專利名稱:渦輪機密封的制作方法
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及例如渦輪機之類機械裝置的一固定件與一轉(zhuǎn)動件之間的氣流的密封裝置。
渦輪機上所使用的密封裝置公知有多種，例如汽封、軸封、迷宮式密封、汽密、隔膜封填和加壓封填。
圖1示出一典型汽封的剖面圖。在該圖中，多個密封條4伸向一轉(zhuǎn)子2。密封條4最好有三角形刀刃。密封條4與轉(zhuǎn)子2之間的間隙用距離CS表示。這些密封條4由一環(huán)6支撐。該環(huán)6裝在渦輪機的一固定部8上。一彈簧10把環(huán)6向里壓向轉(zhuǎn)子2，并使徑向膨脹的環(huán)可離開轉(zhuǎn)子。此類密封比方說設(shè)置在渦輪機殼體的供轉(zhuǎn)子穿出的一開口旁。工作時，這些密封條用來檔住大部分氣體，使它們無法經(jīng)渦輪機的轉(zhuǎn)子與環(huán)繞轉(zhuǎn)子的固定部之間的空間逸出。
在某些應(yīng)用場合，一般使用若干環(huán)6，每一環(huán)支撐若干密封條4。圖2為一渦輪機的一固定件8的剖面圖，其上裝有若干環(huán)6，每一環(huán)支撐若干密封條4。
圖3為一環(huán)繞一渦輪機的一轉(zhuǎn)子的一段密封的局部立體圖。該密封包括一填料頭26，該填料頭工作時裝在渦輪機的一固定件上而環(huán)繞渦輪機的一轉(zhuǎn)動件的一部分。若干環(huán)段28裝在填料頭的槽口29中。每一環(huán)段28支撐若干密封條段30。該段密封可與另一段密封配合，從而環(huán)繞并密封一渦輪機的一轉(zhuǎn)動件。
圖4示出可用于圖3所示填料頭中的若干環(huán)段28。每一環(huán)段支撐若干密封條段30。這些密封條段有一內(nèi)徑RSEAL。該內(nèi)徑選擇成與渦輪機的轉(zhuǎn)動件的一部分對應(yīng)，以便在環(huán)段與轉(zhuǎn)動件密封時形成所需間隙。
圖5示出一密封，該密封用于其表面有交替高部12和低部14的一轉(zhuǎn)動件2。密封條4選擇成其內(nèi)徑RSEAL使得密封條4與轉(zhuǎn)子2的對應(yīng)部分之間在每一密封條4的尖端處保持間隙CS。
US-A-4,979,755說明了迷宮式密封，該迷宮式密封具有減小汽輪機轉(zhuǎn)子周圍圓周向氣流的氣流檔壁。
汽封的有效性極大地依賴于在密封條與轉(zhuǎn)動件之間保持盡可能小的間隙。密封條與轉(zhuǎn)動件之間的接觸會磨損密封條，從而間隙增大、密封性降低。過渡工況最容易造成接觸，在過渡工況中，轉(zhuǎn)動件與密封的相對位置偏離正常位置。過渡工況常常發(fā)生在渦輪機的開機、停機、拋負荷或過速之時。過渡工況會使轉(zhuǎn)動件摩擦密封、磨損密封條并在轉(zhuǎn)動件表面上留下碎屑。因此要求防止轉(zhuǎn)動件與密封條發(fā)生接觸。
有用的背景信息還可見Sanders的“操作維修人員用渦輪機氣路工程”，1988年版；其內(nèi)容作為參考材料包括在本說明書中。
本發(fā)明概述本發(fā)明的第一方面在于用一與一密封的密封條配合的摩擦條防止密封條與一轉(zhuǎn)動件之間發(fā)生接觸，這些密封條與該轉(zhuǎn)動件形成一密封。該摩擦條包括一與該汽封的密封條同軸的條狀材料，它與該轉(zhuǎn)動件之間的間隙小于與之配合的密封條的最小間隙。在這種結(jié)構(gòu)中，當轉(zhuǎn)動件與密封的相對位置偏離正常位置時，該摩擦條首先與轉(zhuǎn)動件接觸。摩擦條的材料和橫截面形狀可根據(jù)所需磨損特性選擇。摩擦條可與密封環(huán)制成一體，也可插入密封環(huán)上相配插槽裝置中。
本發(fā)明的另一方面在于一用于一渦輪機的填料頭，其上裝有如上所述的摩擦條。該摩擦條位于一受該填料頭支撐的密封環(huán)上。該摩擦條可與一密封環(huán)制成一體，也可插入該密封環(huán)上的一槽口中。摩擦條的材料和橫截面形狀可根據(jù)所需磨損特性選擇。
