CN104662257B - 用于旋转机械的覆膜密封件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于旋转机械的密封件组件及制造密封件组件的方法。密封件组件(10)包括沿周向设置在静止壳体和转子中间的多个密封装置节段(12)。节段中的各个包括座板(14)，座板(14)具有前座区段(26)和后座区段(28)，前座区段(26)和后座区段(28)具有面对转子的在它们之间的一个或更多个迷宫齿(16)。密封装置包括定子界面元件(24)，其具有凹槽或槽口(35)，以用于允许设置花键密封件来防止节段泄漏。密封装置节段还包括连接到座板且连接到定子界面元件的多个波纹弹簧(30,32)或弯部(31,33)。此外，密封装置节段包括次级密封件(34)，次级密封件(34)在一端处与定子界面元件整体结合，且在另一端处定位在多个波纹弹簧或弯部和座板附近。

Description

用于旋转机械的覆膜密封件
本发明部分是在美国能源部授予的合同号DE-FC26-05NT42643下部分地通过政府资助作出的。政府拥有本发明中的某些权利。
技术领域
本申请大体上涉及一种用于涡轮机的密封件组件，并且更具体地涉及用于密封转子/定子间隙等的覆膜(film riding)密封件组件。
背景技术
各种类型的涡轮机，如，燃气涡轮发动机、航空发动机和蒸汽涡轮是已知的，且广泛用于发电、推进等。涡轮机的效率部分地取决于内部构件之间的空隙，以及穿过这些空隙的初级流体和次级流体的泄漏。例如，可在转子-定子界面处有意地允许大的空隙，以容许大的热或机械地引起的相对运动。流体穿过这些间隙从高压区到低压区的泄漏可导致涡轮机的低效率。此类泄漏可影响效率，因为泄漏流体不能执行有用的功。
不同类型的密封系统用于使流过涡轮机的流体的泄漏最小化。然而，在可增大或减小其间的空隙的各种操作阶段期间，这些密封系统通常经历相对高的温度、热梯度和热和机械膨胀和收缩。例如，在启动瞬变阶段期间组装来进行很紧的空隙的常规迷宫式密封件可在稳态操作期间在大的空隙下运行，从而导致稳态操作下的较差性能。
因此，期望改善与涡轮机一起使用来密封转子-定子间隙的改进的顺应性密封组件。作为优选，此类顺应性密封组件可在稳态操作期间提供更紧的密封，同时在瞬变操作期间避免摩擦、接触引起的磨损，以及破坏。此类密封组件将改善整个系统的效率，同时制造起来廉价，且提供相关部分的寿命延长。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了一种用于旋转机械的密封件组件。密封件组件包括沿周向设置在静止壳体和转子中间的多个密封装置节段。节段中的各个包括座板(shoe plate)，座板具有前座区段和后座区段，前座区段和后座区段具有在它们之间的面对转子的一个或更多个迷宫齿，其中，座板构造成允许去往一个或更多个迷宫齿的前部的高压流体且和一个或更多个迷宫齿后方的低压流体，且还构造成在座板与转子之间生成空气动力。密封装置包括具有凹槽或槽口的定子界面元件，以用于设置花键密封件来减小节段泄漏。密封装置节段还包括连接到座板且连接到定子界面元件的多个波纹弹簧或弯部，其中，多个波纹弹簧或弯部构造成允许高压流体占据前腔且低压流体占据后腔。此外，密封装置节段包括次级密封件，其在一端处与定子界面元件整体结合，且在另一端处定位在多个波纹弹簧或弯部和座板附近。
根据本发明的一个实施例，提供了一种制造密封件组件的方法。该方法包括提供多个密封件组件节段，所述多个密封件组件节段用于定位在静止壳体与转子中间的密封件组件。该方法包括提供座板，座板具有前座区段和后座区段，前座区段和后座区段具有在它们之间的面对转子的一个或更多个迷宫齿，其中，座板构造成允许去往一个或更多个迷宫齿的前部的高压流体和一个或更多个迷宫齿后方的低压流体，且还构造成在座板与转子之间生成空气动力。该方法还包括将多个波纹弹簧或弯部连接到座板和定子界面元件，其中，多个波纹弹簧或弯部构造成允许高压流体占据前腔且低压流体占据后腔。此外，该方法包括将花键密封件设置在定子界面元件中的凹槽或槽口中以用于减小节段泄漏。该方法包括使第二密封件的一端与定子界面元件整体结合；和将次级密封件的另一端定位在多个波纹弹簧和座板附近。
