CN110805693A - 用于密封两个机器部件之间的周向间隙的密封件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密封件，包括：主密封件，具有在机器部件之间建立无接触密封的靴，和将靴支撑在机器部件上的弹簧元件，使得靴的径向运动作为对施加到靴上的流体压力的反应；在轴向上密封弹簧元件的辅助密封件，辅助密封件具有至少两个在轴向上彼此相邻的层。为提高功能可靠性设置：层至少分别包含两个彼此径向并排定位的片；对于每层，一个片是固定的而另一个片通过固定在靴上是可移动的；从径向看，每两个直接彼此相邻的层的两个移动片具有不同的宽度，其中两个移动片中较宽的一个与一个较窄的固定片组合以形成层，两个移动片中较窄的一个与一个较宽的固定片组合以形成层；一层中的较宽的移动片与相应的另一层中的较宽的固定片在径向上重叠。

Description

用于密封两个机器部件之间的周向间隙的密封件

技术领域

本发明涉及一种用于密封两个机器部件之间的周向间隙的密封件，其中一个机器部件相对于另一个机器部件沿轴向可旋转地安装，该密封件包括：主密封件，具有至少一个用于在机器部件之间建立无接触密封的靴，并且具有至少一个弹簧元件，该弹簧元件将靴支撑在一个机器部件上，使得靴的径向运动可以作为对施加到靴上的流体压力的反应；以及在轴向上密封弹簧元件的辅助密封件，其中辅助密封件具有至少两个在轴向上彼此相邻的层。

背景技术

上述密封件例如从公开文献US2008/100000A1中已知。该密封件尤其用于密封涡轮机的转子和壳体之间的间隙。

上述密封件的优点在于，密封间隙通过作用在密封件上的体积流量来调节，因此在转子和壳体的不同位置的情况下可以灵活地重新调节密封间隙。该工作原理在所谓的靴中实现，该靴以弹性方式悬挂在支架上。这样的系统是主密封系统，也称为主密封件。

这样的径向柔性密封件需要轴向辅助密封系统或辅助密封件，其同样以柔性方式密封变化的轴向间隙。这例如通过两个片实现，这两个片分别配备有弹簧系统，从而相应地压在支架上，并且因此在靴的方向上封闭开口间隙。为了使两个弹簧系统(即，靴的弹簧系统和辅助密封件的弹簧系统)能够以低摩擦方式平行地运行，同时保持用于辅助密封件的弹簧系统的区域被覆盖，设置了两个组件，即，一个中间板和一个盖。这些组件具有相对于主密封系统的间隙以及相对于辅助密封系统的自由空间。在燃气轮机的应用中，这样的工作原理必须通过非常复杂的组件的方式来实现。这将导致必须保证非常高的制造精度，而由于制造精度和温度影响造成的组件错位可能会阻塞辅助密封系统，于是辅助密封件的相应的薄片不能根据需要完全关闭靴方向上的开口轴向间隙。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种密封件，与现有技术相比，该密封件具有增强的功能可靠性，并且更特别适用于燃气轮机。

根据本发明，该目的通过一种密封件实现，该密封件用于密封两个机器部件之间的周向间隙，其中一个机器部件相对于另一个机器部件沿轴向可旋转地安装，该密封件包括：主密封件，具有至少一个用于在机器部件之间建立无接触密封的靴，并且具有至少一个弹簧元件，该弹簧元件将靴支撑在一个机器部件上，使得靴的径向运动可以作为对施加到靴上的流体压力的反应；以及在轴向上密封弹簧元件的辅助密封件，其中辅助密封件具有至少两个在轴向上彼此相邻的层；其中这些层至少分别包含两个彼此径向并排定位的片；其中在每层中，一个片是固定的，而另一个片通过固定在靴上是可移动地安装的；其中从径向上看，每两个直接彼此相邻的层的两个移动片具有不同的宽度，其中两个移动片中较宽的一个移动片与较窄的一个固定片组合以形成层，并且两个移动片中较窄的一个移动片与较宽的一个固定片组合以形成层；并且一层中的较宽的移动片与相应的另一层中的较宽的固定片在径向上重叠。

