CN1090370A - 用于涡轮机的能缩进的弓形密封环 - Google Patents

Abstract

一种用于汽轮机的弓形密封环和弹簧系统以减 少旋转的和固定的部件之间的泄漏，并防止该处的损 坏和磨损，包括一个弓形密封环，当在低速和低负荷 时，以第一弹簧偏压抵住其上促使其径向向外到大间 隙位置，反之，当在高流量和高压时，工作流体将克服 弹力并促使密封弓形件进入小间隙位置。重力弹簧 配置在下部密封弓形件和涡轮机壳体之间以产生向 上的力抵消弓形件向下的力，并与弓形件的重量相 等，以避免弓形件作径向向内移动时的摩擦和干扰。

Description

本发明涉及应用于弹性流体轴流式涡轮机的密封件，更具体地说，涉及到弓形密封环的密封件，这些密封件被安排在旋转轴穿越固定壳体的地方，再者，被安排在涡轮机的各级各段之间的壳体内。

通常，这种已知的密封防止和减少了流体的泄漏，这是由于在旋转和固定的零件之间形成的带有低的流动系数的小间隙区域所造成的。这种密封的目的是提高效率，减少流体的损失和防止由于流体的泄漏而引起的不合乎需要的边界效应。

然而，这些弓形的，迷宫式密封对于由涡轮机的安装误差，振动和热变形所引起的摩擦损害是变得易损坏的。绝大多数这种造成摩擦损害的因素发生在起动阶段，和在轻负荷或突然失去负荷以后的阶段中。其结果，在这些条件下，将指望创造出相对来说大一些的间隙以减少对密封可能造成的损害，而在高负荷的条件下却仍然要成为一个小间隙。在该高负荷的状态下，其时效率是最高的，而相对于能对密封造成损害的绝大多数因素来说，其时涡轮机的运转是稳定的。

应当指出，涡轮机的设计者已经采取重大的步骤来减少流体的泄漏。那些密封已由特殊选择的材料所制成以减少由于摩擦造成的损害。该密封的几何形状被设计成薄齿形以在摩擦状况下产生最少的热和力。在起动条件下，能缩进的密封环具有大的径向间隙，但当一个预定的流动状态已经达到时，该间隙就会自动地减小为一个小间隙状态，这种能缩进的密封环已经成功地应用于一些涡轮机中，在这些涡轮机中，流体压力显著大于弓形密封件的重力。然而，在涡轮机的低压级中，弓形密封件的重力往往太大而不能成功地被现有的流体压力所克服。其结果是，在低压级中，配置能缩进的密封环是不现实的。这就使得用一种能回弹的密封环以迫使弓形密封件在所有时间内处于紧密间隙的位置上成为必要的了。一种这样的能回弹的密封环装置示于1977年4月12日颁布给G.勒吉（G.Lergen）的美国专利号4，017，088中，其中配置了弹簧以推动那些密封环在所有时间内向内导向转子。这些能回弹的密封环使得弹簧力得以移动这些环以减少摩擦力以及损害。那些弹簧被安排得用来把密封环推向主轴，但却又不会超出一个有限制的位置，这是被位于固定零件设置的肩部来达到的。尽管勒吉的专利提供了弹力以促使密封环保持在向内的，紧靠着转子的位置以保证它们的密封功能，但这个专利没有提供联系到起动阶段的摩擦，摩损和振动问题的解决办法。

相反地，颁发给L.沃思（L.Warth）的美国专利号，3，594，010中公开了一种不对称的设计，其中，作为传统的T形密封环弧段以及相应的壳体的替代，沃思采用了一种不对称的密封环，其中该密封环“T”形的右边被切割成很短而涡轮机的壳体也做成类似形状。为了在上游侧的一侧肩部以及下游侧的密封环的切割掉的伸出部分上采用径向作用的弹簧，沃思假定了可以忽略不计的侧面摩擦力。该很不对称的弓形形状，具有一个径向弹簧介于弓形件的一侧的边缘和壳体之间，当它们被弹簧和涡轮机的操作而向内或向外移动时没有提供什么措施来保持那些弓形密封件的周向位置。再者，在这种沃思的设计中，位于涡轮机一侧的弓形件可能在闭合位置时由于重力而下沉，从而可能与底部弓形件在其停机的过程中相干扰，并在该底部弓形件上施加了一个额外的力，当该底部弓形件移向它的闭合状态时因为它必须克服它本身的重量和摩擦力外加要将侧面弓形件推动向上，这就可能显著地增加摩擦力并使底部弓形密封件的闭合即使不是不可能，也是很困难的。这样沃思的系统是不能提供用于保持弓形密封环的周向位置的措施的，当这些弓形密封环被弹簧和涡轮机的操作而径向向内和向外的话。

