专利名称：蒸汽涡轮机可变间隙填塞件的制作方法
技术领域：
本申请一般地涉及蒸汽涡轮机，且更特别地涉及在蒸汽涡轮机的旋转和静止部件之间的密封。
背景技术：
在例如涡轮机的旋转机器中，密封件提供在旋转和静止部件之间。例如，在蒸汽涡轮机中，习惯地提供多个弓形填塞环段(有时称为密封环段)，以在静止和旋转部件之间形成迷宫密封。一般地，弓形填塞环段布置在静止部件的环形沟槽内，与机器的旋转轴线同心且因此与旋转部件的密封表面同心。每个弓形密封段承载了与旋转部件的密封表面相对的弓形密封面。在迷宫类密封件中，密封面承载了径向指向的轴向间隔开的齿的阵列，且该齿与轴向间隔开的环齿的阵列径向地间隔开，该环齿形成了旋转部件的密封表面。密封功能通过当例如蒸汽的工作介质通过在迷宫中由密封面齿和旋转部件的相对的表面限定的相对地紧的间隙时造成工作介质的紊流来实现。
维持适当的间隙而在旋转设备和静止部件之间无物理接触的能力允许形成有效的密封。如果在段的密封面和旋转部件的相对的密封表面之间的径向间隙变得过大，则流动区增加，产生了更少的紊流且危及密封行为。相反地，如果间隙过紧，则密封齿可能接触旋转元件，结果是齿失去了它们的锋利的外形和紧的间隙，且然后造成更少的紊流，且具有增加的流动区，类似地危及密封行为。
为避免在例如启动和关闭的瞬态条件下损坏转子和填塞环段，有时使用正压力、可变间隙填塞环。在正压力、可变间隙填塞环中，填塞环段通常被弹簧偏置到外部位置或大间隙位置，从而导致由填塞环承载的密封面大体上从旋转部件向外间隔开。在启动后，例如蒸汽的工作流体介质进入静止部件的沟槽，推动段向内移动抵抗弹簧的偏置，移动向内部位置或小间隙位置。这些弹簧位于由静止部件限定的环形沟槽内，且相对于它们居于其内的环形沟槽定尺寸。在大型涡轮机单元中，环形沟槽典型地足够大以容纳具有能容许从流体介质的入口导致的压力的弹性的大弹簧。另外，填塞环典型地足够大以允许弹簧固定到填塞环居于环形沟槽内的位置。
然而，当以用于例如锅炉给料泵、反应器给料泵、用于压缩机和泵的机械驱动器和一些发电机驱动单元的应用的较小的涡轮机单元工作时，在较小的涡轮机单元中存在的窄宽度/直径环形沟槽内安装能起作用的弹簧变得困难和不实际。因此，在这些情形中，存在对可变间隙填塞环组件的需要，它能与宽度和直径小到不能容纳常规弹簧的环形沟槽协同使用。
发明内容
在此披露了填塞环组件，包括填塞环段、条、覆盖板和弹簧。填塞环段具有轴向槽。条布置在槽内。覆盖板沿填塞环段的外周布置。且弹簧在条和覆盖板之间压缩。
在此进一步地披露了填塞环组件，填塞环组件具有第一填塞环段、第二填塞环段和一个或多个密封键。第一填塞环段具有弹簧加载条，布置在静止部件的第一半体内。第二填塞环段具有弹簧加载条，布置在静止部件的第一半体内邻近第一填塞环段。且一个或多个密封键布置在静止部件的第一半体和第二半体之间的中线处，其中密封键的每个支承了第一填塞环段或第二填塞环段。
在此又进一步地披露了蒸汽涡轮机，蒸汽涡轮机具有轴、静止部件和填塞环组件。部件布置为使得填塞环组件绕轴延伸，使得弹簧加载条与静止部件接触。
参考附图，其中在数个图中同样的元件标以同样的数字。
图1是用于根据本发明的实施例的使用的蒸汽涡轮机的部分的截面视图；图2是用于根据本发明的实施例的使用的图1的典型的蒸汽涡轮机的放大视图；图3是用于根据本发明的实施例的使用的图2的典型的蒸汽涡轮机的截面视图；图4是用于根据本发明的实施例的使用的图2的典型的蒸汽涡轮机的截面视图；图5是用于根据本发明的实施例的使用的蒸汽涡轮机的部分的截面视图；图6是用于根据本发明的实施例的使用的图5的典型的蒸汽涡轮机的放大视图；和图7是用于根据本发明的实施例的使用的图6的典型的蒸汽涡轮机的截面视图。
具体实施例方式
参考图1，图示了蒸汽涡轮机10的部分，它具有布置在静止部件，例如分别包括第一隔板半体16和第二隔板半体18的涡轮机隔板14内的涡轮机轴12。迷宫密封件提供在涡轮机轴到隔板界面处以防止泄漏。迷宫密封件包括可变间隙填塞环组件20a，有时称为密封环组件，如在图1中示出，它具有四个弓形填塞环段22a、24a、26a和28a，它们绕涡轮机轴12延伸。填塞环段在启动运行和速度运行时分别在最外的大间隙位置和最内的小间隙位置之间绕涡轮机轴12可移动。
填塞环段的每个包括两个弹簧加载条30(更好地在图2中图示，为清晰在图2中为从其在图1中的位置旋转)，其允许填塞环段在大间隙位置和小间隙位置之间在径向方向移动。弹簧加载条30布置在沿填塞环段的外周定位的轴向槽32内。进一步地，弹簧34布置在轴向槽32内，弹簧34在一个端部接触条30且在另一个端部接触覆盖板36。在槽内包括了条30和弹簧34的覆盖板36通过紧固件38固定到填塞环段的外周。
如在图3和图4中进一步图示，每个填塞环段具有密封面40和径向突出的齿42，每个密封面40由一对相互离开轴向延伸的段密封凸缘44形成。填塞环段的径向外部分包括段定位凸缘46，段定位凸缘46类似地从填塞环段在轴向相对的方向相互离开地延伸。轴向颈缩48在段密封凸缘44和段定位凸缘46之间延伸。填塞环段布置在隔板14内的通常燕尾榫形的环形沟槽50内。环形沟槽50沿隔板14的径向最内部分通过一对隔板定位凸缘52限定，隔板定位凸缘52相互相向轴向延伸，从而在其间限定了槽54。填塞环段定位为使得填塞环段的轴向颈缩48配合在隔板槽54内。
弹簧加载条30(在图3和图4中以隐藏线/虚线图示)在来自弹簧34的弹簧力下径向向内延伸超过段定位凸缘。条具有一对轴向延伸的条定位凸缘56，它们在轴向相对的方向从条相互远离地延伸。条30进一步包括凹陷部分58，它提供了用于弹簧34的一个端部的匹配表面。覆盖板36提供了用于弹簧34的另一个端部的匹配表面。弹簧30是压缩弹簧，当它被压缩时它施加阻力。因此，当弹簧34安装在条30和覆盖板34之间时，弹簧34推动条30以平移到其最内的径向位置内。当填塞环安装在隔板内时，条定位凸缘56接触隔板定位凸缘52且因此来自弹簧的压力施加在覆盖板36上(覆盖板紧固到填塞环段)，因此导致填塞环段的径向向外移动，这将填塞环段放置在最外的大间隙位置(如在图3中示出)。当填塞环段在最外大间隙位置时，缝隙60存在于段定位凸缘46和隔板定位凸缘52之间。
为将填塞环段位移到其封闭的更小直径位置，多个通道(未示出)提供在隔板内或填塞环段内，以沿填塞环段的外径62引入流动的介质，例如蒸汽。流动的介质沿填塞环段的外径施加了径向向内的压力，以此填塞环段可以抵抗弹簧34的偏置向涡轮机轴12向内地移位(如在图4中示出)。当填塞环段在最内的小间隙位置时，在段定位凸缘46和隔板定位凸缘52之间不存在缝隙，因为它们直接相互接触。
弹簧34的运行方式使得它们具有足够的弹簧阻力以维持大间隙位置，但它们在希望的范围内可压缩以允许流体压力克服弹簧压力来维持小间隙位置。
