专利名称：用于密封缝隙的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于流体流动机械尤其是汽轮机的结构，该结构用来密封可运动元件和静止元件之间的缝隙，该结构在缝隙侧面的表面上承载有接触层(grazing layer)。
背景技术：
在操纵和处理流动的液体和/或气体介质的机械中，可运动元件和静止元件之间的缝隙通常需要相对于流动介质密封。在容纳蒸汽的涡轮机中尤其需要应用这种密封，在涡轮机中，转子和围绕转子的壳体之间的缝隙被密封，从而阻塞蒸汽穿过叶片环的通路。这些密封的质量对这些机械的效率有很大的影响，尤其在汽轮机的情况中。
为了达到了这个目的，在汽轮机的结构中应用一个挨一个的轴向布置的密封条，这也被称作迷宫式密封。这些密封特征在于密封条相对于流体横向布置并事实上完全封闭通常只有几毫米宽的缝隙。在这种情况下，可以接受的是密封条有时会在瞬时过程中擦过与它们相对的元件并同时使自身受到轻微磨损。在汽轮机机构中，这样的密封用在叶片处，同时也用作活塞和轴的密封。
与这些密封具有相同效果的特殊形式的密封是蜂窝密封。这种密封通常在与壳体固定的一侧上并具有再现蜂窝的结构，在其开放的表面上，由蜂窝状结构形成的腔室内的多个小旋涡来防止流体的泄露。
美国专利4177004号也已经公开了一种涡轮机，其中，涡轮机叶片和在周长方向上封闭该叶片并悬挂在壳体上的叶片环之间的缝隙被密封。该结构以如下方式设计，即涡轮机叶片自身偶尔擦过封闭叶片的环。为了避免在这种情况下可能发生的损害，叶片环涂覆有不会对涡轮机叶片造成磨损的材料。
但是，在已知的迷宫式密封和根据美国专利4177004的结构中，彼此相对运动的元件的表面极少发生接触，因为所涉及到的元件彼此处于很大的间距，以至于仅在极端瞬间状态下才会发生接触。另一方面，除去元件之间偶尔发生的接触瞬间，上述密封的结果是存在一个缝隙，一部分工作介质在未加以利用的情况下流过涡轮机叶片，这一部分工作介质不应该被忽视。
发明内容
从而，本发明的目的是进一步减少流经涡轮机叶片而没有被利用的工作介质(如蒸汽)的量，同时不需要特殊的装置并且不损害工作的可靠性。
对于开始提及类型的结构，根据本发明，上述目标得以实现，在于在缝隙区域内，在待密封缝隙侧面的元件带有接触层，该接触层设计成多孔的涂层，该涂层至少可以部分地被与其相对的元件磨损。通过结合使用多孔接触层和与其相对的密封条，可以将迷宫密封和蜂窝密封的有利特性结合在一起。由于密封条有可能毫无风险地穿入与其相对的涂层，密封结构的效果提高到另人吃惊的程度。结果，通过极简单和有效的方法便显著地提高密封能力。另一个优点在于通过增大涂层的柔性，额外地伴随有抗热冲击能力，抗热冲击能力通过多孔性而得以提高，并随着空腔比例的增加而增大。
本发明优选的结构在于以下事实相对涂层的表面有至少一个平行于可运行元件的运动方向布置的密封唇，该密封唇封闭缝隙，像刀刃一样伸出并由密封条构成，该密封条在元件运动过程中轻微穿入涂层并在该过程中部分磨损涂层，并在于涂层的厚度等于由其作为侧面的缝隙的宽度的0.5到0.1倍。
根据本发明的有利地改进，涂层通过与粘合剂一同喷射而形成，涂层由泡沫状的材料，优选地为金属材料制成。作为其替换方案，涂层包括矿物成分和金属成分的混合物和/或可气化或可蒸发的成分。
根据涂层的另一种成份，其包括颗粒材料成分，至少部分将这种成分从涂层中除去后，后者的表面上具有凹陷。
不考虑本发明相应的特定实施例，涂层优选地布置于缝隙侧面的静止元件上。有时也可以将缝隙的两侧都配装密封条，并为缝隙的两侧，即静止元件的一侧和可运动元件的一侧都提供涂层和密封唇。