在1984年3月13日颁发给本发明的申请人罗纳德·E.布兰登（Ronald  E.Brandon）的美国专利号4，436，311公开了一种弓形的迷宫形主轴密封系统用于流体涡轮机，其中径向定位的弹簧被设计来将弓形密封件向外偏压到一个大的间隙位置，以使弓形密封环的密封在起动或低负荷情况下处于低转速和小负荷时得以定位于大间隙位置，而在中等至高负荷情况下处于高转速和高的工作流体压力时得以定位在小间隙位置。

当要设计作用在该弓形密封环上的单个弹簧时，其中一些应予考虑的因素如流体压力，弓形密封环的重量和摩擦力以使在相应的低负荷和高负荷情况下，该弓形件处于大的和小的间隙位置。然而，在采用了可缩进的密封环时，那些处于涡轮机周向底部和下侧的弓形密封环由于主要是从上面的弓形环作用在其上的重力而变得滞着是可能的，因此，这些弓形密封环可能不会闭合到如所要求的状态的小间隙位置。这就可能由于增加了流体泄漏而降低了涡轮机的效率，并使得密封受到损害和较大的摩损，从而增加了维修费用。

于是，本发明的目的是提供一种密封环装置，该装置克服了在涡轮机起动期间，停机期间以及低负荷情况下发生的密封套和密封顶尖之间的摩擦问题。本发明的另一个目的是提供一种密封环装置，在涡轮机起动期间，停机期间以及低负载情况下，其中弓形密封环的间隙是大的，而在涡轮机处于中等至高负荷情况下运转期间，这个间隙变小了。本发明的另一个目的是提供一种密封装置，其中那些弓形密封环在大间隙位置和小间隙位置之间在一个均匀状态下来动作而不致于在弓形件之间发生干扰。本发明的又一个目的是提供一种密封环装置，该装置具有弹簧装置，其动作是根据单独的弓形密封环在涡轮机中的周向位置上的流体压力，重量和摩擦力来设计的。本发明的还有一个目的是减少由于密封损坏的汽轮机维修费用，同时由于得以利用较小的运转间隙并以较低的流体泄漏系数而使运转效率较之现在已知的提高了。

为了实现本发明的这些目的，提供了一种用于涡轮机的弓形密封环和弹簧系统以减少在旋转的和固定的部件之间的泄漏，包括一个弓形密封环被支承在和至少部分地包容在该汽轮机壳体中形成的一个环状T形槽内并围绕着该汽轮机轴的周向延伸着。该弹簧系统包括一些弹簧定位于将密封环的弓形件进行偏压以促使那些弓形件径向向外到相对于该汽轮机轴来说的该密封环的大间隙的位置。每个弹簧的强度是按照弓形密封件的周向位置，流体压力以及密封件的重量和摩擦力来选择的，从而可保证那些弓形密封环在低的轴速和小的负荷时处于大间隙位置而在中等至高流量和高的工作压力时，自由进入壳体和弓形密封环之间的环形空间的工作流体将克服所述弹簧力并促使那些弓形密封件进入小间隙位置。

特殊的重力弹簧被配置在下半部弓形密封环内，该弹簧的底端被固定在汽轮机壳体内而其顶端则对弓形密封件进行偏压以产生一个在弓形件的向上力量来抵销该弓形件的重量所引起的向下力量。该重力弹簧在垂直方向的弹力可与它支持的弓形件的重量相等以使用来闭合弓形密封件所需的流体压力可以与径向向外偏压的弹力和摩擦力大致相等。

附图简要说明：

图1是一种多级轴流式涡轮机的一级的一部分的纵向剖视图;断面穿过一个弓形密封环中的一个弓形件。

图2是按照本发明的一个实施例沿图1的2-2线的横向断面视图，示出了一种四个弓形密封环的型式，并带有用来对弓形件施加偏压以使径向向外的弹簧，以及重力弹簧两者;

图3是与图1类似的剖视图，但与图1和2中所示的具有小间隙位置相反，其不同处是该四个弓形密封件是处于大间隙位置;

图4是按照本发明的另一实施例的类似于沿图1的2-2线的横向断面视图，示出了另一个弓形密封环与弹簧的结合，包括六个弓形密封环和配置在弓形件相邻端之间的八个弹簧用来将弓形件施加偏压使之径向向外到大间隙位置，还包括重力弹簧用于两个下部的弓形件和一个底部的弓形件;

图5是用来支承上半个弓形密封环的特殊锁定键的详细视图;

图6是重力弹簧在其垂直作用位置上延伸进入一个下部的弓形密封件的孔中的侧视图;

图7是一个力的图解图，示出了四个主要的力作用在上部弓形件上;

图8是一个力的图解图，示出了四个主要的力作用在下部弓形件上;

图9示出了一种变型的重力弹簧，用来导出一个径向向内对着下部弓形密封件的力并有一个向上的重力分力，如图解所示;

