專利名稱：密封組件內(nèi)體塊之間的“l(fā)”形對接間隙密封的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的說涉及旋轉(zhuǎn)機械，更具體地說是關(guān)于旋轉(zhuǎn)機械各元件之間的密封組件。在蒸汽渦輪一類的旋轉(zhuǎn)機械中，通常采用具有許多拱形體塊的密封組件，在兩個轉(zhuǎn)動元件之間和一個固定元件與一個轉(zhuǎn)動元件之間形成密封。一般拱形體塊處于各元件中一個的環(huán)形槽內(nèi)。每個拱形體塊還有一個與其它元件相對的密封面。密封作用是通過在拱形體塊密封面和相對元件之間形成比較小的間隙來實現(xiàn)。
背景技術(shù)：
在旋轉(zhuǎn)機械運行過程中，特別是啟動、關(guān)停或瞬時運轉(zhuǎn)中，各元件承受不同的熱膨脹率，這又因元件的膨脹和收縮而影響拱形體塊之間的空間。如能使各拱形體塊間的泄漏最小，則可讓各元件之間形成有效的密封。使各拱形體塊間的泄漏最小還能顯著地改善旋轉(zhuǎn)機械的性能和效率。
因而有必要提供一種在旋轉(zhuǎn)機械運行的所有階段都具有增強密封能力的密封組件。

發(fā)明內(nèi)容
這里介紹的旋轉(zhuǎn)機械密封組件具有許多拱形體塊和至少一個密封，這些拱形體塊排列在一個環(huán)內(nèi)并且是對頭連接，每個拱形體塊具有一個徑向最外的表面和一個沿流動方向的(順流)面。該至少一個密封的安置可以使通過對頭連接的泄漏最小。該至少一個密封具有一個第一部分，其結(jié)構(gòu)可使徑向最外表面處的泄漏最小，和一個第二部分，其結(jié)構(gòu)可使順流面處的泄漏最小。
這里要進(jìn)一步介紹的旋轉(zhuǎn)機械具有第一元件，密封組件，第二元件和至少一個密封。第一元件有一個環(huán)形槽。密封組件有許多拱形體塊且處在該環(huán)形槽內(nèi)。第二元件的位置鄰近拱形密封體塊。該至少一個密封處在各體塊之間，使得此至少一個密封的第一部分具有與各體塊徑向最外表面互補的表面。


參考下面的附圖，其中相似的元件用類似的數(shù)字表示圖1是旋轉(zhuǎn)機械一部分的剖視圖；圖2是密封組件一例的透視圖；圖3是圖2的密封組件的局部平面圖；圖4是一密封例的透視圖；圖5是圖2的密封組件的放大前平面圖；圖6是圖2的密封組件在最大對接間隙寬度處的剖面；圖7是圖2的密封組件在最小對接間隙寬度處的剖面。
具體實施例方式
參照圖1，這是蒸氣渦輪等旋轉(zhuǎn)機械一部分的剖面圖，以數(shù)字10標(biāo)示，它具有第一固定元件12和第二固定元件14。為盡量減少第一固定元件12和第二固定元件14之間的泄漏，在元件和元件(例如第一固定元件12和第二固定元件14)的交界面處提供了密封組件16，該交界面將高壓力和低壓力區(qū)18、20隔開。該密封組件16形成一個拱形體塊22的環(huán)形排列(進(jìn)一步顯示在圖2中)。每個密封體塊22還有帶伸出的徑向齒26的密封面24，用作從高壓區(qū)18流向低壓區(qū)20的流體媒質(zhì)(如蒸氣)的局部屏障。應(yīng)指出，雖然圖2顯示的是8個拱形體塊22，但在密封組件內(nèi)的拱形體塊22數(shù)目可以改變，根據(jù)運行的考慮可以更多或更少。
體塊22的徑向外部包括體塊定位法蘭28，它們從體塊22沿彼此相背的軸線方向伸展。伸展在體塊密封面24和體塊定位法蘭28之間的是軸向變小的頸部30。體塊22處在“T”形斷面的環(huán)形槽32內(nèi)，后者處在第一固定元件12里面。環(huán)形槽32被一對固定元件定位法蘭34沿第一固定元件12徑向最里面的部分限定著，而法蘭沿軸向朝對方伸展，在其間界定槽36。體塊22的位置使得它的軸向變小的頸部30可配置在固定元件槽36內(nèi)。
依據(jù)本發(fā)明的密封組件16結(jié)構(gòu)，對處于旋轉(zhuǎn)機械10內(nèi)的很多種部件和元件都有用。雖然下面的討論是針對處在兩固定元件之間，例如兩個渦輪殼之間的密封組件，但應(yīng)清楚，本發(fā)明的密封組件16也可以處在固定元件和轉(zhuǎn)動元件之間，例如渦輪隔片和軸之間。
