表面的对应凹陷部分中，并且第二周向延伸密封翅片或第二周向延伸密封翅片中的每一个可朝向对应平台横跨流体流动路径从静止部件或移动部件突出。

为了便于制造，每个第二翅片的面向上游表面优选地包括从静止或移动部件突出的径向延伸部分和与翅片的远端相邻的倾斜远端部分。每个第二翅片的面向上游表面的远端部分可倾斜一距离，该距离在翅片的长度的大约20％到大约50％的范围内(优选为大约30％)。

在可选构造中，第二翅片或每个第二翅片的面向上游表面在其整个长度上凹入地弯曲，最大凹度位于其远端处，该可选构造可产生优越密封性能，但是可能制造起来是更困难或昂贵的。

在优选配置中，第一密封翅片和第二密封翅片设置在静止部件上，并且齿形表面设置在移动部件上。可选地，第一密封翅片和第二密封翅片可设置在移动部件上，并且齿形表面可设置在静止部件上，以便第一密封翅片和第二密封翅片朝向静止部件上的齿形表面从移动部件横跨流体流动路径突出。

在第二主实施例中，连续密封翅片交替地包括：静止翅片，其从静止部件突出为密封地邻近移动部件；和移动翅片，其从移动部件突出为密封地邻近静止部件。优选地，迷宫式密封件中的最上游翅片是静止翅片。可选地，迷宫式密封件中的最上游翅片可为移动翅片。

在一个变型中，静止密封翅片和移动密封翅片的面向上游表面包括分别从静止部件和移动部件突出的径向延伸部分和与翅片的远端相邻的倾斜远端部分。例如，翅片的面向上游表面的远端部分可倾斜一距离，该距离在翅片的长度的大约20％到大约50％的范围内(优选为大约30％)。

优选地，静止密封翅片和移动密封翅片的倾斜远端部分包括面向上游表面的凹入弯曲部分，但是可选地，密封翅片的面向上游表面可在它们的整个长度上凹入地弯曲，最大凹度位于在它们的远端处。

为了防止或改进由于移动围带环相对于静止壳体的过度径向偏移而产生的、对以上主实施例二者中的密封翅片的远端的损坏，可磨损材料可设置在适当地与密封翅片的远端相邻的移动和/或静止部件的表面上。如果在轴流式涡轮机的操作期间移动部件相对于静止部件过度径向偏移，则密封翅片的远端将摩擦抵靠可磨损材料而不是静止或移动部件的固体金属。因为配置的是，可磨损材料比密封翅片的远端处的材料更软或至少更容易磨掉，所以保持翅片的形状和密封效力。

本发明的又一个方面提供一种涡轮机，其包括静止部件、移动部件以及用于在静止部件和移动部件之间密封的根据第一或第二主实施例的迷宫式密封件。

涡轮机可为轴流式涡轮，诸如蒸汽涡轮或燃气涡轮。特别地，移动部件可为安装在移动涡轮叶片的径向外尖端上的移动弓状叶片围带。静止部件可为从移动叶片围带径向向外定位的静止壳体。可选地，移动部件可为转子轴，并且静止部件可为从转子轴径向向外定位的静止隔板环。因此，迷宫式密封件可配置成在静止隔板环的内径和径向内转子之间密封。

附图说明

现在将仅经由实例并参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1是迷宫式密封件的第一主实施例的、在迷宫式密封件安装在其中的轴流式涡轮的周向方向上观看的图解截面图；

图2是图1的翅片形成部分的放大图；

图3和图4是与图2相似的视图，但是示出了图2的翅片的形状的两种可能变型；

图5是与图1相似的视图，但是示出了迷宫式密封件的第二主实施例；

图6是图5的翅片形成部分的放大图；和

图7和图8是与图6相似的视图，但是示出了图6的翅片的形状的两种可能变型。

具体实施方式

轴流式涡轮，诸如燃气涡轮或蒸汽涡轮，通常包括多个涡轮级，每个涡轮级包括成角地隔开的移动叶片的环形阵列，在其之前是成角地隔开的静止导叶的环形阵列，该静止导叶的功能是将涡轮工作流体引导到移动叶片上。