根据本发明的实施例，提供了旋转机械。旋转机械包括转子、定子壳体和沿周向设置在静止壳体和转子中间的多个密封装置节段，其中节段中的各个包括座板，该座板具有前座区段和后座区段，前座区段和后座区段具有在它们之间的面对转子的一个或更多个迷宫齿，其中，座板构造成允许去往一个或更多个迷宫齿的前部的高压流体且和一个或更多个迷宫齿后方的低压流体，且还构造成在座板与转子之间生成空气动力。节段中的各个还包括定子界面元件，其包括凹槽或槽口，以用于允许设置花键密封件来减小节段泄漏。密封装置节段还包括连接到座板且连接到定子界面元件的多个波纹弹簧或弯部；其中，多个波纹弹簧或弯部构造成允许高压流体占据前腔且低压流体占据后腔，且次级密封件在一端处与定子界面元件整体结合，且在另一端处定位在多个波纹弹簧和座板附近。
附图说明
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中相似的标号表示全部附图中的相似部分，在附图中：
图1为转子的截面视图，其示出根据本发明的实施例的旋转机械的覆膜密封件组件。
图2为根据本发明的实施例的密封装置节段的透视图。
图3为根据本发明的另一个实施例的具有弯部的密封装置的透视图。
图4为根据本发明的实施例的覆膜密封件组件的前视图的一部分。
图5为根据本发明的实施例的密封装置节段的侧视图。
图6为根据本发明的实施例的密封装置节段的仰视图。
图7为根据本发明的另一个实施例的密封装置节段的透视图。
图8为根据本发明的另一个实施例的具有与次级密封件整体结合的支承结构元件的密封装置节段的透视图。
图9为根据本发明的实施例的相邻密封装置节段之间具有搭叠垫片(shiplap shim)的覆膜密封件组件。
图10示出了根据本发明的实施例的密封装置节段的后端口。
图11示出了根据本发明的实施例的空气动力密封件组件的座-转子曲率。
图12示出了根据本发明的实施例的密封装置节段中的瑞利(Rayleigh)梯级。
图13示出了根据本发明的实施例的转子-定子密封件组件的转子表面特征。
图14为示出根据本发明的实施例的形成旋转机械的静止壳体与围绕旋转机械的轴线转动的可旋转元件之间的覆膜密封件的方法中涉及的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
在介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和"“所述”旨在表示存在一个或更多个元件。用语“包括”、“包含”和“具有”旨在为包含性的，且意味着可存在除列出元件之外的附加元件。操作参数的任何实例都不排除公开的实施例的其它参数。
图1为示出根据本发明的实施例的旋转机械的覆膜密封件组件10的截面视图。密封件组件10围绕转子轴13沿周向布置，使得密封件组件10在静止壳体与转子轴13中间。静止壳体可包括定子界面元件24，其形成密封件组件10的径向外侧区。密封件组件10包括位于彼此附近以形成密封件组件10的多个密封装置节段12。密封装置节段12中的各个包括座板14，座板14定位成紧接转子轴13。在旋转机械的操作期间，座板14覆在转子轴13上方的流体膜上。密封件组件10还包括一个或更多个迷宫齿(如图2中的16)，迷宫齿在面对转子轴表面的一侧处位于座板14。迷宫齿使流体在旋转机械的密封件组件10的任一侧上与高压区18(图2中所示)，低压区20(图2中所示)大致分开。密封件组件10还包括附接到座板14和界面元件24的多个波纹弹簧30,32(图2中所示)或弯部31,33(图3中所示)。在该视图中，仅前波纹弹簧30示为位于密封装置节段12中的各个中。密封装置节段12中的各个关于转子组装，使得各座板14与转子轴13之间存在空隙。相邻的密封装置节段12还包括它们之间的空隙。
