CN103133693A - 用于旋转式机器的固定构件的垫片密封组件和组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于旋转式机器的固定构件的垫片密封组件和组装方法。提供一种用于旋转式机器的密封组件。该密封组件包括垫片密封件，垫片密封件包括形成C形垫片密封件或箱形垫片密封件的多个密封板。C形垫片密封件包括第一侧部分，第一侧部分具有小于相对的第二侧部分的宽度的宽度，并且C形垫片密封件的第二侧部分在至少两个直面之间包括间隙，直面具有向内的角度，以允许定位在定子构件之间的槽口内。箱形密封件在两个相对的侧边或角处包括多个切口，以允许高压流体占据箱形垫片密封件的腔体。密封件可插入旋转式机器的相邻定子构件之间的一个或多个槽口内。

Description

用于旋转式机器的固定构件的垫片密封组件和组装方法
技术领域
本发明大体涉及用于减少泄漏的密封件，并且更具体而言，涉及用于减少通过旋转式机器的固定构件之间的间隙的泄漏的垫片密封件。
背景技术
一般来说，在工业旋转式机器(诸如燃气涡轮)中使用许多密封件来控制定子的相邻静止构件(诸如护罩、喷嘴和隔板)内的泄漏。或者从气体路径中出来的或者进入到气体路径中、从高压区域到低压区域的气体泄漏一般都是不合需要的。例如，燃气涡轮的涡轮区域中的气体路径泄漏将降低燃气涡轮的效率，从而导致燃料成本增加。因此，提供密封件来控制从压缩机抽取的空气在涡轮周围或围绕涡轮的泄漏。而且，燃气涡轮的燃烧器区域中的气体路径泄漏将需要提高燃烧温度，以保持期望的功率水平。燃烧温度提高会导致NOx和CO产量增加。固定构件往往具有不同形状的表面，并且可在高温条件下以不同的方式膨胀，从而引起失准。
已经在燃气涡轮的定子区中的气体路径泄漏间隙中使用织物密封件。一般来说，织物密封件在各侧上包括具有织物层的中心垫片。织物密封件提供耐磨性，而不会对密封件增加显著的硬度。但是，织物密封件可允许通过两个侧面有不合需要的泄漏。织物密封件还可能在两个固定构件之间的间隙内起皱或者非弹性地弯曲，并且从而可能无法如期望的那样有效地密封间隙。
因此，减少旋转式机器中的固定构件的间隙之间的泄漏将是合乎需要的。
发明内容
根据本发明的实施例，提供一种用于旋转式机器的密封组件。密封组件包括在大小上设置成定位在旋转式机器的定子构件之间的槽口中的垫片密封件，并且包括形成C形垫片密封件的多个密封板。垫片密封件包括由第一侧部分和第二侧部分联接的两个直面。第一侧部分比第二侧部分具有更小的宽度，并且第二侧部分包括间隙和向内的角度，以允许垫片密封件插入定子之间的槽口内。
根据本发明的实施例，提供一种用于涡轮构件的垫片密封件。垫片密封件包括一个或多个密封板，密封板形成在大小上设置成定位在涡轮构件之间的槽口中的箱形垫片密封件。箱形垫片密封件包括具有角的长方形横截面形状，角具有曲率。
根据本发明的实施例，提供一种减少旋转式机器中的泄漏的方法。该方法包括将垫片密封件的第一侧部分插入旋转式机器的第一定子构件的第一槽口内。该方法还包括将垫片密封件的第二侧部分插入旋转式机器的第二定子构件的第二槽口内，其中，垫片密封件包括连结而形成箱形垫片密封件或C形垫片密封件的一个或多个密封板。
附图说明
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中：
图1是具有根据本发明的实施例的、用于减少泄漏的密封组件的旋转式机器的固定构件的一部分的横截面图。
图2是根据本发明的另一个实施例的旋转式机器的垫片密封件的横截面图。
图3是根据本发明的实施例的旋转式机器的垫片密封件的透视图。
图4是根据本发明的另一个实施例的旋转式机器的垫片密封件的透视图。
图5是根据本发明的实施例的、减少旋转式机器中的泄漏的方法的流程图。
具体实施方式
当介绍本发明的多种实施例的要素时，冠词“一”、“该”和“所述”意于表示存在一个或多个该要素的意思。用语“包括”、“包含”和“具有”意于为包括性的，并且表示除了列出的要素之外可存在另外的要素的意思。运行参数的任何示例都不排除公开的实施例的其它参数。