在替代的实施例中，填塞环组件可以如图5所图示地布置，其中填塞环组件20b包括这样的填塞环段，即它们布置为使得第一填塞环段22b和第二填塞环段24b布置在第一隔板半体16和第二隔板半体18之间的中线的第一侧上，而第三填塞环段26b和第四填塞环段28b布置在第一隔板半体16和第二隔板半体18之间的中线的第二侧上。另外，一对密封键64可以在第一隔板半体16和第二隔板半体18之间的中线处安装在填塞环段的最外径向位置处，如在图5至图7中图示。密封键64例如通过螺栓66在隔板槽68内固定到第一隔板半体16，且径向向内突出以延伸到填塞环段槽70内，填塞环段槽70邻近第一隔板半体16和第二隔板半体18之间的中线沿填塞环段的每个的端部形成。换言之，填塞环段的每个限定了填塞环段槽70的一半，更特定地，第一填塞环段22b和第四填塞环段28b限定了一个段槽70，且第二填塞环段24b和第三填塞环段26b限定了另一个直径上相对的段槽70。
密封键64支承第一填塞环段22b和第二填塞环段24b以抵抗因重力的周向位移。密封键64进一步防止第一填塞环段22b和第二填塞环段24b在第三填塞环段26b和第四填塞环段28b上施加由周向位移导致的力。密封键64将第一填塞环段22b和第二填塞环段24b包括在第一隔板半体16内，且因此密封键64也最小化了第一填塞环段22b和第二填塞环段24b之间的缝隙。另外，密封键64允许第一填塞环段22b和第二填塞环段24b的水平位移(水平方向限定为图5和图6的水平面，该水平面由第一隔板半体和第二隔板半体之间的中线和涡轮机轴12的中心轴线形成)，同时允许第三段26b和第四段28b的径向位移。在第三填塞环段26b和第四填塞环段28b内的径向移位允许在涡轮机轴12的下半垂直中心线处的更大的径向间隙，其处涡轮机轴12的弯曲最大。
密封键64进一步包括螺纹孔72，用于接合固定螺钉74(在图6和图7中最佳地图示)。螺纹孔72的定向使得固定螺钉74的调整导致第一填塞环段22b或第二填塞环段24b的位移。因为固定螺钉74调整为延伸超过密封键64，暴露的固定螺钉74端部与填塞环段接触且驱动填塞环段周向地远离密封键64。第一填塞环段22b和/或第二填塞环段24b的调整允许所有填塞环段正确地对齐在真实中心位置内。
以上描述的特征允许填塞环组件20a(最佳地在图1中示出)和20b(最佳地在图5中示出)完整地封闭在其各自的隔板半体内，因此防止了组装的问题。另外，弹簧加载条及其相关的匹配部件自身包括在填塞环组件20a和20b内。进一步地，填塞环组件20a和20b可以以任何现有的燕尾榫尺寸和任何现有的隔板组件安装且利用。因此，填塞环组件20a和20b可以安装在现有的工业蒸汽涡轮机内而对隔板部件的修改很小或无修改。另外，填塞环组件20a和20b可以改型到现有的蒸汽涡轮机内。填塞环组件20a和20b可以作为具有希望的零件和硬件的套件提供，以在蒸汽涡轮机的维护间隔或检修时容易地从隔板移开现有的填塞环组件且以填塞环组件20a或20b替换它们，而对隔板的修改很小或无修改。
虽然本发明已参考优选实施例或实施例描述，本领域技术人员应理解的是可以进行不同的改变，且等价物可以对其元件替换而不偏离本发明的范围。另外，可以进行对本发明的教示的许多修改以适合特定的情况或材料，而不偏离本发明的基本范围。因此，意图于本发明不限制于披露为构想为执行此发明的最佳模式的特定的实施例，而是本发明将包括所有落入权利要求书的范围的实施例。