本發(fā)明的另一方面在于一用于一密封的環(huán)段。該環(huán)段包括一個或多個密封條段和一個或多個摩擦條段?？捎枚鄠€這樣的環(huán)段構(gòu)成一密封環(huán)。這樣選擇摩擦條段，其內(nèi)徑使得該摩擦條段與一轉(zhuǎn)動件的對應(yīng)部分之間的間隙小于與之配合的密封條段與轉(zhuǎn)動件之間的最小間隙。
本發(fā)明的另一方面在于一特別適用于一汽封的一環(huán)段的摩擦條段。該摩擦條段選擇成其與一轉(zhuǎn)動件的對應(yīng)部分之間的間隙小于與之配合的密封條段與轉(zhuǎn)動件之間的最小間隙。
本發(fā)明的另一方面在于一包括多個密封條段的渦輪機密封的使用方法。確定這些密封條段與該渦輪機的一轉(zhuǎn)子之間的所需徑向間隙。然后取下該密封的一密封條段而代之以一摩擦條段。該摩擦條段的內(nèi)徑可使該摩擦條段與該轉(zhuǎn)子之間的間隙小于這些密封條段的所需徑向間隙。
下面詳述本發(fā)明的其他方面。
圖2為一包括多個密封環(huán)的現(xiàn)有汽封的剖面圖。
圖3示出其中裝有若干密封環(huán)的一現(xiàn)有填料頭的一部分。
圖4示出現(xiàn)有密封環(huán)段。
圖5為一環(huán)繞一轉(zhuǎn)動件的現(xiàn)有汽封的剖面圖。
圖6示出本發(fā)明摩擦條和密封條。
圖7為一環(huán)繞一轉(zhuǎn)動件的汽封的剖面圖，包括本發(fā)明摩擦條。
圖8為本發(fā)明一汽封的剖面圖，包括“高”位處的摩擦條。
圖9為本發(fā)明一汽封的剖面圖，包括“低”位處的摩擦條。
圖10示出本發(fā)明一環(huán)段，包括密封條段和摩擦條段。
圖11示出本發(fā)明一摩擦條段。
圖6和其他附圖的摩擦條16包括一長方形橫截面條狀部和一長方形橫截面底部20，這兩部分構(gòu)成一插入一相配槽口21中的T形橫截面。這種摩擦條可很容易地插入一環(huán)6中，然后該環(huán)的端部稍稍變形而使該摩擦條固定就位。這種摩擦條的大小最好形成間隙CA和CX，以便于摩擦條的插入和抽出。盡管就強度和便于插入和抽出而言，最好采取這種橫截面形狀，但也可使用其他形狀，此外，摩擦條也可與環(huán)6制成一體。
摩擦條的材料的選擇可按應(yīng)用場合的特殊要求而定。一般最好選擇在接觸時不會損壞轉(zhuǎn)動件的耐磨材料。這類材料的摩擦系數(shù)一般小于鋼的摩擦系數(shù)。這種材料舉例說有碳和鉻鋼。
圖7為本發(fā)明汽封第一實施例的剖面圖。一裝在一填料頭8上的環(huán)6支撐多個密封條4。該環(huán)6環(huán)繞一轉(zhuǎn)子之類的轉(zhuǎn)動件2。該環(huán)6的兩邊最好各有一摩擦條16。一彈簧10把環(huán)6壓向轉(zhuǎn)子2。摩擦條16與轉(zhuǎn)子2之間的間隙CR小于密封條與轉(zhuǎn)子之間的間隙CS。從該圖可看出，當轉(zhuǎn)動件2偏離其相對于摩擦條16和密封條4的正常位置時，轉(zhuǎn)動件接觸摩擦條16，從而把環(huán)6舉離轉(zhuǎn)子而不是接觸密封條4。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可看出，在一環(huán)中可使用不同數(shù)量的摩擦條；如使用單根摩擦條，該摩擦條最好位于彈簧正中。
圖8為本發(fā)明汽封另一實施例的剖面圖。一裝在一填料頭8上的環(huán)6支撐多個密封條4。該環(huán)6環(huán)繞一轉(zhuǎn)子之類的轉(zhuǎn)動件2，該轉(zhuǎn)動件上有一個或多個高部12以及一個或多個低部14。某些密封條4與轉(zhuǎn)子的高部對應(yīng)，另一些密封條4與轉(zhuǎn)子的低部對應(yīng)。兩摩擦條16在與轉(zhuǎn)子2的高部12對應(yīng)的位置上分列在環(huán)6的兩邊。一彈簧10把環(huán)6壓向轉(zhuǎn)子2。摩擦條16與轉(zhuǎn)子2之間的間隙CR小于密封條與轉(zhuǎn)子之間的間隙CS。