参考图1，示出移动叶片的径向外部分，其包括翼型部10和弓状叶片围带11，其安装在翼型部10的径向外尖端上并且与其集成在一起。相邻的叶片围带11协作以形成环形围带环。周向延伸的静止壳体12从移动叶片径向向外定位并且围绕移动叶片。

在图1的具体实施例中，每个叶片围带11具有径向外齿形表面14，其由多个轴向隔开的、径向外部的、周向延伸的平台16构成，每个平台16之后是相对凹陷的径向内表面部分18，其与该平台一起周向地共同延伸。虽然图1示出了带有两个平台16的围带表面，但是本领域技术人员能够选择并入在考虑的涡轮设计的环境下可以是方便且有用的许多平台。然而，通常，将存在多个平台16，以便减小工作流体通过围带11和静止壳体12之间的缝隙的泄漏，如在下文说明的。

工作流体通过轴流式涡轮膨胀，并在下游方向上沿着移动叶片翼型10之间的流体流动路径移动，如图1中的箭头19所示。迷宫式密封件20在移动叶片围带11和径向相邻的静止壳体12之间密封以最小化经过在移动叶片的尖端处的叶片围带11的流体泄漏21。

在图1的具体实施例中，迷宫式密封件20包括多个第一周向延伸并轴向间隔的密封翅片24，其朝向移动叶片围带11的齿形表面14上的平台16横跨泄漏流体流动路径从静止壳体12径向向内突出。迷宫式密封件20还包括多个第二周向延伸并轴向间隔的密封翅片26，其也朝向移动叶片围带11的齿形表面14的相对凹陷的径向内部分18横跨泄漏流体流动路径从静止壳体12径向向内突出。

第一和第二周向延伸密封翅片24，26在轴向方向上沿着静止壳体12交替地配置，使得第一密封翅片24中的每一个之后是第二密封翅片26。第一和第二周向延伸密封翅片24，26可制造为分开构件，并且例如通过本质上已知的填塞过程固定在静止壳体12中的周向延伸凹处(未示出)中。可选地，可通过机加工或铸造过程与壳体集成地生产翅片。

第一密封翅片和第二密封翅片24，26中的每一个的远端或尖端密封地邻近移动叶片围带11的齿形表面14，也就是，在涡轮的正常操作期间，在翅片的远端和齿形表面14之间存在小径向间隙。这种径向间隙可为大约1或2毫米，并且意图防止或改进在涡轮的操作期间由移动叶片围带11相对于静止壳体12的小径向偏移引起的、在密封翅片24，26的尖端和叶片围带11的相邻固体金属之间的摩擦接触。这种摩擦接触将导致密封翅片24，26的尖端磨损，并且因此变形，从而减小迷宫式密封件20的密封效力。用于使用的正确径向间隙可通过涡轮的操作特性的计算机模拟计算或通过机床试验(rigtest)确定。

虽然选择的径向间隙通常足以在移动叶片围带11相对于静止壳体12的最大径向偏移期间防止在第一密封翅片和第二密封翅片24，26的尖端和相邻移动叶片围带11的齿形表面14之间的摩擦接触，但是可通过将可磨损材料27设置在与第一密封翅片和第二密封翅片24，26的尖端相邻的叶片围带11的齿形表面14而容许可超出正常涡轮操作特性的较大径向偏移。在移动叶片围带11的径向偏移期间，比密封翅片24，26的尖端处的材料更软的可磨损材料27被密封翅片24，26的尖端磨掉。因此，对密封翅片24，26的尖端的损坏被防止或至少最小化，由此保持第一密封翅片和第二密封翅片24，26的尖端的形状和因此密封翅片24，26的密封效力。

适合于以上目的的可磨损材料为例如各种类型的热喷涂覆层，诸如金属陶瓷。已知的可替代方案是其包括由多种耐高温合金制成的金属纤维毡，毡中的纤维通过烧结过程随机地互锁。由Technetics，1700E.Int’lSpeedwayBlvd.，DeLand，FL32724USA制造。

