CN106103905B - 用于密封在室温下在间隙侧彼此平靠的两个部件之间的间隙的密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于密封两个部件(13，15)之间的间隙的密封装置(11)，其中所述两个部件在间隙侧彼此平靠并且可以仅通过横向移动来装配，其中每个部件(13，15)在间隙侧具有台阶(26)，以便形成重叠止挡部，并且所述台阶(26)沿其边缘(27)弯曲。为了提供一种改进的密封装置(11)，其在一方面通过上述的两个相应部件(13，15)的相对于彼此的横向移动确保了容易的装配，并且在另一方面尽管所述部件(13，15)的两个间隙侧表面(30，32)可能分离，仍然确保特别可靠地密封存在于所述两个间隙侧(24)之间的间隙，提供了，所述两个部件(13，15)中的一个(13)具有以与所述弯曲边缘(27)类似的方式延伸并被布置在上述部件(13)的间隙侧(24)的后缩局部表面中的第一沟槽(40)，并提供了，所述两个部件(13，15)中的另一个(15)具有位于所述沟槽(40)对面的凹槽(34)，并且还提供了包括密封条(54)和螺旋条(56)的模块化密封元件(52)，其利用其从所述沟槽(40)突出的第一密封部(50)抵靠所述凹槽(34)的侧面。

Description

用于密封在室温下在间隙侧彼此平靠的两个部件之间的间隙 的密封装置

技术领域

本发明涉及一种密封装置，用于密封在室温下在间隙侧彼此平靠的两个部件之间的间隙，其中每个部件在间隙侧具有用于形成重叠止挡部的台阶，并且所述台阶沿其边缘是弯曲的。

背景技术

这样的密封装置尤其在热力涡轮机的壳体情况下是公知的。热力涡轮机通常被设计为具有相对厚壁壳体的固定式燃气涡轮机或蒸汽涡轮机，以便将在内部占优势的高压与环境屏蔽开。由于所述壳体的坚固设计和其特定尺寸，习惯将壳体设计为几个部件并使用铸造工艺制造它。基本上管状的壳体通常在所谓的水平分割接头处被分割成两半，使得上述的壳体具有下壳体部件和上壳体部件。同时，所述壳体具有这样的轴向长度，它们在此方向上也被设计为多个部件：所述壳体然后在也被称为垂直分割接头的轴向接头处被分割。其中水平分割接头和轴向分割接头彼此相遇的区域被称为分割交叉接头。

独立的壳体部件配备有在各自的壳体边缘处向外指向的法兰，从而为孔提供了空间，以便通过膨胀螺栓将直接相邻的外壳部件的邻接法兰永久地和可靠地连接在一起。

然而已经被证明的情况是，由于室温和工作温度之间的高温度差，壳体部件受到热膨胀的影响，其可能在它们的随着时间推移的表现方面和在程度方面局部地不同，特别是由于法兰的布置而导致。这些局部不同的膨胀效应可能会导致壳体部件在所述分割接头处轻微裂开，尽管它们由许多膨胀螺栓用很大的力量压在一起。这损伤了分割接头间的密封，使得在最坏的情况下，甚至可能会出现向外部的小的泄漏。

同时例如从EP0852659B1已知提供在两个邻接壳体部件的法兰表面中的带肋密封件，以便当出现间隙时减少从壳体内向外部的泄漏。

代替EP0852659B1中的带肋密封件，还可以使用所谓的E-密封件，其仅被定位在一个沟槽中，就座在相对的法兰表面上。然而已经表明，即使是这种类型的密封件也不具有足够的回弹能力以封闭实际发生的间隙大小。此外，这种E-密封件是非常昂贵的、安装复杂的，并且还被设计为仅使用一次，因此在其已经被使用且装配有其的壳体已经被打开后，所述E-密封件需要被更换。U形密封件也是已知的，例如从DE1020070014569A1中。

此外应当注意的是，在开始提到的类型的热力涡轮机中，当将最终上壳体部件放置在下半壳体上时，当所述壳体部件被降低时，其必须以精确配合沿相邻的上部壳体的间隙表面移动，因为在装配过程中不可能有横向移动。相对于垂直分割接头，因此不可能移动最终壳体部件来轴向地即横向地装配到其他上壳体部件上。该装配相关的约束是指，不可能使用在EP0852659B1中公开的在相关位置具有相对的沟槽和就座在其中的密封件的当前的密封系统。

