RU2455497C2 - Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины - Google Patents

Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины Download PDF

Info

Publication number
RU2455497C2
RU2455497C2 RU2008117188/06A RU2008117188A RU2455497C2 RU 2455497 C2 RU2455497 C2 RU 2455497C2 RU 2008117188/06 A RU2008117188/06 A RU 2008117188/06A RU 2008117188 A RU2008117188 A RU 2008117188A RU 2455497 C2 RU2455497 C2 RU 2455497C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sealing assembly
front wall
sheet plates
rear wall
component
Prior art date
Application number
RU2008117188/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008117188A (ru
Inventor
Джейсон Пол МОРЦХАЙМ (US)
Джейсон Пол МОРЦХАЙМ
Original Assignee
Дженерал Электрик Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дженерал Электрик Компани filed Critical Дженерал Электрик Компани
Publication of RU2008117188A publication Critical patent/RU2008117188A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2455497C2 publication Critical patent/RU2455497C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3284—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials
    • F16J15/3292—Lamellar structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals
    • F05D2240/59—Lamellar seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/505—Shape memory behaviour

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Уплотнительный узел для вращающейся машины, включает в себя вращающийся компонент и неподвижный компонент. Уплотнительный узел включает в себя две разнесенные стенки, представляющие собой переднюю стенку, выполненную с возможностью перемещения, и заднюю стенку, выполненную с возможностью перемещения, при этом задняя стенка расположена напротив передней стенки, так что между ними образуется отверстие, и множество гибких листовых пластин, расположенных в отверстии, при этом передняя и задняя стенки выполнены с возможностью регулирования в осевом направлении относительно центральной оси вращения вращающегося компонента для избирательного регулирования ширины отверстия. Технический результат изобретения - увеличение срока службы уплотнительного узла и уменьшение общих расходов по техническому обслуживанию и ремонту машины. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Description