第一密封翅片24中的每一个在上游方向上倾斜，并且限定相对于径向方向的锐角‘A’。在该情况下，角度A为远离径向方向的大约45度，但是在其他的实施例中，角度A可在大约10到70度之间变化。因此，第一密封翅片24中的每一个具有以在前述范围内的锐角A定向的线性(即，非弯曲)面向上游表面28。第一密封翅片24中的每一个安装在静止壳体12上并且横跨泄漏流动路径突出，以便它的远端密封地邻近移动叶片围带11的齿形表面14的对应周向平台16。第一密封翅片24中的每一个的倾斜线性面向上游表面28与对应的周向延伸平台16协作，并且形成操作成使泄漏流21在上游方向上往回偏转的涡流产生流动再循环表面，由此在泄漏流中产生再循环涡流25。因此，经过第一密封翅片24的尖端的泄漏流21减小。

还参考图2，第二密封翅片26中的每一个包括面向上游表面30，其包括：第一翅片部分32，其横跨泄漏流动路径从静止壳体12在基本上径向向内的方向上突出；和第二远端部分34，其与翅片的尖端相邻并且包括翅片的尖端，该远端部分朝向上游方向倾斜，即朝向紧接的上游密封翅片的下游表面倾斜，其中，存在这种翅片。在图1和图2中示出的实施例中，每个第二翅片26的倾斜远端部分34为面向上游表面30的凹入弯曲部分。该凹入弯曲部分形成涡流产生流动再循环表面，其延伸一距离，该距离包括在翅片26的尖端和翅片26从其上突出的表面之间测量的翅片26的总长度L的大约30％。在其他的实施例中，弯曲可延伸一距离，该距离在翅片的尖端和翅片从其上突出的静止壳体表面12之间的翅片的长度的大约20％到大约50％的范围内。

将带有在附接于表面12的翅片的点和翅片的尖端之间的10mm的长度L的翅片作为实例。如果翅片的面向上游表面30的远端部分中的弯曲部具有4mm的半径，则该弯曲部将占据在径向方向上测量的、与尖端相邻的大约最后3mm的翅片。

尽管翅片26的面向上游表面30的凹入弯曲远端部分34示出为圆的弧，但是本领域技术人员将认识到，该弯曲部可以可选地为椭圆或其他的圆锥截面的弧。

翅片26的面向上游表面30的凹入弯曲远端部分34可近似为相对于径向方向以一角度倾斜的笔直(线性)远端部分。这在图3中示出，其中，长度L的翅片26A具有带有笔直远端部分34A的面向上游表面30A，笔直远端部分34A相对于径向方向以角度‘B’倾斜以形成涡流产生流动再循环表面。与图2中的弯曲远端部分34相似，图3中的远端部分34A倾斜一距离，该距离包括在翅片26的尖端和翅片26从其上突出的表面之间测量的翅片26的总长度L的大约30％，但是在其他的实施例中，该倾斜部分可延伸一距离，该距离包括在翅片的尖端和翅片从其上突出的表面之间的翅片的长度的大约20％到大约50％之间。

作为实例，图3中的角度B可在大约10度到大约60度的范围内，优选为大约25度到大约45度，并且如果翅片的长度L为10mm，则面向上游表面30A的倾斜远端部分34A可占据在径向方向上测量的、与尖端相邻的大约最后3到4mm的翅片。

图4示出了又一个可选实施例，其从使更高密封效率成为可能的方面来看是优选的，但是可能制造起来是更困难或昂贵的。在该实施例中，翅片26B的整个面向上游表面30B在上游方向上弯曲，而不仅仅是远端部分。在示出的具体情况下，面向上游表面30B相对于径向方向形成的角度从翅片从静止或移动表面突出的点处的0度逐渐增大到翅片的尖端340B处的最大角度B。例如，表面300B可椭圆地、抛物线地或双曲线地弯曲。此外，角度B可在大约10度到大约60度的范围内，优选为大约25度到大约45度。

再次考虑图1和图2，翅片26，28的形状使泄漏流体21在上游方向上往回偏转，从而在限定在连续翅片之间的轴向和周向延伸的腔40，42中产生再循环涡旋流25，36。该涡流使泄漏流难以通过在翅片的尖端和相邻移动表面之间的缝隙离开，从而导致通过该缝隙的减小的有效面积和因此较小的流体排放系数。此外，产生的涡流有助于横跨翅片的较大压降和因此减小的泄漏。因此，经过翅片的尖端的泄漏流减小。