從該圖可看出，當轉(zhuǎn)動件2偏離其相對于摩擦條16和密封條4的正常位置時，轉(zhuǎn)動件接觸摩擦條16，從而把環(huán)6舉離轉(zhuǎn)子而不是接觸密封條4。圖9示出另一實施例，在該實施例中，摩擦條16與轉(zhuǎn)子2的低部對應(yīng)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可看出，只要使用與轉(zhuǎn)動件之間有合適間隙的摩擦條，本發(fā)明可用于任何類型的轉(zhuǎn)動件。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從上述各實施例顯然可看出，所示環(huán)6可由圖4所示環(huán)段28構(gòu)成。圖10示出一環(huán)段28，該環(huán)段包括一支撐若干密封條段30和兩摩擦條段32的底部29。這些摩擦條段32和密封條段30的內(nèi)徑RRUB和RSEAL形成與一轉(zhuǎn)動件(未示出)的對應(yīng)部分之間的所需間隙。摩擦條段32的內(nèi)徑選擇成形成一小于密封條段30的最小間隙的間隙。環(huán)段28可包括一彈簧(未示出)，該彈簧在裝在一渦輪機的一固定件上時沿徑向向里偏置該環(huán)段。摩擦條段可與環(huán)段制成一體，也可支撐在一供摩擦條段的底部插入的槽口中。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯然可看出，圖10的環(huán)段28、密封條30和摩擦條32也可用于其他類型的轉(zhuǎn)動件，例如圖8和9所示汽封。此時須確定轉(zhuǎn)動件在與一摩擦條段或密封條段對應(yīng)處的半徑，然后按照本發(fā)明選擇其內(nèi)徑，可形成合適間隙的相應(yīng)摩擦條段和密封條段。
圖11示出可用于圖10環(huán)段的摩擦條段32，該環(huán)段有一供摩擦條段32插入的槽口。該摩擦條段32包括一條狀部18和一底部20。該條狀部18有一內(nèi)徑RRUB，該內(nèi)徑須選擇成與轉(zhuǎn)動件的一部分對應(yīng)，從而形成所需間隙。
盡管上面結(jié)合實施例說明了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯然可看出，在權(quán)利要求
限定的范圍內(nèi)可對這些實施例作出種種修正和替代。
權(quán)利要求
1.一用于渦輪機的一外部固定件和一內(nèi)部轉(zhuǎn)動件之間的密封，包括環(huán)裝置(6)，該環(huán)裝置可由所述渦輪機的所述外部固定件(8)支撐，用來環(huán)繞所述渦輪機的所述內(nèi)部轉(zhuǎn)動件(2)，至少一環(huán)形密封條(4)，該密封條受所述環(huán)裝置(6)的支撐并從所述環(huán)裝置(6)伸向所述轉(zhuǎn)動件(2)的一外表面，其特征在于一環(huán)形摩擦條(16)，該摩擦條受所述環(huán)裝置(6)的支撐并從所述環(huán)裝置(6)伸向所述轉(zhuǎn)動件(2)的所述外表面，所述摩擦條(16)與所述轉(zhuǎn)動件(2)的所述外表面之間的間隙CR小于所述至少一密封條(4)與所述轉(zhuǎn)動件(2)的所述外表面之間的最小間隙CS。
2.按權(quán)利要求
1所述的密封，其特征在于，所述密封條(4)和所述摩擦條(16)從所述環(huán)裝置(6)沿徑向向里伸向所述轉(zhuǎn)動件(2)的所述外表面。
3.按權(quán)利要求
1所述的密封，其特征在于，所述環(huán)裝置(6)由多個環(huán)段(28)構(gòu)成，每一個所述環(huán)段(28)支撐著包括所述至少一密封條(4)的一段的至少一個密封條段(30)和包括所述摩擦條(16)的一段的一摩擦條段(32)。
4.按權(quán)利要求
1所述的密封，其特征在于，所述摩擦條(16)用摩擦系數(shù)小于鋼的材料制成。
5.按權(quán)利要求
4所述的密封，其特征在于，所述材料為碳。
6.按權(quán)利要求
4所述的密封，其特征在于，所述材料為鉻鋼。
