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1、(10)申请公布号 CN 102705019 A(43)申请公布日 2012.10.03CN102705019A*CN102705019A*(21)申请号 201210093826.8(22)申请日 2012.03.2300545/11 2011.03.25 CHF01D 9/04(2006.01)(71)申请人阿尔斯通技术有限公司地址瑞士巴登(72)发明人 C西莫尼特(74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司 72001代理人李强 谭祐祥(54) 发明名称用于旋转的涡轮叶片的密封装置(57) 摘要本发明涉及一种用于旋转的涡轮叶片的密封装置。描述了一种用于包括连续涡轮导流盘的涡轮的改进的。
2、密封装置，该涡轮导流盘为静止叶片的径向布置提供了外部支承，静止叶片在轴向上与径向地和轴向地支承的外密封部分交替地布置，外密封部分形成减少旋转叶片的顶端周围的流体流的密封装置的一部分，其中外密封部分的径向支承被形成为环，该环由键和周向延伸保持就位，使得键和周向延伸具有足够的间隔以允许在环和壳体之间的相对径向运动，同时提供压力密封面和在轴向上抵靠壳体的支承，并且其中环距壳体和/或涡轮导流盘有足够的间隔，使得在涡轮导流盘或壳体的部分在轴向上旋转移动的情况下，基本上使该环免于径向移位。(30)优先权数据(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书5页 附图4页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12。
3、)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页1/1页21.一种用于具有连续的涡轮导流盘的涡轮的密封装置，所述涡轮导流盘为静止叶片的径向布置提供了外部支承，静止叶片在轴向上与径向地和轴向地支承的外密封部分交替地布置，所述外密封部分形成减少旋转叶片的顶端周围的流体流的密封装置的一部分，其中所述外密封部分的径向支承被形成为环，所述环由键和周向延伸保持就位，使得所述键和所述周向延伸具有足够的间隔以允许壳体的部分和/或涡轮导流盘与所述环之间的相对径向运动，同时提供压力密封面和在轴向上的支承，并且其中所述环距所述壳体的部分和/或所述涡轮导流盘有足够的间隔，以便在所述壳体的所述部分和/或所。
4、述涡轮导流盘在轴向上旋转移动的情况下，基本上使所述环免于径向移位。2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述轴向支承由具有沿轴向定向的面的所述环的外周边的延伸提供，以接触所述壳体内的匹配凹槽中的并置表面。3.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述轴向支承由位于涡轮导流盘和所述壳体之间的间隙内的所述环的外周边的延伸提供。4.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述轴向支承由具有沿轴向定向的面的所述壳体的内周边的延伸提供，以接触所述环的匹配凹槽或边缘中的并置表面。5.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述环包括内环和外环，所述内环和外环一起装配到所述涡轮的所述壳体内并。
5、固定为对抗相对旋转。6.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述环包括沿径向起作用的弹性元件，所述弹性元件被设计成闭合所述外密封部分和安装到所述旋转叶片的顶端或围带上的密封部分之间的间隙。权 利 要 求 书CN 102705019 A1/5页3用于旋转的涡轮叶片的密封装置技术领域0001 本发明涉及一种改进的密封装置，具体而言，涉及一种由围绕叶片或翼型件的径向布置的涡轮导流盘(diaphragm)或涡轮导流盘环支承或以其它方式与之联接的密封装置。该装置可以有利地应用于涡轮机中。本发明特别与一种用于防止流体通过旋转部件或翼型件和涡轮壳体之间的间隙泄漏的装置相关。背景技术0002 在以下描述。