当第一和第二周向延伸密封翅片24，26的数量增加时，沿着流体流动路径流动的泄漏流体的截断和再循环也增加。与诸如EP1001139A1的图1中示出的迷宫式密封设计的常规迷宫式密封设计相比，由图2中示出的迷宫式密封件的第一和第二周向延伸密封翅片24，26的配置提供的泄漏流的截断已经被发现能使在移动叶片围带11的齿形表面14和静止壳体12之间的泄漏流减小大约19％。因此，包括迷宫式密封件的轴流式涡轮的效率可观地提高。

应当注意，围带表面14具有交替的平台16和凹陷部分18，以便与围带表面仅为平面的情况相比，泄漏流21具有穿过迷宫式密封件的较不直接的路线。这增大了迷宫式密封件对泄漏流的阻力。此外，凹陷部分18为涡流36提供该涡流在其中完全发展的更大的径向高度和腔体积，由此进一步增大迷宫式密封件对泄漏流的阻力。

虽然已经在前面的段落中描述了各种实施例，但是应当理解，在不背离下列权利要求的范围的情况下，可对这些实施例作出各种修改。

例如，第一和/或第二周向延伸密封翅片24，26可安装在移动叶片围带11上，用于与其一起旋转。在该情况下，静止壳体12的径向内表面将是齿形的，以便第一和第二周向延伸密封翅片24，26朝向静止壳体12的齿形表面14横跨流体流动路径从叶片围带11径向向外突出。

虽然图1示出了以流动序列配置的四个密封翅片，即，两个第一翅片24，两个第一翅片24中的每一个之后是第二翅片26，但是应当认识到，如果需要，该次序可无限地延伸，例如包括三个第一翅片24的六个密封翅片，三个第一翅片24中的每一个之后是第二翅片26。相反地，在一些情况下，可以利用两个第一翅片24实现可接受的密封性能，其中，一个第二翅片26位于两个翅片24之间，或甚至仅仅一个第一翅片24之后是仅仅一个第二翅片26。

尽管图1示出了当前优选的配置，其中，最上游翅片是其远端密封地邻近平台16的第一翅片24，并且紧接随后的翅片是其远端密封地邻近凹陷表面部分18的第二翅片26，但是如果第一翅片和第二翅片的顺序相反，以便最上游翅片是其远端密封地邻近凹陷表面部分18的第二翅片26，并且紧接随后的翅片是其远端密封地邻近平台16的第一翅片24，则也可获得期望的效率提高。

现在将参考图5至8描述第二主实施例。

图5也示出了包括翼型部100和弓状叶片围带110的移动叶片的径向外部分，弓状叶片围带110安装在翼型部100的径向外尖端上并且与其集成在一起。相邻的叶片围带110协作以形成环形围带环。周向延伸的静止壳体120从移动叶片径向向外定位并且围绕移动叶片。

工作流体通过轴流式涡轮膨胀，并且在下游方向上沿着在移动叶片翼型100之间的流体流动路径移动，如图1中的箭头190所示。迷宫式密封件200在移动叶片围带110和径向相邻的静止壳体120之间密封，以最小化经过在移动叶片的尖端处的叶片围带110的流体泄漏210。

在图5的具体实施例中，迷宫式密封件200包括多个第一周向延伸并轴向间隔的第一密封翅片240，其朝向移动叶片围带110的表面140横跨泄漏流体流动路径从静止壳体120的表面122径向向内延伸。迷宫式密封件200还包括多个第二周向延伸并轴向间隔的密封翅片260，其朝向静止壳体120的表面122横跨泄漏流体流动路径从移动叶片围带110的表面140径向向外突出。因此，从静止壳体120向内突出的第一密封翅片240可被称为静止密封翅片，并且从移动叶片围带110向外突出的第二密封翅片260可被称为移动密封翅片。

静止和移动密封翅片240，260穿过迷宫式密封件200在轴向方向上交替地配置，使得每个静止密封翅片240之后是移动密封翅片260。因此，静止密封翅片240突出到移动密封翅片260之间的轴向空间中，而移动密封翅片260突出到静止密封翅片之间的轴向空间中。静止和移动密封翅片240，260可制造为分开构件，并且例如通过本质上已知的填塞过程分别固定在静止壳体120和移动叶片围带110中的周向延伸凹处(未示出)中。可选地，可通过机加工或铸造过程与围带110和/或壳体120集成地生产翅片。

