专利名称：蒸汽密封装置的复合的蜂窝式和刷式密封件的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种在涡轮机中用于在涡轮机的静止部件和转动部件之间进行密封的密封件，特别是涉及一种用于在涡轮机蒸汽密封装置(steam gland)周围的高压区域和低压区域之间进行密封的复合的刷式/蜂窝式密封件组合。
背景技术：
在涡轮机中，在转动部件之间或在静止部件之间可采用各种类型的密封件。例如，在一静止部件和一转动部件之间插入刷式密封件。已经知道，刷式密封件包括许多毛，这些毛被设置在一支承件中，使得这些毛的尖端从支承件突出，以便与转动部件接合。在这种情况中，虽然刷式密封件本身是很有用的，但是，刷式密封件却不能承受很高的压差，例如，不能承受涡轮机中蒸汽密封装置两侧的高压区域和低压区域之间所存在的很高的压差。
在涡轮机中常采用迷宫式密封件来在静止部件和转动部件之间进行密封。由于必须把迷宫齿与转动部件间隔开，因此，迷宫式密封件的防泄漏特性不很好，并且由于迷宫式密封齿刮擦转子，从而使所产生的热会对转子造成损坏。在涡轮机中有时也采用蜂窝式密封件来在静止部件和转动部件之间进行密封。与迷宫式密封件相比，虽然蜂窝式密封件不会发生使所产生的热对转动造成损坏的问题，但是，与迷宫式密封件相比，蜂窝式密封件在防泄漏性能方面只具有微小的改进。此外，在涡轮机的高压区域和低压区域之间存在相当大的压差的情况中，轴向间隔开的刷式密封件不会分担(share)该压差，从而也就不能满足高压区域和低压区域之间的密封要求。因此，需要有这样一种密封件，即，这种密封件具有改进的防泄漏性能，并且能够在具有相当大压差的高压区域和低压区域之间进行密封，同时还能减小由产生的热对转子造成损坏的可能性。
发明内容
根据本发明的一个优选实施例，提供了一种用于在一转动部件和一静止部件之间进行密封的复合密封件，该复合密封件包括一密封主体，该密封主体携载沿轴向间隔开的弧形的第一和第二轴刷式密封件。该复合密封件还包括一弧形的蜂窝式密封件，该蜂窝式密封件位于轴向间隔开的刷式密封件之间。蜂窝式密封件具有许多通道，这些通道基本沿径向延伸并向所述转动部件打开。这种具有由单一密封主体携载的刷式密封件/蜂窝式密封件组合的复合密封件可以减小由所产生的热对转子造成损坏的可能性，并且通过减小具有相当大压差的高压区域和低压区域之间的蒸汽泄漏从而改善了防泄漏性能。
在复合密封件的一种具体应用中，密封件被设置在涡轮机的一蒸汽密闭装置中。例如，所述密封装置在一高压进汽涡管和一低压泄漏蒸汽的排汽涡管之间进行密封，其中的高压进汽涡管用于把高压蒸汽传送到涡轮机叶片(bucket)，以便对所述叶片进行冷却。蒸汽密封装置包括一外壳，该外壳限定出所述蒸汽进汽涡管和排汽涡管，这些涡管被一细长的燕尾形凹槽沿轴向相互分离开。所述复合密封件包括一基本环形的密封主体，该密封主体由一些设置在所述凹槽内的弧形密封段构成。每个弧形段安装一对沿轴向间隔开的刷式密封件和位于这些刷式密封件中间的一蜂窝式密封件。这些按顺序排列的刷式密封件和蜂窝式密封件能平衡地分担高压蒸汽进汽涡管和低压蒸汽排汽涡管之间的压差。在构成涡轮机壳体的每个上壳和下壳的燕尾凹槽中设置许多所述段，所述蒸汽密封装置在这些段的端部附近对准，并且在这些段之间具有一花键密封件(spline seal)。这些被分成段的密封件利用中间段的花键密封件来减小端部泄漏。