Настоящее изобретение относится в целом к вращающимся машинам, а более конкретно к способам и устройству для уплотнения вращающейся машины.
По меньшей мере, некоторые известные вращающиеся машины, такие как паровые турбины и газовые турбины, но не только они, включают в себя множество уплотнительных узлов на траектории движения пара или траектории движения воздуха для того, чтобы способствовать повышению эффективности работы вращающейся машины. По меньшей мере, некоторые известные уплотнительные узлы расположены между неподвижным компонентом и вращающимся компонентом и/или между областью высокого давления и областью низкого давления. Например, для того чтобы способствовать равномерному распределению осевого давления, ротор турбины может быть уплотнен относительно взаимодействующего статора для облегчения поддержания более высокого давления в прямом направлении ротора по сравнению с более низким давлением в обратном направлении ротора.
По меньшей мере, некоторые известные уплотнительные узлы включают в себя уплотнения, такие как щеточные уплотнения, листовые уплотнения и/или пластинчатые уплотнения, но возможные уплотнения не ограничены вышеуказанными. Известные листовые и пластинчатые уплотнения включают в себя множество расположенных упорядоченно многослойных гибких пластин, известных как листовые пластины, которые выровнены и наклонены в периферийном направлении вокруг центральной оси вращения вращающегося компонента. Более конкретно, листовые пластины, как правило, выполнены с возможностью сцепления и расцепления с ротором или вращающимся компонентом во время различных стадий работы вращающейся машины. Например, во время остановки газотурбинного двигателя концы листовых пластин обычно находятся в контакте с вращающимся компонентом. Во время вращения вращающегося компонента различные силы обычно действуют на листовые пластины, вызывая отклонение пластины вверх и вниз. К подобным силам относятся контактные усилия листовых пластин и ротора, гидродинамические подъемные силы и усилия, обусловленные перепадом давлений, но возможные силы не ограничены вышеуказанными. Контактные усилия листовых пластин и ротора возникают в результате исходного контакта между листовой пластиной и вращающимся компонентом. Гидродинамические подъемные силы возникают вследствие вращения вращающегося компонента. Силы, обусловленные перепадом давлений, включают в себя подъемные силы, вызванные перепадом давлений, и направленные радиально внутрь опускающие силы, которые возникают в результате изменений перепада давлений, массы листовой пластины и/или наклона листовой пластины. Поскольку очень малая величина зазора между концами листовых пластин и вращающимся компонентом способствует уменьшению износа листовых пластин, равновесие или «действие рычага» между подобными силами, воздействующими на листовые пластины, желательно для гарантирования того, что концы листовых пластин будут выведены из контакта с вращающимся компонентом во время вращения ротора.
По меньшей мере, некоторые известные уплотнительные узлы включают в себя корпус уплотнения и механизм регулирования регулируемого [радиального] зазора, который присоединен к неподвижному компоненту. Корпус уплотнения включает в себя, по меньшей мере, переднюю стенку на стороне высокого давления, которая отделена от задней стенки на стороне низкого давления заданным зазором, который установлен производителем. Механизм регулирования [радиального] зазора обеспечивает «приведение в действие» корпуса уплотнения, включающего в себя листовые пластины, для регулирования [радиального] зазора между концами листовых пластин и вращающимся компонентом.
Подобные уплотнительные узлы используются для уменьшения утечки воздуха через [радиальный] зазор и поддержания перепада давлений между различными компонентами машины посредством приведения листовых пластин в действие в радиальном направлении. Однако в подобных уплотнениях передняя стенка на стороне высокого давления и задняя стенка на стороне низкого давления корпуса уплотнения обычно по существу не подвергаются воздействию перепада давлений. Скорее, перепад давлений в основном воздействует на листовые пластины уплотнительного узла. Следовательно, любая регулировка корпуса уплотнения, включающего в себя листовые пластины, обычно требует наличия механизма, который может обеспечить преодоление экстремальных сил, таких как силы, обусловленные перепадом давлений, и силы трения, но возможные силы не ограничены вышеуказанными. Вследствие регулировок уплотнительного узла в радиальном направлении известные механизмы регулирования [радиального] зазора могут вызвать уменьшение срока службы уплотнительного узла и увеличение общих расходов по техническому обслуживанию и ремонту машины.
Сущность изобретения
В соответствии с одним аспектом предложен способ уплотнения вращающейся машины, включающей в себя вращающийся компонент и неподвижный компонент. Способ включает в себя обеспечение множества гибких листовых пластин в отверстии, образованном между парой разнесенных стенок, которые включают регулируемую переднюю стенку и регулируемую заднюю стенку, которая расположена напротив передней стенки. Способ также включает в себя регулирование ширины отверстия посредством регулирования в осевом направлении передней и/или задней стенки относительно центральной оси вращения вращающегося компонента.
В соответствии с другим аспектом предложен уплотнительный узел для вращающейся машины, включающей в себя вращающийся компонент и неподвижный компонент. Уплотнительный узел включает в себя две разнесенные стенки, представляющие собой переднюю стенку, выполненную с возможностью перемещения, и заднюю стенку, выполненную с возможностью перемещения. Задняя стенка расположена напротив передней стенки, так что между ними образуется отверстие. Уплотнительный узел также включает в себя множество гибких листовых пластин, расположенных в отверстии. Передняя и задняя стенки выполнены с возможностью регулирования в осевом направлении относительно центральной оси вращения вращающегося компонента для избирательного регулирования ширины отверстия.
Предложен также уплотнительный узел, в котором передняя стенка, задняя стенка и листовые пластины расположены в полости, образованной в неподвижном компоненте.
Предложен также уплотнительный узел, в котором передняя стенка и листовые пластины образуют первый зазор, имеющий первую ширину, образованную между ними, при этом первый зазор подвергается воздействию первого рабочего давления, а листовые пластины и задняя стенка образуют второй зазор, имеющий вторую ширину между ними, причем второй зазор подвергается воздействию второго рабочего давления, которое существенно меньше первого рабочего давления, при этом осевое перемещение передней стенки обеспечивает избирательное регулирование ширины первого зазора, а осевое перемещение задней стенки обеспечивает избирательное регулирование ширины второго зазора.
Уплотнительный узел дополнительно содержит механизм регулирования, функционально соединенный с передней стенкой и/или задней стенкой для обеспечения перемещения передней стенки и/или задней стенки в осевом направлении.
Предложен также уплотнительный узел, в котором механизм регулирования содержит смещающий элемент, и/или сильфонное устройство, и/или пьезоэлектрический привод, и/или сплав с эффектом памяти формы, функционально соединенный с передней стенкой и/или задней стенкой.
Предложен также уплотнительный узел, в котором листовые пластины расположены в периферийном направлении вокруг центральной оси вращения вращающегося компонента.
Предложен также уплотнительный узел, в котором листовые пластины выровнены в периферийном направлении вокруг центральной оси вращения при плотном расположении.
Предложен также уплотнительный узел, в котором листовые пластины расположены ступенчато в периферийном направлении вокруг центральной оси вращения вращающегося компонента.