静止密封翅片240的远端或尖端密封地邻近移动叶片围带110，而移动密封翅片260的远端或尖端密封地邻近静止壳体120。这意味着，在涡轮的正常操作期间，在静止翅片240的远端和移动叶片围带110之间以及在移动翅片260的远端和静止壳体120之间存在小径向间隙。这种径向间隙意图防止或改进在涡轮的操作期间由移动叶片围带110相对于静止壳体120的径向偏移引起的、在密封翅片240，260的远端和移动叶片围带110或静止壳体120的相邻固体金属之间的摩擦接触。这种摩擦接触将导致密封翅片240，260的尖端变形，从而减小迷宫式密封件200的密封效力。用于使用的正确径向间隙可通过涡轮的操作特性的计算机模拟计算，并且/或者通过机床试验确定。

虽然选择的径向间隙通常足以在移动叶片围带110相对于静止壳体120的最大径向偏移期间防止在静止和移动密封翅片240，260的尖端与相邻移动叶片围带110或静止壳体120之间的摩擦接触，但是可通过将可磨损材料270设置在与静止密封翅片240和移动密封翅片260的尖端相邻的移动叶片围带110和静止壳体120的表面140，122上或在其中而容许可超出正常涡轮操作特性的较大径向偏移。在移动叶片围带110的径向偏移期间，比密封翅片240，260的尖端处的材料更软的可磨损材料270被密封翅片的尖端磨掉。因此，密封翅片240，260的尖端的变形被防止或至少最小化，由此保持迷宫式密封件200的效力。

适合于以上目的的可磨损材料为例如各种类型的热喷涂覆层，诸如金属陶瓷。已知的可替代方案是其包括由多种耐高温合金制成的金属纤维毡，毡中的纤维通过烧结过程随机地互锁。由Technetics，1700E.Int’lSpeedwayBlvd.，DeLand，FL32724USA制造。

如图6中对于静止密封翅片240中的单一静止密封翅片更清楚地示出，静止和移动密封翅片240，260中的每一个包括涡流产生流动再循环表面，其相对于穿过迷宫式密封件200的泄漏空气流在上游方向上面向。在示出的实施例中，每个密封翅片240，260具有面向上游表面300，其包括：笔直翅片部分320，其横跨泄漏流动路径从静止壳体120或移动叶片围带110在基本上径向的方向上突出；和在其远端附近的远端部分340，其朝向泄漏流的上游方向倾斜。在示出的具体变型中，倾斜的远端部分340为翅片的面向上游表面240的凹入弯曲部分，并且包括涡流产生流动再循环表面，其延伸一距离，该距离包括在翅片的尖端和翅片从其上突出的表面之间测量的翅片的总长度L的大约30％。在其他的实施例中，凹入弯曲可延伸一距离，该距离在翅片的尖端和翅片从其上突出的静止表面或移动表面之间的翅片的长度的大约20％到大约50％的范围内。

将带有在附接于表面的翅片的点和翅片的尖端之间的10mm的长度L的翅片作为实例。如果翅片的面向上游表面300的远端部分中的弯曲部具有4mm的半径，则该弯曲部将占据在径向方向上测量的、与尖端相邻的大约最后3mm的翅片。

尽管在图5和图6中，翅片240，260的面向上游表面300的凹入弯曲远端部分340示出为半径为R的圆的弧，但是本领域技术人员将认识到，该弯曲部可以可选地为椭圆或其他的圆锥截面的弧。

面向上游表面300的凹入弯曲远端部分340可近似为相对于径向方向以一角度倾斜的笔直远端部分。这在图7中示出，其中，长度L的翅片260A具有面向上游表面300A，其包括：笔直翅片部分320A，其横跨泄漏流动路径从静止壳体120或移动叶片围带110在基本上径向的方向上突出；和笔直远端部分340A，其相对于径向方向以角度‘B’倾斜以形成涡流产生流动再循环表面。与图2中的凹入弯曲远端部分340相似，图7中的成角远端部分340A倾斜一距离，该距离包括在翅片的尖端和翅片从其上突出的表面之间测量的翅片的总长度L的大约30％，但是在其他的实施例中，倾斜部分可延伸一距离，该距离包括在翅片的尖端和翅片从其上突出的表面之间的翅片的长度的大约20％到大约50％之间。