图1示出了大体标为参考标号10的旋转式机器的定子部分的代表性示例，其具有固定构件12以及垫片密封件14，它们形成根据本发明实施例的密封组件16。要注意的是，旋转式机器可包括位于多个固定构件之间的相应的槽口中的多个垫片密封件14。在一个实施例中，垫片密封件14中的各个可包括C形结构。在另一个实施例中，垫片密封件14中的各个可包括箱形结构。如有需要，可使用C形结构和箱结构的组合。要注意的是，定子部分10可为流体流径周围的旋转式机器的任何定子区域。固定构件12连同旋转式机器的其它固定构件可布置成使得在固定构件12之间包括多个槽口18。在一个实施例中，垫片密封件14的第一半部位于第一固定护罩构件的槽口18中，并且垫片密封件14的第二半部位于旋转式机器的相邻的第二固定护罩构件(如图2中的元件19所显示的那样)的槽口中。具有多个垫片密封件14的密封组件16确保最大程度地减少通过槽口18的流体流，从而允许旋转式机器在运行期间在泄漏减少的情况下保持高效率。在一个实施例中，垫片密封件14包括位于C形结构或箱形结构内、用于进一步最大程度地减少泄漏的层。在下面进一步描述垫片密封件14的细节。
图2是根据本发明的实施例的旋转式机器的垫片密封件14的横截面图。如这个实施例中显示的那样，垫片密封件14包括形成位于固定构件12、13之间的槽口18、19内的C形垫片密封件14的多个密封板面22、24、26、28、30、32。如本文所用，“槽口”可表示或者固定构件中的一个中的单个槽口，或者由两个相邻槽口形成的总区域。密封板24和30形成C形垫片密封件14的两个直面。多个密封板面22、26、28、32可用来协助在组装期间将垫片密封件定位在固定构件12和13之间的槽口18、19内。根据一个实施例，C形垫片密封件14包括第一侧部分34，第一侧部分34具有小于第二侧部分36的宽度d2的宽度d1。第一侧部分34包括连结在一起而形成角40的密封板26和28，而第二侧部分36具有分别成角度地与密封板24和30连接的密封板22和32，但密封板22和32未直接连接到彼此上。在将垫片密封件14插入旋转式机器中的期间，密封板22和32的成角度的面协助将垫片密封件14插入固定构件之间的槽口18中，而密封板26、28的成角度的面协助留下空间用于定位旋转式机器的相邻构件，使得其槽口可容纳第一侧部分34。在第二侧部分36处，垫片密封件14的C形结构还包括可变间隙37。间隙37设计成使得在不使用胶水或任何其它附连器件的情况下就可将C形垫片密封件14置于固定构件12的槽口18中，并且C形垫片密封件14将稳固地与槽口18保持在一起，直到将固定构件13组装到固定构件12旁边为止。在组装期间，在有失准的情况下，密封板22、32和26、28是有帮助的。在一个实施例中，垫片密封件14可通过弯曲工艺由整体板制造而成，以允许容易地形成具有可变间隙37的第二侧部分36。另外，在密封件的运行期间，通过允许高压流体占据C形密封件的腔体，以及通过使跨过垫片密封件14的高压区段的压力均衡使得高压主要作用于垫片密封件14的密封板30的内表面上，第二侧部分36中的间隙37是有帮助的。第一侧部分34和第二侧部分36两者分开长度x，其中， C形垫片密封件的长度‘x’大于宽度‘d1’或‘d2’，从而形成伸长的C形垫片密封件。在插入槽口18中之前，第二侧部分36的宽度‘d2’大于固定构件12的槽口18的宽度。第一侧部分34和第二侧部分36的具有可变宽度的C形结构使得垫片密封件14能够具有确切的固持。由于这个确切的固持的原因，密封板24和30保持与固定构件12之间的槽口18、19的壁有紧密接触，从而在旋转式机器的运行期间保持密封，以及使得垫片密封件14能够固持在槽口18、19内。另外，在一个实施例中，由密封板22、24、26、28、30、32形成的角38、40、42、44和46中的各个具有小的曲率半径。此外，在一个实施例中，密封板26和28可包括多个切口(在图2中未显示，但由例如图3中的切口60和图4中的切口80和81表示)，以允许高压流体较容易地占据由C形垫片密封件14形成的腔体。
在一个实施例中，垫片密封件14的密封板的厚度可为大约千分之15英寸。任何在结构和热方面适当的材料可用于密封板，推荐用高温弹性材料。垫片密封件14的材料的非限制性示例可包括诸如可从海恩斯国际(Haynes International)获得的镍钼铬合金。另外，如本文所用，“连结”或“连接”意于覆盖其中单独的板在物理上附连的实施例以及其中整体板弯曲而形成板的实施例。
此外，在一个实施例中，图2的垫片密封件14可包括用于在密封板24或30失效时减少泄漏的层(在图2中未显示，但由例如图3中的层53表示)。这种层也可对垫片密封件14提供额外的结构支承。层的非限制性示例包括玻璃板、陶瓷结构或金属织物。要注意的是，垫片密封件14和任何额外的层在长度方面的大小可视槽口18、19的长度而定，槽口18、19的长度在旋转式机器的定子的各种位置处可有所不同。