本发明基于以下考虑：提出一种密封系统，在该密封系统中不需要其他弹簧系统，该其他弹簧系统的敏感性和复杂设计被认为是已知辅助密封系统的关键点之一。在所提出的密封件中，特别是省去了中间板，由此避开了根据现有技术的辅助密封件与中间板之间的临界相互作用。由于不再需要夹紧辅助密封件，因此密封的可靠性显著提高。此外，由于不再出现辅助密封件的片的不平坦，因此显著减少了潜在的后续加工。由于分层结构，在组装密封件时还显著降低了复杂性。不再有任何系统以复杂的方式作用在辅助密封件上，由此简化了设计和组装，并且减少了在密封件制造期间的测试次数。

这里，层被理解为表示单个片，或者径向上依次排列并且轴向上具有相同位置的两个或更多个片。

在两层的情况下，轴向外层在最大延伸位置与相邻层的一部分径向重叠。然后可以多次以交替方式进行。径向内层重叠一次，并且径向外层重叠一次。为重叠的片提供空间的这些短片仅被理解为轴向的间隔垫片，由此使得位于上方的下一层再次位于一个平面中。

可选地，另外的单片可以作为最后的最外层被施加，该片在周向上与位于其下方的层重叠，并且直接或间接地固定到支架上。该层实现了对位于其下方的薄且敏感的片在运输、安装以及运行方面的保护功能。

有利地，这些片由耐高温和/或耐腐蚀的材料(特别是钢)构成。移动片尤其由以下材料构成，该材料在所提供的工作使用寿命期间保持用于形成密封面所需的表面质量，并且满足在该工作期间的强度要求。对于高温应用，可以选择耐高温的钢、镍基合金或钴基合金，例如

或类似的材料。具有足够强度的非耐腐蚀材料对于所有应用都是有利的，即使是具有较低的温度负荷，这些材料具有所需的表面质量以在使用寿命期间形成密封表面。

根据一个优选实施例，在每层中，沿周向设置多个移动片，并且一层中的较宽的移动片与另一层中的较窄的移动片在周向上重叠。由此在周向上产生的重叠进一步改善了密封件的密封性能。

根据另一优选实施例，这些层至少在重叠区域中彼此不接触地布置。特别地，在相应的另外的层的结构中，较窄的片可以被暂时引入到位于下方层与新的层之间，在将这些片固定到它们的位置上后，该较窄的片被再次移除。由此可以实现一定量的间隙，这减少了片层之间的摩擦并且不会在所施加的压力的横向力下阻挡系统。

优选地，一层中的多个片被彼此不接触地布置。这特别是适用于在密封件的靴上施加有流体压力的情况。在此，在一层的多个片之间产生的径向间隙通过两个彼此相邻的层中的多个片的重叠而在径向方向上和(可能的)周向上被密封。

优选地，至少在一层中，移动片的数量对应于靴的数量。在此，移动片具有圆弧形构造，并且移动片的尺寸最佳地匹配靴的尺寸。

优选地，最内层的固定片通过一个中间板形成。该中间板必须非常坚硬，使得能够支撑其他片层的压力。由此，轴向力通过中间板被吸收。因此，防止了对可移动的靴的按压，因为这些力会损害功能。结果，密封件的可移动部件与刚性外轮廓之间的相互作用被分离，并且确保了可移动性。在除了中间板之外仅在辅助密封件上引入另一层的情况下，在最少数量的部件的情况下可以实现相同的基本功能。

此外，优选地，最内层的移动片通过靴的径向附接部形成。因此，最内层的移动片是靴的整体组成部分，由此额外地减少了所需组件的数量，并且减少了所需的紧固工艺的数量。

为实现密封件的特别令人满意的密封作用，在此设置三层，其中轴向最内层和轴向最外层具有相同的结构。在此，轴向最内层和轴向最外层分别具有一个窄的移动片与一个宽的固定片的组合、介于之间的中间层、一个宽的移动片与一个窄的固定片的组合，或者具有一个宽的移动片与一个窄的固定片的组合、介于之间的中间层、一个窄的移动片与一个宽的固定片的组合。