作为实例，图7中的角度B可在大约10度到大约60度的范围内，优选为大约25度到大约45度，并且如果翅片的长度L为10mm，则面向上游表面300A的倾斜远端部分340A可占据在径向方向上测量的、与尖端相邻的大约最后3到4mm的翅片。

图8示出了又一个可选实施例，其从使更高密封效率成为可能的方面来看是优选的，但是可能制造起来是更困难或昂贵的。在该实施例中，翅片的整个面向上游表面300B凹入地弯曲，而不仅仅是远端部分。在示出的具体情况下，面向上游表面300B相对于径向方向形成的角度从翅片从静止或移动表面突出的点320B处的0度逐渐增大到翅片的尖端340B处的最大角度B。例如，表面300B可椭圆地、抛物线地或双曲线地弯曲。此外，角度B可在大约10度到大约60度的范围内，优选为大约25度到大约45度。

再次考虑图5，应当注意，静止和移动密封翅片240，260的涡流产生流动再循环表面340的互补形状为有效的，以在限定在连续的静止和移动翅片240，260之间的轴向且周向地延伸的腔400中产生再循环涡流360。该涡流使泄漏流难以通过翅片的尖端和相邻静止或移动表面之间的缝隙离开，从而导致通过该缝隙的减小的有效面积和因此较小的流体排放系数。此外，产生的涡流有助于横跨翅片的较大压降和因此减小的泄漏。注意，在泄漏流进入迷宫式密封件之前，附加涡流370将通过最上游翅片240的流动再循环表面产生在泄漏流中，但是该涡流可比在腔400中产生的涡流更弱。虽然所有的涡流360，370示出为在相同的方向上旋转，但是可能的是，相邻腔400中的涡流可在相反方向上旋转，由此进一步增大迷宫式密封件200对泄漏流的阻力。

当静止和移动密封翅片240，260的数量增加时，沿着流体流动路径流动的泄漏流体的截断和再循环也增加。与诸如EP1001139A1的图1中示出的迷宫式密封设计的常规迷宫式密封设计相比，由图5中示出的迷宫式密封件的静止和移动密封翅片240，260提供的泄漏流的截断已经被发现能使在移动叶片围带110和静止壳体120之间的泄漏流减小大约30％。因此，包括迷宫式密封件的轴流式涡轮的效率可观地提高。

虽然图5中示出的迷宫式密封件包括多个静止密封翅片240和多个移动密封翅片260，但是可能的是，这种类型的迷宫式密封件可仅包括单对翅片，其包括静止密封翅片和移动密封翅片。

虽然图5示出了当前优选的配置，其中，静止翅片240中的每一个在流动次序上位于移动翅片260之前，但是如果静止和移动翅片的顺序相反，以便移动翅片位于静止翅片之前，则也可获得期望的效率提高。在图5中，给出如下配置，其中，在流向次序上，第一翅片、第三翅片和第五翅片为移动翅片240，并且第二翅片和第四翅片为静止翅片240。

虽然以上描述针对应用于密封件操作以控制静止壳体和移动叶片围带之间的泄漏的实施例，但是本领域技术人员将认识到，落入在所附权利要求的范围内的实施例可应用于其他类型的移动部件和静止部件之间的密封，例如移动部件可为涡轮转子轴，并且静止部件可为被该轴穿过的静止涡轮隔板环。

Claims (22)

1.一种迷宫式密封件，其配置成在轴向流体流涡轮机中阻止泄漏流穿过在静止部件和移动部件的面对表面之间的缝隙，所述迷宫式密封件包括：

以泄漏流序列配置的多个轴向间隔并周向延伸的密封翅片，所述翅片从面对部件中的至少一个朝向相对的面对部件横跨所述缝隙突出，使得所述翅片的远端密封地邻近所述相对的面对部件；

多个腔，其由处于泄漏流序列的连续翅片限定；

每个翅片具有面向上游表面，至少所述面向上游表面的远端部分朝向所述泄漏流的上游方向倾斜以形成涡流产生流动再循环表面，其操作成使所述泄漏流在所述上游方向上偏转，并且在由连续翅片限定的所述腔内的所述泄漏流中产生再循环涡流，

