專(zhuān)利名稱(chēng)：在渦輪轉(zhuǎn)子和靜止部件之間的可磨耗密封件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪靜止部件之間的密封件，特別涉及一種具有在該靜止部件上在與該轉(zhuǎn)子上的徑向齒對(duì)置的嵌入齒之間的可磨耗的涂層的密封件。
背景技術(shù)：
在渦輪特別是蒸汽渦輪中，轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間的密封件是蒸汽渦輪性能的關(guān)鍵部件?？梢岳斫?，蒸汽泄漏路徑數(shù)目越多和尺寸越大，蒸汽渦輪的效率損失也越大。已提出許多各種類(lèi)型的密封裝置并用于渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間的密封。例如，高低迷宮式密封齒常用于蒸汽渦輪的各級(jí)之間和軸端部的密封。齒和對(duì)置的渦輪部件之間的余隙通常足夠地大，以避免轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間的任何接觸。但是，緊密的余隙導(dǎo)致例如在渦輪過(guò)渡運(yùn)轉(zhuǎn)期間的接觸和摩擦。當(dāng)然，摩擦導(dǎo)致對(duì)齒的嚴(yán)重?fù)p傷，例如導(dǎo)致大大減小密封能力。另一方面，大的余隙導(dǎo)致大量有害的泄漏路徑，這轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)又影響渦輪效率。因此，通常這樣設(shè)置冷余隙，使得轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間特別是密封齒和對(duì)置的部件之間不會(huì)接觸。因而，產(chǎn)生了這樣一種在渦輪的可轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間的密封件的需求，它能盡可能減小或消除上述問(wèn)題并獲得一種余隙減小而密封效率提高的高效密封件。
發(fā)明概述在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中提供一種渦輪，該渦輪包括一個(gè)轉(zhuǎn)子，一個(gè)靜止的部件；一個(gè)在轉(zhuǎn)子和靜止部件之間的端部軸密封件；該密封件包含(i)由轉(zhuǎn)子在沿其軸向間隔位置處支承的并大體上自其徑向向外凸出的多個(gè)齒和(ii)由靜止部件其軸向間隔位置處支承的并大體上自其徑向向內(nèi)凸出的多個(gè)齒；由轉(zhuǎn)子支承的齒和由靜止部件支承的齒是互相交叉的并沿軸向互相間隔地設(shè)置；以及在靜止部件上在與轉(zhuǎn)子上的齒成徑向?qū)χ玫奈恢锰幵陟o止部件的齒之間有一種可磨損的涂層。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，一種渦輪包括一個(gè)轉(zhuǎn)子；一個(gè)靜止部件；一種在轉(zhuǎn)子和靜止部件之間的密封件；該密封件包含(i)由轉(zhuǎn)子在沿其軸向間隔位置處支承的并大體上自其徑向向外凸出的多個(gè)齒和(ii)由機(jī)械地被固定在靜止部件上的金屬條在沿靜止部件的軸向間隔位置處形成的并大體上自其向轉(zhuǎn)子徑向向內(nèi)凸出的齒條；由轉(zhuǎn)子支承的齒和由靜止部件支承的齒條沿軸向互相間隔；以及在與轉(zhuǎn)子上的齒成徑向?qū)χ玫奈恢锰幵邶X條之間在靜止部件上有一種可磨耗的涂層。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是分解的截面圖，例示按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的一種在渦輪轉(zhuǎn)子和靜止部件之間的密封件；圖2是例示該密封件的分解的放大截面圖；圖3是一個(gè)放大圖，例示在轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件兩者上的可磨耗的涂層；以及圖4是類(lèi)似于圖1的視圖，例示在靜止部件的一個(gè)彈簧背襯的區(qū)段和渦輪轉(zhuǎn)子之間的密封件。
