具有局部柔性液动力垫的端面密封件的制作方法
【专利说明】具有局部柔性液动力垫的端面密封件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请与名称为“INDIVIDUALLY COMPLIANT SEGMENTS FOR SPLIT RINGHYDRODYNAMIC FACE SEAL”的美国非临时申请序列号14/226, 583同时提夺，该专利的公开内容通过引用的方式结合到本发明中。
技术领域
[0003]本发明中所公开的主题涉及涡轮机械，并且更具体地，涉及用于减少或阻断涡轮机械的各个部件之间的流泄漏的端面密封件。
【背景技术】
[0004]涡轮机械包括压缩机和/或涡轮机，例如燃气涡轮机、蒸汽涡轮机、和水轮机。总体而言，涡轮机械包括转子，该转子可以是支承涡轮机械叶片的轴或鼓。例如，涡轮机叶片可以沿涡轮机械的转子以级布置。涡轮机械还可以包括多个密封件，以减少或阻断涡轮机的各个部件之间的流(例如，工作流体流)泄漏。例如，涡轮机械可以包括一个或多个端面密封件(face seal)，该一个或多个端面密封件被构造成减少或阻断涡轮机械的轴(例如，旋转轴)与壳体之间的流泄漏。遗憾的是，传统的端面密封件可能难以组装并且/或者易于受到可能造成早于预期的磨损或性能退化(degradat1n)的巨大的端面变形的影响。
【发明内容】
[0005]在一个实施例中，一种系统包括蒸汽涡轮机以及该蒸汽涡轮机的端面密封件。该端面密封件包括联接到蒸汽涡轮机的转子的转子环和联接到蒸汽涡轮机的静止壳体的定子环(stator ring)，其中定子环包括多个垫，该多个垫被构造成从定子环的密封端面延伸并且与转子环相接合。
[0006]其中，所述多个垫中的每一个都被布置在形成于所述定子环的密封端面中的相应的凹入部中。
[0007]其中，所述多个垫中的每一个都通过至少一个相应的弹簧朝向所述转子环偏置(biased)，所述至少一个相应的弹簧从所述相应的凹入部延伸至相应的垫。
[0008]其中，所述多个垫中的每一个的至少一个弹簧联接到所述相应的垫的中心。
[0009]其中，所述多个垫中的每一个都围绕所述转子环的圆周大致等距地间隔开。
[0010]在另一个实施例中，一种涡轮机包括转子、围绕转子布置的静止壳体、以及围绕转子布置的端面密封件。该端面密封件包括联接到转子的转子环和联接到静止壳体的定子环，其中定子环包括多个液动力垫(hydrodynamic pad)，该多个液动力垫从定子环的密封端面延伸至转子环。
[0011]其中，所述定子环包括联接到所述静止壳体的支持部分，并且所述定子环被构造成与所述转子环液动力地相接合。
[0012]其中，所述定子环通过弹簧朝向所述转子环偏置，所述弹簧在所述支持部分与所述定子环之间延伸。
[0013]其中，所述多个液动力垫中的每一个都被布置在形成于所述定子环中的相应的凹部中。
[0014]其中，所述多个液动力垫中的每一个都通过相应的垫弹簧朝向所述转子环偏置，所述相应的垫弹簧被布置在所述相应的凹部与所述相应的垫之间。
[0015]其中，所述多个液动力垫中的每一个都通过四个相应的垫弹簧朝向所述转子环偏置，所述四个相应的垫弹簧被布置在所述相应的凹部与所述相应的垫之间，其中所述四个相应的垫弹簧中的每一个都被布置在所述相应的垫的拐角处。
[0016]其中，所述液动力垫中的每一个都包括至少一个液动力表面处理部或微米级长度轮廓。
[0017]其中，所述多个液动力垫围绕所述定子环的圆周大致等距地间隔开。
[0018]其中，所述多个液动力垫沿所述定子环等距地大致径向定位。
[0019]在另一个实施例中，一种系统包括定子环，该定子环被构造成围绕涡轮机的转子布置，其中定子环包括多个液动力垫，该多个液动力垫从定子环的密封端面延伸，其中该多个液动力垫中的每一个都被构造成与转子环液动力地相接合。
[0020]其中，所述多个液动力垫中的每一个都被布置在形成于所述定子环中的相应的凹入部中。