在一个优选实施例中，提供了一种用于在一转动部件和一静止部件之间进行密封的密封件，该密封件包括一密封主体，该密封主体由静止部件携载，并且具有第一和第二弧形刷式密封件。每个刷式密封件都包括一支承件和许多由该支承件携载的许多毛。这些毛的尖端延伸超过所述支承件，以便与所述转动部件接合。这些刷式密封件沿轴向被相互间隔开。所述密封主体携载一弧形蜂窝式密封件，该蜂窝式密封件在第一刷式密封件和第二刷式密封件之间沿周向和轴向延伸，所述蜂窝式密封件具有许多基本沿径向的通道，这些通道向所述转动部件打开，从而所述刷式密封件和蜂窝式密封件在所述密封件的轴向两侧在轴向间隔开的高压区域和低压区域之间进行密封。
在另一个优选实施例中，提供了一种涡轮机中的蒸汽密封装置，具有一静止的壳体，该静止的壳体具有一基本环形的蒸汽进汽涡管和一基本环形的蒸汽排汽涡管，所述进汽涡管和排汽涡管沿轴向相互间隔开；一转动部件，位于所述该静止部件内；一密封件，位于在所述进汽涡管和排汽涡管之间，用于对静止部件和转动部件以及该密封两侧的高压区域和低压区域之间进行密封；一密封主体，由所述静止部件携载，并携载第一和第二弧形刷式密封件，每个刷式密封件包括一支承件和由该支承件携载的许多毛，这些毛的尖端延伸超过所述支承件，以便与所述转动部件接合，所述刷式密封件沿轴向被相互间隔开，所述密封主体具有一弧形蜂窝式密封件，该弧形蜂窝式密封件在第一刷式密封件和第二刷式密封件之间沿轴向延伸，所述蜂窝式密封件具有许多基本沿径向的通道，这些通道向所述转动部件打开，从而使得刷式密封件和蜂窝式密封件在这种密封件轴向两例的沿轴向间隔开的高压区域和低压区域之间进行密封。
图1是表示用于涡轮机内的一蒸汽密封装置的部分剖面图；图2a是蒸汽密封装置中的密封段的一侧的局部放大剖面图；图2b是与图2a类似的用于表示所述密封段另一侧的的示意图；图3是表示在下半壳体中具有混合刷式密封件/蜂窝式密封件的下部涡轮机壳体的立体示意图；图4具有混合密封的一密封段的放大的立体示意图。
具体实施例方式
参照附图，尤其是参照图1，图中表示出了一蒸汽密封装置的一部分，该蒸汽密封装置整体上由附图标记10表示，并且被设置在一孔管12的周围。该蒸汽密封装置10包括一环状的静止壳体11，该环状的静止壳体11具有沿着一水平中线17分别相互连接的外部的上壳以及下壳14和16。蒸汽密封装置10还包括一进汽涡管18(一高压区域)和一排汽涡管20(一低压区域)，它们在蒸汽密封装置周围形成环形通道。应当知道，蒸汽密封装置10是被固定的，而孔管12围绕着转动轴线转动。一蒸汽增压室与一蒸汽供给通道相连，该蒸汽供给通道来自于一适当的蒸汽源，图中未表示出该蒸汽增压室，该蒸汽增压室与所述进汽涡管18相连通，以便把冷却蒸汽供应到孔管组件的孔管12内的内部通道22。所述排汽涡管20与图中未示出的一蒸汽回流通道相连，以便容纳通过复合密封件泄漏的蒸汽，所述复合密封件总体上由附图标记30表示，并且按照本发明的一优选实施例来构造。因此，从进汽涡管18通过复合密封30泄漏的蒸汽不会进一步向前流到图中未示出的涡轮机后部主轴承。而且，由排汽涡管20收集泄漏的蒸汽，以便重新利用。为了更详细地了解蒸汽密封装置10所用的环境，可参照美国专利申请No.09/566085，该美国专利申请的申请日为2000年5月9日，它与本申请具有共同的受让人，在这里引用这篇美国专利申请的内容作为参考。
根据本发明的一个优选实施例，蒸汽密封装置10包括一基本呈燕尾形的内部凹槽32，该燕尾形的内部凹槽32绕着所述管12环形延伸，用于容纳所述复合密封件30，所述燕尾凹槽32具有轴向对置的突缘34。参照图2a和2b，在蒸汽密封装置10的环形凹槽30内设置一密封主体35。该密封主体35包括一环形圆环，该环形圆环可以被设置成分别放置在涡轮机上壳和下壳内的呈180度的一些段，也可以被设置成放置在涡轮机上壳和下壳内的一些弧形的周向延伸的段36。图3和图4中表示出了多个弧形的密封段36。每个密封段36都具有一轴向长度，该轴向长度终止于轴向的相对两端附近的弧形延伸突缘38处，在轴向相对两端附近同样具有一些槽40。这样，每个段36都被容纳在所述凹槽32内，使得凹槽32的突缘34被容纳在密封主体36的槽40内，从而把密封主体36维持在静止的部件例如蒸汽密封装置内。
刷式密封件总体上由附图标记42表示，该刷式密封件被设置在相对两端附近，即，被设置在环形密封件轴向间隔开的端部，尤其是位于每个密封段的相对两端附近。每个刷式密封件42都是由一支承件43构成，该支承件43包括一对支承板。例如，位于蒸汽进汽涡管18的上游高压区域附近的刷式密封件42包括支承板44和46，这些支承板44和46位于刷毛48的相对两侧。支承板46包括一沿轴向的突缘50，该突缘50被容纳在互补形状的槽内，该互补形状的槽沿着密封主体36的弧形内表面设置。支承板44和46跨在所述毛48上，使得所述毛位于所述支承板之间，所述毛和支承板通过一焊珠52被相互焊接起来。因此，应当知道，基本呈L形的刷式密封件沿着每个密封主体段36的上游侧以弧形方式连续地延伸。
在低压区域和排汽涡管20附近的密封主体36的下游侧，同样，刷式密封件42包括一对支承板56和58，这对支承板56和58位于毛60的两侧。然而，在这种结构中，支承板56和58中的每个支承板都具有分别朝轴向两侧延伸的突缘57和59，这些突缘57和59被分别容纳在沿着密封主体36的内表面设置的具有对应形状的凹槽中。所述毛和支承板通过一焊珠62被相互焊接在一起。应当知道，在这种结构中，各个刷式密封件42的毛48和60的尖端与所述管12在一些沿着管12被轴向间隔开的位置相接合。
在每个密封段36上的刷式密封件44和54之间，设置有一蜂窝式密封件64。蜂窝式密封件64与它的对应的密封段36沿周向共同延伸，并且沿轴向横跨在刷式密封件之间的密封段36的大部分长度上，而且在周向上位于被间隔开的所述段的两端之间。所述蜂窝式密封件可由金属或陶瓷制成，并且形成有沿径向向内的一些开口通道，这些开口通道具有六边形结构和截面。刷式密封件44和54通过一些C形夹子和一些防转动销72(图4)保持在对应的槽内。
应当知道，如果密封主体35包括许多周向延伸的密封段36，那么，在这些密封段36的连接端面68之间就可以形成泄漏通路。参照图4，这些密封段的所述端面68设置有一花键密封74。花键密封74包括一平的基本直的金属片元件，该金属片元件被设置在相邻的密封段的对准端面的周向对准槽内。
应当知道，复合刷式密封件/蜂窝密封件可以承受进汽涡管和排汽涡管的高压区域和低压区域之间的很大的压差。同时，复合密封件10通过不使用迷宫式密封，从而可以减小因热而导致的对转子造成损坏的可能性。因此，通过在单一的密封壳体中采用组合的刷式密封件/蜂窝密封件，减小在涡轮机工作过程中的空气和蒸汽泄漏，从而优化了蒸汽密封装置的性能。
尽管已经描述了本发明的目前被认为是最实用和最优选的实施例，但是，应当知道，本发明并不局限于在这里所公开的实施例，相反，本发明包括所附权利要求的构思和范围内的各种变型和等同结构。
权利要求
1.一种用于在一转动部件和一静止部件之间进行密封的密封件(30)，包括一密封主体(35)，该密封主体(35)由静止部件携载，并且携载第一和第二弧形刷式密封件(42)，每个刷式密封件包括一支承件(43)和由所述支承件携载的许多毛(48，60)，所述毛的尖端延伸超过所述支承件，以便与转动部件接合；所述刷式密封件沿着轴向被相互间隔开；所述密封主体携载一在所述第一和第二刷式密封件之间轴向延伸的弧形蜂窝式密封件(64)，所述弧形蜂窝式密封件包括许多基本沿径向的通道(66)，这些通道(66)向所述转动部件打开，从而使得所述刷式密封件和蜂窝式密封件在所述密封件的轴向相对两侧的、沿轴向间隔开的高压区域和低压区域之间进行密封。
2.根据权利要求1所述的密封件，其中，每个刷式密封件的所述支承件包括位于所述毛的相对两侧的一对支承板(44，46，56，58)，所述这些支承板中的至少一个支承板(42)包括一轴向延伸的突缘(50)。
3.根据权利要求1所述的密封件，其中，每个刷式密封件的所述支承件包括位于所述毛的相对两侧的一对支承板(44，46，56，58)，所述第一和第二刷式密封件的至少一个密封件(42)包括在每个支承板上的轴向延伸的突缘(57，59)。
4.根据权利要求1所述的密封件，其中，所述密封主体包括一对沿着着该密封主体的相对两侧轴向延伸的突缘(38)。
5.根据权利要求1所述的密封件，其中，所述密封主体(35)包括许多弧形段(36)，所述刷式密封件(42)和所述弧形段绕着所述转动部件基本上相互共同延伸。
6.一种涡轮机中的蒸汽密封装置，包括一静止壳体(11)，该静止壳体具有沿轴向相互间隔开的基本呈环形的蒸汽进汽涡管(18)和基本呈环形的蒸汽排汽涡管(20)；一转动部件(12)，该转动部件位于所述静止部件内，在所述进汽涡管和所述排汽涡管之间的一密封件(30)，该密封件在静止部件和转动部件之间以及所述密封件两侧的高压区域和低压区域之间进行密封；一密封主体(35)，该密封主体由静止部件携载，并且携载第一和第二弧形刷式密封件(42)，每个刷式密封件包括一支承件(43)和由该支承件所携带的许多毛(48，60)，所述毛的尖端延伸超过所述支承件，以便与转动部件接合；所述这些刷式密封件沿着轴向被相互间隔开；所述密封主体包括在所述第一刷式密封件和第二刷式密封件之间沿轴向延伸的一弧形蜂窝式密封件(64)，所述蜂窝式密封件包括许多基本沿径向的通道(66)，这些通道(66)向所述转动部件打开，从而使所述刷式密封件和蜂窝式密封件在所述密封件轴向两侧的、沿向间隔开的高压区域和低压区域之间形成密封。
7.根据权利要求6所述的蒸汽密封装置，其中，每个刷式密封件的所述支承件包括一对位于所述毛两侧的支承板(44，46，56，58)，所述支承板中的至少一个支承板具有一轴向延伸的突缘(50)。
8.根据权利要求6所述的蒸汽密封装置，其中，每个刷式密封件的所述支承件包括一对位于所述毛的相对两侧的支承板(44，46，56，58)，所述第一和第二刷式密封件中的至少一个密封件具有位于每个支承板上的一轴向延伸的突缘(57，59)。
9.根据权利要求6所述的蒸汽密封装置，其中，所述静止壳体具有一弧形的燕尾形凹槽(32)，该燕尾形凹槽(32)具有一对轴向延伸的突缘(34)，密封主体包括一对沿其相对两侧轴向延伸的突缘(38)，并被容纳在所述燕尾形凹槽内。
10.根据权利要求6所述的蒸汽密封装置，其中，所述密封主体包括至少一对沿周向延伸的弧形段(36)，所述这些段具有周向对准的端面(68)，并且在所述对准端之间具有一花键密封件(74)。
全文摘要
本发明公开一种蒸汽密封装置(10)，包括一蒸汽进汽管(18)和一排汽涡管(20)，所述进汽管(18)和排汽管(20)沿轴向相互间隔开，并形成高压区域和低压区域。在所述这些区域之间设置一密封主体(35)，该密封主体(35)包括沿轴向相互间隔开的一对刷式密封件(42)。在这些刷式密封件中间具有一蜂窝式密封件(64)。所述复合刷式密封件/蜂窝式密封件的组合可以减小高压区域和低压区域之间的蒸汽泄漏，从而消除了所产生的热对转子造成损坏的可能性，同时还优化了密封泄漏的性能。
文档编号F01D11/02GK1499045SQ20031010448
公开日2004年5月26日 申请日期2003年10月30日 优先权日2002年10月30日
发明者斯蒂芬·R·沃尔科特, 斯蒂芬 R 沃尔科特, 利奇, 戴维·利奇, R 萨沙, 哈米德·R·萨沙 申请人:通用电气公司