6、中，术语“涡轮”用于表示旋转式发动机，其具有由诸如水或气体的流体介质力联接的旋转部件和定子部件。本发明尤其关注的是轴向涡轮，其包括与运动的转子叶片的径向布置交替的沿径向布置的固定定子叶片或导叶。运动通常被限定为相对于壳体或外壳的运动。0003 在涡轮的设计和运行中遇到的普遍问题是转子叶片顶端或附连到它们上的任何周向围带与外壳之间的泄漏。径向涡轮的运行需要旋转叶片与壳体的固定壁或其任何延伸之间的顶端间隔最小。然而，间隙产生由压力侧和吸力侧之间的压力差驱动的泄漏流。0004 为了减少顶端泄漏，已知的是通过适当的密封装置来闭合旋转部件和静止部件之间的间隙。用于这种目的的最常见类型的密封装置是迷宫密封。
7、装置。迷宫密封装置典型地具有在一部分上的多个径向延伸的环形刀片和在另一部分上的对应环形密封平台(land)或者螺纹(threat)或凹槽的布置。所有类型的迷宫密封装置具有为通过间隙的流体提供曲折的路径的共同特征。为了防止涡轮中的顶端泄漏，密封装置常常采取完整环的形状，其通常类似于壳体内和由壳体支承的半块或区段。0005 由于迷宫密封装置是熟知的并且在所有主要涡轮制造商的设计中使用，其满足强调这样的密封装置为复杂形状的本发明的目的，其必须被加工至严格的公差以便正确地工作。在运行期间，密封装置的部件从其默认位置的任何运动通常会在运动部件和静止部件之间产生泄漏或摩擦的显著增加。用于旋转叶片的已知迷宫。
8、密封装置已经被一体化到涡轮的内壳体中以及涡轮导流盘结构或环形支座中。0006 在旋转部件的径向膨胀或收缩的情况下，为了适应密封装置的部件的相对运动，一些密封装置被组装成弹簧压靠的组件。在弹簧压靠的密封装置中，弹性力将密封装置的一部分推压到另一部分上，且从而避免间隙变宽或过度摩擦。这样的解决方案的示例也是已知的。例如，Hans Reuschke的标题为Spezielle Konstruktionsaufgaben aus demAEG-Grossturbinenbau”的AEG文献(DK 621.165一181.2：62.0022)在“Wellendichtung”部分第90-91页描述了支承在。
9、涡轮导流盘之间的密封装置的弹簧压靠的环。0007 迷宫密封装置的已知备选方案为刷式密封装置和指式密封装置。这些类型的密封装置通常包括多个柔性构件，柔性构件安装在一部分上并且密封地接合另一部分上的合适表面。0008 另一种已知的备选方案是具有两个适当成形的接合表面的膜跨式密封装置，但这说 明 书CN 102705019 A2/5页4种密封装置较不常用。当涡轮旋转时，在表面之间产生流体薄膜，该薄膜具有小的举升力以使表面保持分开。典型地，在密封装置设计中包括弹性元件以施加恢复力，该力减小了启动期间的摩擦，并且抵消举升力以及在密封表面之间保持大约恒定的间隙。0009 在涡轮的设计中，特别是在用现代化的。
10、且更高效的子部件(例如叶片)改装现有旧涡轮的情况下，如何安装密封装置的选择往往是有限的。在一些改型中，可能不能或者甚至不希望将密封装置的静止部分直接安装到涡轮的壳体上或以其它方式刚性连接到该壳体。在共同拥有的已公开的美国专利申请No.2008/0170939中描述且以引用方式以其整体结合到本文中的设计可作为示例来说明密封装置的静止部分不刚性地连接到壳体的密封设计。0010 现已发现，根据它们连接到涡轮定子的方式，密封装置可能经受移位或变形，这是在流体流过涡轮期间由定子叶片上的力引起的。这种移位典型地导致密封表面之间更宽的间隙，并且因而降低密封装置的性能。导致密封间隙加宽的另一种移位可以是涡轮的。