图10是一个弓形密封环的透视图。

参阅图1和2，一个涡轮机包括一个转子或轴，其一部分以11来表示，和一个壳体，其一部分以12来表示。对于级间的密封，该壳体12也可视为一个隔板。一个密封环13包括四个弓形件围绕着转子11延伸，如图2所示的实施例。应当理解，几个这样的密封环13可以成串排列起来。再者，也应当理解，该涡轮机的未示出的必需包括的其余部分的装置用来在高压下导入蒸汽和在低压下排出之，这些装置有传统的喷嘴，涡轮叶片，轮子和其他部件，但这些装置不需要在本文中包括进去以描述本发明的密封环所进行的密封功能。通常，这里示出和描述的密封环是用于整个涡轮机的许多环中的典型代表，但是根据本发明所描述的密封环制成与弹簧相结合的变型设计则是一个例外。再者，也应理解，在本文中所用的“密封环13”和“密封环弓形件13”可以用于一个环或一个弓形件中的任一个，因此，应当结合上下文来阅读。

密封环13包括多个齿14，该密封环配置在转子11的圆周部分的对面，该齿的半径是交替地成阶梯形上下的。应当指出，别的齿的安排也可以采用的。在密封环13的侧面18是高压流体而在其侧面19是低压流体，也即图1所示的分别是密封环13的左、右两侧面，这样，将有一个正压力使得在齿14和转子11之间形成的小的间隙孔道所造成的多个节流阻力之间的流体发生泄漏。该间隙面积的综合作用，齿形的相对锐利性，节流阻力的数目，流体条件包括其压力和密度，以及泄漏通道的几何形状根据众所周知的公式和经验成分来决定泄漏流体的数量。

该密封环13被夹住在壳体12的槽15中。根据图2所示的实施例，该密封环13由四个弓形件组成并排列成一个围绕转子11的环，那些弓形件被配置在槽15内以适应壳体的装拆，并将密封环的各段在壳体连接处27上分离开。螺旋式弹簧，在图1中以编号16示出的，而在图2和4中则以16a-16f并示出的，被放置在每个弓形密封环13的弓形件的端部，该端部在图2和10中表示为接缝的端面13f，在弓形件的相邻的端面13f之间处于一个压缩状态以将弓形环施加偏压来移动到大间隙位置。这些弹簧16a-16f被定位装进密封弓形件13的端面13f上形成的孔或穴22中。如图2所示，在四个弓形密封环13的弓形件之间采用了六个弹簧16a-16f。这里，一个顶部弹簧16c插入在上部左、右密封环13之间的共同空间29内，两个弹簧16d和16e在它们的空间31内分别作用靠向上部右边弓形件13和下部右边弓形件13上。两个弹簧16b和16a在它们的空间33内分别作用靠向上部左边弓形件13和下部左边弓形件13，还有一个下部弹簧16f插入在下部左、右弓形件13的底部端面之间的空间32内。

那些弓形件13和弹簧16的稳定的周向位置和夹持状态由抗转动键26来加以保证，键26是被配置在壳体连接处27的上、下两边。该抗转动键26详细示于图5，包括一个长方形键块48，该键块48分别与壳体12的左、右侧内的槽44和46相配装。键块48从壳体12处向外凸出进空间31和33并对密封环13的上部和下部弓形件提供了一个固定的水平支承面，同时将上部和下部弓形密封环隔离开。弹簧16a和16b以及16d和16e被插入到键块48和弓形密封件的接缝端面13f之间。抗转动键26由分别附装到键块48上的左、右侧安装螺栓50和52固紧在壳体12中的，螺栓50和52的螺纹端28和30延伸进入壳体12的孔51和53中，这些孔分别在键块48的上面和下面。安装螺栓50和52包括弹簧安装装置用来将螺纹端28和30伸进孔51和53中。应当指出，如果需要，抗转动键26的下半部可以省掉，而将上部键26用螺栓28或30固紧到壳体12中。该抗转动键26将那些弹簧保持和定位在与它们联接的弓形密封环成适当的对准状态。当弓形密封环被促使进入它们的大间隙位置时，该抗转动键26也帮助那些弹簧维持住它们的周向位置，并使得弓形密封环基本上不会发生周向的位移。

再参阅图1和2，密封环13的每个弓形件包括了一个内环部，以编号13d表示之，该内环部具有密封齿14从其径向内表面延伸出来，而其径向外表面20a则借助于它与壳体12的径向表面21a的接触而限制了大间隙的大小。该密封环13还包括一个外环部13a被配置在壳体槽15内，该外环部13a具有一个内周表面13b限制了密封环弓形件的小间隙位置，这是由于该表面13b与壳体12的肩部12a上的表面17相接触而阻止了那些弓形件的径向向内移动所致。该密封环13还包括了一个颈部13c位于内环部13d和外环部13a之间并与壳体12的肩部12a相结合，借此该弓形环可加以轴向安置。该密封环颈部13c与外环部13a形成一个T形从而这个颈部13c借助于其颈部表面13e与壳体12的肩部表面12b的接触而提供了一个压接表面。

参阅图2，6和8，一个重力弹簧36被包容在左、右下半部密封弓形件13的每个之中，并向下延伸进入壳体12内的一个孔或穴34中，该弹簧36与紧固在壳体12内的塞子35上配置的平面38相接触。这个平坦的水平底表面对于垂直向的弹簧36是必需的，以保证施加在弹簧上的力可予以正确地确定。作为该塞子35的替代，这个平面也可由在壳体12上该弹簧穴34的底部加工出一个平坦的部位来提供，图上未示出。在以上任一种情况下，邻近于弹簧36的壳体12上的未加工部分应予倒圆，如在39处所示，以使该密封环弓形件13与该弹簧得以取出和装入到位，重力弹簧36在弓形件13的外环部13a上产生一个向上的力量以抵消由弓形件13的重量导致的向下力量。最好，从重力弹簧36向上作用的弹力在垂直线上正好穿过弓形件的重心37。这在图8的作用力示意图中示出的，由一个由重力弹簧产生的垂直向上的力60直接作用在下部密封弓形件13的颈部13c上。该向上力60最好直接通过该下部左边密封弓形件13的重心62。图6示出了重力弹簧的位置延伸穿过该密封弓形件的外环部13a进入颈部13c区域内的一定深度所形成的圆柱形孔或穴64内，在那里，该弹簧抵靠在该穴64的端壁66上。图8的作用力示意图中示出了密封弓形件13的重量W与重力弹簧36的向上作用力Fg大致相等。

在低或无负荷状况下，只有密封环弓形件13的重量，壳体12的边界限制以及弹簧16a-16f的力和重力弹簧36的力作用在密封环13上。那些被选择的弹簧具有足够的力量和尺寸，以使在这些条件下使得密封环弓形件13在每一个弓形件连接处被分离开来。在最佳安排中，其中弹簧16a-16f被插入在密封环的相邻的平端头13f之间，这样的弹簧促使那些弓形件在周向上的每个弓形件连接处使得它们分离开来，从而使得那些密封环弓形件获得较大的直径，该直径只是由图3所示的界定的大间隙位置所限制，在那里已经没有环形空间24和25（图1）。这里，内环部13d的径向向外表面20a与壳体12的径向表面21a相接触。在该接触处，这里称之谓“大间隙位置”的，如图3所示，不会发生该密封环的进一步扩大。该环形空间24、25的大小做得足够大，由于密封环弓形件13的径向向外移动所致，以使该空间得以适应最坏的可能发生的过渡性的转子和壳体之间的不对准性，而不致于损害到密封环齿14。这个环形空间的设计根据涡轮机的型式和体积是可以变化的。在负载建立起来时，压力将克服弹簧力，那些密封环弓形件13将径向向内移动直到弓形件表面13b和壳体肩部表面17相接触的那一点为止。

这个弹簧和密封环设计的一个优点是插放在那些密封环弓形件13的周向端头13f之间的弹簧使得这些弓形件能保持在它们的周向位置上以致那些密封环弓形件闭合到小间隙位置时不需要周向和径向两者的移动。这是因为那些密封环弓形件和插放于其间的弹簧共同形成了一个围绕着主轴的连续环，该连续环在大和小间隙位置之间扩张和收缩。这个弹簧和密封设计保持和控制了那些密封环弓形件的周向位置以致其闭合不需要密封环的径向和周向两者的移动，而密封环彼此之间的任何干扰和锁住则可避免。再者，那些重力弹簧36协助减少或消除在下部密封弓形件上的重力的影响，这些重力否则会干扰密封环的径向向内移动，这将更详细地在下面加以描述。

在涡轮机加速到操作速度后并带有部分负荷时，那些温度差，振动以及不对准问题的最坏情况结束了。当负荷增加时，围绕着密封环的流体压力成比例地增加起来，这在下面还要进一步讨论，使得弹簧16受压缩而那些密封环弓形件13则径向向内移动直到被密封环表面13b与壳体表面17的接触所限制为止。密封环13的表面13b和壳体表面17之间的尺寸大小是根据要产生的最小间隙尺寸来选择的，这个在齿14和转子表面之间的最小间隙是根据在负载时，相对来说稳定操作状态时的实际情况来决定的。

在图1和图2中，密封环示出了其在高负荷，小间隙情况。密封的高压侧以编号18表示。由于一个或更多的开口23所产生的开放的通道的结果，这个高压持续作用在环形空间24和15内。这些开口23，例如，可在肩部12a的高压侧做成局部切割口。密封的相对低压侧以编号19表示，而这个低压状况在环形空间25内也是持续存在的。

