CN1827307A - 用于旋转机械的自动密封带装配方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于旋转机械(50)的自动密封组件(10)，包括：密封件引导组件(12)，密封引导组件(12)将填塞金属丝(30)和密封带(66)对准和保持在转子槽(28)中以进行锤击；锤击工具(14)，其锤击填塞金属丝(30)使其变形，从而将填塞金属丝(30)和密封带(66)固定在转子槽(28)中；致动器，该致动器控制敲击工具(14)的运动和预加载力，从而生产出具有可预期的拉出强度的转子槽密封件(62)；和基座(18)，用于固定密封件引导组件(12)、锤击工具(14)和该致动器。

Description

用于旋转机械的自动密封带装配方法和装置
技术领域
本发明总体上涉及用于旋转机械的密封组件，并且，尤其涉及蒸汽轮机或燃气轮机的密封组件。
背景技术
旋转机械包括但不仅限于蒸汽轮机、压缩机及燃气轮机。蒸汽轮机具有蒸汽通道，该蒸汽通道典型地包括以串行流(serial-flow)关系布置的一蒸汽入口、涡轮机和蒸汽出口。燃气轮机具有气体通道，该气体通道典型地包括以串行流关系布置的空气入口(或进气道)、压缩机、燃烧室、涡轮机和排气口(或排气喷嘴)。当气体或蒸汽从高压区域向低压区域泄漏时，不论是泄漏出气体或蒸汽通道还是泄漏进入气体或蒸汽通道，通常都是不希望发生的。比如，在燃气轮机的涡轮机或压缩机区域中，涡轮机或压缩机的转子与在其四周环绕的的壳体之间的气路泄漏，会降低燃气轮机的效率从而导致燃料成本的增加。同样，在蒸汽轮机的涡轮机区域中，涡轮机的转子与四周环绕的壳体之间的汽路泄漏也会降低蒸汽轮机的效率，从而导致燃料成本的增加。
为了降低燃气和蒸汽涡轮发动机中的气路和汽路的泄漏，密封组件被采用。在不同形式的涡轮机密封组件中，转子槽密封带被布置于涡轮机中的转动部件和静止部件之间。目前，可采用各种不同的方法锤击转子槽密封带。一种方法包括但不仅限于，在手凿上研磨出一弯曲尖端，用手持锤敲击手凿，以使凹槽中的金属丝变形或敲击凹槽中的金属丝。另一种方法包括在手持气振锤中研磨出一弯曲尖端，以将填塞金属丝锤击进入凹槽中。但是，当前的锤击填塞金属丝的方法并不能始终获得具有高拉出强度的由锤击填塞金属丝形成的转子槽密封件。
最大化转子槽密封件的拉出强度很重要，因为在涡轮机运行过程中，转子槽密封件要经受数个拉出力。这些力包括但不限于：离心拉出力，由蒸汽压力在密封件的基部产生的瞬间力，金属间摩擦时的径向力和切向力，以及与有意地涂敷在形成蒸汽通道的壳体上的抗磨涂层之间的摩擦力。因此希望转子槽密封件具有可预期的高拉出强度。
此外，当前锤击填塞金属丝的方法会导致不可重复的锤击，使得所述锤击会导致不可预期的密封件拉出强度。造成密封件拉出强度具有巨大差异的多种因素包括但不限于：操作员所设置的锤击工具的位置不当，以及通过锤击工具施加的力不均匀。举例说明，在一个平均密封件拉出强度为600磅的组中，由手工锤击产生的密封件拉出强度的标准偏差可达200磅。密封件拉出强度的这种巨大差异是有问题的，因为低的密封件拉出强度会导致密封件在运行过程中松动，并对涡轮机造成重大损害，包括造成涡轮机的停机。
因此，期望开发一种节约成本的密封方法和装置，可以在不损害密封带性能的前提下，使转子槽密封件具有可预期的密封件拉出强度。
发明内容
此处公开的用于旋转机械的自动密封组件包括：密封件引导组件，该密封引导组件将填塞金属丝和密封带对准和保持在转子槽中以进行锤击；锤击工具，该锤击工具锤击填塞金属丝使其变形，并将填塞金属丝和密封带固定在转子槽中；致动器，该致动器控制敲击工具的运动，从而生产出具有可预期的拉出强度的转子槽密封件；和基座)，用于固定密封件引导组件、锤击工具和致动器。
同时本文还还公开了一种用于自动密封旋转机械的方法，此方法包括：将填塞金属丝和密封带对准转子槽；用密封件引导组件将填塞金属丝和密封带保持在转子槽中以进行锤击；用锤击工具锤击填塞金属丝，该锤击工具的运动由致动器控制；移动该锤击工具以及该致动器；并且其中，锤击填塞金属丝使之变形，并形成具有可预期的拉出强度的转子槽密封件。
本文还公开了一种用于自动密封旋转机械的系统，该系统包括：用于填塞金属丝和密封带对准转子槽的装置；用于利用密封件引导组件将填塞金属丝和密封带保持在转子槽中以进行锤击的装置；用于用锤击工具锤击填塞金属丝的装置，所述工具的运动由致动器控制；用于移动该锤击工具以及该致动器的装置；并且其中，所述用于锤击填塞金属丝的装置制成了一种具有可预期的拉出强度的转子槽密封件。
附图说明
通过下文的详细说明并参照附图可以对本发明的上述和其它特征、特点和优点有更好的了解，其中在整个附图中类似的符号代表类似的部件，其中：
图1是示例性旋转机械的横截面示意图；
图2是图1中X部分的放大的详细视图，给出了一种示例性的转子槽密封件；
图3是自动密封组件的示例性实施例的示意图；
图4是密封件引导组件的示例性实施例的示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种典型的旋转机械50如蒸汽轮机(同样由附图标记50表示)，典型地包括至少一个旋转部件例如转子54和旋转叶片56，以及静止部件58例如围绕转子54布置的静止的蒸汽喷嘴(同样由附图标记58表示)。所述转子54、旋转叶片56和静止部件58环绕布置于公共轴线60周围。在此旋转机械50中，流经静止喷嘴58的蒸汽被引导以高速冲击转子54使其高速旋转。
转子槽密封件62首先参照图1加以说明。如图所示，转子槽密封件62布置于转子54和静止部件58之间。仍如图1所示，转子槽密封件62包括至少一个密封带66，其固定在转子54或静止部件58上。在图1和2描绘了转子槽密封件62的实施例，其中至少一个密封带66固定在转子54上。如图2所示，一排密封带66，如J形带密封件(同样由附图标记66)，被填塞金属丝30固定在转子54上并位于转子槽28内。
如图3所示，所示出的自动密封组件10包括密封件引导组件12、锤击工具14、致动器16和基座18。密封件引导组件12可以包括一个或多个旋转导向件26和块状导向件24。锤击工具14可以是任何适于锤击填塞金属丝30的工具，包括但不限于：具有成圆角的尖端的锤子或凿子。致动器16可以是气动的、电动的或是液压的致动器。但是，任何致动器领域的普通技术人员公知的其它合适的装置都是可以预想到的。在一个示例性实施例中，基座18被设计为与加工机床或是装配机床的台面对准以使锤击工具14朝向于转子槽28。
密封件引导组件12固定在第一滑动组件22上，该第一滑动组件22固定于基座18上，使密封件引导组件12适当地对准填塞金属丝30，以便使用锤击工具14进行锤击。在进行锤击前，可将密封件引导组件12定位成使其将填塞金属丝30和密封带66插入转子槽28中。第一致动器16固定在第二滑动组件32上，第二滑动组件32固定在基座18上，并且，锤击工具14固定在第一致动器16上。当填塞金属丝30被定位在转子槽28中时，锤击工具14被定向成可撞击所述填塞金属丝30。所述锤击工具14通过在第一致动器16的控制下对填塞金属丝30进行反复锤击而制成具有可预期的拉出强度的转子槽密封件62。
在一个示例性实施例中，第一滑动组件22控制密封件引导组件12的力和位置。滑动组件22固定在基座18上，而密封件引导组件12固定在滑动组件22上。滑动组件22允许密封件引导组件12回缩以便于填塞金属丝30和密封带66的装配。在另外一个实施例中，第二滑动件32控制锤击工具14和第一致动器16的位置和力。第二滑动组件32固定于基座18上，第一致动器16固定在滑动组件32上。第二滑动组件32可以通过控制固定有锤击工具14的第一致动器16的位置从而控制锤击工具14的位置。
在一个示例性实施例中，第二致动器20固定于基座18上，并连接到滑动组件22上。第二致动器20用于控制密封件引导组件12相对于填塞金属丝30的位置及其对填塞金属丝30所施加的力。在另一个示例性实施例中，第三致动器34固定于基座18上并连接到第一致动器16上。此外，该第三致动器34还可以用来控制锤击工具14相对于填塞金属丝30的位置和该锤击工具14施加在填塞金属丝30上的力。该第三致动器34可以通过控制固定着锤击工具14的第一致动器16所施加的力从而控制锤击工具14所施加的力。第二致动器20和第三致动器34都可以是气动的、电动的或者液压的致动器。但是，致动器领域的普通技术人员所公知的其它任何合适的装置均是可以被预想到的。
第一致动器16、第二致动器20和第三致动器34可配有控制阀，该控制阀具有正向、反向和中间三种模式。中间控制阀模式允许操作者手工地分别对密封件引导组件12和第一致动器16定位。在一个示例性实施例中，第一致动器16、第二致动器20和第三致动器34可以具有中间模式，其中，该中间模式可由位于自动密封组件10上的紧急停止按钮激活。在一个示例性实施例中，第二致动器20和第三致动器34都可以是气动的，并且，该中间模式将第二致动器20和第三致动器34的压力释放至周围大气的压力。
在一个示例性的实施例中，自动密封组件10定位成使锤击工具14和密封件引导组件12准确地对准转子槽28，使得填塞金属丝30可以被锤击。自动密封组件10可以采用多种方法对准以进行锤击，这些方法包括但不限于：固定在自动密封组件上的激光引导装置，该激光引导装置发射对准转子槽28的激光。第一滑动组件22和第二滑动组件32分别用于调整密封件引导组件12和第一致动器16的位置。此外，第二致动器20用来控制密封件引导组件12对填塞金属丝30所施加的力，第三致动器34控制锤击工具14对填塞金属丝30所施加的力。密封件引导组件12进给、对准和保持填塞金属丝30，以便由锤击工具14进行锤击。在锤击过程中，锤击工具14对填塞金属丝30进行有意图的和反复的撞击，变形后的填塞金属丝30将密封带66固定在转子槽28中。锤击工具14以一种由第一致动器16和第三致动器34控制的方式对填塞金属丝30进行锤击，以制成具有可预期的密封件拉出强度的转子槽密封件62。
在另一个示例性的实施例中，锤击工具14可以为一凿子，该凿子具有研磨为具有一定尖端厚度的硬化尖端，，该尖端厚度适合于在转子槽28中与待锤击的填塞金属丝30相接触。在锤击工具14上可具有一个与J形密封带66的侧面相邻的一侧面，该侧面是平的，可供锤击工具14的主体搭载。锤击工具14的另一侧面可向下弯曲至尖端宽度，留出一尖端长度以给密封件的高度提供间隙。在锤击过程中，为保证在锤击工具14沿填塞金属丝30移动的同时锤击工具14在填塞金属丝30的表面平滑运动，锤击工具14尖端的宽度可以研磨为具有圆角。
现在看图4，图中所示密封件引导组件12可以包括一个或多个旋转导向件112，122。旋转导向件112，122是有区别的，上部旋转导向件112在其圆周上具有槽，以容纳、保持和引导填塞金属丝30和密封带66以供锤击。上部旋转导向件112连接至具有一个或多个槽形孔116的矩形块114上，并且上部旋转刀子112的位置由定位螺钉118进行微调。类似地，下部旋转导向件122位于上部旋转导向件112的下方。下部旋转导向件122在锤击前向位于转子槽28更深处的填塞金属丝30和密封带66提供更为精确的定位。下部旋转导向件122连接至具有一个或多个槽形孔126的矩形块124上，并且下部旋转导向件122的位置由定位螺钉128进行微调。
除旋转导向件112，122外，密封件引导组件12还可包括一个或者多个块状导向件132。块状导向件132可以位于下部旋转导向件122下方。块状导向件132具有一个与转子54的轮廓相同的表面，用于在锤击过程中防止密封带66和填塞金属丝30从转子槽28中露出。块状导向件132可位于锤击工具14上方。该块状导向件132具有一个或多个槽形孔136。该块状导向件132的位置由定位螺钉138进行微调。上述的上部旋转导向件112，下部旋转导向件122和块状导向件132的微调位置独立于安装在第一滑动组件22上的密封件引导组件12上的其他部件的位置。请注意这里用到的术语“上部”和“下部”，除非是特别注明，仅仅是为了描述方便，而不限于任何一个位置或空间朝向。
在一个示例性的实施例中，可以使用一个数据记录器38监控和显示从第二致动器20、第三致动器34和/或第一致动器16测得的压力和力数据。数据记录器38可以具有显示屏36用来显示从第二致动器20、第三致动器34和/或第一致动器16测得的当前的压力和力数据。可选择地，数据记录器38还可以将压力和力数据记录到任何适当的装置上，这些装置包括但不限于计算机可读介质，诸如闪存卡或软盘。在一个示例性的实施例中，数据记录器38按照操作者设定的时间间隔测量压力和力数据。在另一个示例性实施例中，数据记录器38可以安装于控制箱中，该箱上具有槽以接收计算机可读介质。此计算机可读介质可以从控制箱中取下，并由计算机读取以用于统计分析和产品质量记录。可选择地，数据记录器38还可以具有报警系统，当监测到的压力和/或力超出由操作员设定的范围时，可向操作员发出警报。
在一个示例性的实施例中，操作员能够精确地控制自动密封组件10的一个或多个运行参数。自动密封组件10的运行参数包括但不限于：锤击工具14相对于转子槽28的角度；锤击工具14运动的频率和幅度；作为转子54转速的函数的锤击工具14在填塞金属丝30上的停留时间；以及密封件引导组件12和第一致动器16对填塞金属丝30所施加的力。可选择地，所有上面所列出的运行参数可控制于规定的范围内，并且出于质量控制的目的，数据记录器可记录这些运行参数。此外，所有上面所列出的运行参数均可以以适当的显示器展现给操作员。这些适当的显示器可以包括但不限于模拟式量计或数字显示器。
使用本文所述的自动密封组件10可生产出具有可预期的的拉出强度的转子槽密封件62。在一个示例性的实施例中，转子槽密封件62可采用29mil的J形密封件66制造。转子槽密封件62可具有平均大约1300磅的拉出强度，并且标准偏差大约为65磅。采用此自动密封组件产出的密封件的拉出强度和标准偏差均远优于目前可用方法(如手工锤击)所得到的密封件的拉出强度和标准偏差。
虽然本发明是参照示例性的实施例加以描述的，但是本领域的技术人员可以理解，在不背离本发明范围的前提下，可作出各种变化或对其中部件进行等同替换。此外，根据本发明的启示，在不背离本发明实质范围的前提下，本发明可作出多种改进以适应特定情况和材料。因此，本发明不仅限于本文公开的这些能使这项发明其取得最佳效果的特定实施例，本发明包括所有落入下面所附的权利要求范围内的实施方案。
部件列表：
10    自动密封组件
12    密封件引导组件
14    锤击工具
16    第一致动器
18    基座
20    第二致动器
22    第一滑动组件
24    块状导向件
26    旋转导向件
28    转子槽
30    填塞金属丝
32    第二滑动组件
34    第三致动器
36    显示屏
38    数据记录器
50    旋转机械
54    转子
56    旋转叶片
58    静止部件
60    公共轴线
62    转子槽密封件
66    密封带
112   上部旋转导向件
114   矩形块
116   槽形孔
118   定位螺钉
122   下部旋转导向件
124   矩形块
126   槽形孔
128    定位螺钉
132    块状导向件
136    槽形孔
138    定位螺钉

Claims (10)

1、一种用于旋转机械(50)的自动密封组件(10)，包括：
密封件引导组件(12)，所述密封引导组件(12)将填塞金属丝(30)和密封带(66)进给、对准和保持在转子槽(28)中，以进行锤击；
锤击工具(14)，所述锤击工具(14)锤击所述填塞金属丝(30)使其变形，从而将所述填塞金属丝(30)和密封带(66)固定在所述转子槽(28)中；
第一致动器(16)，所述第一致动器(16)控制所述敲击工具(14)的运动，从而生产出具有可预期的拉出强度的转子槽密封件(62)；和
基座(18)，用于相对于该旋转机械(50)固定所述密封件引导组件(12)、锤击工具(14)和第一致动器(16)。
2、如权利要求1所述的用于旋转机械(50)的自动密封组件(10)，其中，所述第一致动器(16)是下述至少一种：
气动致动器；
电动致动器；和
液压致动器。
3、如权利要求1所述的用于旋转机械(50)的自动密封组件(10)，还包括固定在所述基座(18)上的第一滑动组件(22)，该第一滑动组件(22)控制所述密封件引导组件(12)相对于转子槽(28)的位置。
4、如权利要求1所述的用于旋转机械(50)的自动密封组件(10)，还包括固定在所述基座(18)上的第二滑动组件(32)，该第二滑动件(32)控制所述锤击工具(14)相对于转子槽(28)的位置。
5、如权利要求1所述的用于旋转机械(50)的自动密封组件(10)，还包括第二致动器(20)，该第二致动器(20)控制所述密封件引导组件(12)对填塞金属丝(30)所施加的力。
6、如权利要求5所述的用于旋转机械(50)的自动密封组件(10)，还包括数据记录器(38)，用于监测和记录所述密封件引导组件(12)对填塞金属丝(30)所施加的力。
7、如权利要求1所述的用于旋转机械(50)的自动密封组件(10)，还包括第三致动器(34)，用于控制所述锤击工具(14)对填塞金属丝(30)所施加的力。
8、如权利要求7所述的用于旋转机械(50)的自动密封组件(10)，还包括数据记录器(38)，用于监测和记录所述锤击工具(14)对填塞金属丝(30)所施的力。
9、一种用于旋转机械(50)的自动密封方法，该方法包括：
将填塞金属丝(30)和密封带(66)对准转子槽(28)；
用密封件引导组件(12)将所述填塞金属丝(30)和所述密封带(66)保持在所述转子槽(28)中以进行锤击；
用锤击工具(14)锤击所述填塞金属丝(30)，所述工具的运动由第一致动器(16)控制；和
锤击所述填塞金属丝(30)使之变形，从而得到具有可预期的拉出强度的转子槽密封件(62)。
10、如权利要求9所述的方法，其中，所述密封件引导组件(12)包括下列部件中的至少一个：
旋转导向件(26，112，122)，所述旋转导向件(26，112，122)将填塞金属丝(30)与密封带(66)对准；和
块状导向件(24，132)，所述块状导向件(24，132)将所述填塞金属丝(30)保持在所述转子槽(28)中。
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