图3是根据本发明的另一个实施例的旋转式机器的垫片密封件50的透视图。在图3的实施例中，垫片密封件50是由密封板52、54、56和58形成的箱形垫片密封件。在旋转式机器的固定构件的组装期间，根据本发明的实施例，可将密封板52或56中的一个用胶水连接到一个固定构件的槽口上。这个箱形垫片密封件50包括优选具有弧形角的长方形横截面形状。垫片密封件50能够紧密地配合在旋转式机器的固定构件之间的间隙内，以减少泄漏。例如，可根据在旋转式机器的各种位置处的固定构件之间的间隙大小来选择垫片密封件50的大小，其中，垫片密封件50的侧边的长度和宽度几乎等于固定构件之间的间隙长度和宽度。在这个实施例中，密封板52和56是伸长的，并且平行于彼此而对准，而在侧边处的密封板54和58包括多个切口60。在一个实施例中，多个切口60对称地位于相对的侧边54、58的中心处。多个切口60允许高压流体占据箱形垫片密封件50的腔体。这防止垫片密封件50的箱形结构变形，并且控制泄漏。在一个实施例中，垫片密封件50的密封板52、54、56、58的厚度可为大约15密耳。垫片密封件50的材料的非限制性示例可包括诸如从海恩斯国际获得的镍钼铬合金。另外，在一个实施例中，垫片密封件50可包括用于在密封板52或56失效时减少泄漏的额外的层53。这种层也可对垫片密封件50提供额外的结构支承。层53的非限制性示例包括玻璃板、陶瓷结构或金属织物。如在C形实施例中那样，在箱实施例中，可将单独的板附连到在一起，或者整体片材可包括弯部。
图4是根据本发明的另一个实施例的旋转式机器的垫片密封件70的透视图。在这个实施例中，垫片密封件70是由在弧形角处有多个切口80的平坦密封板72、74、76、78形成的箱形垫片密封件。该多个切口80允许高压流体占据箱形垫片密封件70的腔体。这防止垫片密封件70的箱形结构变形，并且控制通过旋转式机器的固定构件之间的间隙的泄漏。在一个实施例中，可在平坦密封板74和78处的垫片密封件70的相对的侧边处沿竖向提供显示成竖向切口81的多个切口80。在另一个实施例中，垫片密封件70可不包括任何切口。
图5是根据本发明的实施例的、减少旋转式机器中的泄漏的方法100的流程图。在步骤102处，该方法包括将包括箱形垫片密封件或C形垫片密封件的垫片密封件的第一部分插入到第一固定构件的第一槽口中。在一个实施例中，该方法包括获得垫片密封件的C形横截面。在另一个实施例中，方法包括获得箱形垫片密封件。在步骤104处，该方法包括将第二固定构件设置在第一固定构件旁边。第二固定构件具有第二槽口，并且在定位第二构件的期间，将垫片密封件的第二部分插入到该第二槽口中。使用在旋转式机器的定子构件之间的多个槽口内的多个垫片密封件来减少通过多个槽口的泄漏。在一个实施例中，方法还包括在垫片密封件内提供为玻璃或陶瓷或金属织物的层，以防密封板失效，以减少泄漏，以及进一步对垫片密封件提供额外的结构支承。
有利地，本密封组件和方法确保在旋转式机器的固定构件的间隙之间的泄漏减少。具有C形或箱形结构的垫片密封件高效地密封，从而使燃气涡轮或蒸汽涡轮或其它旋转式机器中的固定构件的间隙内有更少寄生泄漏。这进一步使联合循环效率提高，以及旋转式机器的运行费用降低。由于本密封组件和方法减少泄漏，这使得在旋转式机器的运行期间用于保持功率水平的燃烧温度能够降低。
此外，本领域技术人员将认识到不同的实施例的各种特征的可互换性。类似地，本领域普通技术人员可混合和搭配所描述的各种方法步骤和特征以及各个这样的方法和特征的其它已知等效物，以根据本公开的原理来构建额外的组件和技术。当然，要理解的是，根据任何特定实施例，可不必实现上面描述的所有这样的目标或优点。因而，例如，本领域技术人员将认识到，可体现或执行本文描述的组件和技术，使得实现或优化本文教导的一个优点或一组优点，而不必实现本文可能教导或建议的其它目标或优点。
虽然已经在本文示出和描述了本发明的仅某些特征，但本领域技术人员将想到许多修改和变化。因此，要理解的是，所附权利要求意于覆盖落在本发明的真实精神内的所有这样的修改和变化。

Claims (20)

1. 一种用于旋转式机器的密封组件，所述密封组件包括：
垫片密封件，其在大小上设置成定位在所述旋转式机器的定子构件之间的槽口中，并且包括形成C形垫片密封件的多个密封板；
