用于旋转机械的覆膜密封件的制作方法

文档序号:8344345阅读:255来源:国知局
用于旋转机械的覆膜密封件的制作方法
【专利说明】用于旋转机械的覆膜密封件
[0001]本发明部分是在美国能源部授予的合同号DE-FC26-05NT42643下部分地通过政府资助作出的。政府拥有本发明中的某些权利。
技术领域
[0002]本申请大体上涉及一种用于涡轮机的密封件组件,并且更具体地涉及用于密封转子/定子间隙等的覆膜(film riding)密封件组件。
【背景技术】
[0003]各种类型的涡轮机,如,燃气涡轮发动机、航空发动机和蒸汽涡轮是已知的,且广泛用于发电、推进等。涡轮机的效率部分地取决于内部构件之间的空隙,以及穿过这些空隙的初级流体和次级流体的泄漏。例如,可在转子-定子界面处有意地允许大的空隙,以容许大的热或机械地引起的相对运动。流体穿过这些间隙从高压区到低压区的泄漏可导致涡轮机的低效率。此类泄漏可影响效率,因为泄漏流体不能执行有用的功。
[0004]不同类型的密封系统用于使流过涡轮机的流体的泄漏最小化。然而,在可增大或减小其间的空隙的各种操作阶段期间,这些密封系统通常经历相对高的温度、热梯度和热和机械膨胀和收缩。例如,在启动瞬变阶段期间组装来进行很紧的空隙的常规迷宫式密封件可在稳态操作期间在大的空隙下运行,从而导致稳态操作下的较差性能。
[0005]因此,期望改善与涡轮机一起使用来密封转子-定子间隙的改进的顺应性密封组件。作为优选,此类顺应性密封组件可在稳态操作期间提供更紧的密封,同时在瞬变操作期间避免摩擦、接触引起的磨损,以及破坏。此类密封组件将改善整个系统的效率,同时制造起来廉价,且提供相关部分的寿命延长。

