专利名称：涡轮机用环形刷式密封件和带环形刷式密封装置的涡轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于涡轮机的环形刷式密封件以及具有包含多个环形刷式密封
件的环形刷式密封装置的涡轮机。
背景技术：
涡轮机具有静止的和回转的组件，所述静止的和回转的组件在涡轮机运行时相对于彼此运动且彼此相对地在密封位置密封。在所述密封位置，在静止组件和回转组件之间设有间隙，回转组件因此不会接触并且因此损坏静止组件。在所述间隙中设置密封装置，利用所述密封装置，尤其可以在涡轮机运行时使由于间隙而致的工作流体的泄漏保持尽可能小。例如可以设置具有多个迷宫式密封片(Labyrinthspitze)的迷宫式密封件作为所述密封装置。作为替代方式，可以构造一种装入间隙中的刷式密封件。所述刷式密封件由刷状的线束组成，所述刷状的线束固定在静止组件上且以线束各个线自由的一端贴紧回转组件的表面。借助于所述线束形成刷式密封件的密封效应，此时，泄漏只流动通过线束。此外，所述刷式密封件具有支撑环，线束由于通过刷式密封件的压力差而挤压所述支撑环。此时线束被压实，刷式密封件的密封效应因而被提高。 所述静止的组件例如可以是涡轮机的壳体，而所述回转的组件可以是涡轮机的转子。在涡轮机运行期间，可能出现基于线束的挠性而可以被平衡的转子的径向运动，从而使线束可以以线自由的一端直接贴紧转子的表面。 刷式密封件尤其被使用在涡轮机上的平衡活塞以及叶片安装管路中。为了克服高压力差，布置多个沿轴向连续排列的刷式密封件。按惯例借助于单个刷式密封件可以消除最大为x bar的压力差，借助于沿轴向连续排列的刷式密封件，按惯例可以消除最大为ybar的压力差。在增加单个刷式密封件数量的同时，并不会提高最大的压力差y bar，因为由于刷式密封装置内部不均匀的轴向压力分布，将超过刷式密封件最大可能的压力差x bar。尤其刷式密封装置中承受了高压力的那个刷式密封件，因为最大分压差通过该刷式密封件被消除。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于涡轮机的环形刷式密封件以及具有包含多个所述环形刷式密封件的环形刷式密封装置的涡轮机，其中借助于所述环形刷式密封件和环形刷式密封装置可消除高的压力差。 依照本发明的用于涡轮机的环形刷式密封件具有支撑环和环形刷组，所述环形刷组从支撑环的内侧边缘向内伸出，并且在内侧边缘上以及沿径向布置在内侧边缘之外的支撑位置上，被轴向地支撑在支撑环上，从而在内侧边缘和支撑位置之间受环形刷组和支撑环限定地形成环形的空腔，其中支撑环具有压力平衡开口 ，因此，在装入到涡轮机中的环形刷式密封件上，当支撑环所属的环形刷式密封件的一侧上存在第一压力，并在环形刷式密封件的环形刷组所面对的另一侧上存在小于第一压力的第三压力时，则在空腔中产生处于第一压力和第三压力之间的第二压力。 依照本发明的涡轮机具有由多个环形刷式密封件构成的环形刷式密封装置。
通过支撑环中的压力平衡开口 ，第三压力通过空腔给环形刷式密封件的环形刷组所面对的那一侧施压。如此，由环形刷式密封件消除的压力差被减小。 环形刷式密封装置的环形刷式密封件优选沿轴向相继地布置，因而当环形刷式密封装置的一侧上存在第四压力，以及在环形刷式密封装置的另一侧上存在小于第四压力的第五压力时，则第四压力和第五压力之间的压力差通过环形刷式密封件逐级地消除。
通过承受第五压力的那个环形刷式密封件，最大的分压差逐渐消除。通过在该环形刷式密封件的支撑环中设置压力平衡开口 ，使第五压力朝该环形刷式密封件以及与之相邻布置的环形刷式密封件之间的空腔施压。压力的传输一直延伸到承受第四压力的那个环形刷式密封件，从而使第五压力经过单个环形刷式密封件的压力平衡开口 ，朝向第四压力的方向施压。由此，可使与第五压力相邻地布置的那个环形刷式密封件直接消除的分压差降低，以及使与第四压力相邻地布置的那个环形刷式密封件消除的分压差提高。因此从第五压力到第四压力的压力变化在环形刷式密封装置内从环形刷式密封件到环形刷式密封件均匀化。由此得出的结果是，阻止了下列情况的发生，即与第五压力相邻安置的那个环形刷式密封件消除了最大可能的压力差，而环形刷式密封装置的其余的环形刷式密封件在压力消除中还有保留。因此使可全部被环形刷式密封装置消除的最大可能的压力差变大。
环形刷组优选在其沿径向处于外侧的边缘上配备有环绕的加厚部，借助于所述环绕的加厚部，环形刷组贴靠在支撑位置上。空腔因而受加厚部的限定。 环形刷式密封件优选具有挡环，所述挡环与支撑环一起构成环形刷式密封件C状的壳体，环形刷组因而能载所述加厚部上被夹紧在所述壳体中。此外，所述加厚部优选由夹紧管构成，所述夹紧管是一种在内圆周上开设槽口的环绕的管，在所述管中安置环形刷组的外面部段，所述环形刷组通过夹紧管的槽口向内伸出。 压力平衡开口由分布在圆周上的多个压力平衡孔构成。由此在支撑环的圆周上建立起空腔与环形刷式密封件承受第三压力的那一侧的连接。空腔中的第二压力因而恒定地分布在支撑环的圆周上。 此外，优选在单个环形刷式密封件之间分别设置迷宫式密封片。通过所述迷宫式密封片，可消除附加的压力差，由此提高了可被环形刷式密封装置消除的最大可能的压力差。
单个环形刷式密封件的压力平衡开口的尺寸这样确定，S卩，使得第四压力和第五压力之间的压力差可线性地通过环形刷式密封件消除。单个环形刷式密封件的压力平衡开口优选由分布在圆周上的压力平衡孔构成，各个环形刷式密封件的压力平衡孔的直径这样变化，使得第四压力和第五压力之间的差值通过环形刷式密封件被线性地消除。此时，达到可被环形刷式密封装置消除的最大可能的压力差。没有单个的环形刷式密封件会被作为最薄弱的环节达到其最大允许的压力差，因为所有单个的环形刷式密封件在涡轮机运行时将共同达到其可能的最大允许的压力差。此外，可以实现单个级相同的间隙宽度，由此可以提高环形刷式密封装置的最大压力差。
接下来根据所附的示意图，对依照本发明的环形刷式密封件以及依照本发明的环形刷式密封装置的优选实施例加以详细说明。附图中 图1示出依照本发明的实施形式的环形刷式密封件的截面图，以及
图2示出依照本发明的实施形式的环形刷式密封装置的截面图。
具体实施例方式
在图1中示出装入平衡活塞2中的环形刷式密封件1。在所述平衡活塞2中构造 了环绕的槽3，环形刷式密封件1装入所述槽3中。环形刷式密封件1被用于密封平衡活 塞2和转子4之间的间隙，其措施是环形刷式密封件1 一直到转子4的表面5将所述间隙 填补。 环形刷式密封件1具有呈C状的壳体环6，其中在所述壳体环6的内侧面设有环绕 的槽口 。壳体环6由挡环7和支撑环8组成，其中在图1中可看出，所述挡环7构成壳体环 6的左翼，以及支撑环8构成壳体环6的右翼。 为了密封，环形刷式密封件1具有环形刷组9，所述环形刷组9由多根线组装而成。 所述线围绕布设在壳体环6内部的芯线IO被敲击呈U状。这些线沿径向向内伸出壳体环6 并且以其两个纵端部贴紧转子表面5。为了将环形刷组9的芯线10和所述线固定在一起， 在壳体环6中安置一个本身夹紧在壳体环6中的夹紧管11，从而使得环形刷组9在壳体环 6中沿径向向外且沿转子4的轴线方向被固定。 挡环7和支撑环8沿径向朝转子4的方向一直延伸，直到在转子表面5和挡环7 以及支撑环8的处于内侧的纵端部之间形成一个间距。环形刷组9伸出超过该间距，并且 在环形刷式密封件1运行时，沿轴向支撑在支撑环8的内侧边缘上。 在环形刷式密封件1运行时，在图1中可看出，环形刷式密封件1的左面存在压力 I 14，以及环形刷式密封件1的右面存在压力III 16，其中压力III小于压力I。压力III 和压力I之间的压力差由环形刷式密封件1消除。通过使环形刷组9支撑在支撑环8的内 侧边缘上，并且使环形刷组9通过夹紧管11夹紧在壳体环6中，从而在支撑环8和环形刷 组9之间形成一个空腔，所述空腔构成了压力平衡腔12。在支撑环8中构造压力平衡开口 13，所述压力平衡开口 13使压力平衡腔12向外敞开。因此在压力平衡腔12中，压力III朝 压力平衡腔12施压，从而在压力平衡腔12中产生处于压力I和压力III之间的压力II 15。
在图2中示出具有环形刷式密封件1、第二环形刷式密封件18、第三环形刷式密封 件19和第四环形刷式密封件20的环形刷式密封装置17，其中所述环形刷式密封件1、18至 20沿轴向相继地布置。环形刷式密封件在平衡活塞2中被装入相应的为它而构造的槽中， 并触及转子表面5。在环形刷式密封件1、18至20之间分别设置迷宫式密封片21。