图2为根据本发明的实施例的密封装置节段12的透视图。如图所示，密封装置节段12包括座板14，座板14具有前座区段26和后座区段28，前座区段26和后座区段28具有面对转子轴(如图1中示为13)的其间的一个或更多个迷宫齿16。密封装置节段12包括一个或更个波纹弹簧，波纹弹簧包括前波纹弹簧30和后波纹弹簧32。密封装置节段12还包括次级密封件34，次级密封件34在一端处经由悬臂梁区段36附接到定子顶部界面元件24，且在另一端处定位在多个波纹弹簧30,32和座板14附近。次级密封件34中的各个在一个第二端处形成与座板14的接触线。在该实施例中，定子界面元件24包括凹槽或槽口35，以允许设置花键密封件来减小相邻密封装置节段12的定子界面元件之间的泄漏。此外，如该实施例中所示，波纹弹簧30,32和次级密封件34在周向方向上为直的。直的波纹弹簧30,32和直的次级密封件34允许机械应力保持较低。在另一个实施例中，波纹弹簧30,32和次级密封件34可沿周向方向弯曲。
在密封件组件10(如图1中所示)中，来自相邻密封装置节段12的次级密封件12形成用于顶部界面元件24与座板14之间的流体流的阻力通路。在一个实施例中，前波纹弹簧30和后波纹弹簧32对称地定位成在次级密封件34与座板14之间的接触线的任一侧上。该对称布置允许座板14在最小的倾斜下沿径向平移(前座区段26的边缘比后座区段28的边缘更接近转子，反之亦然)。由对称设计导致的减小的倾斜还确保了座板14可以以可靠的方式沿径向向内和沿径向向外(在转子增长事件期间)行进较大位移。
存在经过次级密封件34与座板14之间的接触线的小泄漏。次级密封件34构造成将密封装置节段12分成朝高压侧18的前腔38和朝旋转机械的低压侧20的后腔40。
在如图3中所示的一个实施例中，密封装置节段13包括连接到座板14和顶部界面元件24的多个弯部31,33。一个或更多个弯部可为W形或V形。密封装置节段13的其它特征类似于密封装置节段12。图3的多个弯部31,33或图2的波纹弹簧30,33中的各个包括比顶部界面元件24和座板14的周向宽度中的各个小的周向宽度。这确保了在旋转机械的加压时，流体在前波纹弹簧30或弯部31附近流动，且对前腔38加压。类似地，在旋转机械的低压侧20处，低压流体在后波纹弹簧32或弯部33附近流动，以在后腔40内在次级密封件34后方形成低压。
此外，在图2或图3的一个实施例中，密封装置节段12包括座板14的分别朝旋转机械的高压侧18和低压侧20的侧部处的前座给送凹槽42和后座给送凹槽44。座板14的顶部46包括周向宽度，该周向宽度比形成给送凹槽42,44的底部48宽。前座给送凹槽42允许高压流体流入位于迷宫齿16上游的前腔38中。类似地，后座给送凹槽44允许低压空气流至位于迷宫齿16下游的后腔40。如图2和图3中所示，座板14还包括多个前端口50，前端口50在旋转机械的高压侧18处位于线接触的上游，以用于允许流体的去往一个或更个迷宫齿16前部的轴向流。此外，座板14还包括一个或更多个后端口52，后端口52在旋转机械的低压侧20处位于线接触的下游。在一个实施例中，一个或更多个后端口52沿周向方向成角度，以将切向流给予从单个或多个迷宫齿16后方流入后腔40中的流体。在另一个实施例中，一个或更多个后端口52为直的端口或周向成角度的端口，以用于允许流体从迷宫齿16后方流至密封装置节段12的后腔40。
在密封件组件10(如图1中所示)中的相邻密封装置节段12之间，存在相邻次级密封件36之间的空隙。图4为密封件组件10(如图1中所示)的一部分，其示出了相邻密封装置节段12(如图1中所示)之间的径向间隙。如图所示，定子顶部界面元件24形成定子壳体的一部分，且具有相邻密封装置节段12之间的定子-定子径向间隙41。花键槽口35(如图2、图3中所示)中的花键密封件的存在提供了用于泄漏通路的，前腔38中的高压流体与后腔40中的低压流体之间的泄漏阻力，该泄漏通路可由于相邻密封装置节段之间的可变定子-定子径向间隙而形成。在非限制性实例中，花键密封件为大约0.003英寸到大约0.015英寸厚，且由高温金属合金制成。相邻次级密封件34还显示出径向次级密封节段间隙43。还存在相邻座板14之间的径向节段间隙47。在密封件组件10中，相邻座板14与相邻次级密封件34之间的径向间隙41,43,47构造成使得密封装置节段12的朝转子的任何径向运动或密封装置节段12的任何周向热膨胀不引起节段连结。