В соответствии с еще одним аспектом предложена вращающаяся машина. Вращающаяся машина включает в себя неподвижный компонент, установленный неподвижно относительно вращения, и вращающийся компонент, имеющий ось вращения. Вращающийся компонент расположен напротив неподвижного компонента. Вращающаяся машина также включает в себя уплотнительный узел, соединенный с неподвижным компонентом. Уплотнительный узел включает в себя две разнесенные стенки, представляющие собой переднюю стенку, выполненную с возможностью перемещения, и заднюю стенку, выполненную с возможностью перемещения. Задняя стенка расположена напротив передней стенки, так что между ними образуется отверстие. Уплотнительный узел также включает в себя множество гибких листовых пластин, расположенных в отверстии. Передняя и задняя стенки выполнены с возможностью регулирования в осевом направлении относительно центральной оси вращения вращающегося компонента для избирательного регулирования ширины отверстия.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой частичный вид в перспективе части приведенной в качестве примера вращающейся машины, включающей в себя уплотнительный узел;
фиг.2 представляет собой поперечное сечение уплотнительного узла, показанного на фиг.1;
фиг.3 представляет собой увеличенное фронтальное поперечное сечение уплотнительного узла, показанного на фиг.2;
фиг.4 представляет собой схематическую иллюстрацию уплотнительного узла, показанного на фиг.3;
фиг.5 представляет собой схематическую иллюстрацию альтернативного варианта осуществления уплотнительного узла, который может быть использован вместе с вращающейся машиной, показанной на фиг.1;
фиг.6 представляет собой схематическую иллюстрацию другого альтернативного варианта осуществления уплотнительного узла, который может быть использован вместе с вращающейся машиной, показанной на фиг.1; и
фиг.7 представляет собой схематическую иллюстрацию еще одного альтернативного приведенного в качестве примера уплотнительного узла, который может быть использован вместе с вращающейся машиной, показанной на фиг.1.
Подробное описание изобретения
Приведенные в качестве примера способы и устройство, описанные здесь, позволяют преодолеть технические недостатки известных уплотнительных узлов, таких как уплотнительные узлы, выполненные с возможностью регулирования в радиальном направлении, но не только их.
Различные приведенные в качестве примера детали описаны здесь со ссылкой на фиг.1-7, на которых идентичные ссылочные позиции относятся к идентичным элементам.
Следует понимать, что термины «осевой» и «в осевом направлении» используются везде в данной заявке для обозначения направлений и ориентаций слева направо на странице и наоборот, для облегчения понимания. Также следует понимать, что термины «осевой» и «в осевом направлении» используются для обозначения направлений и ориентаций, по существу параллельных центральной оси вращения вращающейся машины.
Следует понимать, что термины «радиальный» и «в радиальном направлении» используются везде в данной заявке для обозначения направлений и ориентаций снизу вверх на странице и наоборот, для облегчения понимания. Также следует понимать, что термины «радиальный» и «в радиальном направлении» используются для обозначения направлений и ориентаций, по существу перпендикулярных «осевым» элементам и элементам, расположенным «в осевом направлении».
Также следует понимать, что термины «периферийный» и «в периферийном направлении» используется везде в данной заявке для обозначения направлений, которые описывают окружность вокруг центральной оси вращения вращающейся машины.
На фиг.1 показан частичный вид в перспективе приведенной в качестве примера вращающейся машины 10. В приведенном в качестве примера варианте осуществления вращающаяся машина 10 включает в себя неподвижный компонент 100, вращающийся компонент 200 и уплотнительный узел 300. Например, вращающаяся машина 10 может представлять собой газотурбинный или паротурбинный двигатель, который включает в себя неподвижный статор и выполненный с возможностью вращения ротор. Тем не менее, следует понимать, что вращающаяся машина 10 может представлять собой любую машину, такую как газотурбинный или паротурбинный двигатель, в которой энергия подводится к вращающемуся компоненту, но вращающиеся машины не ограничены вышеуказанными.
Неподвижный компонент 100 включает в себя полость 110, образованную в нем, и расположен по существу коаксиально относительно вращающегося компонента 200, так что центральная ось неподвижного компонента 100 по существу коаксиальна с центральной осью RA вращения вращающегося компонента 200. Кроме того, в приведенном в качестве примера варианте осуществления неподвижный компонент 100 расположен на некотором расстоянии в радиальном направлении от наружной поверхности 210 вращающегося компонента 200. Кроме того, следует понимать, что неподвижный компонент 100 включает в себя любой компонент, который установлен неподвижно относительно вращения относительно других компонентов во вращающейся машине 10, и что вращающийся компонент 200 включает в себя любой компонент, который вращается вокруг центральной оси вращения.
В приведенном в качестве примера варианте осуществления уплотнительный узел 300 включает в себя корпус 310 уплотнения и множество листовых пластин 320. Корпус 310 уплотнения включает в себя верхнюю стенку 312 и две по существу параллельные переднюю и заднюю стенки 314 и 316, которые образуют полость 318 между ними. Листовые пластины 320 прикреплены к верхней стенке 312 таким образом, что листовые пластины 320 частично расположены, выровнены и наклонены внутри полости 318. Уплотнительный узел 300 расположен между неподвижным компонентом 100 и вращающимся компонентом 200 с тем, чтобы способствовать уплотнению зазора, образованного между ними. Несмотря на то что уплотнительный узел 300 описан как включающий в себя корпус 310 уплотнения, предназначенный для крепления листовых пластин 320 к неподвижному компоненту 100, следует понимать, что верхняя стенка 312 корпуса 310 уплотнения может быть удалена, так что передняя стенка 314, задняя стенка 316 и листовые пластины 320 закреплены непосредственно в полости 110.
На фиг.2 показано поперечное сечение уплотнительного узла 300. В приведенном в качестве примера варианте осуществления листовые пластины 320 выровнены и наклонены в окружном направлении вокруг центральной оси RA вращения вращающегося компонента 200. Радиально наружные концевые части 321 листовых пластин 320 расположены на некотором расстоянии друг от друга рядом с неподвижным компонентом 100, и радиально внутренние концы 322 листовых пластин 320 плотно расположены на некотором расстоянии друг от друга рядом с наружной поверхностью 210 вращающегося компонента 200.
В результате минимальное количество пара или воздуха, представляющее собой утечку, может проходить через уплотнительный узел 300, что способствует выполнению таких функций, как продувка полостей, охлаждение компонентов и/или воспрепятствование контакту горячего пара или воздуха с некоторыми компонентами вращающейся машины 10, но возможные функции не ограничены вышеуказаиными. Например, уплотнительный узел 300 обеспечивает возможность прохода воздушного потока AF (показанного на фиг.1) по каналам между листовыми пластинами 320 ближе к радиально наружным концевым частям 321, чем к концам 322 листовых пластин. По существу листовые пластины 320 способствуют регулированию величины утечки воздуха или пара, при этом утечка будет иметь место на заданной траектории, проходящей через уплотнительный узел 300.
На фиг.3 показано увеличенное фронтальное поперечное сечение уплотнительного узла 300. В приведенном в качестве примера варианте осуществления концы 322 листовых пластин расположены на некотором расстоянии от вращающегося компонента 200 во время вращения вращающегося компонента 200 в направлении RD вращения. Различные операции вращающейся машины, такие как запуск, вращение или остановка вращающейся машины, - но возможные операции не ограничены вышеуказанными, - могут вызвать радиальное смещение неподвижного компонента 100 и вращающегося компонента 200 из их исходного местоположения при запуске.
