CN1550643A - 便于在涡轮机中密封的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于便于在旋转部件和静止部件之间进行密封的方法。该旋转部件包括固定其上的至少一个叶片，该叶片具有流动入口侧和流动出口侧。该方法包括：在旋转部件和静止部件之间限定的间隙中连接回油带和将覆盖物连接到该叶片的径向外部尖端上，其中所述的回油带具有大致平的接触表面，从叶片覆盖物延伸出突出物，以便接触该回油带的大致平的接触表面。

Description

便于在涡轮机中密封的方法和设备
技术领域
本发明整体上涉及旋转机器，更具体地说涉及用来容易在旋转机器中的旋转和静止部件之间进行密封的方法和设备。
背景技术
蒸气和燃气轮机主要是用于发电机来产生电能。蒸气轮机的蒸气路径一般以串连流动的关系包括：蒸气入口，涡轮机和蒸气出口。燃气轮机的燃气路径一般以串连的关系包括：空气输入(入口)，压缩机，燃烧器，涡轮机和燃气出口(或者排放喷管)。压缩机和涡轮机部分包括至少一排周向间隔的旋转叶片。
涡轮机的效率至少部分取决于旋转叶片的尖端和环绕的外壳之间的径向间隙，取决于在转子和隔膜封填之间保持间隙。如果任何一个间隙过大，蒸气或者燃气的流动可能通过间隙泄漏，从而降低涡轮机的效率。另外，如果任何一个间隙太小，则在某些涡轮机操作状态下，转子叶片尖端可能不希望地接触到围绕的外壳。通常不希望从高压区域向低压区域，燃气或者蒸气的泄漏流出流动路径或者流入流动路径。
为了便于最小化流动路径的泄漏，至少一些已知涡轮机使用多个迷宫式密封。已知的迷宫式密封包括纵向间隔的多排迷宫式密封齿，从而易于进行抗高压力差的密封，该高压力差存在于涡轮机中。但是旋转和静止部件之间的预期的相对轴向运动可能在覆盖物被锤击跨过从叶片尖端延伸的凸榫时，排除对迷宫式密封的使用。另外，在覆盖物和凸榫中产生的离心应力可以限制可密封的与沿叶片的出口侧设置的整体密封件的接触的大小和数量。然而，这样的密封结构可能具有相对于其它迷宫式密封结构较高的流动系数。此外，整体密封件还可以对旋转部件和静止部件之间的相对轴向运动更加敏感。整体出口侧密封的替换物是尖端刷密封和整体覆盖叶片，但是这两种替换物一般成本高并且可靠性远远比设置整体密封件低。
发明内容
一方面，提供一种易于在旋转部件和静止部件之间进行密封的方法。该旋转部件包括至少一个固定到其上的叶片，该叶片具有流动进入侧和流动出口侧。该方法包括：在旋转部件和静止部件之间限定的间隙中连接回油带和将覆盖物连接到径向向外的叶片尖端，其中该回油带具有大致平的接触面，从该叶片覆盖物延伸出突出物使得该突出物几乎接触该回油带的大致平的接触表面。
另一方面提供一种涡轮机。该涡轮机包括外部壳体，围绕第一轴旋转支撑在外部壳体中的转子轴，和固定到转子轴上的叶片，该叶片覆盖物在该叶片的远尖端上。该叶片具有流动入口侧和流动出口侧。涡轮导片连接到外部壳体上。该涡轮导片的回油带与该叶片覆盖物相对设置，该回油带具有大致平的接触表面。涡轮机还包括：从叶片覆盖物延伸的突出物以便为密封提供回油带，该回油带在叶片覆盖物和大致平的叶片接触表面之间的间隙中。
另一方面，提供一种能量系统。该能量系统包括：具有外部壳体的涡轮机，围绕第一轴旋转支撑在外部壳体中的转子轴，和固定到转子轴上的叶片，该叶片的覆盖物在该叶片的远尖端上。该叶片具有流动入口侧和流动出口侧。涡轮导片连接到外部壳体上。该涡轮导片的回油带与该叶片覆盖物相对设置，该回油带具有大致平的接触表面。涡轮机还包括：从叶片覆盖物延伸的突出物以便为密封提供回油带，该回油带在叶片覆盖物和大致平的叶片接触表面之间的间隙中。
附图说明
图1是示范性蒸气轮机的截面视图；和
图2是图1中的涡轮导片和叶片的放大的截面视图。
具体实施方式
图1是示范性蒸气轮机10的截面视图。蒸气轮机10包括穿过涡轮机10延伸并且每一端被轴承支架14旋转支撑的轴12。多排涡轮机叶片16连接到轴12上，多个静止涡轮机喷管18设置在相邻排涡轮机叶片16之间。涡轮机叶片16连接到涡轮机轴12上，涡轮机喷管18连接到支撑元件或者涡轮导片20，支撑元件或者涡轮导片20连接到外壳或者壳体22上，外壳或者壳体22围绕涡轮机叶片和喷管18。蒸气入口24将从蒸气源供应的蒸气引入到涡轮机10中，主蒸气控制阀26控制蒸气流入到涡轮机10中。
工作中，蒸气通过喷管18引导到冲击叶片16上，从而导致叶片16与涡轮机轴12一起旋转。通过喷管18排放的蒸气部分进入到提取腔室30和32，预定量的蒸气也被引入到不同的供水加热器(未示出)。在蒸气经过涡轮机叶片16之后，蒸气从蒸气排放外壳34和排放出口36排放，并且返回到冷凝器(未示出)以便再利用。
图2是涡轮导片20和叶片16的截面视图。涡轮导片20包括连接到外部涡轮机壳体22(未示出)上的外部环部分41，内部环部分42，和喷管翼面部分43。涡轮机叶片16的径向内部端44固定到涡轮46上，该涡轮46从涡轮机轴12延伸并且可围绕轴48旋转。叶片16具有流动入口侧50和流动出口侧52。
迷宫式密封40设置在涡轮导片20和叶片16之间。迷宫式密封40包括封填环54，该封填环54安装在周向延伸沟槽56中，该周向延伸沟槽56在涡轮导片20中。封填环54包括密封装置，例如多个轴向间隔的迷宫式密封齿64，这些迷宫式密封齿64从封填环54延伸。封填密封装置还可以包括刷密封(未示出)或者轴向间隔的迷宫式密封齿69和刷密封的组合。
叶片16在其远端或者尖端68处具有叶片覆盖物66。叶片覆盖物66被锤击凸榫(未示出)紧固到叶片16上。叶片覆盖物一般分成每个叶片覆盖物覆盖4个，5个或者6个叶片的组。叶片覆盖物6 6的封填表面70设置成靠近流动出口侧52。封填表面相对于第一轴48大致是平的。在一个实施例中，封填环54与封填表面70相对设置以便在封填表面70和多个齿64之间的间隙中提供密封。
迷宫式密封40通过设置较多的隔离物，例如齿，达到流体从高压区域流向在密封的对置侧面上的低压区域的功能，每个隔离物迫使流体遵循曲折路径，从而降低了流体的泄漏。跨过迷宫式密封40的压力降大小是在轴向对置的迷宫式密封的侧面上高压和低压区域间的压力差。封填环54一般被弹簧支撑并且因此在受到严重的转子/密封干涉时可以自由径向运动。
突出物80从叶片覆盖物66向涡轮导片中的回油带82延伸，该回油带82与突出物80相对设置。在实施例中，突出物80靠近叶片16的流动出口侧50设置。突出物80大致垂直于第一轴48。在一个实施例中，突出物80的形状为具有尖端84的号角形。在另一个实施例中，突出物80与叶片覆盖物66做成一体。在流动入口侧50上的突出物80的增加的硬度除去了对覆盖物组的端部上的切角的需要。
回油带82具有相对第一轴48的大致平的接触表面86。在一个实施例中，接触表面86没有齿。突出物几乎接触回油带82的接触表面86。通过在突出物80和回油带82之间的间隙中提供密封，进行突出物80与接触表面86的隔离密封。在一个实施例中，回油带82由可变形的材料构成，例如铅青铜。在另一个实施例中，回油带82可以根据不同工作状态的温度要求使用任何合适的材料制成。在另一个实施例中，回油带82被弹簧支撑因此可以自由地径向移动并且保持回油带82远离突出物80径向向外。
上述的突出物提供了比整体出口密封结构低的流动系数。该突出物对旋转和静止部件间的相对轴向运动更加不敏感。因此，该突出物在成本效率和省时方面显著改进了该涡轮机的性能。
尽管在这里根据用于蒸气轮机的涡轮机描述和图示本发明，但是应该理解本发明可以用于在蒸气轮机中的任何大致高压区域和大致低压区域之间的任何流体泄漏。因此，本发明的实施并不受蒸气轮机的限制。
尽管本发明已经就不同的实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员将认识到本发明能够在权利要求书的范围内进行改进。