有利地，移动片被固定在靴上。此外，有利的是，密封件具有用于主密封件的支架，其中固定片被固定在支架上。以这种方式，在移动片与靴之间和/或在固定片与支架之间建立了可靠的、无干扰的连接，该连接在工作期间不会松开。由于分层结构，可以在焊接过程中直接调整间隙。此外，可以忽略不平坦性，因为这些片直接被焊接，并且可以通过临时的间隔垫片来调整相应的间隙。由此特别是省去了夹紧和组装装置。在此，片例如被焊接、钎焊、以相应的几何形状填缝，或者通过添料工艺被熔化，或者通过螺钉或铆钉被固定。

此外，根据本发明，该目的通过两个机器部件实现，其中一个机器部件相对于另一个机器部件沿轴向可旋转地安装，并且在两个机器部件之间形成周向间隙，在周向间隙中布置有上述的密封件，其中轴向最内层的轴向厚度被选择为使得靴和相对的机器部件之间的间隙尺寸能够通过辅助密封的位置来调整。这里的优点在于，由于片的位置，密封件和机器部件之间所需的无接触的间隙可以通过辅助密封件的杠杆作用而在技术上可接受的限度内进行调整。

优选地，关于辅助密封件及在靴上精确轴向定位的片的简化实施例，轴向最内层仅作为间隔垫片布置在密封层下方而没有密封作用。

附图说明

以下结合附图更详细地描述本发明的示例性实施例，其中：

图1示出了具有主密封件的密封件的扇形区段的平面图，

图2示出了密封件的第一实施例的平面图，具有一层的辅助密封和径向重叠的片，

图3示出了根据图2的密封件的截面图，

图4示出了密封件的第一实施例的平面图，具有第二层辅助密封，

图5示出了根据图4的密封件的截面图，

图6示出了根据第一实施例的密封件的另一截面图，具有第三层，

图7示出了密封件的扇形区段截面的平面图，具有第一层辅助密封，

图8示出了密封件的第二实施例的平面图，具有一层辅助密封以及在径向和周向上重叠的片，以及

图9示出了密封件的第三实施例的截面图。

相同的附图标记在图中具有相同的含义。

具体实施方式

图1示出了密封件2的一部分，该密封件用于密封两个机器部件(这里未详细示出)之间的周向间隙，这两个机器部件可以在轴向上相对于彼此旋转。轴向通过点A象征性地标识，其中虽然在图中没有保持间距比，但是点A旨在表示由完整密封件2形成的圆的中心。图1还示出径向R和周向U。

密封件2包括主密封件4，主密封件4具有多个所谓的靴6，用于在机器部件之间建立无接触的密封。为了能够实现该功能，靴6分别通过一个弹簧元件8弹性地安装在支架10上。通过支架10将靴6支撑在一个机器部件上，使得靴的径向运动可以作为对施加到靴6上的流体压力的反应。

此外，密封件2包括分层结构的辅助密封件12，辅助密封件12在轴向A上密封弹簧元件8，其中辅助密封件12具有至少两个在轴向A上彼此相邻的层。

图2和图3中示出了第一层14。第一层14由两个径向并排定位的圆形或扇形的片16、18构成。径向靠外的片16通过被支撑在支架10上而是固定的。径向靠内的片18通过被固定在靴6上而是可移动的，并且与靴6一起沿径向移动。径向安装空间被两个片16、18非对称式地使用。两个片16、18中的一个较宽而另一个较窄，其中这种分配是任意的(这里示出的情况是径向靠外的固定片16比径向靠内的移动片18宽)。

层14直接焊接在主密封件上，并且片16、18在最大压紧位置处不应互相接触，因此在两个片16、18之间构造有内部间隙19。

从图4和图5中可以看到密封件2的第二层20。第二层20同样包括一个固定片22和多部分的移动片24，其中与第一层相比，先前径向较宽的片在第二层中变得较窄，先前径向较窄的片在第二层中变得较宽(这里描述的情况是：径向靠外的固定片22较窄，而径向靠内的移动片24较宽)。