Например, известные роторы и статоры имеют разные реакции (отклики) на разных стадиях работы вращающейся машины. Например, при запуске ротор может вращаться в направлении вращения, таком как направление RD вращения, и может смещаться в радиальном направлении к статору. По мере увеличения рабочих температур статор может затем перемещаться в радиальном направлении в сторону от ротора за счет теплового расширения. При остановке вращающейся машины процесс расширения может обратиться. Следовательно, по меньшей мере, некоторые известные уплотнительные узлы обеспечивают регулирование положения листовых пластин в радиальном направлении и приведение листовых пластин в движение в радиальном направлении, чтобы отрегулировать зазор, образованный между концами листовых пластин и вращающимся компонентом. Тем не менее, по меньшей мере, некоторые известные приводные механизмы для листовых пластин, выполненных с возможностью регулирования в радиальном направлении, как правило, ограничены и являются менее точными при выполнении действий, способствующих уравновешиванию сил, таких как контактные усилия между листовыми пластинами и ротором ("BF"), гидродинамические подъемные силы ("LF"), силы ("DF"), вызванные перепадом давлений, и силы трения ("FF"), но возможные силы не ограничены вышеуказанными.
В приведенном в качестве примера варианте осуществления вышеупомянутые силы также действуют на листовые пластины 320 и, как правило, изменяются во время различных стадий работы вращающейся машины 10. По сравнению с известными уплотнительными узлами уплотнительный узел 300 способствует улучшенному регулированию зазора, образованного между концами 322 листовых пластин и вращающимся компонентом 200, за счет того, что он образует устройство, выполненное с возможностью регулирования в осевом направлении. В результате уплотнительный узел 300 обеспечивает улучшенное регулирование утечки пара или воздуха между концами 322 листовых пластин и вращающимся компонентом 200 во время различных стадий работы вращающейся машины 10, как описано ниже более подробно.
На фиг.4 показана схематическая иллюстрация уплотнительного узла 300. В приведенном в качестве примера варианте осуществления первый осевой зазор 330, имеющий ширину Х1, образован между передней стенкой 314 и листовыми пластинами 320. Кроме того, второй осевой зазор 332, имеющий ширину Х2, образован между листовыми пластинами 320 и задней стенкой 316. Посредством изменения ширины Х1 и Х2 соответствующих зазоров 330 и 332 можно регулировать поток пара или воздушный поток через соответствующие зазоры 330 и 332. Кроме того, зазор 324 между концами 322 листовых пластин и вращающимся компонентом 200 также можно изменять во время различных стадий работы вращающейся машины 10.
В приведенном в качестве примера варианте осуществления уплотнительный узел 300 включает в себя регулируемые в осевом направлении приводные механизмы 326 и 328, выполненные в виде передней стенки 314 и задней стенки 316 корпуса 310 уплотнения. Например, в одном варианте осуществления передняя стенка 314 и задняя стенка 316 выполнены из сплавов с эффектом памяти формы, таких как никелетитановый, серебряно-кадмиевый, медноалюминиевоникелевый, медноцинкоалюминиевый и/или железомарганцевокремниевый сплавы, но возможные сплавы с эффектом памяти формы не ограничены вышеуказанными. Подобные сплавы с эффектом памяти формы возвращаются к их исходной форме после подвергания их деформированию и/или воздействию напряжений в результате нагрева их до температур, которые выше температуры фазового превращения сплава. Более конкретно, сплавы с эффектом памяти формы представляют собой металлы, имеющие свойства материалов, которые изменяют форму, положение, жесткость, собственную частоту и/или другие механические свойства в ответ на изменения температуры и/или электромагнитных полей.
Например, подобные металлические сплавы, которые имеют определенную форму, подвергаются фазовым превращениям, которые вызывают перегруппировку атомов в кристаллической структуре сплава, так что сплав может совершить переход между исходной формой и деформированными формами. Поскольку сплавы с эффектом памяти формы подвергаются кристаллическими фазовым превращениям при определенных температурах фазовых превращений, сплавы с эффектом памяти формы обеспечивают возможность выдерживания больших усилий, которые создаются при возникновении какого-либо сопротивления во время превращения, и обеспечивают возможность осуществления больших перемещений для восстановления формы после больших деформаций.
Посредством изменения ширины X1 и Х2 зазоров 330 и 332 также осуществляют изменение потока пара или воздушного потока, воздействующего на листовые пластины 320. В результате изменяется распределение давления в уплотнительном узле 300, что вызывает перемещение, то есть подъем и опускание, листовых пластин 320. Например, если ширина X1 зазора превышает ширину Х2 зазора, то распределение результирующего давления может вызвать перемещение концов 322 листовых пластин по направлению к вращающемуся компоненту 200. Напротив, если ширина X1 зазора меньше ширины Х2 зазора, то может быть создана результирующая подъемная сила, вызывающая подъем концов 322 листовых пластин ближе к корпусу 310 уплотнения. По существу посредством изменения ширины X1 зазора 330 и ширины Х2 зазора 332 распределение результирующего давления, воздействующего на уплотнительный узел 300, можно регулировать и избирательно распределять между передней стенкой 314, задней стенкой 316 и листовыми пластинами 320.
В нижеприведенной таблице показаны приведенные в качестве примера результаты аналитического анализа, показывающие влияние изменения величины осевого зазора 330 («переднего зазора») и осевого зазора 332 («зазора у задней пластины»). Как показано в таблице, изменения массовой скорости потока и значений крутящего момента могут быть получены посредством регулирования переднего зазора и/или зазора у задней пластины.
Figure 00000001
Например, приведенная в таблице отрицательная величина полного крутящего момента указывает на результирующую опускающую силу для опускания концов 322 листовых пластин, когда передний зазор 330 имеет большую ширину, чем зазор 332 у задней пластины. С другой стороны, положительная величина полного крутящего момента указывает на результирующую подъемную силу для подъема концов 322 листовых пластин, когда передний зазор 330 меньше зазора 332 у задней пластины. Тем не менее, оба типа сил необходимы для того, чтобы способствовать оптимизации радиальных зазоров на разных стадиях работы машины, таких как циклы запуска, работы и остановки, но возможные стадии не ограничены вышеуказанными.
Посредством регулирования передней стенки 314 и задней стенки 316 в осевом направлении и приведения передней стенки 314 и задней стенки 316 в движение в осевом направлении перепад давлений может быть распределен между передней стенкой 314, задней стенкой 316 и листовыми пластинами 322 в отличие от некоторых известных регулируемых в радиальном направлении уплотнительных узлов, в которых большая часть перепада давлений по существу воспринимается листовыми пластинами. Кроме того, во время регулировки в осевом направлении выполненные с возможностью регулирования в осевом направлении передняя и задняя стенки 314 и 316 подвергаются воздействию меньших сил трения между корпусом 310 уплотнения и полостью 110 неподвижного компонента по сравнению с некоторыми известными регулируемыми в радиальном направлении уплотнительными узлами. Кроме того, посредством регулирования передней стенки 314 и задней стенки 316 в осевом направлении и приведения передней стенки 314 и задней стенки 316 в движение в осевом направлении зазор 324 может быть более точно отрегулирован до заданной высоты на основе стадии работы вращающейся машины 10 по сравнению с некоторыми известными регулируемыми в радиальном направлении уплотнительными узлами.