可以理解到这些轴向压力的合力将使得密封环被推向低压区域19以产生一个在密封环表面13e和壳体表面12b接触处的抗泄漏密封。对于一个已知尺寸和压力的几何形状，该轴向力的大小是很容易计算出来的。再者，也能计算出为了将密封环径向移动而要克服的金属之间摩擦力所需的径向力。

在一个类似的构造中，但稍为复杂一些，该径向力也能加以确定。除了沿着所述密封环的内环部13d上的面对转子11的内表面上的压力分布以外，其他所有在上述两段中所述的压力都是视为相等的。穿越密封的每个齿14都有一个压力降。利用通过每个齿的流动连续性的已知条件，加上不变热焓量的膨胀，运用一系列恒定面积节流就能计算出相对正确的压力分布。在某些密封环上，一个高的马赫数（mach  number）的存在使计算复杂起来，但这将为熟悉本行业的专业人员所知道和估计出来。

径向压力分布是用来选择密封环13的尺寸以使在密封环13上的向内合力达到合适的程度。更具体地说，图7示出了四种力量是必须考虑的并顺序用来适当解决如前所述的密封环弓形件的摩擦问题，在本案中，用来解决一个上部密封环弓形件的问题。第一个力量是轴向和径向的蒸汽压力，P（轴向）以70表示，P（径向向外）以72表示，以及P（径向向内）以74表示。第二种力量是密封环13的重力W（重量）以76表示。第三种力量是在密封环13和它的称为壳体12的夹持器之间的摩擦力F（摩擦）以78表示，这个力量阻止密封环13的运动。第四种力量是弹簧力F1和F2，以80和82表示。这是由弹簧16提供的。应当注意到还有在弓形件平端头13f上的小的压力要加到弹簧力80和82上。设计的目的是对密封环13建立起一个力的条件以使该密封环13克服它的重量，弹簧力和摩擦力，为的是来移动这个密封环到它的向内的或小间隙位置，如图1和2所示，这是对于当涡轮机在一个小的，但是明显的负荷例如15到35%的负载之下运转时可以预计到这时存在的流体压力条件来说的。

那些熟悉弹性流体涡轮机的人将会理解，贯穿涡轮机的绝大部分地点的内部压力是与负载成比例的。当负载和质量流量增加时，局部压力大致上以直线形式增长。在这种情况下，穿过涡轮机的各级和绝大多数涡轮机密封环的压力降也可预计到并与增长的负荷和流体成直线形式的增加。这种关系可使一个设计者来为每个密封环选择好一个负载和压力的条件，其中该压力能被指望来克服重量，弹力和摩擦力的组合影响以将密封环移动到它的小间隙位置。如上所述，设计者能部分地控制这个情况，这是由于在密封环和弹簧组合中采用了可变的尺寸，重量和弹簧常数。

在密封环处于涡轮机的高压部操作的例子中，重力相对于有效的蒸汽压力来说是小的，而正常的运转是能保证的，如在上面已引用过的颁发给本发明的申请人罗纳德·E·布兰登的美国专利号4，436，311中所描述者。然而，对于涡轮机中具有相对小压力的条件的地方，那些弓形件必须做得重量轻些并对径向向外弹簧应有较弱的弹簧常数，在本案中是指弹簧16。这些重量和弹簧常数的调整往往不能满足要求。这样，本发明提供了重力弹簧36，其目的是在某些密封环弓形件13上抵消重力的影响，如前所述，本来在通常情况下需要足够的压力不仅要压缩弹簧16和克服摩擦力，还要为了使得那些弓形件移位到闭合间隙位置而外加举起那些下部密封弓形件的重量。应当指出，对于上部密封弓形件的情况，如图2所示，相当于重力弹簧36的弹簧16b和16d被配置在水平连接处。这种弹簧16b和16d的选择和其尺寸大小必须做到提供一个垂直力，该垂直力等于每个弓形件的重量加上一个额外的数量以抗拒企图强使弓形件向着闭合间隙位置的压力。顶部弹簧16c必须提供足够的力量以抗拒密封弓形件由于它们自身的重量在顶部下沉的趋向，并且附加上防止由于压力而过早地闭合。

对于下部密封弓形件13，可以指望选择重力弹簧36的重力Fg，如图8中60所示，使其垂直分力等于密封弓形件的重量W，以84所示，以使弓形件的闭合运动得以简单的完成，这是由于克服了弹簧16a和16f的力量86和88以及摩擦力90。应当指出，那些端面力，诸如在图8中所示的86和88，不仅包括了以上论及的弹簧力，还应包括作用在端面13f面积上的压力，该压力趋向于阻止闭合。那些弹簧力86和88被选择来以使当涡轮机达到一个小的但是显著的负荷时，例如10至25%时，其时的压力P（向外），以92表示，以及P（向内）以94表示，得以形成闭合。在这个结构中，重力弹簧36被提供来使下半部密封弓形件13得以起到一种作用，似乎它们只有很小的或没有重量，从而使得可缩进的密封弓形件和环得以闭合到一个小间隙位置，即使涡轮机的这些级是在很低压力水平下运转的话。