[0021 ] 其中，所述液动力垫中的每一个都通过至少一个相应的垫弹簧朝向所述转子环偏置，所述至少一个相应的垫弹簧在所述相应的凹入部与相应的液动力垫之间延伸。
[0022]其中，所述多个液动力垫中的每一个都包括至少一个液动力表面轮廓或处理部。
[0023]其中，所述至少一个液动力表面轮廓或处理部包括Y形凹槽或螺旋凹槽。
[0024]其中，所述至少一个相应的垫弹簧包括螺旋弹簧或波纹管弹簧。
【附图说明】
[0025]当参照附图阅读下文的详细描述时，本发明的这些和其它的特征、方面、以及优点将变得更好理解，在附图中，相似的附图标记在全部附图中代表相似部件，其中:
[0026]图1是联合循环发电系统的实施例的示意图，该联合循环发电系统内具有燃气涡轮机系统、蒸汽涡轮机、和余热蒸汽发生(HRSG)系统:
[0027]图2是蒸汽涡轮机的实施例的局部横截面图，其中示出了该蒸汽涡轮机的端面密封件；
[0028]图3是涡轮机械的局部横截面图，其中示出了该涡轮机械的端面密封件的实施例；
[0029]图4是端面密封件的初级密封环的实施例的透视图，其中示出了该初级密封环的开口环构造；
[0030]图5是涡轮机械的局部横截面图，其中示出了该涡轮机械的端面密封件的实施例；
[0031]图6是端面密封件的初级密封环的实施例的透视图，其中示出了该初级密封环的局部柔性1?、封塾；
[0032]图7是端面密封件的初级密封环的实施例的透视图，其中示出了该初级密封环的局部柔性1?、封塾；
[0033]图8是端面密封件的初级密封环的实施例的透视图，其中示出了该初级密封环的局部柔性1?、封塾；
[0034]图9是端面密封件的初级密封环的实施例的局部透视图，其中示出了偏置该初级密封环的局部柔性密封垫的弹簧；
[0035]图10是端面密封件的初级密封环的实施例的透视图，其中示出了该初级密封环的局部柔性密封垫的布置；
[0036]图11是端面密封件的初级密封环的实施例的透视图，其中示出了该初级密封环的局部柔性密封垫的布置；
[0037]图12是端面密封件的初级密封环的实施例的透视图，其中示出了该初级密封环的表面特征；以及
[0038]图13是端面密封件的初级密封环的实施例的透视图，其中示出了该初级密封环的表面特征。
【具体实施方式】
[0039]本发明的实施例涉及改进的端面密封件，所述端面密封件具有被构造成减少跨过该端面密封件的泄漏并且改进该端面密封件的性能和寿命的特征。如将领会的，端面密封件可以包括主环(例如，静止环)，该主环(primary ring)与配合环(例如，旋转环)形成密封关系或界面。例如，主环和配合环可以被构造成减少或阻断跨过端面密封件的工作流体的泄漏。在某些实施例中，主环可以具有带有轴承元件的分开构造，例如滚动界面。更具体地，主环可以包括配合地形成主环的两个或多个节段，并且主环可以包括位于该两个或多个节段之间的一个或多个滚动界面(例如，轴承元件)。例如，一个或多个销或者其它的圆形元件可以在该两个或多个节段彼此抵靠时被布置在该两个或多个节段之间。以下文所描述的方式，位于两个或多个节段之间的轴承元件(例如，滚动界面)使得主环的该两个或多个节段之间能够低摩擦地相对移动(例如，轴向移动)。通过该方式，主环的节段中的每一个都可以实现其自身相对于端面密封件的配合(例如，旋转)环的液动力平衡。此外，主环的滚动界面可以被构造成从主环的节段中的每一个吸收或支承径向压力或负载。
[0040]在某些实施例中，端面密封件的主环可以包括局部柔性液动力垫(complianthydrodynamic pads)，所述局部柔性液动力垫被构造成与配合环相接合。即，主环的局部柔性液动力垫中的每一个都可以被构造成与配合环形成单独的密封关系。具体而言，液动力垫中的每一个都可以朝向配合环单个偏置(例如，通过联接到主环的弹簧)。通过该方式，液动力垫中的每一个都能够单个地与配合环的动态变化取向相符，由此改进主环与配合环之间的整体密封界面和泄漏阻断。此外，液动力垫可以保证分段的主环以更均匀的方式朝向配合环关闭，以避免主环与配合环之间的翘起(cocking)或部分接触。此外，如下文详细描述的，液动力垫中的每一个都可以阻断主