7.按權(quán)利要求
1所述的密封，其特征在于，所述摩擦條(16)的橫截面呈長方形。
8.按權(quán)利要求
1所述的密封，其特征在于，進一步包括一把所述環(huán)裝置(6)壓向所述轉(zhuǎn)動件(2)的彈簧裝置(10)，其中，所述摩擦條(16)位于所述彈簧裝置(10)的正中。
9.按權(quán)利要求
2所述的密封，其特征在于，所述至少一個密封條(4)包括多個沿徑向向里伸向所述外表面的密封條，所述摩擦條(16)與所述外表面之間的徑向間隙CR小于所述多個密封條(4)與所述外表面之間的最小徑向間隙CS。
10.按權(quán)利要求
1所述的密封，其特征在于，包括兩個分列在所述環(huán)裝置(6)兩邊的摩擦條(16)。
11.按權(quán)利要求
10所述的密封，其特征在于，所述至少一密封條(4)包括多個沿徑向向里伸向所述外表面的密封條；所述兩摩擦條(16)與所述外表面之間的徑向間隙CR小于所述多個密封條(4)與所述外表面之間的最小徑向間隙CS。
12.按權(quán)利要求
1所述的密封，其特征在于，所述摩擦條(16)沿軸向與所述至少一個密封條(4)中的每一個分開。
13.一在一渦輪機的一轉(zhuǎn)子(2)周圍形成一密封的軸端填料，包括填料頭裝置(26)，該填料頭裝置環(huán)繞所述轉(zhuǎn)子(2)，包括供一個或多個環(huán)段(28)插入的插槽裝置，以及裝在所述填料頭裝置(26)上的多個環(huán)段(28)，每一個所述環(huán)段(28)包括沿徑向向里伸向所述轉(zhuǎn)子(2)的一外表面的至少一個密封條段(30)，其特征在于沿徑向向里伸向所述轉(zhuǎn)子(2)的所述外表面的一摩擦條段(32)，所述摩擦條段(32)與所述外表面之間的徑向間隙CR小于所述至少一密封條段與所述外表面之間的最小徑向間隙CS。
14.按權(quán)利要求
13所述的填料，其特征在于，每一環(huán)段(28)還包括沿徑向向里偏置所述環(huán)段(28)的彈簧裝置(10)。
15.按權(quán)利要求
13所述的填料，其特征在于，所述摩擦條段(32)用摩擦系數(shù)小于鋼的材料制成。
16.按權(quán)利要求
15所述的填料，其特征在于，所述材料為碳。
17.按權(quán)利要求
15所述的填料，其特征在于，所述材料為鉻鋼。
18.按權(quán)利要求
13所述的填料，其特征在于，所述摩擦條段(32)包括一底部(20)和一條狀部(18)，所述條狀部(18)的橫截面呈長方形。
19.按權(quán)利要求
14所述的填料，其特征在于，所述環(huán)段(28)包括一位于所述彈簧裝置(10)正中的摩擦條段(32)。
20.按權(quán)利要求
19所述的填料，其特征在于，所述環(huán)段(28)包括多個沿徑向向里伸向所述外表面的密封條段(30)；所述摩擦條段(32)與所述外表面之間的徑向間隙CR小于所述多個密封條段(30)與所述外表面之間的最小徑向間隙CS。
21.按權(quán)利要求
13所述的填料，其特征在于，所述環(huán)段(28)包括兩個分列在所述環(huán)段(28)兩邊的摩擦條段(32)。
22.按權(quán)利要求
21所述的填料，其特征在于，所述環(huán)段(28)包括多個沿徑向向里伸向所述外表面的密封條段(30)；所述摩擦條段(32)與所述外表面之間的徑向間隙CR小于所述多個密封條段(30)與所述外表面之間的最小徑向間隙CS。
23.按權(quán)利要求
13所述的填料，其特征在于，所述摩擦條段(32)沿軸向與所述至少一個密封條段(30)中的每一個分開。