其中相邻腔中的涡流在相反方向上旋转，并且其中所述翅片包括第二翅片，该第二翅片具有面向上游的表面，该面向上游的表面包括纯粹径向延伸部分和朝向上游方向倾斜的远端部分。

2.如权利要求1所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述静止部件和移动部件的面对表面中的一个是齿形表面，并且包括至少一个平台和至少一个相对凹陷部分，每个平台和每个凹陷部分密封地邻近密封翅片的远端，并且其中，连续密封翅片交替地包括：第一翅片，其具有朝向所述上游方向倾斜的笔直的面向上游表面；和所述第二翅片，每个第一翅片的远端密封地邻近平台，并且每个第二翅片的远端密封地邻近凹陷部分。

3.根据权利要求2所述的迷宫式密封件，其特征在于，由所述第二翅片或每个第二翅片的朝向上游方向倾斜的远端部分形成的所述流动再循环表面是所述第二翅片的面向上游表面的凹入弯曲部分。

4.根据权利要求2所述的迷宫式密封件，其特征在于，最上游翅片是其远端密封地邻近平台的所述第一翅片，并且紧接随后的翅片是其远端密封地邻近凹陷表面部分的所述第二翅片。

5.根据权利要求2所述的迷宫式密封件，其特征在于，最上游翅片是其远端密封地邻近凹陷表面部分的所述第二翅片，并且紧接随后的翅片是其远端密封地邻近平台的所述第一翅片。

6.根据权利要求2至4中的任一项所述的迷宫式密封件，其特征在于，每个第二翅片的所述面向上游表面包括从所述静止部件或移动部件突出的纯粹径向延伸部分和与所述翅片的远端相邻的朝向上游方向倾斜的远端部分。

7.根据权利要求5所述的迷宫式密封件，其特征在于，每个第二翅片的所述面向上游表面的远端部分倾斜一距离，所述距离在所述翅片的长度的20%到50%的范围内。

8.根据权利要求5所述的迷宫式密封件，其特征在于，每个第二翅片的所述面向上游表面的远端部分倾斜一距离，所述距离包括所述翅片的长度的30%。

9.根据权利要求2至5中的任一项所述的宫式密封件，其特征在于，每个第一密封翅片的所述面向上游表面以远离径向方向的在10到70度之间的锐角在所述上游方向上倾斜。

10.根据权利要求9所述的迷宫式密封件，其特征在于，每个第一密封翅片的所述面向上游表面以远离所述径向方向的45度的锐角在所述上游方向上倾斜。

11.根据权利要求2至5中的任一项所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述第一翅片和第二翅片设置在所述静止部件上，并且所述齿形表面设置在所述移动部件上。

12.根据权利要求11所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述齿形表面包括轴流式涡轮中的涡轮围带环的径向外表面，并且所述静止部件包括围绕所述涡轮围带环的壳体。

13.根据前述权利要求2-5中的任一项所述的迷宫式密封件，其特征在于，可磨损材料设置在与所述密封翅片的远端相邻的所述齿形表面上。

14.如权利要求1所述的迷宫式密封件，其特征在于，连续密封翅片交替地包括：静止翅片，其从所述静止部件突出为密封地邻近所述移动部件；和移动翅片，其从所述移动部件突出为密封地邻近所述静止部件。

15.根据权利要求14所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述迷宫式密封件中的最上游翅片是静止翅片。

16.根据权利要求14所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述迷宫式密封件中的最上游翅片是移动翅片。

17.根据权利要求14至16中的任一项所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述翅片的倾斜远端部分包括所述面向上游表面的凹入弯曲部分。

18.根据权利要求14至16中的任一项所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述翅片的面向上游表面包括从所述静止部件或移动部件突出的径向延伸部分和与所述翅片的远端相邻的倾斜远端部分。

19.根据权利要求14至16中的任一项所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述翅片的面向上游表面的远端部分倾斜一距离，所述距离在所述翅片的长度的20%到50%的范围内。

20.根据权利要求19所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述翅片的面向上游表面的远端部分倾斜一距离，所述距离为所述翅片的长度的30%。

21.根据权利要求14至16中的任一项所述的迷宫式密封件，其特征在于，可磨损材料设置在与所述移动密封翅片的远端相邻的所述静止部件上和/或在与所述静止密封翅片的远端相邻的所述移动部件上。

22.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的迷宫式密封件的涡轮机。