图5为根据本发明的实施例的密封装置节段12的侧视图。如一个实施例中所示，前波纹弹簧30和后波纹弹簧32通过硬焊接头49连接到顶部界面元件24和座板14。图5还示出了作用在座板14和次级密封件34上的各种压力。在前腔38和后腔40中，密封装置节段12的加压导致座板14在旋转机械的启动操作期间朝转子移动。在非限制性实例中，座板14可在空气静力操作模式中覆在流体膜上，该流体膜厚度可取决于与转子的初始密封件组件空隙而范围从大约3/1000英寸到5/1000英寸。
在空气静力操作模式中，加压导致次级密封件34沿径向向内偏转，从而朝转子13(如图1中所示)推动座板14。当次级密封件34朝转子推动座板14时，波纹弹簧30,32支承且引导座板14的运动。除次级密封件接触力和波纹弹簧力外，座板14还经历空气静力压力负载。这些空气静力压力负载由座板14附近的流体的存在引起的。如图5中的径向外面所示，座板14经历次级密封件34与座板14之间的次级密封件线接触的任一侧上的高压(Phigh)和低压流体(Plow)。
在一个实施例中，前端口50和两个前座给送凹槽42(如图2、图3中所示)使高压流体从前腔38至单个或多个迷宫齿16的前侧。类似地，一个或更多个后端口52和后座给送凹槽44(如图2、图3中所示)使低压流体从后腔40至单个或多个迷宫齿16的后侧。因此，单个或多个迷宫齿16经历跨过密封装置节段12的压降，且执行提供用于沿转子-座板间隙的泄漏的流动限制的功能。由于存在前端口50，故次级密封件34上游的座板14的所有面都经历高压流体。类似地，一个或更多个后端口52确保次级密封件34下游的座板14的所有面都经历低压流体。当座板14与转子表面之间的流体膜厚度为3/1000到5/1000英寸或更大时，转子的旋转不导致座板14下方的流体膜压力显著不同于由前端口50和后端口52引起的高压力和低压力。结果，座板14上的净流体负载大约为零。座板14在几乎为零的净流体负载的影响下沿径向向内移动，因为次级密封力ΔP向内推动座板14，且支承座板的波纹弹簧相对于该径向向内运动作用。
图6为根据本发明的实施例的密封装置节段12的仰视图。在该实施例中，密封装置12示出了前端口50，其包括四个端口。在其它实施例中，前端口50可为更少端口或多于四个端口。在当前实施例中，前端口50构造成允许流体从前端口50沿轴向方向流至单个或多个迷宫齿16的前部。在另一个实施例中，前端口50沿周向方向成角度，以当流体从前腔38流至单个或多个迷宫齿16的前部时，给予流体旋流(得到切向速度)。在该实施例中，后端口52的一个第一端从密封装置节段12的仰视图示出。后端口52将迷宫齿16的后侧连接到后腔40。如图所示，后端口52的一个开口位于后座区段28的面对迷宫齿16后侧的第一边缘处。图7中示出了后腔40中的后端口52的第二开口。在一个实施例中，后端口52可分成更多端口。在另一个实施例中，一个或更多个后端口52沿周向方向成角，以将切向流给予从单个或多个迷宫齿16后方流入后腔40中的流体。
图8为根据本发明的另一个实施例的具有与次级密封件34整体结合的支承结构元件37的密封装置节段15的透视图。在该实施例中，次级密封件34的一端包括成角度端41，其附接在位于定子顶部界面元件24中的槽口43中。支承结构元件37是定子顶部界面元件24的延伸部。支承结构元件37与次级密封件34对接，使得次级密封件34的径向向外运动可能具有相对小的阻力，而次级密封件34的任何径向向内运动如下文所述减小。支承结构元件37可包括凹槽或槽口39，以用于允许设置花键密封垫片来限制前腔38中的高压流体与后腔40处的低压流体之间的定子-定子间隙处的泄漏。密封装置节段15的其它特征类似于密封装置节段12,13(如图2、图3中所示)的特征。凹槽或槽口39内的花键密封垫片的使用旨在用于减小相邻节段的定子-定子间隙之间的泄漏，以及用于减小相邻节段的次级密封件之间的泄漏。凹槽或槽口39和花键密封垫片的厚度构造成耐受由相邻定子界面元件24的组件变化或热和压力偏转引起的在相邻定子界面元件24之间导致的径向和轴向失配。