На фиг.5 показана схематическая иллюстрация альтернативного варианта осуществления уплотнительного узла 340. В частности, уплотнительный узел, показанный на фиг.5, представляет собой такой же уплотнительный узел, как показанный на фиг.4, за исключением изменений нескольких компонентов, описанных ниже более подробно. По существу компоненты, показанные на фиг.5, которые идентичны компонентам, показанным на фиг.4, обозначены на фиг.5 посредством использования тех же ссылочных позиций, которые использованы на фиг.4. Более конкретно, в варианте осуществления, показанном на фиг.5, уплотнительный узел 340 включает в себя выполненные с возможностью регулирования в осевом направлении приводные механизмы 342 и 344, присоединенные к передней стенке 314 и задней стенке 316 корпуса 310 уплотнения, вместо сплавов с эффектом памяти формы, показанных на фиг.4. Например, передняя стенка 314 и задняя стенка 316 могут быть присоединены к неподвижному компоненту 100 посредством смещающих элементов 346 и 348, расположенных в выемках 120, образованных в неподвижном компоненте 100. Посредством регулирования передней стенки 314 и задней стенки 316 в осевом направлении и приведения передней стенки 314 и задней стенки 316 в движение в осевом направлении может быть облегчено регулируемое распределение давления и регулирование зазора 324 между концами 322 листовых пластин и вращающимся компонентом 200 для обеспечения преимуществ, рассмотренных выше в отношении фиг.4.
На фиг.6 показана схематическая иллюстрация другого альтернативного варианта осуществления уплотнительного узла 350. В частности, уплотнительный узел, показанный на фиг.6, представляет собой такой же уплотнительный узел, как показанный на фиг.4, за исключением изменений нескольких компонентов, описанных ниже более подробно. По существу компоненты, показанные на фиг.6, которые идентичны компонентам, показанным на фиг.4, обозначены на фиг.6 посредством использования тех же ссылочных позиций, которые использованы на фиг.4. Более конкретно, в варианте осуществления, показанном на фиг.6, уплотнительный узел 350 включает в себя выполненные с возможностью регулирования в осевом направлении приводные механизмы 352 и 354, присоединенные к передней стенке 314 и задней стенке 316 корпуса 310 уплотнения, вместо сплавов с эффектом памяти формы, показанных на фиг.4. Например, передняя стенка 314 и задняя стенка 316 могут быть присоединены к неподвижному компоненту 100 посредством сильфонных устройств 356 и 358, расположенных в выемках 120, образованных в неподвижном компоненте 100. Посредством регулирования передней стенки 314 и задней стенки 316 в осевом направлении и приведения передней стенки 314 и задней стенки 316 в движение в осевом направлении может быть облегчено регулируемое распределение давления и регулирование зазора 324 между концами 322 листовых пластин и вращающимся компонентом 200 для обеспечения преимуществ, рассмотренных выше в отношении фиг.4.
На фиг.7 показана схематическая иллюстрация еще одного альтернативного варианта осуществления уплотнительного узла 360. В частности, уплотнительный узел, показанный на фиг.7, представляет собой такой же уплотнительный узел, как показанный на фиг.4, за исключением изменений нескольких компонентов, описанных ниже более подробно. По существу компоненты, показанные на фиг.7, которые идентичны компонентам, показанным на фиг.4, обозначены на фиг.7 посредством использования тех же ссылочных позиций, которые использованы на фиг.4. Более конкретно, в варианте осуществления, показанном на фиг.7, уплотнительный узел 360 включает в себя выполненные с возможностью регулирования в осевом направлении приводные механизмы 362 и 364, присоединенные к передней стенке 314 и задней стенке 316 корпуса 310 уплотнения, вместо сплавов с эффектом памяти формы, показанных на фиг.4. Например, передняя стенка 314 и задняя стенка 316 могут быть присоединены к неподвижному компоненту 100 посредством пьезоэлектрических устройств 366 и 368, расположенных в выемках 120, образованных в неподвижном компоненте 100. Посредством регулирования передней стенки 314 и задней стенки 316 в осевом направлении и приведения передней стенки 314 и задней стенки 316 в движение в осевом направлении может быть облегчено регулируемое распределение давления и регулирование зазора между концами 322 листовых пластин и вращающимся компонентом 200 для обеспечения преимуществ, рассмотренных выше в отношении фиг.4.
Несмотря на то что были описаны регулируемые в осевом направлении приводные механизмы 326, 328, 342, 344, 352, 354, 362 и 364, включая сплавы с эффектом памяти формы, смещающие элементы, сильфонные устройства и пьезоэлектрические устройства, следует понимать, что регулируемые в осевом направлении приводные механизмы 326, 328, 342, 344, 352, 354, 362 и 364 могут включать в себя любое устройство, которое обеспечивает регулирование и приведение в движение передней стенки 314 и задней стенки 316 в осевом направлении, как описано здесь.
Несмотря на то что неподвижный компонент 100 описан как включающий в себя выемки 120, образованные в неподвижном компоненте 100 с тем, чтобы способствовать установке регулируемых в осевом направлении приводных механизмов 342, 344, 352, 354, 362 и 364 в заданном положении в данном компоненте, следует понимать, что регулируемые в осевом направлении приводные механизмы 342, 344, 352, 354, 362 и 364 могут быть присоединены непосредственно к любой поверхности неподвижного компонента 100 при условии, что регулируемые в осевом направлении приводные механизмы 342, 344, 352, 354, 362 и 364 ориентированы так и выполнены с такой конфигурацией, чтобы обеспечить возможность регулирования или приведения в движение передней стенки 314 и задней стенки 316 в осевом направлении.
В каждом приведенном в качестве примера варианте осуществления вышеописанные уплотнительные узлы включают в себя регулируемые в осевом направлении приводные механизмы, которые способствуют поддержанию перепада давлений во вращающейся машине. В результате приведения в движение передней и/или задней стенок в осевом направлении потребуется существенно меньшая воздействующая сила по сравнению с воздействующими силами, которые, как правило, требуются в случае известных приводимых в действие в радиальном направлении уплотнительных узлов. Следовательно, уплотнительные узлы согласно настоящему изобретению включают в себя регулируемые в осевом направлении приводные механизмы, которые способствуют повышению функциональности, снижению стоимости и/или снижению сложности.
Приведенные в качестве примера варианты осуществления уплотнительных узлов и действующих в осевом направлении приводных механизмов описаны выше подробно. Использование уплотнительных узлов и действующих в осевом направлении приводных механизмов не ограничено их использованием вместе с конкретными вариантами осуществления вращающейся машины, описанными здесь, но уплотнительные узлы и/или действующие в осевом направлении приводные механизмы могут быть использованы независимо и отдельно от других компонентов вращающейся машины, описанных здесь. Кроме того, изобретение не ограничено вариантами осуществления уплотнительных узлов и действующих в осевом направлении приводных механизмов, описанными выше подробно. Напротив, другие разновидности вариантов осуществления уплотнительных узлов и действующих в осевом направлении приводных механизмов могут быть использованы в рамках сущности и объема притязаний формулы изобретения.
Несмотря на то что изобретение было описано в отношении различных конкретных вариантов осуществления, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что изобретение может быть реализовано на практике с изменениями в рамках сущности и объема притязаний формулы изобретения.
Перечень компонентов
10 Вращающаяся машина
100 Неподвижный компонент
110 Полость
200 Вращающийся компонент
210 Наружная поверхность
300 Уплотнительный узел
312 Верхняя стенка
314 Передняя стенка
316 Задняя стенка
318 Полость
320 Листовые пластины
321 Радиально наружные концевые части
322 Радиально внутренние концы листовых пластин
324 Зазор
326 Приводные механизмы
328 Приводные механизмы
330 Соответствующие зазоры
332 Второй осевой зазор