在图2中可看出，环形刷式密封装置17的右面存在压力IV 22，以及环形刷式密封 装置17的左面存在压力V 23，其中压力V小于压力IV，压力V和压力IV之间的差值因而 被环形刷式密封装置17消除。此外，压力IV略高于在环形刷式密封装置17中在环形刷式 密封件l之前产生的压力I。 通过使环形刷式密封件1、18至20在其支撑环8上分别具有压力平衡开口 13，压 力V通过单个环形刷式密封件1、18至20的压力平衡开口 13和压力平衡腔12，朝压力IV 的方向施压。这样，压力IV被环形刷式密封装置17逐级地、在理想状况下线性地降低到压 力V。
权利要求
用于涡轮机的环形刷式密封件，具有支撑环(8)和环形刷组(9)，所述环形刷组(9)从所述支撑环(8)的内侧边缘向内伸出，并且在所述内侧边缘上以及在径向布置在内侧边缘之外的支撑位置上轴向地支撑在支撑环(8)上，从而在所述内侧边缘和支撑位置之间受环形刷组(9)和支撑环(8)限定地形成环形的空腔(12)，其中所述支撑环(8)具有压力平衡开口(13)，从而在装入到涡轮机中的环形刷式密封件(1)上，当支撑环(8)所属的环形刷式密封件(1)的一侧上存在第一压力(14)，并在环形刷式密封件(1)的环形刷组(9)所面对的另一侧上存在小于第一压力(14)的第三压力(16)时，则在空腔(12)中产生处于第一压力(14)和第三压力(16)之间的第二压力(15)。
2. 按照权利要求l所述的环形刷式密封件，其中环形刷组(9)在其沿径向处于外侧的边缘上构造有环绕的加厚部，借助于所述加厚部，环形刷组(9)贴靠在支撑位置上。
3. 按照权利要求2所述的环形刷式密封件，其中环形刷式密封件(1)具有挡环(7)，所述挡环(7)与支撑环(8) —起构成环形刷式密封件(1)的C状的壳体(6)，从而环形刷组(9)在所述加厚部上被夹紧在壳体(6)中。
4. 按照权利要求3所述的环形刷式密封件，其中所述加厚部由夹紧管(11)构成，所述夹紧管(11)是在内圆周上开设槽口的环绕的管，所述环形刷组(9)的外面部段安置在所述夹紧管(11)中且通过夹紧管(11)的槽口向内伸出。
5. 按照权利要求1至4中任一项所述的环形刷式密封件，其中压力平衡开口由分布在圆周上的多个压力平衡孔(13)构成。
6. 包含环形刷式密封装置的涡轮机，具有多个按照权利要求1至5中任一项所述的环形刷式密封件(1)。
7. 按照权利要求6所述的涡轮机，其中所述涡轮机具有沿轴向相继布置的环形刷式密封件(l)，因而当环形刷式密封装置(17)的一侧存在第四压力(22)，并且环形刷式密封装置(17)的另一侧存在小于第四压力(22)的第五压力(23)时，则第四压力(22)和第五压力(23)之间的差值通过环形刷式密封件(1)被逐级地消除。
8. 按照权利要求7所述的涡轮机，其中在单个环形刷式密封件(1)之间分别设置迷宫式密封片(21)。
9. 按照权利要求7或8所述的涡轮机，其中将单个环形刷式密封件(1)的压力平衡开口 (13)的尺寸确定为使得第四压力(22)和第五压力(23)之间的差值通过环形刷式密封件(1)被线性地消除。
10. 按照权利要求9所述的涡轮机，其中单个环形刷式密封件(1)的压力平衡开口由分布在圆周上的压力平衡孔(13)构成，各个环形刷式密封件(1)的压力平衡孔(13)的直径这样变化，使得第四压力(22)和第五压力(23)之间的差值通过环形刷式密封件(1)被线性地消除。
全文摘要
本发明涉及一种涡轮机用环形刷式密封件和带环形刷式密封装置的涡轮机。所述用于涡轮机的环形刷式密封件具有支撑环和环形刷组，所述环形刷组从所述支撑环的内侧边缘向内伸出，并且在所述内侧边缘上以及在径向布置在内侧边缘之外的支撑位置上轴向地支撑在支撑环上，从而在所述内侧边缘和支撑位置之间受环形刷组和支撑环限定地形成环形的空腔，其中所述支撑环具有压力平衡开口，从而在装入到涡轮机中的环形刷式密封件上，当支撑环所属的环形刷式密封件的一侧上存在第一压力，并在环形刷式密封件的环形刷组所面对的另一侧上存在小于第一压力的第三压力时，则在空腔中产生处于第一压力和第三压力之间的第二压力。涡轮机具有由多个环形刷式密封件构成的环形刷式密封装置。
文档编号F01D11/00GK101737093SQ20091021151
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月4日 优先权日2008年11月4日
发明者A·霍夫曼 申请人:西门子公司