在缝隙侧面的表面上实现本发明的另一种方法在于在其一侧或两侧沿径向以类似阶梯的形式配置这些表面。
在各种情况下，为了避免密封条穿入相对的涂层时的损害，密封条在其自由端变窄，优选地变小0.2到0.5mm。
根据本发明的特征的组合可以被不加限制地使用，在保证工作可靠性的同时获取最佳的缝隙密封。
以下参照附图对本发明的实施例进行详细描述。其中图1以放大比例示出通过与层相接合的根据本发明的密封条的剖面图；图2、图3和图4示出带有壳和轴之间的缝隙的结构；图5示出带有导向叶片环和轴之间的缝隙的结构；图6示出带有壳体和运动叶片环之间的缝隙的结构；具体实施方式
所有图中，彼此相同的部件设置有相同的附图标记。
在图1中，汽轮机(未详细示出)的元件1和元件2形成几毫米宽的缝隙，该缝隙相对蒸汽流密封。元件1优选地为在运行状态下旋转的转子部件，并具有用来容纳作为密封唇的密封条4的凹槽4，密封条5的截面形状是“L”形并将其截面上较短的腿放置在凹槽4的底部上。密封条5由一个或多个在圆周方向上彼此互补的部分构成，以形成一个环形，并通过嵌条(calking wire)6固定在凹槽4内。
在缝隙3的另一侧的相对于元件1的元件2在运行过程中优选地是静止的，并具有一个设计成接触层7的涂层。涂层的厚度是缝隙3的宽度的0.5到0.1倍，由多孔或泡沫材料制成，例如，泡沫金属或矿物成分和金属成分的混合物以及/或者包括可气化或可蒸汽化的成分。
根据另一个可能的实施例，涂层由包括可从涂层表面去除的颗粒成分的混合物构成，这样，其表面由多个彼此毗邻的凹陷形成。
用于涂层的所有这些实施例最优选地是与粘合剂一同施加到承载它的元件1和/或元件2上，最优选地方法通常是将涂层喷射于其上。
截面为“L”形的密封条5面向涂层的腿8擦过涂层，并在其轻微插入涂层的一端变窄。结果，在密封条5擦过或穿入涂层的过程中的能量需求被限制到一个非常低的值。在其变窄区域内，密封条5的厚度大约是0.2mm并大约与形成在密封条5和由涂层所代表的接触层7之间形成且蒸汽泄流10从其流过的通路9的宽度为一个数量级。
在这种情况下，对通路9中泄流10的流动阻力不仅仅由其长度和截面简单决定，而且被涂层表面的不均匀度显著增大。这是由以下事实实现的即使是在很短的通路9内并且其截面相对较窄，在该区域的泄流内部强制形成了许多小的和非常小的旋涡。这尤其是涂层用作接触层7的根据本发明的实施例带来的结果。
在缝隙3的起始端和末端之间的压力差较大时，在该缝隙3内的多个密封条5和通路9一个连在另一个的后面，这样，每一个单独通路9会得到足够多的小且可靠控制的压力降低。图2到图6示出了用以解释其的实施例。
图2到图4示出了用于密封涡轮壳体(未详细示出)的静止元件2和作为旋转并从而运动的元件1的涡轮机轴之间的缝隙3的各种解决方案。此处，在这三个实施例中，壳体侧静止元件2设置有作为接触层7的涂层。根据图4中的示例，作为运动件1的轴的运动表面也带有涂层。
在根据图3的解决方案中，密封条5单独固定在作为运动元件1的轴内，这些密封条5轻微穿入相对的接触层7中。在该实施例中，由于形成在密封条5和接触层7之间的通路9在一条直线上一个位于另一个之后，这种结构也被称作透明(see-through)密封。
根据图2和图4的结构，在元件1和元件2内具有密封条5，这些密封条5中的每一个在两个毗邻的元件1和元件2之间的缝隙内沿各自相对元件1或元件2的方向延伸。但是，由于在根据如图2所示的方案中只有元件2设置有接触层7，仅仅在相对元件1内的密封条5能取得根据本发明的效果。另一方面，在根据图4的解决方案中，缝隙3两侧的密封条中的每一个与作为接触层7的多孔涂层相互作用。