零件列表10 蒸汽涡轮机12 涡轮机轴14 隔板16 第一隔板半体18 第二隔板半体20a 填塞环组件20b 填塞环组件22a 填塞环段22b 第一填塞环段24a 填塞环段24b 第二填塞环段26a 填塞环段26b 第三填塞环段28a 填塞环段28b 第四填塞环段30 条32 轴向槽34 弹簧36 覆盖板38 紧固件40 密封面42 径向突出的齿44 段密封凸缘46 段定位凸缘48 轴向颈缩50 环形沟槽52 隔板定位凸缘54 槽56 条定位凸缘58 凹陷部分60 缝隙
62 外径64 密封键66 螺栓68 隔板槽70 段槽72 螺纹孔74 固定螺钉
权利要求
1.一种填塞环组件(20a或20b)，其包括具有轴向槽(32)的填塞环段(22至28，a和b)；布置在槽(32)内的条(30)；沿填塞环段(22至28，a和b)的外周布置的覆盖板(36)；和在条(30)和覆盖板(36)之间压缩的弹簧(34)。
2.根据权利要求1所述的填塞环组件(20a或20b)，其中填塞环段(22至28，a和b)在最内的小间隙位置和最外的大间隙位置之间相对于旋转部件移动。
3.根据权利要求2所述的填塞环组件(22至28，a和b)，其中弹簧(34)在条(30)和覆盖板(36)之间施加阻力，而填塞环段(22至28，a和b)在最外的大间隙位置。
4.根据权利要求3所述的填塞环组件(20a或20b)，其中流动介质在填塞环段(22至28，a和b)上施加克服弹簧(34)阻力的力，且将填塞环段(22至28，a和b)移动到最内的小间隙位置。
5.一种填塞环组件(20b)，其包括布置在静止部件的第一半体(16)内的具有弹簧加载条(30)的第一填塞环段(22b)；布置在静止部件的第一半体(16)内的邻近第一填塞环段(22b)的具有弹簧加载条(30)的第二填塞环段(24b)；和布置在静止部件的第一半体(16)和第二半体(18)之间的中线处的一个或多个密封键(64)，其中密封键(64)的每个支承了第一填塞环段(22b)或第二填塞环段(24b)。
6.根据权利要求5所述的填塞环组件(20b)，其中弹簧加载条(30)施加力到静止部件上，导致填塞环段(22b或24b)在最内的小间隙位置和最外的大间隙位置之间相对于旋转部件的移动。
7.根据权利要求6所述的填塞环组件(20b)，进一步包括将弹簧加载条(30)固定在填塞环组件(20b)内的覆盖板(36)。
8.一种蒸汽涡轮机(10)，其包括轴(12)；静止部件(14)；和绕轴(12)延伸的使得弹簧加载条(30)与静态部件(14)接触的填塞环组件(20a或20b)。
9.根据权利要求8所述的蒸汽涡轮机(10)，其中填塞环组件(20a或20b)进一步包括多个填塞环段(22至28，a和b)，每个具有一个或多个弹簧加载条(30)。
10.根据权利要求9所述的蒸汽涡轮机(10)，其中弹簧加载条(30)施加力到静止部件(14)上，导致填塞环段(22至28，a和b)在最内的小间隙位置和最外的大间隙位置之间相对于旋转部件(12)的移动。
全文摘要
在此披露了填塞环组件，填塞环组件包括填塞环段、条(30)、覆盖板和弹簧。填塞环段具有轴向槽(32)。条(30)布置在槽内。覆盖板沿填塞环段的外周布置。且弹簧在条(30)和覆盖板之间压缩。
文档编号F01D11/02GK101054909SQ20071009614
公开日2007年10月17日 申请日期2007年4月13日 优先权日2006年4月14日
发明者R·J·谢弗雷特, F·里瓦斯, F·G·拜利, W·E·阿迪斯, M·E·凯利, B·A·库图尔, K·N·劳雷尔 申请人:通用电气公司