与次级密封件34对接的支承结构元件37将非线性弹簧刚度特征给予次级密封件34。在一个实施例中，次级密封件34将双线性弹簧刚度特征给予次级密封件34。对于径向向内运动，次级密封件行为类似于短的刚性悬臂梁，其具有附接到支承结构元件37的一端，以及能够沿座板14轴向地自由滑动的另一端。次级密封件34的刚性弹簧特征对于径向向内运动是期望的，以限制径向向内的座运动的程度，且还限制由于加压和径向向内运动引起的次级密封件34中的机械应力。相反，在转子增长事件期间(即，当座径向向外移动时)，由短刚性次级密封件34提供的阻力是非期望的。然而，由于次级密封件34不附接到支承结构元件37，故次级密封件34可容易地从支承结构元件37升离/剥离。在径向向外运动的情况下，次级密封件行为类似具有减小的对向外座运动的阻力的软而长的悬臂。
图9为根据本发明的实施例的具有相邻密封装置节段12之间的多个搭叠垫片72的覆膜密封件组件70。多个搭叠垫片72设置成以便重叠密封件组件70中的相邻次级密封件34。搭叠垫片72中的各个包括与成角度地附接到彼此的第一垫片74和第二垫片76。在一个实施例中，搭叠垫片72中的各个为附接(硬焊)到一个节段的次级密封件的弯曲金属垫片，使得其延伸至相邻节段的次级密封件上。弯曲垫片74,76的夹角构造成符合在沿两个相邻次级密封件34的直线之间形成的角度。对于搭叠垫片72中的各个，第一垫片74附接到次级密封件24中的一个，且第二垫片76为延伸垫片，该延伸垫片构造成在密封件组件70的相邻次级密封件上自由地滑动。此延伸垫片预计在加压下闭合，且减小相邻次级密封件34之间的节段间隙泄漏。
密封件组件70相对于转子13组装(如图1中所示)，使得存在各座板14与转子13之间和各相邻座板14之间的空隙。相邻节段12的次级密封件34在它们之间也具有空隙(除了由如图9中所示的搭叠垫片72覆盖时之外)，以避免节段连结。在加压时，流体在前波纹弹簧30(其在宽度上比密封节段14,24短)附近流动，且对前腔38(图1中所示)加压。来自相邻节段12的次级密封件34与花键密封件和/或搭叠垫片70一起形成用于定子界面元件24与座板14之间的流体流的阻力通路。由于各次级密封件34形成与相应座板的线接触，故存在经过座与次级密封件之间的该线接触的相对小的泄漏，和跨过花键密封件和搭叠垫片70的布置的小的泄漏。低压流体在后波纹管32附近流动(图2中所示)，以形成次级密封件34、花键和/或搭叠垫片70布置后方的低压。因此，跨过密封件组件70的压降跨过次级密封件34、花键和/或搭叠垫片70的布置而发生。密封件的加压导致座板14朝转子移动，且取决于其初始组件空隙，各节段12的座板12覆在流体膜(3/1000到5/1000英寸厚)上，从而以空气静力模式操作。
图10示出了根据本发明的实施例的密封装置节段12中的另一个后端口52。在该实施例中，一个或更多个后端口52为直的端口或周向成角度端口，以用于允许从多个迷宫齿16后方直接至密封装置节段12的下游腔的流体流。一个或更多个后端口52的第一端开口可位于后座区段28的面对迷宫齿16后侧的第一边缘处。如该实施例中所示，一个或更个后端口52的第二端开口可位于座板14的后座区段的第二边缘处，从而将流体流从多个迷宫齿16的后方直接地引导至密封装置节段12的下游腔。
图11示出了根据本发明的实施例的密封件组件10中的座-转子曲率。密封件组件10还以空气动力操作模式操作。当转子-座板间隙开始减小(例如，在导致空隙变化的热瞬变事件期间)时，薄流体膜51开始累积附加压力。在该实施例中，座板14的曲率半径故意加工成大于转子半径。结果，当转子-座板间隙变得小(通常小于1/1000英寸)时，流体膜51沿旋转方向单调地汇聚或汇聚-发散。流体楔形式的该流体膜引起附加压力积累。薄膜的物理性质从液体动压轴颈轴承或箔带轴承中得到良好的理解，且可使用适合的流体流模型来模拟。基本原理为沿旋转方向的流体膜厚度中的任何负梯度将使流体膜中的压力增大至高于其边界压力。由薄流体膜引起的附加压力挤压波纹弹簧30,32，从而使座板14沿径向向外移动，且保持转子免于接触座板14。在该意义上，转子的任何向外位移由每个密封装置节段12上的座板14跟踪。
在如图12中所示的另一个实施例中，薄流体膜由于旋转方向上的座板14上的一个或更多个瑞利梯级60,62的存在而生成附加力。如图所示，前座区段26包括第一瑞利梯级60，且后座区段28包括第二瑞利梯级62。应当注意的是，多个前端口50和一个或更多个后端口52也用作冷却端口的目的，以带走附加的热，该附加的热可在密封操作的薄膜空气动力模式中生成。
两个座区段(即，前座区段26和后座区段28)的存在允许(围绕周向轴线)沿两个方向生成空气动力力矩。例如，如果座板14倾斜使得后座区段28的后缘比前座区段26的前缘更接近转子，则后座区段28将生成比前座区段26大的空气动力，且所得的空气动力力矩将校正座的倾斜。类似地，前座区段26允许在前座区段26更接近转子的情况下校正空气动力倾斜。总体上，具有与转子或一个或更多个瑞利梯级60,62失配的曲率的两个座板区段布置允许自动校正密封行为，其可不但校正径向空隙变化，还校正密封件中的前后倾斜。
在非限制性实例中，波纹弹簧30,32和次级密封件34(如图2中所示)两者由高温金属合金垫片如Inconel X750或Rene41形成。波纹弹簧30,32的两端硬焊到顶部界面元件24和座板14。次级密封件34悬臂连接(硬焊)到定子或顶部界面元件24，且能够在座板表面上自由地轴向滑动。在本实施例中，次级密封件34的自由端接触座板14(如图所示)，且始终保持与座板14接触。在一个实施例中，在加压之前可存在次级密封件34与座板14之间的间隙(没有接触)，且该间隙将在加压时闭合，以形成次级密封件34与座板14之间的接触。在一个实施例中，座板14和定子界面件或顶部界面元件24为加工或铸造的。在一个实施例中，座板的径向最内表面可涂布有润滑涂层，如NASA PS302或NASA PS400，类似涂层，其可处理座板14与转子之间的意外摩擦。在另一个实施例中，与座板14对接的转子表面可涂布有碳化铬或氮化钛铝或类似涂层，以改善转子的硬度、耐腐蚀性和维持良好表面精整度的能力。
图13示出了根据本发明的实施例的转子-定子密封件组件80。在一个实施例中，转子-定子密封件组件80包括转子上的凹槽或槽口82，其沿轴向或切向方向成角度，以用于在转子机械操作期间生成空气动力。在另一个实施例中，转子定子密封件组件80包括转子上的凹槽或槽口84，其为鲱鱼鱼骨(herringbone)图案以用于在转子机械的操作期间生成空气动力。
此外，在一个实施例中，转子13的在前座26下方的一部分包括沿组合的轴向和切向方向定向的凹槽或槽口或凹穴82。此外，在该实施例中，转子13的在后座28下方的一部分包括鲱鱼鱼骨图案。在又一个实施例中，前座和后座26、28中的各个下方的转子13包括凹穴/凹槽/槽口，它们以纯粹轴向或组合的轴向和切向的凹槽或鲱鱼鱼骨图案定向。转子13上的凹槽可沿旋转方向或与旋转方向相反地对准。
图14为流程图100，其示出提供的制造密封件组件的方法中涉及的步骤。该方法包括在步骤101处提供多个密封装置节段，密封装置节段用于提供定位在静止壳体与转子中间的密封件组件。在步骤102处，该方法包括提供具有前座区段和后座区段的座板，前座区段和后座区段具有在它们之间面对转子的一个或更多个迷宫齿。在步骤104处，该方法包括将多个波纹弹簧或弯部连接到座板和连接到定子界面元件。该方法包括将多个波纹弹簧或弯部紧固或硬焊到定子界面元件和座板。进一步在步骤106处，该方法包括将花键密封件设置在定子界面元件中的凹槽或槽口内，以用于防止泄漏。在步骤108处，该方法还包括使次级密封件的一端与定子界面元件整体结合；和将次级密封件的第二端定位在多个波纹弹簧和座板附近。在一个实施例中，该方法还包括将次级密封件紧固或硬焊到定子界面元件。在另一个实施例中，该方法还包括利用润滑涂层来涂布座板的径向最内表面，该润滑涂层选自基于金属氧化物的涂层的集合，其包括由National Aeronautics and Space Administration(NASA)开发的且称为NASA PS304或NASA PS400的等离子喷涂(PS)。在又一个实施例中，该方法还包括以润滑涂层和耐磨涂层涂布座板的径向最内表面，该润滑涂层选自石墨、类金刚石碳和六方氮化硼或类似的其它固体润滑剂的集合。此外，在另一个实施例中，该方法包括以选自碳化铬、氮化钛铝等的材料来涂布与座板对接的转子表面。