11、内壳体变形的结果。因此，可将本发明的目的看作减少或除去这些移位或变形的影响。发明内容0011 根据本发明的一个方面，提供了一种用于包括连续的涡轮导流盘的涡轮的密封装置，该涡轮导流盘为静止叶片的径向布置提供了外部支承，静止叶片与径向地和轴向地支承的外密封部分交替地布置，该外密封部分形成减少旋转叶片外端周围的流体流的密封装置的一部分，其中外密封部分的径向支承被形成为环，该环由键和周向延伸在径向上保持就位，使得键和周向延伸具有足够的间隔以允许在环和壳体之间的相对径向运动，同时提供压力密封面和在轴向上的抵靠壳体的支承，并且其中环距壳体和/或涡轮导流盘有足够的间隔，使得在涡轮导流盘在轴向上(或在轴向平面。
12、中)旋转移动的情况下，基本上使该环免于(isolated from)径向移位。0012 本发明的目的是提供一种用于密封旋转叶片的顶端的外密封部分。新的外密封部分被设计成对于固定导叶或叶片和涡轮导流盘或连接到固定导叶的壳体的部分的旋转移动较不敏感。这种旋转移动可以在固定叶片受到流动力时发生。本发明包括在径向上支承外密封部分的稳定结构。因此，该稳定结构被形成为用键连接到壳体中的环。环的主体相对于上游和/或下游涡轮导流盘具有足够的间隔。涡轮导流盘在本文中被限定为包括固定叶片的任何基部部分或壳体自身的内延伸。0013 环具有沿径向向外突出的外周向延伸或缘边，该延伸或缘边在与壳体的并置表面或边缘接合的涡。
13、轮的轴向上提供了支承。备选地，周向延伸可从壳体或连接到它的任何部件(诸如涡轮导流盘)沿径向向内突出。两种备选方案都可为环提供轴向支承。0014 然而，重要的是要注意，具有键的形式的轴向支承和周向延伸被设计成允许环相对壳体的少量径向运动。因此，如果壳体由流动力或温差而从其默认形状变形，则环不受所产生的变形的影响(decouple)。0015 在本发明的上述方面的第一优选变型中，轴向支承由在具有沿轴向定向的面的环的外周边中的机加工边缘或凹槽提供，以接触壳体内的匹配凹槽或边缘中的并置表面。0016 在本发明的上述方面的第二优选变型中，轴向支承由位于涡轮导流盘和壳体之间的间隙内的环的外周边中的机加工边。
14、缘或凹槽提供。说 明 书CN 102705019 A3/5页50017 可能有利的是将环形支承设计成包括内环和外环，以有利于安装和维护。0018 通过例如由弹簧弹性地安装外密封面，进一步改善密封的性能是可行的。弹性安装在密封面之间保持接触，即使在旋转叶片顶端上的内密封面与外密封部分之间的间隙变化时也如此。0019 从下面的详细描述和如下所列的附图，本发明的这些和另外的方面将显而易见。附图说明0020 现在将参照附图描述本发明的示例性实施例，其中：0021 图1示出两个运动的涡轮叶片排和位于运动的叶片排之间的根据本发明的完全组装的涡轮导流盘的局部径向剖视图；0022 图2A和2B示意性地图示了静。
15、止叶片的轴向旋转对支承的密封装置的影响；0023 图3是图示根据本发明的第一示例的示意性径向剖面；0024 图4是图示根据本发明的第二示例的示意性径向剖面；以及0025 图5A和5B分别示出了轴向和径向截面，图示了根据本发明的第三示例。0026 部件列表：0027 参考符号10 壳体11 壳体的周向凹槽12，13 动叶片14，15 径向内部“T形根”部16，17 对应狭槽18 转鼓19，20 围带21，22 密封装置支承环28 支承键23，24 密封翅片/密封元件25 螺栓26 周向切口27 径向上的周向延伸说 明 书CN 102705019 A4/5页629 弹性元件30，31 固定叶片33。
16、，34 上游涡轮导流盘环和下游涡轮导流盘环51，52 内支承环和外支承环53 横向键54，55 横向销x 最大径向运动 旋转角度具体实施方式0028 本发明的示例的方面和细节在下面的描述中更详细地进行描述，其首先参考由图1图示的所谓的“紧凑涡轮导流盘”设计，该设计复制了上文引用的专利申请939的图2的相关特征。图1是局部径向剖视草图，示出了位于蒸汽涡轮中的运动叶片12、13的连续的环形排之间的完全组装的涡轮导流盘。动叶片各自设有径向内部“T形根”部14、15，该“T形根”部位于机加工在转鼓18的缘边内的对应狭槽16、17中。它们的顶端还设有被称为围带19、20的径向外部元件。在图示的示例中，围。