【发明内容】

[0006]根据本发明的实施例,提供了一种用于旋转机械的密封件组件。密封件组件包括沿周向设置在静止壳体和转子中间的多个密封装置节段。节段中的各个包括座板(shoeplate),座板具有前座区段和后座区段,前座区段和后座区段具有在它们之间的面对转子的一个或更多个迷宫齿,其中,座板构造成允许去往一个或更多个迷宫齿的前部的高压流体且和一个或更多个迷宫齿后方的低压流体,且还构造成在座板与转子之间生成空气动力。密封装置包括具有凹槽或槽口的定子界面元件,以用于设置花键密封件来减小节段泄漏。密封装置节段还包括连接到座板且连接到定子界面元件的多个波纹弹簧或弯部,其中,多个波纹弹簧或弯部构造成允许高压流体占据前腔且低压流体占据后腔。此外,密封装置节段包括次级密封件,其在一端处与定子界面元件整体结合,且在另一端处定位在多个波纹弹簧或弯部和座板附近。
[0007]根据本发明的一个实施例,提供了一种制造密封件组件的方法。该方法包括提供多个密封件组件节段,所述多个密封件组件节段用于定位在静止壳体与转子中间的密封件组件。该方法包括提供座板,座板具有前座区段和后座区段,前座区段和后座区段具有在它们之间的面对转子的一个或更多个迷宫齿,其中,座板构造成允许去往一个或更多个迷宫齿的前部的高压流体和一个或更多个迷宫齿后方的低压流体,且还构造成在座板与转子之间生成空气动力。该方法还包括将多个波纹弹簧或弯部连接到座板和定子界面元件,其中,多个波纹弹簧或弯部构造成允许高压流体占据前腔且低压流体占据后腔。此外,该方法包括将花键密封件设置在定子界面元件中的凹槽或槽口中以用于减小节段泄漏。该方法包括使第二密封件的一端与定子界面元件整体结合;和将次级密封件的另一端定位在多个波纹弹簧和座板附近。
[0008]根据本发明的实施例,提供了旋转机械。旋转机械包括转子、定子壳体和沿周向设置在静止壳体和转子中间的多个密封装置节段,其中节段中的各个包括座板,该座板具有前座区段和后座区段,前座区段和后座区段具有在它们之间的面对转子的一个或更多个迷宫齿,其中,座板构造成允许去往一个或更多个迷宫齿的前部的高压流体且和一个或更多个迷宫齿后方的低压流体,且还构造成在座板与转子之间生成空气动力。节段中的各个还包括定子界面元件,其包括凹槽或槽口,以用于允许设置花键密封件来减小节段泄漏。密封装置节段还包括连接到座板且连接到定子界面元件的多个波纹弹簧或弯部;其中,多个波纹弹簧或弯部构造成允许高压流体占据前腔且低压流体占据后腔,且次级密封件在一端处与定子界面元件整体结合,且在另一端处定位在多个波纹弹簧和座板附近。
【附图说明】
[0009]当参照附图来阅读以下详细描述时,本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解,其中相似的标号表示全部附图中的相似部分,在附图中:
图1为转子的截面视图,其示出根据本发明的实施例的旋转机械的覆膜密封件组件。
[0010]图2为根据本发明的实施例的密封装置节段的透视图。
[0011]图3为根据本发明的另一个实施例的具有弯部的密封装置的透视图。
[0012]图4为根据本发明的实施例的覆膜密封件组件的前视图的一部分。
[0013]图5为根据本发明的实施例的密封装置节段的侧视图。
[0014]图6为根据本发明的实施例的密封装置节段的仰视图。
[0015]图7为根据本发明的另一个实施例的密封装置节段的透视图。
[0016]图8为根据本发明的另一个实施例的具有与次级密封件整体结合的支承结构元件的密封装置节段的透视图。
[0017]图9为根据本发明的实施例的相邻密封装置节段之间具有搭叠垫片(shiplapshim)的覆膜密封件组件。
[0018]图10示出了根据本发明的实施例的密封装置节段的后端口。
[0019]图11示出了根据本发明的实施例的空气动力密封件组件的座-转子曲率。
[0020]图12示出了根据本发明的实施例的密封装置节段中的瑞利(Rayleigh)梯级。
[0021]图13示出了根据本发明的实施例的转子-定子密封件组件的转子表面特征。
[0022]图14为示出根据本发明的实施例的形成旋转机械的静止壳体与围绕旋转机械的轴线转动的可旋转元件之间的覆膜密封件的方法中涉及的示例性步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0023]在介绍本发明的各种实施例的元件时,冠词“一个”、“一种”、“该”和〃 “所述”旨在表示存在一个或更多个元件。用语“包括”、“包含”和“具有”旨在为包含性的,且意味着可存在除列出元件之外的附加元件。操作参数的任何实例都不排除公开的实施例的其它参数。
[0024]图1为示出根据本发明的实施例的旋转机械的覆膜密封件组件10的截面视图。密封件组件10围绕转子轴13沿周向布置,使得密封件组件10在静止壳体与转子轴13中间。静止壳体可包括定子界面元件24,其形成密封件组件10的径向外侧区。密封件组件10包括位于彼此附近以形成密封件组件10的多个密封装置节段12。密封装置节段12中的各个包括座板14,座板14定位成紧接转子轴13。在旋转机械的操作期间,座板14覆在转子轴13上方的流体膜上。密封件组件10还包括一个或更多个迷宫齿(如图2中的16),迷宫齿在面对转子轴表面的一侧处位于座板14。迷宫齿使流体在旋转机械的密封件组件10的任一侧上与高压区18(图2中所示),低压区20(图2中所示)大致分开。密封件组件10还包括附接到座板14和界面元件24的多个波纹弹簧30,32 (图2中所示)或弯部31,33 (图3中所示)。在该视图中,仅前波纹弹簧30示为位于密封装置节段12中的各个中。密封装置节段12中的各个关于转子组装,使得各座板14与转子轴13之间存在空隙。相邻的密封装置节段12还包括它们之间的空隙。
[0025]图2为根据本发明的实施例的密封装置节段12的透视图。如图所示,密封装置节段12包括座板14,座板14具有前座区段26和后座区段28,前座区段26和后座区段28具有面对转子轴(如图1中示为13)的其间的一个或更多个迷宫齿16。密封装置节段12包括一个或更个波纹弹簧,波纹弹簧包括前波纹弹簧30和后波纹弹簧32。密封装置节段12还包括次级密封件34,次级密封件34在一端处经由悬臂梁区段36附接到定子顶部界面元件24,且在另一端处定位在多个波纹弹簧30,32和座板14附近。次级密封件34中的各个在一个第二端处形成与座板14的接触线。在该实施例中,定子界面元件24包括凹槽或槽口 35,以允许设置花键密封件来减小相邻密封装置节段12的定子界面元件之间的泄漏。此夕卜,如该实施例中所示,波纹弹簧30,32和次级密封件34在周向方向上为直的。直的波纹弹簧30,32和直的次级密封件34允许机械应力保持较低。在另一个实施例中,波纹弹簧30, 32和次级密封件34可沿
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