CN105531444A - 用于涡轮机的密封装置 - Google Patents

Abstract

一种用于涡轮机的密封装置和一种用于密封装置的方法。提出了一种用于涡轮机的密封装置，该密封装置用于在涡轮机的上壳体(3)与下壳体(2)之间的分离平面(6)处提供密封。密封装置包括密封条(10)，密封条(10)包括第一部分(19)和第二部分(20)，第一部分(19)与第二部分(20)之间形成有凹槽(22)，其中，第一部分(19)、第二部分(20)和凹槽(22)从密封条(10)的第一端部(17)延伸至密封条(10)的第二端部(18)，并且其中，密封条(10)机械地联接至下壳体(2)使得第二部分(20)与下壳体(2)接触，其中，密封条(10)是沿着凹槽(22)机械地联接至下壳体(2)的。

Description

用于涡轮机的密封装置

技术领域

本发明涉及用于涡轮机的密封装置，并且更具体地涉及在涡轮机的上壳体与下壳体之间的分离平面处的密封装置。

背景技术

涡轮机、比如蒸汽轮机包括通常以两个部分——即，上壳体和下壳体——实施的壳体。壳体的这种两部分实施方式有利于转子的装配。上壳体和下壳体在装配状态下通过接合区域接合至彼此。上壳体和下壳体形成接合部，并且上壳体与下壳体之间形成的平面被称为分离平面。在该分离平面处，上壳体和下壳体借助于接合凸缘和接合螺钉或螺栓接合在一起。

在蒸汽轮机的运行期间，可能在分离平面处发生蒸汽泄漏，从而导致热蒸汽通过分离平面处的接合部逸出。壳体的壁厚是不均匀的，这导致非均匀的温度分布，并且因此导致壳体中出现应力，从而导致接合部区域中、特别是分离平面处的泄漏。

目前，通过利用密封环与螺栓连接并且/或者通过在接合凸缘的表面上设置凹槽——这减少了面积并增大了压力从而防止蒸汽的泄漏——来防止泄漏。

然而，上述装置不能完全防止蒸汽在上壳体与下壳体的分离平面处的泄漏。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于防止涡轮机中泄漏的改进的密封装置。

该目的是通过提供根据权利要求1所述的密封装置来实现的。

根据本发明，提出了一种用于涡轮机的密封装置，该密封装置用于在涡轮机的上壳体与下壳体之间的分离平面处提供密封。密封装置包括密封条，密封条包括第一部分和第二部分，第一部分与第二部分之间形成有凹槽，其中，第一部分、第二部分和凹槽从密封条的第一端部延伸至密封条的第二端部，并且其中，密封条机械地联接至下壳体使得第二部分与下壳体接触。通过使密封条具有第一部分和第二部分——其中，第二部分与下壳体接触——以及形成在第一部分与第二部分之间的凹槽，密封条通过在与下壳体和外壳体接触的线处具有密封来防止蒸汽的泄漏而能够实现改进的密封。此外，密封装置是柔性的并且甚至在磨损和破损期间仍能够提供密封。

密封条是沿着凹槽机械地联接至下壳体的，这使得第二部分与下壳体以及第一部分与上壳体能够在相应的接触点处接触。

在一个实施方式中，密封条的第一部分与涡轮机的上壳体接触。这种布置防止蒸汽从分离平面朝向涡轮机的上壳体侧泄漏。

在一个实施方式中，密封条由金属材料制成。由于所述密封条可以容易地制造并固定至壳体的壁，因此金属材料的使用是有成本效益的。此外，由金属材料制成的密封条能够承受高温和高压。

在另一实施方式中，密封条由非金属材料制成。由非金属材料制成的密封条不受外部或内部腐蚀的影响并且可以在不遭受高温的位置处使用。

在一个实施方式中，多个密封件在第一端部和第二端部处垂直地设置在密封条上，这防止了通过形成在密封条的凹槽与第一部分和第二部分之间的空间泄漏并且还防止流体从密封条的端部泄漏。