应当注意到，当弓形件闭合时，作为弹簧伸展位置和运动的结果，弹簧力将有改变。这里，最好是采用那种贯穿预期的运动各阶段能保持大致不变力量的弹簧。如果存在弹簧力在其各个阶段中发生显著变化的话，这种变化必须在弹簧和密封环的选择的计算中考虑进去。再者，除了这里所述的螺旋形弹簧，其他形式的弹簧，例如平板弹簧也是可以采用的。弹簧必须具有长的寿命和稳定的特征，尽管当暴露在高温，振动和可能的腐蚀性条件中。

熟悉本行业的专业人员能够确定所有如图2、6、7和8中所示的上述的力量，从而可确定那些弹簧所需的弹力以达到本发明这里所述的目的。最好所有作用在每个弓形件上的力综合成径向和周向的分力。当那些抗拒闭合运动的力与那些促成闭合运动的力相等时，则可理解到流体的进一步增加将促成闭合运动。

尽管上述的和所示的螺旋形弹簧36是垂直向上抵住那些下部密封弓形件13，应当指出，作为替换，该弹簧36也能安排来在径向上推动，这样的弹簧36示于图9中，这个弹簧具有足够大小的径向力Fr，以94表示，它的垂直分力Fg，以96表示，大致等于弓形件的重量W。在这种情况下，那些弹簧16，特别是图2中所示的弹簧16f必须设计得将弹簧36的以98表示的水平分力Fh考虑进去。

参阅图4，是一个密封装置的变型，其中有六个密封弓形件13构成了一个环，还有四个弹簧16b，16c，16d和16e装进顶部密封弓形件，而四个弹簧16f、16g、16h和16a则装进底部密封弓形件的端部13f中从而对弓形件13施加偏压以作径向向外移动而进入如上所述的大间隙位置。这里，三个重力弹簧36放入壳体12的穴内，其情况是类似于图2所述的实施例，同时也延伸进入底部和两下侧密封弓形件13的穴中以抵消或中和该底部和下部弓形件13的重量。再者，如图2的实施例所述，抗转动键26也被提供来用于侧面密封弓形件并基本上以图2中实施例的同样形态装到壳体12中。

尽管提供了本发明的最佳实施例的说明和附图，在不违背本发明的精神和范围的情况下各种其他的变型是可能做到的。例如，由每个重力弹簧提供的垂直力的向上分力并不是需要与相应的下部密封环弓形件的重量分力完全平衡或中和，而宁可选择来部分平衡这个密封弓形件的重量，在这种情况下，那里的流体的压力是足以抵消一部分密封弓形件的重量的。

Claims (26)

1、一种采用弓形密封环的弹性流体涡轮机以减少在旋转的和固定的部件之间的弹性流体的泄漏，同时还提供了在所说的部件之间处于起动和轻负荷期间的一个大间隙以防止所说的密封环的损坏，其特征在于，包括：

一个围绕着旋转轴的固定的涡轮机壳体具有一个形成于其中的环形的T字状槽并围绕着所说的轴的外周延伸，所说的环形槽部分地由一对在所说的壳体上的对面的、间隔开的环形肩部所界定，并形成了一个所说的环形槽的环形开口，该环形开口径向进入在所说的壳体和所说的轴之间的间隙区域；

一个弓形密封环由所说的槽支承并至少部分地包容在其内，所说的密封环包括位于围绕所说的轴的上半部的密封弓形件以及位于围绕所说的轴的下半部的密封弓形件，每个密封弓形件具有密封齿；

位于抵靠在所说的密封弓形件上的径向弹簧促使所说的密封弓形件径向向外以形成一个较大直径的环，从而对所说的密封环与所说的轴之间提供了一个大间隙位置，由此当在低转速和小的涡轮机负荷时，该径向弹簧提供的力量将起主要作用，而所说的密封弓形件将被迫进入所说的大间隙位置，反之，当在高流量和高的工作压力时，工作流体将克服该径向弹簧力并促使所说的密封环弓形件进入一个小间隙位置；

重力弹簧装置包括至少一个重力弹簧位于所说的涡轮机壳体的下半部分和至少一个下部密封弓形件之间，所说的重力弹簧产生一个向上的垂直力针对所说的下部密封弓形件以抵消其向下的重力；

借助于所说的重力弹簧，由于中和了所说的下部密封弓形件的重力，从而防止了当密封弓形件径向向内移动到所说的小间隙位置时在那些下部密封弓形件之间的摩擦和干扰。

2、根据权利要求1所述的涡轮机，其特征是，每个所说的重力弹簧包括一个压缩式螺旋形弹簧具有下端部和上端部，其下端部座落抵靠在所说的涡轮机壳体的下半部上。而其上端部偏压在一个下部密封弓形件上以对其产生一个向上的垂直力。