在层14、20之间存在中间间隙25，使得层14、20相对于彼此无接触地定位。

窄片和宽片的交替使得第二层20的较宽的移动片24与第一层14的较宽的固定片16重叠。因此形成了对沿轴向A流动的流体的屏障，使得辅助密封件12后面的空间(特别是弹簧元件8)被轴向密封。

作为根据图2至图5的实施例的替代方案，第一层14可以由较宽的移动片与较窄的固定片组合构成，第二层20可以由较窄的移动片与较宽的固定片组合构成。

这里，每层14、20的片16、18、22、24具有相同的轴向厚度或至少位于相同的轴向位置。在此，固定片16、22特别是用作相应的下一层的预备表面，即，通过固定片16、22形成位于其上方的层的固定片的高度。这也可以从图6中看出，其中引入第三层26。第三层26包括较宽的固定片28，辅以包括较窄的移动片30。在所示的实施例中，第一层14和第三层26因此具有相同的结构。厚度和间隙被设计成使得轴向的压力总是确保片16、18、22、24的接触，但是防止彼此之间卡住或者由于靴6的轴向弹性而卡住。

固定片16、22、28尤其是圆形、半圆形或扇形的片。移动片18、24、30是分段的。移动片18、24、30的数量对应于靴6的数量，在仅有径向重叠的情况下，移动片在周向U上的长度也大致对应于靴6的长度。在具有周向U重叠的情况下，所有移动片18、24、30在周向U上的总长度大致对应于所有靴6的总长度。

此外还可以考虑的是，根据图6的第三层26仅包括较宽的固定片28，其与第二层20的较宽的移动片24重叠。

图7和图8示出了根据本发明的另一实施例。从图7中可以看到辅助密封件12的第一层14，其与根据图2的第一层14相同。在另一层32中，固定片22同样与根据图4的固定片22相同。然而，分段的移动片34在周向上被构造成更长，使得移动片34与第一层14的移动片18重叠。因此，在两个层14、32之间，在径向R上和在周向U上都发生重叠。

与径向重叠相似地，这种结构也开始于在径向靠外的不可移动区域中沿周向U不间断的片16，以及在可移动区域中每个靴6的彼此独立的分段的片18。该层14直接焊接在主密封件上，通过相应的凹槽进行填缝、焊接，或者通过添料制造方式被熔化，并且在最大压制位置不发生接触。需要该基本位置以避免摩擦。

这里，移动片24、30和/或固定片22、28也可以在结构上分别形成一个单元并且进行组装。

与此相反，下一层32与第一实施例的不同之处在于：重叠发生在周向U上从一个可移动的靴6到下一个靴6。再下一层按照相同的原理，但是以相反方向发生重叠。这里，在焊接、钎焊或填缝期间，彼此叠置放置的层14、32可以通过薄的间隔垫片彼此分离，以便使摩擦最小化，并且实现上述设想的间隙。这使得在轴向压缩载荷下可以进行密封，尽管片16、18、22、24、28、30本身具有柔韧性，但是靴6与弹簧元件8不会卡住。

在该实施例中，作为最后且可选的层，可以在径向外部区域中连续地布置单个稍厚的保护片(这里未示出)，该保护片与分段的彼此独立的片34在径向内部区域下方重叠。如果在下方的层中在径向外部的不可移动区域中没有引入片，则必须考虑相应的间隙(该片的轴向结构高度)。如果引入了这个可选的片，则该片必须是坚固的，使得压力可以传递到片堆叠上。在接合期间，通过临时的薄的中间层来引入最小间隙对于避免更大的摩擦也是有利的。

图9示出了另一实施例，在该实施例中，仅通过第二层20和第三层26建立辅助密封件12的密封作用。第一层36是间隔层，并且在这里包括窄的固定片16和窄的移动片18，在固定片16与移动片18之间存在大的内部间隙19。通过在密封层20、26下方由固定片16和移动片18构成的不直接起密封作用的层34，限定了密封层20、26的轴向位置，使得密封件和可旋转的机器部件(转子)之间所需的无接触间隙可以在技术上可接受的限度内进行调整。如果辅助密封件12的位置通过较厚的间隔层36沿轴向向上游移动，则主密封件4和旋转的机器部件之间的间隙打开。如果间隔层36减小并且因此辅助密封件12的位置沿轴向向下游移动，则主密封件12和旋转的机器部件之间的间隙闭合。因此，借助于在最终接合之前对中间层的厚度进行调整，可以对每个密封件进行质量测试，并且可以选择间隔层36的合适厚度，以满足对于主密封件4和旋转的机器部件之间的间隙的要求，然后进行最终组装和接合。