在一个实施方式中，密封件为能够使从密封条的端部进入的流体的能量减少的迷宫式密封件，由于该迷宫式密封件建立了用于使流体穿过的复杂的路径，从而减少了流体的能量。

在一个实施方式中，上壳体和下壳体沿径向方向分别对密封条的第一部分和第二部分施加力，从而确保相应的接触点处的增强的密封。

在一个实施方式中，密封条利用螺栓或螺钉联接至下壳体。螺栓连接或螺钉连接能够容易地实施并且提供密封条至壳体的内壁的持久且可靠的联接。

附图说明

现在将参照本发明的附图对本发明的上述特征和其他特征进行论述。所示出的实施方式意在说明本发明而非限制本发明。附图包含以下各图，其中，贯穿说明书和附图，相同的附图标记指代相同的部件。

图1为涡轮机的壳体的三维截面的示意性图示，

图2为描绘了涡轮机的壳体的径向截面的示意性图示，

图3为描绘了示例性的密封条的示意图，

图4为描绘了密封条与垂直地设置在密封条中的密封件的示意图，

图5为描绘了密封条至壳体的装配的示意图，以及

图6为描绘了根据本技术的方面的用于适合于涡轮机的密封装置的方法的流程图。

具体实施方式

本发明的实施方式总体上涉及涡轮机、比如燃气轮机、蒸汽轮机、涡轮风扇、涡轮压缩机，并且更具体地涉及用于防止涡轮机中的流体泄漏的密封装置。尽管本发明针对的是用于涡轮机的密封装置，但是应当指出的是，这种密封装置可以在任何增压容器中使用以防止泄漏。

图1描绘了例如但不限于蒸汽轮机的涡轮机的壳体1的三维剖切截面。壳体1包括下壳体2和上壳体3。上壳体3和下壳体2在装配状态下接合至彼此。上壳体与下壳体之间的接合部形成在上壳体3与下壳体2之间的被称为分离平面的平面6上。更具体地，分离平面6是涡轮机的两个部分——上壳体3和下壳体2——之间的平面。

为了确保流体例如蒸汽不泄漏通过分离平面处的接合部，必须使接合部尽可能地紧闭。上壳体3和下壳体2联接至彼此。更具体地，上壳体3和下壳体2固定地螺钉连接或螺栓连接至彼此。为此，下壳体2和上壳体3包括可以紧密地螺钉连接彼此的接合凸缘4、5。

如先前指出的，即使利用上述装置，流体仍可能泄漏通过分离平面6处的接合部，因此，根据本技术的方面，密封条10机械地联接至壳体1。更具体地，密封条10在分离平面6处机械地联接至下壳体2使得密封条10的至少一部分位于分离平面6上方。

根据本技术的方面，密封条的位于分离平面6上方的部分在装配期间与上壳体3形成接触。密封条10可以沿着分离平面6的整个延伸区安置，或者替代性地，密封条10可以安置在沿着分离平面6的流体泄漏可能性较高的位置处。

此外，根据本技术的方面，密封条10联接至下壳体2的内壁7。应当指出的是，密封条10的联接是在上壳体3与下壳体2的装配之前完成的。

现在参照图2，描绘了涡轮机的壳体1的径向截面。包括密封条10的密封装置在形成于下壳体2与上壳体3之间的分离平面6处的接合部处联接至壳体1的内壁7。密封条10包括用于螺栓连接或螺钉连接至下壳体2的内壁7的多个孔12。此外，密封装置还包括与密封条10的长度垂直地设置的多个密封件(图2中未示出)，其中，所述多个密封件设置在密封条上。将参照图3和图4对密封装置进行更详细地描述。

现在参照图3，描绘了示例性的密封条10的示意图。密封条10包括彼此相反的第一侧16和第二侧14以及限定密封条10的长度的第一端部17和第二端部18。此外，密封条10包括其间形成凹槽22的第一部分19和第二部分20，使得第一部分19、第二部分20和凹槽22从密封条10的第一端部17延伸至密封条10的第二段部18。凹槽22还包括从密封条10的第一端部17延伸至第二端部18的突出部23。

更具体地，第一部分19、第二部分20和凹槽22以及突出部23设置在密封条10的第一侧16上。如先前指出的，密封条10机械地联接至下壳体2。具体地，密封条10机械地联接至下壳体2的内壁7，使得第二部分20与下壳体2接触。

密封条10是通过螺栓和/或螺钉联接至下壳体2的。更具体地，密封条10的联接是通过沿着密封条的凹槽22处的突出部23进行螺栓连接或螺钉连接来实现的。替代性地，密封条10还可以通过焊接而附接至下壳体2。

根据本技术的方面，密封条10可以由金属材料或例如但不限于镍基合金的合金制成。替代性地，密封条10还可以由非金属材料、例如但不限于橡胶或聚合物制成。还应当指出的是，对用于密封条10的材料的选择取决于密封条的位置以及密封条10于涡轮机内的环境的暴露。

如先前指出的，密封条10在第一侧16上具有第一部分19和第二部分20。第一部分19和第二部分20在形状上通常是弯曲的，从而形成分别与上壳体3和下壳体2接触的相应的线。特别地，第一部分19和第二部分20形成典型的半圆形状并从第一端部17延伸至第二端部18。

如先前指出的，密封条10的第二部分20联接至下壳体2。这种布置使得密封条10的第一部分19与上壳体3、并且具体地与上壳体3的内壁接触，从而在接触点处形成密封。

下壳体2与上壳体3之间形成的分离平面6处的接合部由于密封条10的第一部分19和第二部分20而被密封。

此外，密封条10在第一端部17处包括多个槽24以及在第二端部18处包括多个槽25。槽24、25在从第一部分19至第二部分20的区域中延伸以容置沿着密封条10的长度垂直地设置的密封件。

图4为密封条10与垂直地设置在密封条10中的密封件30、32的示意图。如图所描绘的，多个密封件30、32在第一端部17和第二端部18处设置在密封条10中的槽24、25中。密封件30、32沿着密封条10的长度设置在垂直方向上。密封件30、32是防止从密封条10的端部17、18进入的流体泄漏的迷宫式密封件。

如先前指出的，密封条10包括位于第一部分19与第二部分20之间的凹槽22。流体可以从第一端部17或第二端部18通过由凹槽22形成的空间进入并且可能从该空间泄漏。为了防止泄漏，密封件30、32沿着密封条10的长度垂直地设置以防止泄漏。

密封件30、32可以基于运行条件和热力学参数而由金属或非金属材料制成。密封件30、32的长度取决于流体的热力学参数、例如但不限于压力和温度。穿过密封件30、32的流体的能量由于密封件的防止从接合部泄漏的结构而被减少。在一个实施方式中，密封条10中的第一密封件30与第二密封件32之间的空间可以连接至涡轮机内的低压区，从而使流体能够通至低压区。

图5为描绘了密封条至涡轮机的壳体的装配的示意图。密封条在装配期间的三个不同位置由附图标记34、36和38表示。描绘第一位置的附图标记34示出了具有第一部分19、第二部分20以及位于第一部分19与第二部分20之间的凹槽22的密封条10的侧视图。凹槽22包括沿着密封条10的长度延伸的突出部23。突出部23被设计成使得密封条10在接触点43、45处的宽度39与密封条10在突出部23处的宽度40之间的差为“X”mm，如图5中所描绘的。应当指出的是，“X”可以从大约1mm至大约2mm。然而，在其他情况下，作为两个宽度之间差距的“X”可以根据密封条的设计要求和布置而从大于0mm至大约5mm的距离变化。

附图标记36描绘了通过螺栓42沿着第一部分19与第二部分20之间的凹槽22联接密封条10。密封条10是沿着凹槽22中的突出部23联接至下壳体2的内壁7的，这导致第二部分20与下壳体2在接触点45处形成密封。密封条10的第一部分19未变形并且从下壳体2的内壁7进一步延伸了距离“X”，如图所描绘的。

附图标记38描绘了将上壳体3安置在下壳体2之上使得上壳体3与密封条10的第一部分19在接触点43处形成接触。上壳体3在边缘上包括倒角46以防止在装配过程期间损坏密封条10。在上述装配步骤中，密封条10的第一部分19和第二部分20两者均变形，从而导致预加载以进行密封。

图6为描绘了根据本技术的方面的用于提供密封装置的示例性方法50的流程图。如先前指出的，密封装置在涡轮机的上壳体3与下壳体2之间的分离平面6处提供密封。更具体地，密封装置在下壳体2与上壳体3之间的分离平面中的接合部处提供密封。