图5示出了作为运动件1的涡轮机轴和套筒(shroud band)11之间的密封，该套筒11支撑导向叶片12的端部。在这种情况下，套筒11面向缝隙3的一侧设计成台阶状，并在其平行于轴取向的剖面上带有作为接触层7的涂层。至少一个密封条5相对于套筒11的每个台阶，套筒11由在涡轮机轴圆周方向上形成一个完整的环形的各部分构成。
图6示出了作为静止元件2的壳体和套筒13之间的密封，套筒13与运动叶片14彼此抵靠并支撑运动叶片14的端部。套筒13面向元件2的一侧设计台阶状，每个轴向平行的台阶面设置有作为接触层7的涂层。密封条5仍然与每个接触层7相对。套筒13也由彼此互补而形成一个完整环形的各部分构成。
所有的接触层7与它们相对的密封条5以图1中描述的方式互相作用。
尽管根据本发明构造并作为接触层7的涂层特别适于用在汽轮机中，但它们也可以以同样的方式应用在所有其他的流体流动机械中。
权利要求
1.一种用于流体流动机械、尤其是涡轮机的结构，该结构用于密封可运动元件(1)和静止元件(2)之间的缝隙(3)，在运动元件和静止元件之一的为缝隙(3)侧面的表面上带有接触层(7)，其特征在于，接触层(7)设计成多孔的涂层，其可以由相对的元件(1，2)磨损。
2.如权利要求1所述的布局配置，其特征在于，相对涂层的表面具有至少一个密封唇，该密封唇平行于可运动元件(1)的方向布置，封闭缝隙(3)，像刀刃一样伸出并由密封条(5)构成，该密封条在元件(1)运动过程中轻微穿入涂层并在该过程中部分磨损涂层。
3.如权利要求1或2所述的结构，其特征在于，涂层的厚度等于由其作为侧面的缝隙(3)的宽度的0.5到0.1倍。
4.如权利要求1到3中的任一项所述的结构，其特征在于，涂层和粘合剂一同施加。
5.如权利要求1到4中的任一项所述的结构，其特征在于，涂层是喷射形成的。
6.如权利要求1到5中的任一项所述的结构，其特征在于，涂层是由泡沫状材料、优选地是金属材料制成的。
7.如权利要求1到6中的任一项所述的结构，其特征在于，涂层包括矿物和金属成分的混合物。
8.如权利要求1到7中的任一项所述的结构，其特征在于，涂层包括可气化或可蒸汽化的成分。
9.如权利要求1到8中的任一项所述的结构，其特征在于，涂层包括颗粒成分，在至少部分去除该成分后，涂层的表面上具有凹陷。
10.如权利要求1到9中的任一项所述的结构，其特征在于，涂层由静止元件(2)的表面承载，该表面为缝隙(3)的侧面。
11.如权利要求1到10中的任一项所述的结构，其特征在于，为缝隙(3)侧面的两个表面都带有涂层并且每个表面至少配装有一个密封条(5)。
12.如权利要求1到11中的任一项所述的结构，其特征在于，用作涂层基底的表面包括彼此偏离一个台阶的分段面。
13.如权利要求1到12中的任一项所述的结构，其特征在于，密封条(5)在其与涂层相互作用的端部变窄，优选地变小0.2到0.5mm。
全文摘要
在流体机械中，可运动(1)构件和静止(2)构件之间频繁出现的缝隙要加以密封。经常使用所谓的迷宫密封，由此，密封条(5)摩擦过相对的构件。本发明的目的是提供一种改善的系统。为了实现这个目标，摩擦层(7)配置成多孔的涂层，该涂层可以与相对的构件(1、2)分离。本发明系统实质上可以在任何流体机械中得到良好应用。
文档编号F16J15/447GK1427921SQ01808864
公开日2003年7月2日 申请日期2001年4月23日 优先权日2000年5月4日
发明者卡伊·维格哈特 申请人:西门子公司