24.一用于一軸端填料的環(huán)段(28)，該軸端填料在一渦輪機的一轉(zhuǎn)子(2)周圍形成一密封，所述轉(zhuǎn)動件(2)有一外表面，所述填料環(huán)段(28)包括一底部(29)，N個密封條段(30)，所述密封條段(30)與所述底部(29)一起伸展并從所述底部(29)沿徑向向里伸展，每一密封條段(30)有一內(nèi)徑RNseal，每一密封條段(30)與所述轉(zhuǎn)動件(2)的N個部分之一對應(yīng)，所述轉(zhuǎn)動件(2)的每一個所述部分有一外徑RNrotor，其特征在于一與所述底部(29)一起伸展并從所述底部(29)沿徑向向里伸展的摩擦條段(32)，該摩擦條段有一內(nèi)徑RRUB，所述摩擦條段(32)與所述轉(zhuǎn)動件的外徑為RROTOR的一部分對應(yīng)，所述摩擦條段(32)的內(nèi)表面與所述轉(zhuǎn)動件(2)的對應(yīng)部分的外表面之間的徑向間隙小于所述N個密封條段的內(nèi)表面與所述轉(zhuǎn)動件(2)的外表面之間的最小徑向間隙。
25.按權(quán)利要求
24所述的環(huán)段(28)，其特征在于，進一步包括裝在所述環(huán)段(28)上的偏置裝置(10)。
26.按權(quán)利要求
24所述的環(huán)段(28)，其特征在于，所述摩擦條段(32)用摩擦系數(shù)小于鋼的材料制成。
27.按權(quán)利要求
26所述的環(huán)段(28)，其特征在于，所述材料為碳。
28.按權(quán)利要求
26所述的環(huán)段(28)，其特征在于，所述材料為鉻鋼。
29.按權(quán)利要求
24所述的環(huán)段(28)，其特征在于，所述摩擦條段(32)包括一底部(20)和一條狀部(18)，所述條狀部(18)的橫截面呈長方形。
30.按權(quán)利要求
25所述的環(huán)段(28)，其特征在于，所述環(huán)段(28)包括一位于所述偏置裝置(10)正中的摩擦條段(32)。
31.按權(quán)利要求
24所述的環(huán)段(28)，其特征在于，所述環(huán)段(28)包括M個摩擦條段(32)，每一所述摩擦條段(32)與所述底部(29)一起伸展并從所述底部(29)沿徑向向里伸展，所述M個摩擦條段(32)中的每一個相應(yīng)有一內(nèi)徑RMrub，所述摩擦條段(32)中的每一個與所述轉(zhuǎn)子(2)的M個部分之一對應(yīng)，所述轉(zhuǎn)子(2)的每一個所述M個部分有一外徑RMrotor，每一所述M個摩擦條段的內(nèi)表面與所述轉(zhuǎn)子(2)的對應(yīng)部分的外表面之間的徑向間隙小于所述N個密封條段(30)的內(nèi)表面與所述轉(zhuǎn)子(2)的外表面之間的最小徑向間隙。
32.按權(quán)利要求
24所述的環(huán)段(28)，其特征在于，所述摩擦條段(32)沿軸向與所述N個密封條段(30)中的每一個分開。
33.一渦輪機的一密封的使用方法，所述密封包括多個密封條段(30)，每一密封條段(30)的內(nèi)徑可相對所述渦輪機的一轉(zhuǎn)子(2)形成一徑向間隙，所述方法包括(a)確定所述密封的密封條段(30)與所述轉(zhuǎn)子(2)的外表面之間的最小徑向間隙CS；(b)取下所述密封的一密封條段(30)；以及(c)用一摩擦條段(32)取代所述密封條段(30)，所述摩擦條段(32)的內(nèi)徑可使所述摩擦條段與所述轉(zhuǎn)子(2)之間的徑向間隙CR小于在步驟(a)中所確定的最小徑向間隙CS。
34.按權(quán)利要求
33所述的方法，其特征在于，所述摩擦條段(32)包括一弧形件，該弧形件包括一根部(20)和一與所述根部(20)連成一體的條狀部(18)，所述摩擦條段(32)的橫截面呈T形；所述方法的步驟(c)包括把所述摩擦條段(32)的所述根部(20)緊固到所述密封上。
專利摘要
一與一密封的密封條(4)配合的摩擦條(16)，用來防止密封條(4)與一轉(zhuǎn)動件(2)之間發(fā)生接觸，這些密封條(4)與該轉(zhuǎn)動件形成一密封。該摩擦條(16)包括與這些密封條同軸的條狀材料，它與該轉(zhuǎn)動件(2)之間的間隙C
文檔編號F16J15/447GKCN1092306SQ96196736
公開日2002年10月9日 申請日期1996年8月28日
發(fā)明者威廉·P·桑德斯, 安東尼·F·米托拉 申請人:創(chuàng)新技術(shù)有限責任公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan