CN1092306C - 涡轮机密封 - Google Patents

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Abstract

一与一密封的密封条(4)配合的摩擦条(16)，用来防止密封条(4)与一转动件(2)之间发生接触，这些密封条(4)与该转动件形成一密封。该摩擦条(16)包括与这些密封条同轴的条状材料，它与该转动件(2)之间的间隙CR小于与之配合的密封条(4)的最小间隙CS。摩擦条(16)的材料和横截面形状可根据所需磨损特性选择。摩擦条(16)可与密封环(6)制成一体，也可插入密封环(6)上相配的插槽装置中。

Description

涡轮机密封
发明领域
本发明涉及例如涡轮机之类机械装置的一固定件与一转动件之间的气流的密封装置。
发明背景
涡轮机是一种公知的装置，其特点在于一转动件在一力的作用下转动。一般由蒸汽之类高压气体在一串与该转动件连接的叶片上流过而生成该力。涡轮机的效率决定于其尽可能使用该作用力保持转动的能力。密封装置防止蒸汽从涡轮机的工作空间逸出并防止空气漏入涡轮机的工作空间，从而保持涡轮机的效率。
涡轮机上所使用的密封装置公知有多种，例如汽封、轴封、迷宫式密封、汽密、隔膜封填和加压封填。图1示出一典型汽封的剖面图。在该图中，多个密封条4伸向一转子2。密封条4最好有三角形刀刃。密封条4与转子2之间的间隙用距离CS表示。这些密封条4由一环6支撑。该环6装在涡轮机的一固定部8上。一弹簧10把环6向里压向转子2，并使径向膨胀的环可离开转子。此类密封比方说设置在涡轮机壳体的供转子穿出的一开口旁。工作时，这些密封条用来档住大部分气体，使它们无法经涡轮机的转子与环绕转子的固定部之间的空间逸出。
在某些应用场合，一般使用若干环6，每一环支撑若干密封条4。图2为一涡轮机的一固定件8的剖面图，其上装有若干环6，每一环支撑若干密封条4。
图3为一环绕一涡轮机的一转子的一段密封的局部立体图。该密封包括一填料头26，该填料头工作时装在涡轮机的一固定件上而环绕涡轮机的一转动件的一部分。若干环段28装在填料头的槽口29中。每一环段28支撑若干密封条段30。该段密封可与另一段密封配合，从而环绕并密封一涡轮机的一转动件。
图4示出可用于图3所示填料头中的若干环段28。每一环段支撑若干密封条段30。这些密封条段有一内径RSEAL。该内径选择成与涡轮机的转动件的一部分对应，以便在环段与转动件密封时形成所需间隙。
图5示出一密封，该密封用于其表面有交替高部12和低部14的一转动件2。密封条4选择成其内径RSEAL使得密封条4与转子2的对应部分之间在每一密封条4的尖端处保持间隙CS。
US-A-4,979,755说明了迷宫式密封，该迷宫式密封具有减小汽轮机转子周围圆周向气流的气流档壁。
汽封的有效性极大地依赖于在密封条与转动件之间保持尽可能小的间隙。密封条与转动件之间的接触会磨损密封条，从而间隙增大、密封性降低。过渡工况最容易造成接触，在过渡工况中，转动件与密封的相对位置偏离正常位置。过渡工况常常发生在涡轮机的开机、停机、抛负荷或过速之时。过渡工况会使转动件摩擦密封、磨损密封条并在转动件表面上留下碎屑。因此要求防止转动件与密封条发生接触。
有用的背景信息还可见Sanders的“操作维修人员用涡轮机气路工程”，1988年版；其内容作为参考材料包括在本说明书中。
本发明概述
本发明的第一方面在于用一与一密封的密封条配合的摩擦条防止密封条与一转动件之间发生接触，这些密封条与该转动件形成一密封。该摩擦条包括一与该汽封的密封条同轴的条状材料，它与该转动件之间的间隙小于与之配合的密封条的最小间隙。在这种结构中，当转动件与密封的相对位置偏离正常位置时，该摩擦条首先与转动件接触。摩擦条的材料和横截面形状可根据所需磨损特性选择。摩擦条可与密封环制成一体，也可插入密封环上相配插槽装置中。
本发明的另一方面在于一用于一涡轮机的填料头，其上装有如上所述的摩擦条。该摩擦条位于一受该填料头支撑的密封环上。该摩擦条可与一密封环制成一体，也可插入该密封环上的一槽口中。摩擦条的材料和横截面形状可根据所需磨损特性选择。
本发明的另一方面在于一用于一密封的环段。该环段包括一个或多个密封条段和一个或多个摩擦条段。可用多个这样的环段构成一密封环。这样选择摩擦条段，其内径使得该摩擦条段与一转动件的对应部分之间的间隙小于与之配合的密封条段与转动件之间的最小间隙。
本发明的另一方面在于一特别适用于一汽封的一环段的摩擦条段。该摩擦条段选择成：其与一转动件的对应部分之间的间隙小于与之配合的密封条段与转动件之间的最小间隙。
本发明的另一方面在于一包括多个密封条段的涡轮机密封的使用方法。确定这些密封条段与该涡轮机的一转子之间的所需径向间隙。然后取下该密封的一密封条段而代之以一摩擦条段。该摩擦条段的内径可使该摩擦条段与该转子之间的间隙小于这些密封条段的所需径向间隙。
下面详述本发明的其他方面。
附图的简要说明
从下述详细说明和附图中可最好地理解本发明，附图中：
图1为环绕一转动件的一现有汽封的剖面图。
图2为一包括多个密封环的现有汽封的剖面图。
图3示出其中装有若干密封环的一现有填料头的一部分。
图4示出现有密封环段。
图5为一环绕一转动件的现有汽封的剖面图。
图6示出本发明摩擦条和密封条。
图7为一环绕一转动件的汽封的剖面图，包括本发明摩擦条。
图8为本发明一汽封的剖面图，包括“高”位处的摩擦条。
图9为本发明一汽封的剖面图，包括“低”位处的摩擦条。
图10示出本发明一环段，包括密封条段和摩擦条段。
图11示出本发明一摩擦条段。
本发明的最佳实施方式
图6为按照本发明一摩擦条16与一密封条4配合使用的的剖面图。该摩擦条16设置在一密封条4旁。摩擦条16和密封条4由一环绕一转动件2的环6支撑。密封条4用一嵌条5固定就位，而摩擦条最好由插入在该环6的一相配槽口21中的底部20固定就位。密封条与转动件之间的间隙为CS，摩擦条与转动件之间的间隙为CR，CS大于CR。从该图可看出，当转动件2偏离其相对于摩擦条16和密封条4的正常位置时，转动件接触摩擦条16，从而把环6举离转子而不是接触密封条4。摩擦条与转动件之间的间隙最好尽可能小，但最终决定于设计数据。0.0513-0.0641mm(0.0020-0.0025英寸)的间隙可获得满意的性能。但是，本领域的普通技术人员可以看出，摩擦条的间隙最好不造成与转动件不断接触。
图6和其他附图的摩擦条16包括一长方形横截面条状部和一长方形横截面底部20，这两部分构成一插入一相配槽口21中的T形横截面。这种摩擦条可很容易地插入一环6中，然后该环的端部稍稍变形而使该摩擦条固定就位。这种摩擦条的大小最好形成间隙CA和CX，以便于摩擦条的插入和抽出。尽管就强度和便于插入和抽出而言，最好采取这种横截面形状，但也可使用其他形状，此外，摩擦条也可与环6制成一体。
摩擦条的材料的选择可按应用场合的特殊要求而定。一般最好选择在接触时不会损坏转动件的耐磨材料。这类材料的摩擦系数一般小于钢的摩擦系数。这种材料举例说有碳和铬钢。
图7为本发明汽封第一实施例的剖面图。一装在一填料头8上的环6支撑多个密封条4。该环6环绕一转子之类的转动件2。该环6的两边最好各有一摩擦条16。一弹簧10把环6压向转子2。摩擦条16与转子2之间的间隙CR小于密封条与转子之间的间隙CS。从该图可看出，当转动件2偏离其相对于摩擦条16和密封条4的正常位置时，转动件接触摩擦条16，从而把环6举离转子而不是接触密封条4。本领域普通技术人员可看出，在一环中可使用不同数量的摩擦条；如使用单根摩擦条，该摩擦条最好位于弹簧正中。
图8为本发明汽封另一实施例的剖面图。一装在一填料头8上的环6支撑多个密封条4。该环6环绕一转子之类的转动件2，该转动件上有一个或多个高部12以及一个或多个低部14。某些密封条4与转子的高部对应，另一些密封条4与转子的低部对应。两摩擦条16在与转子2的高部12对应的位置上分列在环6的两边。一弹簧10把环6压向转子2。摩擦条16与转子2之间的间隙CR小于密封条与转子之间的间隙CS。从该图可看出，当转动件2偏离其相对于摩擦条16和密封条4的正常位置时，转动件接触摩擦条16，从而把环6举离转子而不是接触密封条4。图9示出另一实施例，在该实施例中，摩擦条16与转子2的低部对应。本领域普通技术人员可看出，只要使用与转动件之间有合适间隙的摩擦条，本发明可用于任何类型的转动件。
本领域普通技术人员从上述各实施例显然可看出，所示环6可由图4所示环段28构成。图10示出一环段28，该环段包括一支撑若干密封条段30和两摩擦条段32的底部29。这些摩擦条段32和密封条段30的内径RRUB和RSEAL形成与一转动件(未示出)的对应部分之间的所需间隙。摩擦条段32的内径选择成形成一小于密封条段30的最小间隙的间隙。环段28可包括一弹簧(未示出)，该弹簧在装在一涡轮机的一固定件上时沿径向向里偏置该环段。摩擦条段可与环段制成一体，也可支撑在一供摩擦条段的底部插入的槽口中。