Claims (11)

1.一种密封件(2)，用于密封两个机器部件之间的周向间隙，其中所述机器部件中的一个机械部件相对于另一个机器部件沿轴向(A)可旋转地安装，所述密封件包括：

一个主密封件(4)，具有至少一个用于在多个所述机器部件之间建立无接触密封的靴(6)，并且具有至少一个弹簧元件(8)，所述弹簧元件将所述靴(6)支撑在所述机器部件中的一个机械部件上，使得所述靴(6)的径向运动(R)能够作为对施加到所述靴(6)上的流体压力的反应，和

在轴向(A)上密封所述弹簧元件(8)的一个辅助密封件(12)，其中所述辅助密封件(12)具有至少两个在轴向(A)上彼此相邻的层(14、20)，

其特征在于，

-多个所述层(14、20)至少分别包含两个彼此径向并排定位的片(16、18、22、24)，

-对于每层而言，所述片中的一个片(16、22)是固定的，并且另一个片(18、24)通过固定在所述靴(6)上是可移动地安装的，其中

-从径向(R)看，每两个直接彼此相邻的层(14、20)的两个移动片(24、30)具有不同的宽度，其中所述两个移动片中较宽的一个移动片(24)与较窄的一个固定片(22)组合以形成所述层(20)，并且两个移动片(18)中较窄的一个移动片(30)与较宽的一个固定片(16)组合以形成所述层(14)，并且

-一层(20)中的较宽的移动片(24)与相应的另一层(14)中的较宽的固定片(16)在径向(R)上重叠。

2.根据权利要求1所述的密封件(2)，

其特征在于，对于每层(14、32)而言，沿周向(U)布置多个移动片(18、34)，并且一层(32)中的较宽的移动片(34)与另一层(14)中的较窄的移动片(18)在周向(U)上重叠。

3.根据前述权利要求中任一项所述的密封件(2)，

其特征在于，多个所述层(14、20、26、32)至少在重叠区域中彼此不接触地布置。

4.根据前述权利要求中任一项所述的密封件(2)，

其特征在于，一层(14、20、26、32)中的多个所述片(16、18、22、24、28、30)彼此不接触地布置。

5.根据前述权利要求中任一项所述的密封件(2)，

其特征在于，至少在一层(14、20、26、32)中，所述移动片(18、24、30)的数量对应于所述靴(6)的数量。

6.根据前述权利要求中任一项所述的密封件(2)，

其特征在于，最内层(14)的固定片(16)通过一个中间板形成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的密封件(2)，

其特征在于，最内层(14)的移动片(18)通过所述靴(6)的径向附接部形成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的密封件(2)，

其特征在于，布置有三层(14、20、26)，其中轴向最内层和轴向最外层(14、26)具有相同的结构。

9.根据前述权利要求中任一项所述的密封件(2)，

其特征在于，用于所述主密封件(4)的一个支架(10)，其中所述固定片(16、22、28)被固定在所述支架(10)上。

10.一种包括两个机器部件的单元，其中所述机器部件中的一个机械部件相对于另一个机器部件沿轴向(A)可旋转地安装，并且在所述两个机器部件之间形成一个周向间隙，在所述周向间隙中布置有根据前述权利要求中任一项所述的密封件，

其特征在于，轴向最内层(14)的轴向厚度被选择为使得靴(6)和相对的机器部件之间的间隙尺寸能够通过辅助密封件(12)的位置来调整。

11.根据权利要求10所述的单元，

其特征在于，轴向最内层(36)仅作为间隔垫片布置在密封层(20、26)下方而没有密封作用。

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