有利的是，本空气动力密封件组件是可靠、稳健的密封件，其用于旋转机械的具有大的压降和大的瞬变的若干位置中。密封件组件还是制造起来经济的。密封件的无接触操作使得它们对于大转子瞬变位置是有吸引力的。此外，本发明允许弹簧刚度和压力抵抗能力的独立控制，从而允许仍耐受高压降的顺应性密封件的设计。此外，本发明允许座板在空气静力操作中保持与转子平行，且在空气动力模式期间平行于转子地转移。本发明还包括改善的径向运动的可预测性(泄漏性能和稳健性的提高的可预测性)。
此外，技术人员将认识到来自不同实施例的各种特征的可互换性。类似地，所述的各种方法步骤和特征，以及各此类方法和特征的其它已知等同物可由本领域技术人员混合和匹配，以构成根据本公开的原理的额外系统和技术。当然，应当理解的是，不一定上述所有此类目的或优点可根据任何特定实施例来实现。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本文所述的系统和技术可以以一种方式体现或执行，使得实现或优化如本文教导的一个优点或优点的集合，而不必然实现本文教导或建议的其它目的或优点。
尽管本文已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，应理解的是，所附权利要求旨在覆盖落入本文的真正精神内的所有此类修改和变化。

Claims (29)

1.一种用于旋转机械的密封件组件，所述密封件组件包括：
多个密封装置节段，其沿周向设置在静止壳体与转子中间，其中所述节段中的各个包括：
座板，其具有前座区段和后座区段，所述前座区段和后座区段具有在它们之间的面对所述转子的一个或更多个迷宫齿，其中，所述座板构造成允许去往所述一个或更多个迷宫齿的前部的高压流体和所述一个或更多个迷宫齿后方的低压流体，且还构造成在所述座板与所述转子之间生成空气动力，
定子界面元件，其包括槽口，以用于允许设置花键密封件以减小泄漏；
多个弯部，其连接到所述座板且连接到所述定子界面元件；其中，所述多个弯部构造成允许所述高压流体占据前腔且所述低压流体占据后腔；和
次级密封件，其在一端处与所述定子界面元件整体结合且在另一端处定位在所述多个弯部和所述座板附近。
2.根据权利要求1所述的密封件组件，其特征在于，还包括多个搭叠垫片，所述多个搭叠垫片位于所述密封件组件内且构造成重叠所述密封件组件中的相邻次级密封件。
3.根据权利要求2所述的密封件组件，其特征在于，所述搭叠垫片中的各个包括成角度地附接到彼此的第一垫片和第二垫片。
4.根据权利要求3所述的密封件组件，其特征在于，对于所述搭叠垫片中的各个，所述第一垫片附接到所述次级密封件中的一个，且所述第二垫片构造成在所述密封件组件的相邻次级密封件上自由地滑动。
5.根据权利要求1所述的密封件组件，其特征在于，所述座板构造成，由于面对所述转子的所述座板的半径大于所述转子的半径，或由于面对所述转子的所述座板上的一个或更多个瑞利梯级的存在，或由于转子上的沿轴向或切向方向或以鲱鱼鱼骨图案成角度的槽口的存在，而生成所述空气动力。
6.根据权利要求1所述的密封件组件，其特征在于，所述次级密封件在周向方向上是直的。
7.根据权利要求1所述的密封件组件，其特征在于，所述次级密封件在周向方向上是弯曲的。
8.根据权利要求1所述的密封件组件，其特征在于，所述次级密封件的所述一端包括成角度端，所述成角度端附接到位于所述定子界面元件中的第二槽口中。
9.根据权利要求8所述的密封件组件，其特征在于，所述次级密封件通过支承结构元件与所述定子界面元件整体结合。
10.根据权利要求9所述的密封件组件，其特征在于，所述支承结构元件为所述定子界面元件的延伸部。
11.根据权利要求10所述的密封件组件，其特征在于，所述支承结构元件包括槽口，以用于允许设置花键密封件来减小节段泄漏。
12.根据权利要求10所述的密封件组件，其特征在于，所述次级密封件与所述支承结构元件对接，以用于允许所述次级密封件的径向向外移动。