本领域普通技术人员显然可看出，图10的环段28、密封条30和摩擦条32也可用于其他类型的转动件，例如图8和9所示汽封。此时须确定转动件在与一摩擦条段或密封条段对应处的半径，然后按照本发明选择其内径，可形成合适间隙的相应摩擦条段和密封条段。
图11示出可用于图10环段的摩擦条段32，该环段有一供摩擦条段32插入的槽口。该摩擦条段32包括一条状部18和一底部20。该条状部18有一内径RRUB，该内径须选择成与转动件的一部分对应，从而形成所需间隙。
尽管上面结合实施例说明了本发明，但本领域普通技术人员显然可看出，在权利要求限定的范围内可对这些实施例作出种种修正和替代。

Claims (34)

1、一用于涡轮机的一外部固定件和一内部转动件之间的密封，包括：
环装置(6)，该环装置可由所述涡轮机的所述外部固定件(8)支撑，用来环绕所述涡轮机的所述内部转动件(2)，
至少一环形密封条(4)，该密封条受所述环装置(6)的支撑并从所述环装置(6)伸向所述转动件(2)的一外表面，其特征在于：
一环形摩擦条(16)，该摩擦条受所述环装置(6)的支撑并从所述环装置(6)伸向所述转动件(2)的所述外表面，
所述摩擦条(16)与所述转动件(2)的所述外表面之间的间隙CR小于所述至少一密封条(4)与所述转动件(2)的所述外表面之间的最小间隙CS。
2、按权利要求1所述的密封，其特征在于，所述密封条(4)和所述摩擦条(16)从所述环装置(6)沿径向向里伸向所述转动件(2)的所述外表面。
3、按权利要求1所述的密封，其特征在于，所述环装置(6)由多个环段(28)构成，每一个所述环段(28)支撑着包括所述至少一密封条(4)的一段的至少一个密封条段(30)和包括所述摩擦条(16)的一段的一摩擦条段(32)。
4、按权利要求1所述的密封，其特征在于，所述摩擦条(16)用摩擦系数小于钢的材料制成。
5、按权利要求4所述的密封，其特征在于，所述材料为碳。
6、按权利要求4所述的密封，其特征在于，所述材料为铬钢。
7、按权利要求1所述的密封，其特征在于，所述摩擦条(16)的横截面呈长方形。
8、按权利要求1所述的密封，其特征在于，进一步包括一把所述环装置(6)压向所述转动件(2)的弹簧装置(10)，其中，所述摩擦条(16)位于所述弹簧装置(10)的正中。
9、按权利要求2所述的密封，其特征在于，所述至少一个密封条(4)包括多个沿径向向里伸向所述外表面的密封条，所述摩擦条(16)与所述外表面之间的径向间隙CR小于所述多个密封条(4)与所述外表面之间的最小径向间隙CS。
10、按权利要求1所述的密封，其特征在于，包括两个分列在所述环装置(6)两边的摩擦条(16)。
11、按权利要求10所述的密封，其特征在于，所述至少一密封条(4)包括多个沿径向向里伸向所述外表面的密封条；所述两摩擦条(16)与所述外表面之间的径向间隙CR小于所述多个密封条(4)与所述外表面之间的最小径向间隙CS。
12、按权利要求1所述的密封，其特征在于，所述摩擦条(16)沿轴向与所述至少一个密封条(4)中的每一个分开。
13、一在一涡轮机的一转子(2)周围形成一密封的轴端填料，包括：
填料头装置(26)，该填料头装置环绕所述转子(2)，包括供一个或多个环段(28)插入的插槽装置，以及
装在所述填料头装置(26)上的多个环段(28)，
每一个所述环段(28)包括：
沿径向向里伸向所述转子(2)的一外表面的至少一个密封条段(30)，其特征在于：
沿径向向里伸向所述转子(2)的所述外表面的一摩擦条段(32)，
所述摩擦条段(32)与所述外表面之间的径向间隙CR小于所述至少一密封条段与所述外表面之间的最小径向间隙CS。
14、按权利要求13所述的填料，其特征在于，每一环段(28)还包括沿径向向里偏置所述环段(28)的弹簧装置(10)。
15、按权利要求13所述的填料，其特征在于，所述摩擦条段(32)用摩擦系数小于钢的材料制成。
16、按权利要求15所述的填料，其特征在于，所述材料为碳。
17、按权利要求15所述的填料，其特征在于，所述材料为铬钢。
18、按权利要求13所述的填料，其特征在于，所述摩擦条段(32)包括一底部(20)和一条状部(18)，所述条状部(18)的横截面呈长方形。
19、按权利要求14所述的填料，其特征在于，所述环段(28)包括一位于所述弹簧装置(10)正中的摩擦条段(32)。
20、按权利要求19所述的填料，其特征在于，所述环段(28)包括多个沿径向向里伸向所述外表面的密封条段(30)；所述摩擦条段(32)与所述外表面之间的径向间隙CR小于所述多个密封条段(30)与所述外表面之间的最小径向间隙CS。
21、按权利要求13所述的填料，其特征在于，所述环段(28)包括两个分列在所述环段(28)两边的摩擦条段(32)。
22、按权利要求21所述的填料，其特征在于，所述环段(28)包括多个沿径向向里伸向所述外表面的密封条段(30)；所述摩擦条段(32)与所述外表面之间的径向间隙CR小于所述多个密封条段(30)与所述外表面之间的最小径向间隙CS。
23、按权利要求13所述的填料，其特征在于，所述摩擦条段(32)沿轴向与所述至少一个密封条段(30)中的每一个分开。
24、一用于一轴端填料的环段(28)，该轴端填料在一涡轮机的一转子(2)周围形成一密封，所述转动件(2)有一外表面，所述填料环段(28)包括：
一底部(29)，
N个密封条段(30)，所述密封条段(30)与所述底部(29)一起伸展并从所述底部(29)沿径向向里伸展，每一密封条段(30)有一内径RNseal，每一密封条段(30)与所述转动件(2)的N个部分之一对应，所述转动件(2)的每一个所述部分有一外径RNrotor，其特征在于：
一与所述底部(29)一起伸展并从所述底部(29)沿径向向里伸展的摩擦条段(32)，该摩擦条段有一内径RRUB，所述摩擦条段(32)与所述转动件的外径为RROTOR的一部分对应，
所述摩擦条段(32)的内表面与所述转动件(2)的对应部分的外表面之间的径向间隙小于所述N个密封条段的内表面与所述转动件(2)的外表面之间的最小径向间隙。
25、按权利要求24所述的环段(28)，其特征在于，进一步包括装在所述环段(28)上的偏置装置(10)。
26、按权利要求24所述的环段(28)，其特征在于，所述摩擦条段(32)用摩擦系数小于钢的材料制成。
27、按权利要求26所述的环段(28)，其特征在于，所述材料为碳。
28、按权利要求26所述的环段(28)，其特征在于，所述材料为铬钢。
29、按权利要求24所述的环段(28)，其特征在于，所述摩擦条段(32)包括一底部(20)和一条状部(18)，所述条状部(18)的横截面呈长方形。
30、按权利要求25所述的环段(28)，其特征在于，所述环段(28)包括一位于所述偏置装置(10)正中的摩擦条段(32)。
31、按权利要求24所述的环段(28)，其特征在于，所述环段(28)包括M个摩擦条段(32)，每一所述摩擦条段(32)与所述底部(29)
一起伸展并从所述底部(29)沿径向向里伸展，所述M个摩擦条段(32)中的每一个相应有一内径RMrub，所述摩擦条段(32)中的每一个与所述转子(2)的M个部分之一对应，所述转子(2)的每一个所述M个部分有一外径RMrotor，每一所述M个摩擦条段的内表面与所述转子(2)的对应部分的外表面之间的径向间隙小于所述N个密封条段(30)的内表面与所述转子(2)的外表面之间的最小径向间隙。
32、按权利要求24所述的环段(28)，其特征在于，所述摩擦条段(32)沿轴向与所述N个密封条段(30)中的每一个分开。
33、一涡轮机的一密封的使用方法，所述密封包括多个密封条段(30)，每一密封条段(30)的内径可相对所述涡轮机的一转子(2)形成一径向间隙，所述方法包括：
(a)确定所述密封的密封条段(30)与所述转子(2)的外表面之间的最小径向间隙CS；
(b)取下所述密封的一密封条段(30)；以及
(c)用一摩擦条段(32)取代所述密封条段(30)，所述摩擦条段(32)的内径可使所述摩擦条段与所述转子(2)之间的径向间隙CR小于在步骤(a)中所确定的最小径向间隙CS。
34、按权利要求33所述的方法，其特征在于，所述摩擦条段(32)包括一弧形件，该弧形件包括一根部(20)和一与所述根部(20)连成一体的条状部(18)，所述摩擦条段(32)的横截面呈T形；所述方法的步骤(c)包括把所述摩擦条段(32)的所述根部(20)紧固到所述密封上。
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