Claims (10)

1.一种涡轮机10，包括：
外部壳体22；
可围绕第一轴48旋转支撑在外部壳体中的转子轴12；
固定到所述的转子轴上的叶片16，所述的叶片在所述的叶片的远尖端68上具有叶片覆盖物，所述的叶片具有流动入口侧30和流动出口侧52；
连接到所述的外部壳体上的涡轮导片20，所述的涡轮导片具有回油带82，该回油带82设置在所述的叶片覆盖物的对置侧，所述的回油带具有大致平的接触表面86；和
从所述的叶片覆盖物延伸的突出物80，以便通过在所述的叶片覆盖物和所述的大致平的接触表面之间的间隙中的所述回油带提供密封。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述的突出物80大致垂直于所述的第一轴48。
3.根据权利要求2所述的涡轮机10，其中所述的突出物80是号角形状的。
4.根据权利要求1所述的涡轮机10，其中所述的突出物80与所述的叶片覆盖物66成一整体。
5.根据权利要求1所述的涡轮机10，其中所述的突出物80设置在所述的叶片16的所述的流动入口侧50上。
6.根据权利要求1所述的涡轮机10，其中所述的回油带82是可变形的。
7.根据权利要求6所述的涡轮机10，其中所述的回油带82包括含铅青铜。
8.根据权利要求1所述的涡轮机10，其中所述的回油带82被弹簧支撑并且可以沿径向方向运动。
9.根据权利要求1所述的涡轮机10，还包括设置在所述的叶片16和所述的涡轮导片20之间的迷宫式密封40，所述的迷宫式密封40还包括：
在所述的叶片覆盖物66上的大致平的封填表面70，所述的封填表面靠近所述的流动出口侧52设置；和
多个从所述的涡轮导片向所述的封填表面延伸的齿69，以便在该叶片和涡轮导片之间提供密封。
10.一种能量系统，包括：
具有外部壳体22的涡轮机10；
围绕第一轴48可旋转支撑在所述的外部壳体中的转子轴12；
固定到所述的转子轴上的叶片16，所述的叶片在其远尖端68具有叶片覆盖物66，所述的叶片具有流动入口侧50和流动出口侧52；
连接到所述的外部壳体上的涡轮导片20，所述的涡轮导片具有回油带82，该回油带82设置在所述的叶片覆盖物66的对置侧，所述的回油带具有大致平的接触表面86；和
从所述的叶片覆盖物延伸的突出物80，以便通过在所述的叶片覆盖物和所述的大致平的接触表面之间的间隙中的回油带提供密封。
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