因此，本发明的目标是提供一种用于密封在间隙侧彼此平靠的两个部件的密封装置，以及一种装配方法，使得其中两个部件中的一个沿潜在的泄漏路径移动。

发明内容

本发明的目标通过根据权利要求1所述的密封装置而实现。

在根据本发明的用于密封在室温下在间隙侧彼此平靠的两个部件之间的间隙的密封装置中，其中每个部件在间隙侧具有用于形成重叠止挡部的台阶并且所述台阶沿其边缘是弯曲的，它提供了两个部件中的一个具有以类似于所述弯曲边缘的方式延伸的第一沟槽，并且其中所述第一沟槽设置在相应部件的间隙侧的部件表面上，所述部件表面由于所述台阶而后缩，两个部件的另一个具有与所述沟槽相对的凹槽并缩短此台阶，并且提供了一种就座在所述沟槽中的密封元件，该密封元件利用所述第一密封部与所述凹槽的侧面抵靠。

本发明是基于这样的认识，在密封装置的两个部件的情况下，密封表面不应被定向成使得它们平行于所述部件的间隙表面，其中当它们彼此平靠时限定将要密封的实际间隙，而是应该横向特别是成直角地定向。

特别地，不管存在密封元件，这一特征使得当两个部件被装配时其间隙表面有可能不移动到彼此上，根据本申请这被定义为两个部件相对于彼此的侧向移动。相反，所述两个部件的相对装配运动平行于它们的随后彼此抵靠的间隙表面，根据本申请这被定义为两个部件的横向运动。特别是在与设置在间隙侧上的弯曲台阶相组合时，当停止表面在最后的操作位置时其各自的接触表面彼此抵靠，因此可能的是，当两个部件都几乎到达了它们相对于彼此的最终位置时，密封元件利用第一密封部以密封的方式仅抵靠其他部件的凹槽的侧面。这防止在部件被装配时对密封元件的摩擦磨损。因为第一密封部的支承表面并不像之前那样与其它部件的间隙表面重合而是与凹槽的侧壁重合，并且所述凹槽的侧壁横向于所述间隙表面定向，所以所述密封元件延伸进入另一部件的深度原则上可以选择为所期望的那么大。但是，该延伸有利地选择为只比所述两个间隙表面之间的间隙的最大预期尺寸稍大，从而可以获得比事先更好的密封效果，同时所述部件具有较大的变形。

所述沟槽被还被布置成靠近所述台阶并且所述密封元件包括密封条和将所述密封条压到所述沟槽的侧壁上的螺旋条，其中所述从所述沟槽伸出的密封条的一部分通过预紧力位于所述凹槽的侧壁上作为第一密封部。此外，一个部件的台阶的接触表面面对较高压力的空间。特此一方面依靠其第一密封部和凹槽的侧壁实现了可以从较高压力的空间向较低压力的空间发生的任何泄漏不能绕过所述第一密封。另一方面，密封条被布置在沟槽中的那部分位于并紧压在所述螺旋条的沟槽底部和沟槽侧壁的拐角中。在高压下可能发生的泄漏可能会增加密封条对各自的支承表面的接触压力—一方面是沟槽的侧壁，在另一方面是台阶的接触表面—其增加所述密封效果。在较小的部件曲率或半径和较大的部件曲率或半径的两种情况下，密封元件的该设计更装配简单，因为一方面它具有模块化设计，并且在另一方面，它具有更简化的几何形状。如果其中插入所述密封元件的沟槽以类似于所述台阶的边缘的方式弯曲，则该简化的几何形状是特别有利的。

术语“靠近台阶”应被理解为是指被布置为最靠近所述台阶的接触表面的沟槽侧壁与所述台阶的接触表面之间的间隔小于2cm。优选地是不存在间隔，使得所述台阶的接触表面和所述沟槽的侧壁没有偏移地彼此融合。

螺旋条以恒定的半径沿其轴向方向被卷成螺旋形。因此，其被设计为径向弹性的，并优选由金属制造。因此它可以相对于它的径向范围弹性变形，使得它可以将密封条压到侧壁上，使密封条被径向压缩地就座于沟槽内。这确保了密封条在所述沟槽的整个纵向范围上牢固地并且以密封的方式就座。

此外，根据本发明的密封装置非常易于安装，因为所述密封元件首先需要被插入到弯曲的沟槽内，在这之后，一个部件然后因为所述横向移动而需要被带到抵靠其它部件。这里特别有利地是，所述装配运动不依赖于密封元件的存在：是否存在所述密封元件对于装配这两个部件的方法来说并不重要。

有利的实施例在从属权利要求中给出。

所述密封装置优选地是涡轮机壳体，其包括第一上部壳体部件和第二上部壳体部件以及下壳体部件，其中所述第一上部壳体部件被设计为是根据上述类型的密封装置的两个部件中的一个，并且所述第二上部壳体部件被设计为是所述密封装置的两个部件中的另一个。

在热力涡轮机或涡轮机壳体中，术语“上”和“下”指的是水平平面。然而，这不应该被理解为是限制性的，因为根据本发明的密封装置也可用于例如垂直安装的因而可以具有左侧壳体部件和右侧壳体部件而不是下壳体部件和上壳体部件的这种类型的涡轮机中。这同样适用于术语“第一”和“第二”和“两个中的一个”和“两个中的另一个”。根据另一有利的实施例，台阶的边缘的曲率是围绕假想中心点的圆弧的形状，并且中心点位于在轴向方向上延伸的假想中心轴线上，并且所述两个部件以类似于所述边缘的弯曲的方式围绕该中心轴线弯成弓形。所述两个部件因此可以被设计成管状外壳的形状，其中所述管状外壳具有在圆周方向上延伸的长度，并且优选具有180°的长度。所述部件然后被设计为半管的形式，以能够与另一对一起形成例如涡轮壳体。在小的弧长的情况下，分割接头的数量增加。

更优选地，沟槽的凹曲侧壁相对于所述凹槽的凹曲侧壁以这样的方式偏移，其中所述凹曲侧壁的间隙表面仅部分地并因此稍微地覆盖所述沟槽的开口。该实施例使得在就座于所述沟槽中的密封元件在所述凹槽的侧壁的横向运动期间在所述沟槽开口上稍稍移位，因此结果产生所述密封元件的密封部与所述凹槽的相关侧面的弹性接触，这增加了密封效果。术语“稍稍”在这里应该被理解为是指，例如在沟槽开口具有近似1cm的宽度的情况下，仅近似0.3mm到近似1mm的偏移就足够了。

术语“凸/凸地”和“凹/凹地”是指由于所述弯曲产生的面向外和面向内的表面。

在其面向外的侧面，所述两个部件有利地具有用于通过法兰螺栓连接相互紧固的法兰。在此能够实现所述两个部件彼此间的一个相对简单的紧固。

总体而言，本发明因此涉及一种密封装置，用于密封在室温下在间隙侧彼此平靠的并且也可以通过横向移动装配的两个部件之间的间隙，其中每个部件具有用于在所述间隙侧形成重叠止挡部的台阶，并且所述台阶沿其边缘弯曲。为了提供这样一种改进的密封装置，其在一方面通过所述两个相应部件的相对于彼此的横向移动确保更简单地装配，并且在另一方面尽管所述部件的两个间隙表面可能裂开，仍然特别可靠地密封存在于所述两个间隙表面之间的间隙，提供了，所述两个部件中的一个具有以与所述弯曲边缘类似的方式延伸并被布置在相应部件的间隙表面(由于所述台阶而后缩)中的第一沟槽，提供了，两个部件中的另一个具有与所述沟槽相对的凹槽，并提供了，提供包括密封条和金属螺旋条的模块化密封元件，其就座在所述沟槽中，通过第一密封部抵靠所述凹槽的侧面。

附图说明

本发明的其它优点和特征参照进一步的示例性实施例详细给出。在附图中：

图1示出了具有在间隙侧彼此平靠的两个壳体部件的燃气涡轮机壳体的侧视图，

图2示出了穿过根据本发明的密封装置的第一部件的图1中的壳体的截面的侧视图，

图3示出了图1中的细节X，其中第一壳体部件和第二壳体部件在完成第二壳体部件相对于第一壳体部件的定位前不久并且具有密封元件，

图4示出了图1中的细节X，其中两个部件相对于彼此最终定位，并且具有密封元件，

图5以透视图示出了密封元件。

在所有附图中，相同的特征被提供有相同的参考标记。

具体实施方式

图1示出固定式燃气涡轮机的壳体10的一部分的侧视图。在示出的示例性实施例中，壳体10包括第一下壳体部件12、第二下壳体部件14、第一上壳体部件16、和第二上壳体部件18。壳体部件12、14、16、18的每个被设计成半管的形式，使得水平分割接头20形成于两个下壳体部件12、14和两个上壳体部件16、18之间。在室温下，各自的壳体部件位于水平分割接头20中，通过其间隙表面彼此平靠。在上述水平分割接头20上方，第一上壳体部件16和第二上壳体部件18在间隙侧在垂直分割接头22中彼此平靠。在示出的示例性实施例中，垂直分割接头22向下延伸超出水平分割接头20，使得第一下壳体部件12和第二下壳体部件14在间隙侧彼此平靠。根据本申请，壳体部件12、14、16、18面向各自相对部件的那些表面被布置在间隙侧的相应部件上。

壳体部件16、18具有被布置在垂直分割接头区域中的法兰17、19，并且在其中布置有孔21。在所述间隙侧将所述两个壳体部件16、18相对彼此牢固地压紧的膨胀螺栓(未示出)就座于这些孔21中。

下面借助于所述两个上壳体部件16、18详细地解释本发明，其中所述第一上壳体部件16表示根据本发明的密封装置11的两个部件13、15中的一个(13)，并且所述第二上壳体部件18表示根据本发明的密封装置的两个部件13、15中的另一个(15)。

因为所述两个上壳体部件16、18部分具有相同的特征，在下面对附图的描述中这些特征的附图标记被赋予了后缀“a”和“b”。后缀“a”被附加到相应的参考标记来识别第一上壳体部件16的特征，而后缀“b”被附加来识别第二上壳体部件18的特征。当相关的参考标记在无任何后缀使用时，被理解为同时覆盖这两个壳体部件16的特征。

图2示出了沿图1中的截面线Ⅱ-Ⅱ的截面图，其中截面线与垂直分割接头22重合，从而使得图2同时表示第二上壳体部件18的侧视图。第二上壳体部件18绕假想中心点Mb以恒定半径Rb延伸180°的弧长。台阶26b被布置在第二上壳体部件18的间隙侧24b中，在图2中面向观察者。台阶26b的形式为使得所述间隙表面的位于比所述台阶26b更径向内侧的那部分30b相对于所述间隙表面的径向位于外侧的那部分32b被后缩。台阶26b的接触表面38b从而面向所述中心点Mb。同时，台阶26b被凹槽34缩短，从而形成第二台阶35。

因此，所述台阶26b具有以与所述壳体部件18本身同样的方式沿着其长度弯曲的边缘27b。边缘27b本身也可以是圆形的。

图3示出了通过图1中的细节X的截面图。所述第一上壳体部件16在图3中被示为在左侧最终工作位置，而第二上壳体部件18被示为仍处于到达其最终工作位置之前不久的装配位置中。箭头33表示第二上壳体部件18相对于第一上壳体部件16的运动方向，其横向于间隙表面的平面。第二上壳体部件18包括所述间隙侧24b和台阶26b，其中，由于台阶26b和凹槽34，所述间隙侧24b被分隔成位于更径向向内的部件表面30b和位于更径向向外的部件表面32b。

第一上壳体部件16同样包括间隙侧24a和将所述间隙侧24a分隔成径向外部的部件表面32a和径向内部的部件表面32a的台阶26a。然而，在第一上壳体部件16的情况下，所述径向外部部件表面32a被相对于所述径向内部部件表面30a后缩。

每个台阶26具有接触表面38。此外，以与所述台阶26的边缘27a相同方式的圆弧形式弯曲的沟槽40被设置所述第一上壳体部件16的侧表面24a中。沟槽40优选地靠近所述台阶：在根据图3的示例性实施例中，沟槽40的凸面侧壁与台阶26a的凸面接触表面38a在相同的半径上。模块化密封元件52位于所述沟槽40中。所述模块化密封元件基本上包括密封条54和螺旋条56，如在图5的透视图中清楚可见。螺旋条56原则上不是字面上螺旋，而是螺旋地缠绕。然而，术语“螺旋条”已被设定成为这样的条。位于所述沟槽40内的螺旋条56是金属的，具有关于于其延伸的径向的弹簧作用，并抵靠所述沟槽40的一个侧壁以便将所述密封条54弹性地压到所述沟槽40的另一侧壁。所述螺旋密封条54的直径在此基本上对应于所述沟槽40的槽宽B，或者稍大。密封条54条从所述沟槽40突出有第一密封部50。

图4示出在其最终工作位置的第一上壳体部件16和第二上壳体部件18。台阶26在此以与径向外部部件表面30相同的方式彼此平靠作为止挡部。凹槽34的尺寸被设置为使得在沟槽40的凹面侧壁与凹槽34的凹面侧壁49之间存在小的偏移A。这导致密封条42在安装状态下的预紧力下将其第一密封部50抵靠到所述侧壁49或其边缘53。螺旋条56还将密封条54的另一纵向边缘57压靠在沟槽40的凹曲侧壁59上。其中，由于热膨胀，所述上壳体部件16、18的位于所述台阶26径向外侧的那些部件表面30将会裂开并因此打开一个用于泄漏的流道，边缘53的密封线沿着第一密封部50移位，其结果是还提供所述两个部件的防泄漏装置。

密封元件52具有的优点在于它可以容易得多地生产和装配，特别是考虑到一个事实，即密封元件52所插入的沟槽40是圆弧的形式并且相应地所述密封元件52还必须沿着纵向长度弯曲，尽管它们具有相对简单的几何横截面轮廓。

出于对称的原因，根据本发明的密封装置11不仅用于燃气涡轮机的壳体10的上半部分，还用于下壳体部件12、14是适当的。尽管如此，但是下壳体部件12、14不被模块化设计而是成为一个单件也就有可能的。

虽然已经使用优选地示例性实施例示出和详细描述了本发明，但是本发明不受所公开的示例的限制，并且在不超出本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以得到其它变化。特别地，不同的示例性实施例的特征可以彼此组合。

Claims (6)

1.一种用于密封第一部件(16)和第二部件(18)之间的间隙的密封装置(11)，所述第一部件(16)和第二部件(18)各自在间隙侧具有用于形成重叠止挡部的台阶(26a，26b)，并且所述台阶(26a，26b)沿其边缘(27a，27b)弯曲，其中所述第一部件(16)具有以与弯曲的所述边缘(27a，27b)类似的方式延伸的沟槽(40)，并且所述沟槽(40)被布置在所述第一部件(16)的后缩部件表面(32a)中，其中所述第二部件(18)具有与所述沟槽(40)相对的凹槽(34)，其中长度方向地就座于所述沟槽(40)中的密封条(54)通过径向弹簧作用被压靠到所述沟槽(40)的侧壁并利用从所述沟槽(40)突出的密封部(50)抵靠所述凹槽(34)的侧面，其特征在于，所述第一部件(16)和第二部件(18)在室温下在间隙侧彼此平靠，其中螺旋条(56)沿着其纵向长度螺旋缠绕，并且从而长度方向地就座于所述沟槽(40)中引起所述径向弹簧作用。

2.根据权利要求1所述的密封装置(11)，其特征在于所述边缘(27a，27b)的弯曲呈绕假想中心点(M)的圆弧的形状，并且其中所述中心点(M)位于在轴向上延伸的假想中心轴线上，并且所述第一部件(16)和第二部件(18)以类似于所述边缘的弯曲的方式围绕所述中心轴线弯成弓形。

3.根据权利要求2所述的密封装置(11)，其特征在于所述第一部件(16)和第二部件(18)在圆弧的圆周方向上延伸180°的长度。

4.根据权利要求1，2或3所述的密封装置(11)，其特征在于所述沟槽(40)的凹曲侧壁相对于所述凹槽(34)的凹曲侧壁(49)偏移，其中所述第二部件(18)的间隙表面(32b)部分地覆盖所述沟槽(40)。

5.根据权利要求1至3之一所述的密封装置(11)，其特征在于所述第一部件(16)和第二部件(18)具有用于通过法兰螺栓连接相互紧固的法兰。

6.一种涡轮机壳体(10)，包括第一上壳体部件和第二上壳体部件以及下壳体部件，其特征在于根据前述权利要求中的一项所述的密封装置(11)，其中所述第一部件(16)形成所述第一上壳体部件并且所述第二部件(18)形成所述第二上壳体部件。