3、根据权利要求2所述的涡轮机，其特征是，还包括装在所说的涡轮机壳体上的用来固定每个所说的重力弹簧的下端部到所说的涡轮机壳体的装置。

4、根据权利要求2所述的涡轮机，其特征是，所说的涡轮机壳体包括一个穴用来容纳所说的重力弹簧的下端部，以及一个底座位于所说的穴的底部，该底座提供了一个平坦的底表面用于所说的重力弹簧的下端部，而所说的下部密封弓形件包括一个穴用来容纳所说的重力弹簧的上端部于其内。

5、根据权利要求2所述的涡轮机，其特征是，每个所说的重力弹簧处于垂直位置，并以其所说的下端部垂直地位于所说的上端部的下面。

6、根据权利要求2所述的涡轮机，其特征是，所说的重力弹簧位于所说的涡轮机壳体上以使它的弹力向上的作用线通过所说的下部密封弓形件的重心，所说的重力弹簧就这样抵向该下部密封弓形件。

7、根据权利要求1所述的涡轮机，其特征是，每个所说的重力弹簧的垂直向上的分力与该重力弹簧抵向的相对应的下部密封弓形件的重量相等。

8、根据权利要求1所述的涡轮机，其特征是，所说的弓形密封环包括两个上部密封弓形件和两个下部密封弓形件，在每个所说的下部密封弓形件有所说的重力弹簧之一抵向其上以提供一个向上的垂直力抵住每个所说的两个下部密封弓形件以抵消该对应的密封弓形件的重量。

9、根据权利要求1所述的涡轮机，其特征是，所说的弓形密封环包括三个上部密封弓形件和三个下部密封弓形件，在每个所说的三个下部密封弓形件有所说的重力弹簧之一抵向其上以提供一个向上的垂直力抵住每个所说的三个下部密封弓形件以抵消该对应的密封弓形件的重量。

10、根据权利要求1所述的涡轮机，其特征是，所说的弓形密封环包括多个单独的密封环弓形件，由插放在其间的所说的单独的一个径向弹簧加以分隔，每个所说的径向弹簧包括一个压缩式弹簧插入在所说的两对面的密封弓形件的平端头之间以对所说的密封弓形件施加偏压使之径向向外达到所说的大间隙位置。

11、根据权利要求10所述的涡轮机，其特征是，还包括装在所说的壳体上，位于所说的上部和下部密封环弓形件之间的交会处附近的抗转动键，所说的抗转动键插入在一个上部径向弹簧和一个下部径向弹簧之间用来牢固地支承所说的径向弹簧和将所说的径向弹簧和密封弓形件保持和定位在其周向位置上，这是由于防止了密封环相对于所说的壳体作转动来达到的。

12、一种用于涡轮机的能缩进的弓形密封环，以减少在旋转的和固定的部件之间的弹性流体的泄漏，同时还提供了在所说的部件之间处于起动和轻负荷期间的一个大间隙以防止所说的密封环的损坏，其特征在于：包括：

一个围绕着旋转轴的固定的涡轮机壳体并在其内具有一个环形槽围绕着所说的轴延伸，所说的环形槽部分地由一对在所说的壳体上对面的、间隔开的环形肩部所界定，并形成了一个所说的环形槽的环形开口，该环形开口径向进入所说的壳体和所说的轴之间的间隙区域;

一个弓形密封环由所说的槽支承并至少部分地包容在其内，所说的密封环包括位于围绕所说的轴的上半部的密封弓形件以及位于围绕所说的轴的下半部的密封弓形件，每个密封弓形件具有密封齿;

第一弹簧装置包括径向弹簧用来将所说的密封环的所说的弓形件径向定位，该弹簧包括一个压缩式弹簧插放在所说的密封环弓形件相邻端部之间，以使所说的径向弹簧在周向上施力以促使所说的密封环弓形件分离和径向向外移动而形成一个较大直径的环，从而提供了一个所说的密封环与所说的轴之间的大间隙位置;

第二弹簧装置包括至少一个重力弹簧位于所说的涡轮机壳体的下半部和至少一个下部密封弓形件之间，所说的重力弹簧装置产生一个向上的垂直力抵住在所说的下部密封弓形件上以抵消其向下的重力;

所说的大间隙位置是这样界定的，以使在低转速和小的涡轮机负荷时该弹力将起主要作用，而所说的密封环弓形件将被迫进入所说的大间隙位置，反之，当在高流量和高的工作压力时，工作流体将克服该径向弹簧力并促使所说的密封环弓形件进入一个小间隙位置;