13.根据权利要求10所述的密封件组件，其特征在于，所述次级密封件与所述支承结构元件对接，以用于防止所述次级密封件的径向向内移动。
14.根据权利要求1所述的密封件组件，其特征在于，所述多个弯部包括用于泄压的孔。
15.根据权利要求1所述的密封件组件，其特征在于，所述多个弯部为多个波纹弹簧。
16.一种制造密封件组件的方法，包括：
提供多个密封装置节段，所述多个密封装置节段用于定位在静止壳体与转子中间的密封件组件；
提供座板，所述座板具有前座区段和后座区段，所述前座区段和后座区段具有在它们之间的面对所述转子的一个或更多个迷宫齿，其中，所述座板构造成允许去往所述一个或更多个迷宫齿的前部的高压流体和所述一个或更多个迷宫齿后方的低压流体，且还构造成在所述座板与所述转子之间生成空气动力；
将多个弯部连接到所述座板且连接到定子界面元件，其中，所述多个弯部构造成允许所述高压流体占据前腔且所述低压流体占据后腔；
将花键密封件设置在所述定子界面元件中的槽口内，以用于减小泄漏；
使次级密封件的一端与所述定子界面元件整体结合；和
将所述次级密封件的另一端定位在所述多个弯部和所述座板附近。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括将所述多个弯部紧固到所述定子界面元件和所述座板。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括将所述次级密封件紧固到所述定子界面元件。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述紧固为硬焊。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括利用润滑涂层来涂布所述座板的径向最内表面，所述润滑涂层选自基于金属氧化物的等离子喷涂涂层、石墨、类金刚石碳和六方氮化硼的集合。
21.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括利用选自碳化铬和氮化钛铝的集合的材料来涂布与所述座板对接的转子表面。
22.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述多个弯部为多个波纹弹簧。
23.一种旋转机械，包括：
转子；
定子壳体；和
多个密封装置节段，其沿周向设置在静止壳体与所述转子中间，其中，所述节段中的各个包括：
座板，其具有前座区段和后座区段，所述前座区段和后座区段具有在它们之间的面对所述转子的一个或更多个迷宫齿，其中，所述座板构造成允许去往所述一个或更多个迷宫齿的前部的高压流体和所述一个或更多个迷宫齿后方的低压流体，且还构造成在所述座板与所述转子之间生成空气动力，
定子界面元件，其包括槽口，以用于允许设置花键密封件来防止泄漏；
多个弯部，其连接到所述座板且连接到所述定子界面元件；其中，所述多个弯部构造成允许所述高压流体占据前腔且所述低压流体占据后腔；和
次级密封件，其在一端处与所述定子界面元件整体结合且在另一端处定位在所述多个弯部和所述座板附近。
24.根据权利要求23所述的旋转机械，其特征在于，还包括在所述座板的分别朝所述旋转机械的高压侧和低压侧的侧部处的前座给送凹槽和后座给送凹槽。
25.根据权利要求23所述的旋转机械，其特征在于，所述次级密封件附接到所述定子界面元件。
26.根据权利要求23所述的旋转机械，其特征在于，所述次级密封件的所述一端包括成角度端，所述成角度端附接在位于所述定子界面元件中的第二槽口中。
27.根据权利要求23所述的旋转机械，其特征在于，所述次级密封件通过支承结构元件与所述定子界面元件整体结合，以用于允许所述次级密封件的径向向外移动，且防止所述次级密封件的径向向内移动。
28.根据权利要求27所述的旋转机械，其特征在于，所述支承结构元件包括槽口，以用于允许设置花键密封件来防止泄漏。
29.根据权利要求23所述的旋转机械，其特征在于，所述多个弯部为多个波纹弹簧。
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