密封装置包括密封条10以及沿着密封条10的长度垂直地设置的多个密封件30、32。

密封条10包括第一部分19和第二部分20，第一部分19与第二部分20之间形成有凹槽22，使得第一部分19、第二部分20和凹槽22沿着密封条10的从第一端部17至第二端部18的长度延伸。

在步骤52中，将密封条10定位成靠近涡轮机的下壳体2，使得密封条10的第二部分20与下壳体2的内壁7接触并且第一部分19位于分离平面6的上方。

在步骤54中，将密封条10机械地联接至下壳体2。更具体地，将密封条10沿着凹槽22机械地联接至下壳体2的内壁7。这确保了密封条10的第二部分20与下壳体2之间的在接触点45处的紧密密封。然而，由于密封条10与下壳体2的沿着凹槽22中的突出部23的紧固，因此密封条10的第二部分20变形。

在步骤56中，通过将上壳体3安置在下壳体2之上来组装上壳体3，上壳体3与密封条10的第一部分19形成接触，从而通过第一部分19在接触点43处提供密封。

应当指出的是，上壳体3在边缘上包括倒角46以提供平滑配合而不损坏密封条10，上壳体3还使密封条的第一部分19变形。第一部分19和第二部分20因上壳体3和下壳体2产生的变形分别造成预加载以进行密封。密封条10的第一部分19和第二部分20中的变形是由于上壳体3和下壳体2分别施加的径向力而造成的，从而提供紧密密封。

随后，在步骤58中，在接合凸缘4、5处将上壳体3和下壳体2螺栓连接和/或螺钉连接。通过将壳体的两个部分2、3螺钉连接或螺栓连接，壳体被牢固密封。

此外，在运行期间，壳体1内的压力沿径向方向进一步压缩密封条10，从而进一步确保接触点处的密封。

尽管已经参照具体实施方式描述了本发明，但是这种描述并不意味着以限制的意义来理解。通过参考本发明的说明书，所公开的实施方式的各种改型以及本发明的替代性实施方式对本领域技术人员而言将变得明显。因此，可以预期的是，在不脱离本发明的如所限定的实施方式的情况下可以做出这些改型。

Claims (12)

1.一种用于涡轮机的密封装置，所述密封装置用于在所述涡轮机的上壳体(3)与下壳体(2)之间的分离平面(6)处提供密封，所述密封装置包括：

-密封条(10)，所述密封条(10)包括第一部分(19)和第二部分(20)，所述第一部分(19)与所述第二部分(20)之间形成有凹槽(22)，其中，所述第一部分(19)、所述第二部分(20)和所述凹槽(22)从所述密封条(10)的第一端部(17)延伸至所述密封条(10)的第二端部(18)，并且其中，所述密封条(10)机械地联接至所述下壳体(2)使得所述第二部分(20)与所述下壳体(2)接触，

其中，所述密封条(10)是沿着所述凹槽(22)机械地联接至所述下壳体(2)的。

2.根据权利要求1所述的密封装置，其中，所述密封条(10)的所述第一部分(19)与所述涡轮机的所述上壳体(3)接触。

3.根据权利要求1和2所述的密封装置，其中，所述密封条(10)由金属材料制成。

4.根据权利要求1和2所述的密封装置，其中，所述密封条(10)由非金属材料制成。

5.根据权利要求1至5中的任一项所述的密封装置，其中，所述密封条(10)是通过螺钉和/或螺栓联接至所述下壳体(2)的。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的密封装置，其中，所述密封条(10)机械地联接至所述下壳体(2)的内壁(7)。

7.根据权利要求1至6所述的密封装置，还包括多个密封件(30、32)，所述多个密封件(30、32)在所述第一端部(17)和所述第二端部(18)处垂直地设置在所述密封条(10)上。

8.根据权利要求7所述的密封装置，其中，所述密封件(30、32)为迷宫式密封件。

9.根据权利要求7和8所述的密封装置，其中，所述密封件(30、32)由金属材料制成。

10.根据权利要求7和8所述的密封装置，其中，所述密封件(30、32)由非金属材料制成。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的密封装置，其中，所述上壳体(3)和所述下壳体(2)沿径向方向分别对所述密封条(10)的所述第一部分(19)和所述第二部分(20)施加力。

12.一种涡轮机，包括根据前述权利要求1至11中的任一项所述的密封装置。