優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明現(xiàn)在參照附圖，特別是圖1，圖中例示渦輪的靜止部件12和渦輪轉(zhuǎn)子14之間的密封件，總的用10表示。雖然密封件10例示為靜止部件和轉(zhuǎn)動(dòng)部件之間的端部軸密封件的一部分，但可以理解，該密封件可用于渦輪中靜止部件和轉(zhuǎn)動(dòng)部件之間的其它位置處。如圖所示，轉(zhuǎn)子14設(shè)有多個(gè)沿軸向間隔安置的齒16。齒16可以包括在轉(zhuǎn)子上機(jī)加工的嵌入的密封條或齒。靜止部件12上的密封齒18也可以包括沿軸向間隔安置的嵌入的齒。嵌入的齒是指條狀密封件，它們機(jī)械地被連接在相關(guān)的密封部件上并被設(shè)置在該相關(guān)的密封部件的槽中。例如，該嵌入的密封齒可以包括圖2中所示的扁平條狀密封件18，或設(shè)置在一個(gè)密封部件的槽20中的L形或J形構(gòu)型的條狀密封件。密封件的金屬本質(zhì)上可以變形而完成該密封件和密封件安裝部件之間的機(jī)械連接?；蛘呤牵梢詫⒁粋€(gè)附加的止動(dòng)器如一個(gè)O形金屬環(huán)在槽中變形而對(duì)著該密封條支承，從而將該密封條機(jī)械地固定在槽中。這種類(lèi)型的嵌入的密封條是普通的，并已用于渦輪的其它密封位置中。
如圖2中所示，靜止的部件12上的嵌入的密封齒18斷開(kāi)沿靜止部件12的表面涂敷的可磨耗的涂層22，涂層22與轉(zhuǎn)子14的表面及由其支承的齒16對(duì)置。因此，除了存在嵌入的齒的部位外，可磨耗的涂層22暴露于靜止部件12的表面上。利用靜止部件上的可磨耗的涂層22，可以將冷渦機(jī)的余隙調(diào)置得更緊密，從而能使轉(zhuǎn)動(dòng)部件14上的齒16與可磨耗的涂層22接觸而在涂層中切削出一個(gè)槽，且不會(huì)損傷轉(zhuǎn)動(dòng)的齒。相反，靜止部件12上的嵌入的齒18和轉(zhuǎn)子表面之間的余隙被調(diào)置到一個(gè)更大的范圍，從而避免了齒18和轉(zhuǎn)子14之間的接觸以及磨壞齒的可能性。
也可以理解，利用至少靜止部件12上或靜止部件12和轉(zhuǎn)動(dòng)部件14兩者上的嵌入的齒的配置，這些條狀密封件提供在像一種傳統(tǒng)的迷宮式密封齒設(shè)計(jì)中那樣的同一軸向范圍中的更加等效的齒。這一點(diǎn)成為可能是因?yàn)榕c傳統(tǒng)的迷宮式密封齒的寬度相比減小了寬度，也即減小了至少靜止部件上的或靜止部件和轉(zhuǎn)動(dòng)部件兩者上的條狀密封件的軸向長(zhǎng)度。
該可磨耗的涂層構(gòu)成一個(gè)犧牲涂層，該涂層被轉(zhuǎn)動(dòng)部件上的密封齒切削而不會(huì)損傷轉(zhuǎn)動(dòng)部件14的齒16。該可磨耗的材料可以是此處共同受讓人的美國(guó)專(zhuān)利No.6,547,522中公開(kāi)的類(lèi)型，其公開(kāi)內(nèi)容參考合并于此。比如該可磨耗的材料可以包括一種有一第一成分和一第二成分的組成物，該第一成分包括鋁、鈷、鎳、鉻、釔，而該第二成分選自由六角氮化硼和一聚合物組成的一組材料。任何一種在美國(guó)專(zhuān)利No.6,547,522中公開(kāi)的其它可磨耗材料同樣可以用于本發(fā)明?？赡ズ牡耐繉?2熱噴涂在靜止部件上。也可以利用其它類(lèi)型的可磨耗的密封系統(tǒng)，如金屬纖維和蜂窩狀結(jié)構(gòu)。金屬纖維和蜂窩狀結(jié)構(gòu)兩者用釬焊工藝涂敷。
也如圖2中所示，可以理解，轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件的齒16和18分別互相叉指狀交叉。雖然這種配置是優(yōu)選的，但密封齒可以不需交叉，而任何一個(gè)或更多個(gè)密封齒16或18均可安置在任何相鄰的一對(duì)對(duì)置的密封齒之間。
在圖3中，密封齒的類(lèi)型和配置與圖2中相同。但是，在圖3中，與涂層22相同或相似的可磨耗的涂層24也涂敷在轉(zhuǎn)動(dòng)部件14上。因此，靜止部件的條狀密封齒18與可磨損的涂層24對(duì)置。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，圖中示出轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間的上述密封件配置。但是，在圖4中，靜止部件上的齒18設(shè)置在多個(gè)沿周邊延伸的密封區(qū)段26上。密封區(qū)段26通常用彈簧支撐而向轉(zhuǎn)動(dòng)部件14偏壓這些區(qū)段。
雖然已經(jīng)聯(lián)系目前認(rèn)為是最實(shí)用和最優(yōu)選的實(shí)施例來(lái)描述了本發(fā)明，但可以理解，本發(fā)明并不限于該公開(kāi)的實(shí)施例，相反，本發(fā)明預(yù)期包括落入所附權(quán)利要求書(shū)的范圍和精神之內(nèi)的各種修改和等同配置。
權(quán)利要求
1.一種渦輪，包括一個(gè)轉(zhuǎn)子(14)；一個(gè)靜止部件(12)；一種在所述轉(zhuǎn)子和所述靜止部件之間的端部軸密封件(10)；所述密封件包含(i)由所述轉(zhuǎn)子在沿其軸向間隔位置處支承的并大體上自其徑向向外凸出的多個(gè)齒(16)和(ii)由所述靜止部件在其軸向間隔位置處支承的并大體上自其徑向向內(nèi)凸出的多個(gè)齒(18)；由所述轉(zhuǎn)子支承的所述齒(16)和由所述靜止部件支承的所述齒(18)是互相交叉的并沿軸向互相間隔的；以及在與該轉(zhuǎn)子上的齒成徑向?qū)χ玫奈恢锰幵谄潺X之間在所述靜止部件上的一種可磨耗涂層(22)。
2.一種按照權(quán)利要求1的渦輪，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子和所述靜止部件中的至少一個(gè)上的齒包括被機(jī)械固定在所述轉(zhuǎn)子和所述靜止部件中的所述一個(gè)上的金屬條。
3.一種按照權(quán)利要求2的渦輪，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子和所述靜止部件中的所述一個(gè)的齒(16，18)有一大體上L形的構(gòu)型，帶一個(gè)被埋置在所述轉(zhuǎn)子和所述靜止部件中的所述一個(gè)的槽內(nèi)的L形構(gòu)型的底部。
4.一種按照權(quán)利要求1的渦輪，其特征在于，所述靜止部件包含圍繞所述轉(zhuǎn)子的多個(gè)弧形密封區(qū)段，所述靜止部件的所述齒由所述密封區(qū)段支承，所述密封區(qū)段可移向和移離所述轉(zhuǎn)子。
5.一種按照權(quán)利要求的渦輪，其特征在于，在渦輪冷卻狀態(tài)下，所述轉(zhuǎn)子上的齒從所述轉(zhuǎn)子沿徑向凸出而與該可磨耗涂層進(jìn)入接觸。
6.一種按照權(quán)利要求1的渦輪，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子和所述靜止部件上的齒包含分別機(jī)械地被固定在所述轉(zhuǎn)子和所述靜止部件上的金屬條。
7.一種按照權(quán)利要求1的渦輪，其特征在于包含一種在與由該靜止部件支承的齒成徑向?qū)χ玫奈恢锰幵谄潺X之間在所述轉(zhuǎn)子上的可磨耗的涂層(24)。
8.一種渦輪，包括一個(gè)轉(zhuǎn)子(14)；一個(gè)靜止部件(12)；一種在所述轉(zhuǎn)子和所述靜止部件之間的密封件(10)；所述密封件包含(i)由所述轉(zhuǎn)子在沿其軸向間隔位置處支承的并大體上自其徑向向外凸出的多個(gè)齒(16)和(ii)由機(jī)械地被固定在所述靜止部件上的金屬條在沿靜止部件的軸向間隔位置處形成的并大體上自其向所述轉(zhuǎn)子徑向向內(nèi)凸出的多個(gè)齒(18)；由所述轉(zhuǎn)子支承的所述齒和由所述靜止部件支承的所述齒條是沿軸向互相間隔的；以及在與所述轉(zhuǎn)子上的齒成徑向?qū)χ玫奈恢锰幵谒鳊X條之間在所述靜止部件上的一種可磨耗涂層(22)。
9.一種按照權(quán)利要求8的渦輪，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子上的所述齒(16)和在所述靜止部件上的所述齒條(18)是互相交叉的。
10.一種按照權(quán)利要求8的渦輪，其特征在于，所述靜止部件上的所棕齒條有一大體上L形的構(gòu)型，帶一個(gè)被埋置在該靜止部件上的槽中的L形底部。
11.一種按照權(quán)利要求8的渦輪，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子上的齒包括機(jī)械地固定在所述轉(zhuǎn)子上的金屬條。
12.一種按照權(quán)利要求8的渦輪，其特征在于，在渦輪的冷卻狀態(tài)下所述轉(zhuǎn)子上的所述齒沿徑向向外凸出而與靜止部件上的可磨耗的涂層接觸。
13.一種按照權(quán)利要求8的渦輪，包括在所述轉(zhuǎn)子上的在其齒之間的在與由靜止部件支承的齒沿徑向?qū)χ玫奈恢锰幍囊粋€(gè)可磨耗的涂層(24)。
全文摘要
一種在渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)部件(14)和靜止部件(12)上的密封件，包括在該靜止部件的表面上的在沿軸向間隔安置的嵌入的密封條之間的一種可磨耗的涂層。該轉(zhuǎn)動(dòng)部件包括與靜止部件的齒(18)互相叉指狀交叉的多個(gè)沿軸向間隔安置的齒(16)，它們?cè)跍u輪的冷卻狀態(tài)下接合靜止部件上的可磨耗的涂層。該靜止部件上的齒具有較大的余隙，從而在瞬變狀態(tài)的情況下防止尖端壓扁。與傳統(tǒng)的曲折狀的密封齒相比，利用嵌入的齒，對(duì)于相同的軸向范圍可設(shè)置數(shù)目更多的密封齒。
文檔編號(hào)F01D11/08GK1847625SQ20061007352
公開(kāi)日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2006年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月12日
發(fā)明者B·A·庫(kù)圖爾, S·斯萬(wàn), M·W·科瓦爾奇克, F·D·C·里瓦斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司