許多“L”形密封(在圖3和4顯示得最清楚，下面稱為”L”密封38)是處于拱形體塊22端部之間的一些對接間隙40內(nèi)(在圖2-3和5-7中表示得最清楚)。體塊22的每一端具有徑向槽42，其結(jié)構(gòu)可接納一半“L”密封。此”L”密封38有一個基本平行于密封組件16中心軸線的軸向部分44，和一個基本垂直于密封組件16中心軸線的徑向部分46。當(dāng)安裝好后，”L”密封38的位置使得軸向部分44與體塊22的徑向最外表面48相鄰，徑向部分46處于體塊22兩相鄰端之間的槽內(nèi)。雖然圖中所示軸向部分44比徑向部分46短，但這些長度可根據(jù)體塊22的幾何形狀和具體應(yīng)用考慮而改變。另外，雖然各圖及下面的討論把”L”密封38描繪成“L”形，其一端基本平行于密封組件的中心軸線，另一端基本垂直于密封組件的中心軸線，但也可以是其它具有與周圍體塊輪廓互補部分的形狀。此外還應(yīng)明白，雖然所顯示和描述的”L”密封38是自由地處于體塊22之間的徑向槽42內(nèi)，但每個”L”密封38可以交替地固定在此“L”密封一端處的相鄰體塊上，并在此“L”密封另一端的另一相鄰體塊的徑向槽內(nèi)自由運動。
“L”密封38還可包括一些能增強在對接間隙區(qū)密封本領(lǐng)的零件。例如，在一個實施例中，與”L”密封38相鄰的體塊齒26可以作成具有與”L”密封38徑向部分46平行的一個面。從圖1可看出，不與”L”密封38相鄰的體塊齒26的各面不與體塊密封平行。有了一個面與‘L’密封平行的體塊齒26，可以促進(jìn)沿”L”密封38徑向部分46和體塊22間交界面整個徑向長度的密封。特別是，有了一個面與‘L’密封平行的體塊齒26，可以通過盡可能減小”L”密封38和體塊齒26間的間隙，來幫助減小“L”密封與齒的交界面處(圖1表現(xiàn)得最清楚)密封附近的泄漏。此外，還應(yīng)明白，雖然圖1所示的體塊22具有3個齒26，但齒26的數(shù)目可以是任意的。
例如，在另一個實施例中，”L”密封32的軸向部分44可以作成與體塊22的徑向最外表面48具有互補表面50。所需互補表面50的形狀可以用機加工，成形或鑄造等方法實現(xiàn)?；パa表面50在”L”密封38和體塊22間造成一些配合表面，這樣通過使體塊22的最外表面48和”L”密封38互補表面50間的間隙最小，可以在對接間隙40的區(qū)域(在圖5看得最清楚)提供額外的密封本領(lǐng)。此外，”L”密封38可以用與相鄰體塊22相同的材料來加工。由于體塊22和”L”密封38采用同一種材料，在各配合部件間的熱膨脹差別最小，故對接間隙區(qū)的密封本領(lǐng)最大。由于材料相同或具有類似的熱膨脹率，”L”密封38的熱膨脹率和體塊22一樣，因而有利于”L”密封38的良好對準(zhǔn)。體塊22和”L”密封38共用的材料可以是金屬合金，如碳鋼、低碳鋼、1-1/4Cr-1/2Mo合金鋼、和2-1/4Cr-1Mo合金鋼等。
再比如在另一個實施例中，徑向部分46的最里面的徑向表面52的輪廓邊緣可以與體塊22的最內(nèi)半徑54匹配。這種最里面的徑向表面52提供”L”密封38的良好對準(zhǔn)，并將密封組件處的泄漏限制在第二固定元件交界面處(圖5表示得最清楚)。特別是最里面的徑向表面52將密封組件16處的泄漏限制在對接間隙區(qū)的第二固定元件14的交界面處，因為相鄰體塊22的齒26之間有間隙。
另外，單個”L”密封38的尺寸可以是標(biāo)準(zhǔn)形式的，同時允許象互補表面50的直徑和總寬度等尺寸按具體部件結(jié)構(gòu)而定，以使”L”密封38正確取向和有效密封。
在旋轉(zhuǎn)機械10運轉(zhuǎn)過程中，從較高壓力區(qū)來的流體媒質(zhì)(如蒸氣)在“L”密封的徑向部分上產(chǎn)生壓力，如圖1中箭頭56所示。這個壓力的出現(xiàn)迫使“L”密封接觸體塊22，其中軸向部分44與體塊22的徑向最外表面48相接觸，而徑向部分46與體塊22的第一順流面58(它位于徑向槽42內(nèi))接觸，并在對接間隙區(qū)形成密封。在運行的極端狀態(tài)，如啟動/關(guān)?；蛩查g運行過程中，由于各元件的熱膨脹率不同，在各體塊22間的對接間隙40可以在最大對接間隙寬度(如圖6中所示)與最小對接間隙寬度(此時各體塊22彼此很接近或相接觸，如圖7所示)之間變化?！盠”密封38和徑向槽42的尺寸可以讓”L”密封38在旋轉(zhuǎn)機械10的整個運行范圍內(nèi)維持良好對準(zhǔn)。
采用本發(fā)明的密封組件16結(jié)構(gòu)可以使旋轉(zhuǎn)機械10的性能明顯提高?！癓”密封結(jié)構(gòu)使泄漏性能得以改善，從而增加旋轉(zhuǎn)機械10的總效率。
雖然本發(fā)明是參考優(yōu)選實施例來說明的，但本專業(yè)技術(shù)人員清楚，可以作各種各樣的更改，而且可以用等效物替代其中的元件，這仍然屬于本發(fā)明的范疇。另外，可以作很多修改以使特定的情況和材料適合本發(fā)明的宗旨而不背離其基本范圍。因此，本發(fā)明并不限于作為實施本發(fā)明的最佳模式的特定實施例，而將包括屬于權(quán)利要求書范圍的所有實施例。
部件列表蒸氣渦輪………………………………………………………10第一固定元件…………………………………………………12第二固定元件…………………………………………………14密封組件………………………………………………………16高壓力區(qū)………………………………………………………18低壓力區(qū)………………………………………………………20拱形體塊………………………………………………………22密封面 ………………………………………………………24徑向齒…………………………………………………………26體塊定位法蘭…………………………………………………28沿軸向縮小的頸部……………………………………………30環(huán)形槽…………………………………………………………32元件定位法蘭…………………………………………………34槽………………………………………………………………36“L”形密封 …………………………………………………38對接間隙………………………………………………………40徑向槽…………………………………………………………42軸向部分………………………………………………………44徑向部分………………………………………………………46徑向最外表面…………………………………………………48互補表面………………………………………………………50最內(nèi)徑向表面…………………………………………………52最內(nèi)半徑………………………………………………………54箭頭……………………………………………………………56第一順流面……………………………………………………58。
權(quán)利要求
1.一種用于旋轉(zhuǎn)機械的密封組件(16)，包括許多拱形體塊，它們被排列在一個環(huán)內(nèi)并具有對頭連接，每個拱形體塊(22)有一個徑向最外表面(48)和一個順流面(58)；以及至少一個密封，其結(jié)構(gòu)可使通過對頭連接的泄漏最小，該至少一個密封具有第一部分(44)，其結(jié)構(gòu)使徑向最外表面(48)處的泄漏最小，和第二部分(46)，其結(jié)構(gòu)使順流面(58)處的泄漏最小。
2.如權(quán)利要求1的密封組件(16)，其中第一部分(44)基本平行于密封組件(16)的中心軸線。
3.如權(quán)利要求1的密封組件(16)，其中第二部分(44)基本垂直于密封組件(16)的中心軸線。
4.如權(quán)利要求1的密封組件(16)，其中拱形體塊(22)的每一端有一個徑向槽(42)。
5.如權(quán)利要求1的密封組件(16)，其中每個拱形體塊(22)還包括一個或幾個徑向齒(26)。
6.一種旋轉(zhuǎn)機械，包括具有環(huán)形槽(32)的第一元件(12)；密封組件(16)，它具有許多處于環(huán)形槽(32)內(nèi)的拱形體塊(22)；第二元件(14)，位于拱形密封體塊附近；及至少一個處在拱形體塊之間的密封，其中該至少一個密封的第一部分(44)具有與拱形體塊徑向最外表面(48)互補的表面。
7.如權(quán)利要求6的旋轉(zhuǎn)機械，其中拱形體塊(22)的每一端具有一個徑向槽(42)。
8.如權(quán)利要求7的旋轉(zhuǎn)機械，其中至少一個密封位于拱形體塊(22)的徑向槽(42)內(nèi)。
9.如權(quán)利要求6的密封組件(16)，其中第一部分(44)基本平行于密封組件(16)的中心軸線，第二部分(46)基本垂直于密封組件(16)的中心軸線。
10.如權(quán)利要求6的密封組件(16)，其中第一部分(44)基本垂直于第二部分(46)。
全文摘要
本發(fā)明介紹一種用于旋轉(zhuǎn)機械的密封(16)，它有許多拱形體塊(22)和至少一個密封。這些拱形體塊被排列在一個環(huán)內(nèi)并具有對頭連接，每個拱形體塊(22)有一個徑向最外表面(48)和一個順流面(58)。該至少一個密封安排成使通過對頭連接的泄漏最小。該至少一個密封具有第一部分(44)，其結(jié)構(gòu)使徑向最外表面(48)處的泄漏最小，和第二部分(46)，其結(jié)構(gòu)使順流面(58)處的泄漏最小。
文檔編號F01D11/00GK101093019SQ20071011220
公開日2007年12月26日 申請日期2007年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月21日
發(fā)明者G·L·迪安托尼奧 申請人:通用電氣公司