用于旋转机器的膜骑跨式空气动力学密封件的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请大体涉及用于涡轮机的密封组件，并且更特别地，涉及用于密封转子-定子空隙等的膜骑跨式密封组件。
【背景技术】
[0002]各种类型的涡轮机，诸如燃气涡轮发动机、航空器发动机和蒸汽涡轮是已知的，并且广泛用于产生功率、推进等。涡轮机的效率部分地取决于内部构件之间的间隙和通过这些间隙的主要和辅助流体的泄漏。例如，可有意在某些转子-定子接口处允许有大间隙，以适应由热或机械引起的大的相对运动。流体通过这些空隙从高压区域泄漏到低压区域可导致涡轮机效率低下。这种泄漏可影响效率，因为泄漏流体未能做有用功。
[0003]使用不同类型的密封系统来最大程度地减少流过涡轮机的流体的泄漏。但是，密封系统往往会在各种运行阶段期间遭受高温、热梯度和热膨胀和收缩以及机械膨胀和收缩，这可增大或减小通过其中的间隙。例如，组装成在启动瞬变阶段期间以非常紧密的间隙运行的传统迷宫密封件在稳态运行期间以大间隙运行，从而导致稳态运行时的性能不佳。
[0004]因此期望有一种用于涡轮机的改进的顺从密封组件，其用于密封转子-定子空隙。优选地，这种顺从密封组件可在稳态运行期间提供较紧密的密封，同时在瞬态相运行期间避免摩擦、接触所引起的磨损和损伤。这种密封组件应当提高整体系统效率，并且制造起来廉价，而且延长相关联的部件的寿命。
【发明内容】
[0005]根据本发明的实施例，提供一种用于旋转机器的密封组件。密封组件包括沿周向设置在固定壳体和转子中间的多个密封装置节段。各个密封装置节段包括定子接口元件。密封装置节段还包括底座(底座)板，底座板具有面向转子的一个或多个迷宫齿和承载表面区域，其中，底座板构造成允许高压流体通往最前面的迷宫齿的上游部分，以及允许低压流体通往最后面的迷宫齿的下游部分，并且底座板进一步构造成在底座板和转子之间产生空气动力。密封装置节段进一步包括:辅助密封件，其构造成在径向外端处接触定子接口元件，并且构造成在径向内端上接触底座板的隆起鼻部；以及连接到底座板和定子接口元件上的多个波纹弹簧或弯曲件(flexure)。
[0006]根据本发明的实施例，提供一种制造密封装置节段的方法。该方法包括将底座板设置在旋转机器中的固定壳体和转子中间，底座板包括面向转子的一个或多个迷宫齿和承载表面区域，其中，底座板构造成允许高压流体通往最前面的迷宫齿的上游部分，以及允许低压流体通往最后面的迷宫齿的下游部分，并且底座板进一步构造成在底座板和转子之间产生空气动力。方法还包括将辅助密封件布置成在径向外端处接触定子接口元件，以及在径向内端上接触底座板的隆起鼻部。另外，方法包括将多个波纹弹簧或弯曲件连接到底座板和定子接口元件上。
[0007]根据本发明的实施例，提供一种旋转机器。旋转机器包括转子、定子壳体和沿周向设置在固定壳体和转子中间的多个密封装置节段，其中，各个节段包括定子接口元件和底座板，底座板包括面向转子的一个或多个迷宫齿和承载表面区域，其中，底座板构造成允许高压流体通往最前面的迷宫齿的上游部分，以及允许低压流体通往最后面的迷宫齿的下游部分，并且底座板进一步构造成在底座板和转子之间产生空气动力。各个节段还包括:辅助密封件，辅助密封件构造成在径向外端处接触定子接口元件，并且构造成在径向内端上接触底座板的隆起鼻部；以及连接到底座板和定子接口元件上的多个波纹弹簧或弯曲件。
【附图说明】
[0008]当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中，相同符号在图中表示相同部件，其中:
图1是根据本发明的实施例的旋转机器的膜骑跨式密封组件的透视图。
[0009]图2是根据本发明的实施例的密封装置节段的透视图。
[0010]图3是根据本发明的实施例的旋转机器的膜骑跨式密封组件的相邻密封装置节段的透视图。
[0011]图4是根据本发明的另一个实施例的密封装置节段的透视图。
[0012]图5是根据本发明的实施例的密封装置节段的一部分的正面透视图。
[0013]图6是根据本发明的另一个实施例的密封装置节段的透视图。
[0014]图7是根据本发明的又一个实施例的密封装置节段的透视图。
[0015]图8是根据本发明的一个实施例的密封装置节段的一部分。
[0016]图9是根据本发明的另一个实施例的密封装置节段的一部分。
[0017]图10是密封装置节段的侧视图，其显示根据本发明的实施例的对底座板和辅助密封件起作用的各种压力。
[0018]图11是根据本发明的实施例的密封装置节段17的中心处的横截面图。
[0019]图12显示根据本发明的实施例的密封组件的底座-转子弯曲部。
[0020]图13显示根据本发明的实施例的密封装置节段中的承载表面上的凹槽。
[0021]图14显示根据本发明的实施例的转子-定子密封组件。
[0022]图15显示根据本发明的实施例的密封装置节段的一部分。
[0023]图16是示出包括在根据本发明的实施例的制造密封装置节段的方法中的步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0024]当介绍本发明的各实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。运行参数的任何示例都不排除公开的实施例的其它参数。
[0025]图1是根据本发明的实施例的旋转机器的膜骑跨式密封组件10(仅显示了少数节段，而非整个360度的组件)的透视图。显示了膜骑跨式密封组件10具有沿轴向方向11、径向方向13和周向方向15的定向。密封组件10布置成沿周向围绕转子轴(未显示)，转子轴沿轴向位于旋转机器中，使得密封组件10在固定壳体12和转子轴(未显示)中间。固定壳体12包括多个定子接口元件14，多个定子接口元件14形成密封组件10的径向外部区域。密封组件10包括多个密封装置节段16，多个密封装置节段16定位成彼此相邻，以形成密封组件10。密封装置节段16中的各个包括位于转子轴(未显示)附近的底座板18。在旋转机器的运行期间，底座板18在转子轴(未显示)上方骑跨在流体膜上。密封组件10还包括在面向转子轴表面的侧部处位于底座板18上的一个或多个迷宫齿20。在一个实施例中显示，一个或多个迷宫齿20定位在底座板18的最前面的区域附近。在另一个实施例中，一个或多个迷宫齿20定位在底座板18的最后面的区域附近。一个或多个迷宫齿20在旋转机器的密封组件10的任一侧上基本分开高压区域22与低压区域24。密封组件10还包括多个辅助密封件26，多个辅助密封件26构造成在径向外端处接触定子接口元件14，并且构造成在径向内端上接触底座板18。在一个实施例中，辅助密封件26包括外层区段28 (在图2中显示)和内层区段30 (在图2中显示)使得，辅助密封件26的各个外层区段28与形成于相邻辅助密封件节段16的内层区段30之间的密封装置节段空隙交迭。
[0026]图2是根据本发明的实施例的密封装置节段16的透视图。如显示的那样，密封装置节段16包括定子接口元件14和底座板18。在显示的实施例中，底座板18包括面向转子的一个或多个迷宫齿20和承载表面区域32。底座板18构造成允许高压流体通往最前面的迷宫齿20的上游部分34，以及允许低压流体通往最后面的迷宫齿20的下游部分36，并且底座板18进一步构造成在底座板18和转子之间产生空气动力。密封装置节段16还包括附连到底座板18和定子接口元件14上的多个波纹弹簧38、40。在一个实施例中，密封装置节段16包括附连到底座板18和定子接口元件14上的多个弯曲件，而非多个波纹弹簧。
[0027]如显示的那样，底座板18包括一个或多个端口 19，一个或多个端口 19位于一个或多个迷宫齿20的轴向下游，以允许低压流体从最后面的迷宫齿20的下游部分36流到后部腔体42。在一个实施例中，一个或多个端口 19成角度，以允许低压流体沿径向方向从迷宫齿20的后面流到由多个波纹弹簧38、40或弯曲件、定子接口元件14和底座板18形成的后部腔体42中。在另一个实施例中，一个或多个端口 19成角度，以允许低压流体沿周向方向流动，从而在流体从迷宫齿的后面传送到底座板18的沿径向上方时，使流体打漩。打漩使流体沿转子的旋转方向或与转子的旋转方向相反的