Claims (10)

1. Уплотнительный узел (300) для вращающейся машины (10), включающей в себя вращающийся компонент (200) и неподвижный компонент (100), при этом уплотнительный узел содержит:
две разнесенные стенки, представляющие собой переднюю стенку (314), выполненную с возможностью перемещения, и заднюю стенку (316), выполненную с возможностью перемещения, при этом задняя стенка расположена напротив передней стенки, так что между ними образуется отверстие; и
множество гибких листовых пластин (320), расположенных в отверстии, при этом передняя и задняя стенки выполнены с возможностью регулирования в осевом направлении относительно центральной оси вращения вращающегося компонента для избирательного регулирования ширины отверстия.
2. Уплотнительный узел (300) по п.1, в котором передняя стенка (314), задняя стенка (316) и листовые пластины (320) расположены в полости (318), образованной в неподвижном компоненте (100).
3. Уплотнительный узел (300) по п.1, в котором передняя стенка (314) и листовые пластины (320) образуют первый зазор (330), имеющий первую ширину, образованную между ними, при этом первый зазор подвергается воздействию первого рабочего давления, а листовые пластины и задняя стенка (316) образуют второй зазор (332), имеющий вторую ширину между ними, причем второй зазор подвергается воздействию второго рабочего давления, которое существенно меньше первого рабочего давления, при этом осевое перемещение передней стенки обеспечивает избирательное регулирование ширины первого зазора, а осевое перемещение задней стенки обеспечивает избирательное регулирование ширины второго зазора.
4. Уплотнительный узел (300) по п.1, дополнительно содержащий механизм регулирования, функционально соединенный с передней стенкой (314) и/или задней стенкой (316) для обеспечения перемещения передней стенки и/или задней стенки в осевом направлении.
5. Уплотнительный узел (300) по п.4, в котором механизм регулирования содержит смещающий элемент, и/или сильфонное устройство, и/или пьезоэлектрический привод, и/или сплав с эффектом памяти формы, функционально соединенный с передней стенкой (314) и/или задней стенкой (316).
6. Уплотнительный узел (300) по п.1, в котором листовые пластины (320) расположены в периферийном направлении вокруг центральной оси вращения вращающегося компонента (200).
7. Уплотнительный узел (300) по п.1, в котором листовые пластины (320) выравнены в периферийном направлении вокруг центральной оси вращения при плотном расположении.
8. Уплотнительный узел (300) по п.1, в котором листовые пластины (320) расположены ступенчато в периферийном направлении вокруг центральной оси вращения вращающегося компонента (200).
9. Вращающаяся машина (10), содержащая:
неподвижный компонент (100), установленный неподвижно относительно вращения;
вращающийся компонент (200), имеющий ось вращения, причем вращающийся компонент расположен напротив неподвижного компонента; и
уплотнительный узел (300), соединенный с неподвижным компонентом и содержащий:
две разнесенные стенки, представляющие собой переднюю стенку (314), выполненную с возможностью перемещения, и заднюю стенку (316), выполненную с возможностью перемещения, при этом задняя стенка расположена напротив передней стенки, так что между ними образуется отверстие; и множество гибких листовых пластин (320), расположенных в отверстии, при этом передняя и задняя стенки выполнены с возможностью регулирования в осевом направлении относительно центральной оси вращения вращающегося компонента для избирательного регулирования ширины отверстия.
10. Вращающаяся машина (10) по п.9, в которой передняя стенка (314), задняя стенка (316) и листовые пластины (320) расположены в полости (318), образованной в неподвижном компоненте (100).
RU2008117188/06A 2007-04-30 2008-04-29 Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины RU2455497C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/796,927 US7744092B2 (en) 2007-04-30 2007-04-30 Methods and apparatus to facilitate sealing in rotary machines
US11/796,927 2007-04-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008117188A RU2008117188A (ru) 2009-11-10
RU2455497C2 true RU2455497C2 (ru) 2012-07-10