其中，所述垫片密封件包括由第一侧部分和第二侧部分联接的两个直面，其中，第一侧部分比所述第二侧部分具有更小的宽度，其中，所述第二侧部分包括间隙和向内的角度，以允许所述垫片密封件插入所述定子构件之间的所述槽口内。
2. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，在插入所述槽口内之前，所述第二侧部分的宽度大于所述槽口的宽度。
3. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述第一侧部分和第二侧部分各自包括具有曲率的至少两个角。
4. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述垫片密封件在所述多个密封板内包括为金属织物或玻璃板或陶瓷结构的层。
5. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述密封板包括镍钼铬合金。
6. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述C形垫片密封件的所述第一侧部分包括多个切口。
7. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述垫片密封件包括弯曲而形成所述多个密封板的整体板。
8. 一种用于涡轮构件的垫片密封件，包括：
形成箱形垫片密封件的多个密封板，所述箱形垫片密封件在大小上设置成定位在涡轮构件之间的槽口中；其中，所述箱形垫片密封件包括具有角的长方形横截面形状，所述角具有曲率。
9. 根据权利要求8所述的垫片密封件，其特征在于，所述箱形垫片密封件在联接两个直面的两个相对的侧边处包括多个切口，以允许高压流体占据所述箱形垫片密封件的腔体。
10. 根据权利要求9所述的垫片密封件，其特征在于，所述切口对称地位于所述相对的侧边的中心处。
11. 根据权利要求8所述的垫片密封件，其特征在于，所述箱形垫片密封件包括位于由联接所述两个直面的两个相对的侧边形成的角处的多个切口。
12. 根据权利要求11所述的垫片密封件，其特征在于，所述多个切口水平地在所述角处成形，或者沿竖向在所述相对的侧边处成形。
13. 根据权利要求8所述的垫片密封件，其特征在于，所述箱形垫片密封件在所述多个密封板之间包括金属织物层或玻璃板层或陶瓷材料层。
14. 根据权利要求8所述的垫片密封件，其特征在于，所述密封板包括镍钼铬合金。
15. 一种减少旋转式机器中的泄漏的方法，所述方法包括：
将垫片密封件的第一侧部分插入所述旋转式机器的第一定子构件的第一槽口内；以及
将所述垫片密封件的第二侧部分插入所述旋转式机器的第二定子构件的第二槽口内，同时将所述第二定子构件定位在所述第一定子构件附近，
其中，所述垫片密封件包括连结而形成箱形垫片密封件或C形垫片密封件的多个密封板。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述C形垫片密封件包括由第一侧部分和第二侧部分联接的两个直面，其中，所述第一侧部分包括第一宽度的封闭侧，并且所述第二侧部分包括具有第二宽度的开口侧，所述第二宽度大于所述第一宽度，并且在插入到所述槽口中之前大于所述槽口的宽度，其中，插入所述垫片密封件包括压缩所述第二侧部分，将所述垫片密封件定位在所述槽口中，以及释放所述压缩。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一侧部分包括多个切口，以允许高压流体占据所述C形垫片密封件的腔体。
18. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述垫片密封件包括箱形垫片密封件，所述箱形垫片密封件在两个相对的侧边或角处包括多个切口，以允许高压流体占据所述箱形垫片密封件的腔体。
19. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述垫片密封件在所述密封板内包括为玻璃或陶瓷或金属织物的层。
20. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述垫片密封件包括弯曲而形成所述多个密封板的整体板。
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