借助于所说的重力弹簧，由于中和了所说的下部密封弓形件的重力，从而防止了当密封弓形件径向向内移动到小间隙位置时在那些下部密封弓形件之间的摩擦和干扰。

13、根据权利要求12所述的涡轮机，其特征是，每个所说的重力弹簧包括一个压缩式螺旋形弹簧具有一个下端部和一个上端部，其下端部座落抵靠在所说的涡轮机壳体的下半部上，而其上端部偏压在一个下部密封弓形件上以对其产生一个向上的垂直力。

14、根据权利要求13所述的涡轮机，其特征是，还包括装在所说的涡轮机壳体上的用来固定每个所说的重力弹簧的下端部到所说的涡轮机壳体的装置。

15、根据权利要求13所述的涡轮机，其特征是，所说的涡轮机壳体包括一个穴用来容纳所说的重力弹簧的下端部，以及一个底座位于所说的穴的底部，该底座提供了一个平坦的底表面用于所说的重力弹簧的下端部，而所说的下部密封弓形件包括一个穴用来容纳所说的重力弹簧的上端部于其内。

16、根据权利要求13所述的涡轮机，其特征是，每个所说的重力弹簧处于垂直位置，并以其所说的下端部垂直地位于所说的上端部的下面。

17、根据权利要求13所述的涡轮机，其特征是，所说的重力弹簧位于所说的涡轮机壳体上以使它的弹力向上的作用线通过所说的下部密封弓形件的重心，所说的重力弹簧就这样抵向该下部密封弓形件。

18、根据权利要求12所述的涡轮机，其特征是，每个所说的重力弹簧的垂直向上的分力与该重力弹簧抵向的相对应的下部密封弓形件的重量相等。

19、根据权利要求12所述的涡轮机，其特征是，所说的弓形密封环包括两个上部密封弓形件和两个下部密封弓形件，在每个所说的下部密封弓形件有所说的重力弹簧之一抵向其上以提供一个向上的垂直力抵住每个所说的两个下部密封弓形件以抵消该对应的密封弓形件的重量。

20、根据权利要求12所述的涡轮机，其特征是，所说的弓形密封环包括三个上部密封弓形件和三个下部密封弓形件，在每个所说的三个下部密封弓形件有所说的重力弹簧之一抵向其上以提供一个向上的垂直力抵住每个所说的三个下部密封弓形件以抵消该对应的密封弓形件的重量。

21、一种采用弓形密封环的密封系统以减少弹性流体涡轮机的旋转轴和固定壳体之间的泄漏，所说的密封系统提供了一个在起动和轻负荷期间的在所说的轴和壳体之间的大间隙以防止所说的密封环的损坏，其特征在于，包括：

一个弓形密封环被支承和至少部分地被包容在一个槽内，所说的密封环包括围绕所说的密封环上半部的上部密封弓形件以及围绕所说密封环的下半部的下部密封弓形件，每个密封弓形件具有密封齿;

径向弹簧定位于抵住所说的密封弓形件以促使所说的密封弓形件径向向外以形成一个较大直径的环，该环提供了一个所说的密封环与轴之间的一个大间隙位置，当处于低速旋转和小的涡轮机负荷时，所说的径向弹簧提供的径向力将起主要作用，而所说的密封弓形件将被迫达到所说的大间隙位置，反之，当在高流量和高的工作压力时，工作流体将克服该径向弹簧力并促使所说的密封弓形件进入一小间隙位置;

重力弹簧装置包括至少一个重力弹簧位于至少一个下部密封弓形件的底部，所说的重力弹簧产生一个向上的垂直力抵住所说的下部密封弓形件以抵消其向下的重力;

从而所说的重力弹簧由于中和了所说的下部密封弓形件的重力，当这些下部密封弓形件径向向内到达所说的小间隙位置时，防止了在密封弓形件之间的摩擦和干扰。

22、根据权利要求21所述的密封系统，其特征是，每个所说的重力弹簧包括一个压缩式螺旋形弹簧具有一下端部和一个上端部，其下端部被座落抵住在所说的涡轮机壳体上，而其上端部则偏压抵靠在一个下部密封弓形件上以产生一个向上的垂直力抵住所说的密封弓形件。

23、根据权利要求22所述的密封系统，其特征是，每个所说的重力弹簧垂直地定位并以其所说的下端部位于其所说的上端部的下面的垂直位置上。

24、根据权利要求22所述的密封系统，其特征是，所说的重力弹簧被定位于所说的密封环弓形件内以使其弹力向上的作用线通过所说的下部密封弓形件的重心。

25、根据权利要求22所述的密封系统，其特征是，每个所说的重力弹簧的垂直向上的分力与其指向抵住的对应的下部密封弓形件的重量相等。

26、根据权利要求21所述的密封系统，其特征是，所说的弓形密封环包括多个单独的密封环弓形件被插放在其间的所说的径向弹簧的单独的一个所间隔开，每个所说的径向弹簧包括一个压缩式弹簧插放在所说的两对面的密弓形件的平端头之间以将所说的密封弓形件径向向外偏压到所说的大间隙位置。

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