Family

ID=39809849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008117188/06A RU2455497C2 (ru) 2007-04-30 2008-04-29 Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7744092B2 (ru)
JP (1) JP5265242B2 (ru)
DE (1) DE102008021117A1 (ru)
FR (1) FR2915549A1 (ru)
RU (1) RU2455497C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2710458C2 (ru) * 2014-10-10 2019-12-26 Сафран Аэро Бустерс Са Внешний корпус компрессора осевой турбомашины с уплотнением

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2607700A1 (en) * 2006-11-03 2008-05-03 General Electric Company Mechanical sealing system and method for rotary machines
EP2105640B1 (de) * 2008-03-28 2011-04-27 Alstom Technology Ltd Blattdichtung für Turbomaschine
GB2461506B (en) * 2008-06-30 2010-08-25 Rolls Royce Plc A seal arrangement
US8277172B2 (en) * 2009-03-23 2012-10-02 General Electric Company Apparatus for turbine engine cooling air management
US8142141B2 (en) * 2009-03-23 2012-03-27 General Electric Company Apparatus for turbine engine cooling air management
JP5380173B2 (ja) * 2009-06-18 2014-01-08 株式会社東芝 蒸気弁装置およびそれを備えた発電設備
GB0911330D0 (en) * 2009-07-01 2009-08-12 Rolls Royce Plc Actuatable seal for aerofoil blade tip
US8272644B1 (en) 2009-07-14 2012-09-25 Florida Turbine Technologies, Inc. Floating card seal
GB0919708D0 (en) 2009-11-11 2009-12-30 Alstom Technology Ltd Leaf seal
GB0922074D0 (en) * 2009-12-18 2010-02-03 Rolls Royce Plc A leaf seal assembly
US8317464B2 (en) * 2010-02-16 2012-11-27 General Electric Company Reverse flow tolerant spring activated brush seal
JP5473685B2 (ja) * 2010-03-10 2014-04-16 三菱重工業株式会社 軸シール装置及び軸シール装置を備える回転機械
US9206904B2 (en) 2010-07-08 2015-12-08 Siemens Energy, Inc. Seal including flexible seal strips
US8690158B2 (en) * 2010-07-08 2014-04-08 Siemens Energy, Inc. Axially angled annular seals
US20130134679A1 (en) * 2011-11-30 2013-05-30 General Electric Company Non-contacting seal arrangement, electromechanical system having a non-contacting seal arrangement, and method of fabricating a non-contacting seal arrangement
JP5931450B2 (ja) 2012-01-13 2016-06-08 三菱重工業株式会社 軸シール装置及びこれを備える回転機械
GB201202104D0 (en) * 2012-02-08 2012-03-21 Rolls Royce Plc Leaf seal
GB201221095D0 (en) 2012-11-23 2013-01-09 Rolls Royce Plc Monitoring and control system
US9121299B2 (en) * 2013-06-05 2015-09-01 General Electric Company Axially retractable brush seal system
US20140361499A1 (en) * 2013-06-11 2014-12-11 General Electric Company Shape memory alloy intersegment seals
JP6125412B2 (ja) * 2013-11-22 2017-05-10 三菱重工業株式会社 軸シール装置、回転機械、及び軸シール装置の製造方法
KR20180110191A (ko) * 2014-03-21 2018-10-08 생-고뱅 퍼포먼스 플라스틱스 코포레이션 회전축 시일
JP6358976B2 (ja) * 2015-02-20 2018-07-18 三菱日立パワーシステムズ株式会社 タービン用シール装置及びタービン、並びにシール装置用の薄板
US9829107B2 (en) * 2016-04-12 2017-11-28 Korea Institute Of Science And Technology Oil sealing device for a bearing
JP6675262B2 (ja) * 2016-05-09 2020-04-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 シールセグメント及び回転機械
JP6631837B2 (ja) * 2016-05-09 2020-01-15 三菱日立パワーシステムズ株式会社 シールセグメント及び回転機械
CN107575579B (zh) * 2017-04-24 2019-05-31 西安应用光学研究所 一种周视光电观瞄设备的复合式旋转动密封结构
US11674399B2 (en) 2021-07-07 2023-06-13 General Electric Company Airfoil arrangement for a gas turbine engine utilizing a shape memory alloy
US11668317B2 (en) 2021-07-09 2023-06-06 General Electric Company Airfoil arrangement for a gas turbine engine utilizing a shape memory alloy

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5135237A (en) * 1989-04-05 1992-08-04 Cross Manufacturing Company (1938) Limited Brush seal with asymmetrical elements
RU2172441C2 (ru) * 1998-11-19 2001-08-20 Сосьете Насьональ Д'Этюд Э Де Констрюксьон Де Мотер Д`Авиасьон "Снекма" Устройство уплотнения с пластиной
US6343792B1 (en) * 1998-07-13 2002-02-05 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Shaft seal and turbine using the same
US6601853B2 (en) * 2001-06-29 2003-08-05 Eagle Industry Co., Ltd. Brush seal device
RU2004127898A (ru) * 2003-09-19 2006-02-27 Снекма Мотер (Fr) Выполнение уплотнение в трубореактивном двигателе при помощи пластинчатых прокладок двойного действия для отбора воздуха в кабину

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6808179B1 (en) * 1998-07-31 2004-10-26 Concepts Eti, Inc. Turbomachinery seal
JP3616016B2 (ja) * 2000-04-28 2005-02-02 三菱重工業株式会社 軸シール機構及びガスタービン
GB0028408D0 (en) * 2000-11-22 2001-01-03 Rolls Royce Plc Seal apparatus
CA2359933C (en) * 2001-02-08 2006-03-14 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Shaft seal and gas turbine
US7578509B2 (en) * 2001-02-23 2009-08-25 Cmg Tech, Llc Seal assembly and rotary machine containing such seal
US6644667B2 (en) 2001-02-23 2003-11-11 Cmg Tech, Llc Seal assembly and rotary machine containing such seal
JP2002267023A (ja) * 2001-03-13 2002-09-18 Eagle Engineering Aerospace Co Ltd ブラシシール装置
US6550777B2 (en) * 2001-06-19 2003-04-22 General Electric Company Split packing ring segment for a brush seal insert in a rotary machine
JP3702212B2 (ja) * 2001-09-28 2005-10-05 三菱重工業株式会社 軸シール機構及びタービン
US6786487B2 (en) * 2001-12-05 2004-09-07 General Electric Company Actuated brush seal
JP4009555B2 (ja) 2003-05-20 2007-11-14 イーグル・エンジニアリング・エアロスペース株式会社 板ブラシシール装置
US20080136112A1 (en) * 2006-12-08 2008-06-12 United Technologies Corporation Brush seal assemblies utilizing a threaded fastening method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5135237A (en) * 1989-04-05 1992-08-04 Cross Manufacturing Company (1938) Limited Brush seal with asymmetrical elements
US6343792B1 (en) * 1998-07-13 2002-02-05 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Shaft seal and turbine using the same
RU2172441C2 (ru) * 1998-11-19 2001-08-20 Сосьете Насьональ Д'Этюд Э Де Констрюксьон Де Мотер Д`Авиасьон "Снекма" Устройство уплотнения с пластиной
US6601853B2 (en) * 2001-06-29 2003-08-05 Eagle Industry Co., Ltd. Brush seal device
RU2004127898A (ru) * 2003-09-19 2006-02-27 Снекма Мотер (Fr) Выполнение уплотнение в трубореактивном двигателе при помощи пластинчатых прокладок двойного действия для отбора воздуха в кабину

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2710458C2 (ru) * 2014-10-10 2019-12-26 Сафран Аэро Бустерс Са Внешний корпус компрессора осевой турбомашины с уплотнением

Also Published As

Publication number Publication date
JP5265242B2 (ja) 2013-08-14
US7744092B2 (en) 2010-06-29
RU2008117188A (ru) 2009-11-10
US20080265514A1 (en) 2008-10-30
JP2008275158A (ja) 2008-11-13
FR2915549A1 (fr) 2008-10-31
DE102008021117A1 (de) 2008-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2455497C2 (ru) Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины
JP2008275157A (ja) 回転機械におけるシールを促進する方法及び装置
EP2410134B1 (en) Sealing device for steam turbines and method for controlling sealing device
JP4805682B2 (ja) 形状記憶合金を含むタービンエンジンステータ及び間隙制御方法
JP4283488B2 (ja) ガスタービン
JP5955176B2 (ja) 熱負荷されるターボ機械の回転構成部材と固定構成部材との間の特に半径方向の間隙を制御する自己調節型装置
US20080247865A1 (en) Device and Method for Axially Displacing a Turbine Rotor
JP5819072B2 (ja) 逆流耐性バネ作動ブラシシール
CN102797513B (zh) 涡轮机
JP2008014316A (ja) リーフシール装置
CN103388493A (zh) 内涡轮壳轴向移动
EP2626603B1 (en) Leaf seal
CN214424771U (zh) 连动环支撑机构、静叶调节机构和压气机
EP3842620B1 (en) Steam turbine
EP4019743B1 (en) Gas turbine assembly and method for operating said gas turbine assembly
JP4643228B2 (ja) 軸シール
JP5997090B2 (ja) 抽気加減弁
KR100520727B1 (ko) 사각 게이트 진공밸브
JP6820413B2 (ja) バイメタル熱機械アクチュエータ
CN113661306B (zh) 具有可旋转定子叶片的蒸汽涡轮
JP2015055250A (ja) 回転機械のためのクリアランス制御システムおよびクリアランスを制御する方法
JP2012180874A (ja) ターボ回転機械用の自動調整シール
JP6651599B2 (ja) 可変ノズル機構及びこれを備えた回転機械
DE102010045851A1 (de) Kompensation unterschiedlicher Längsdehnungen von Gehäuse und Rotorwelle einer Turbomaschine
JP2006105087A (ja) 蒸気タービン及び蒸気タービン運転方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140430