17、带承载迷宫密封装置的运动部分。外接分段环21、22支承密封装置的静止部分。这些分段环刚性地连接到上游涡轮导流盘环33和下游涡轮导流盘环34，这些涡轮导流盘环又安装在涡轮的壳体10内。如已知的那样，围带19、20与环21、22之间的密封由唇缘或翅片23、24实现，唇缘或翅片23、24填塞到机加工在分段环21、22中的凹槽内。0029 重要的是要注意，分段环21、22由涡轮导流盘环33、34支承，涡轮导流盘环33、34又焊接到定子叶片30、31的底部段。0030 在操作中，定子叶片30、31经受通过涡轮的流。力和流的传输对涡轮的静止部分具有各种影响。图2A和2B利用单个叶片的示例图示了在轴向上静止。
18、叶片的少量旋转或弯曲运动的影响。在图1和图2中的类似的元件或具有相同或类似功能的元件用相同的数字来表示。0031 叶片30和密封装置支承环21的组装或默认位置在图2A中示出。在图2B中，叶片30显示为在流动的方向上弯曲，引起少量的旋转移动，其包括涡轮导流盘环33和密封装置支承环21。支承环21的运动在图2B中由其最大径向运动x和其旋转角度表示。对于给定的涡轮设计，这种挠曲对顶端泄漏的影响取决于具体几何形状和其它参数，但模拟显示，移位能将顶端泄漏区域增加多达30或以上。虽然这里使用安装到涡轮导流盘环上的定子叶片的示例来说明旋转移动的影响，但将容易理解，即使在定子叶片如其它涡轮设计中那样直接固定到。
19、壳体时，也会施加相同但可能较不显著的影响。0032 图3中示出了减少由于旋转移动导致的顶端泄漏的第一示例性装置。同样，在以说 明 书CN 102705019 A5/5页7上附图中已经以相同或类似形式出现的图3的元件使用相同的数字表示。在该示例中，密封装置支承环21为缘边状结构，其具有为密封元件23提供径向和轴向支承的向内弯曲的凸缘。支承环21与上游涡轮导流盘环33和下游涡轮导流盘环34具有间隔。支承环21示出为使用螺栓25螺纹连接在半接头(half joint)处。环21用支承键28键连接到壳体10中并由沿径向向外突出的环的周向延伸27沿轴向密封。在由环21的向内弯曲的凸缘形成的室内保持就位的。
20、情况下，密封元件23被弹性元件29压靠，该弹性元件用来保持与密封装置的相对面的接触。弹性元件29可包括例如片簧。该相对面安装到旋转叶片13的顶端或围带19上。0033 如果壳体10例如由于径向上的热应力而变形，则环21的外周向延伸27在壳体10的匹配周向凹槽11内具有足够的径向间隔来补偿所导致的变形。环21与涡轮导流盘环33、34之间的间隙足以使其不受如以上在图2中详细描绘的那样在轴向上的少量旋转的影响。0034 图4中示出了根据本发明的第二示例性装置。再次，在以上附图中已经以相同或类似形式出现的图4的元件使用相同的数字表示。在该示例中，密封装置支承环21显示为具有L形截面。环21的外周向边缘。
21、27伸入上游涡轮导流盘环34和壳体10之间的间隙中。该示例的这种延伸的密封装置支承环21用键连接到壳体10中并在其接头处用螺栓连接，如上述示例中那样。周向切口26在环21的(径向)内部密封装置支承部分和涡轮导流盘34之间提供了间隙并且允许涡轮导流盘34旋转而不迫使环21跟随其径向运动。0035 在图5A和5B所示的第三示例中，通过与壳体10的沿径向向内突出的部分27上的沿轴向定向的面或边缘接合，支承环直接提供了在轴向上的压力密封。由于壳体的该延伸部分不经受定子叶片30、31或涡轮导流盘环33、34的旋转，环21同样不受这种旋转的影响。在该示例中，如前面的示例中那样，环用键28连接。然而，为了有。
22、利于其安装，图5的环21分别被分成内环51和外环52。内环51承载密封装置23。横向键53防止整个环结构围绕涡轮的中心轴线旋转，而横向销54、55则防止内环51的旋转。诸如横向键53的键也可在上述示例中应用以固定环。0036 上文已仅仅通过举例的方式描述了本发明，但在本发明的范围内可进行修改。例如，定子叶片可直接安装到壳体的内部径向延伸上而不是涡轮导流盘环上。这样，密封装置支承环将由间隙与该延伸分隔开。0037 本发明也包括本文描述或暗示或附图示出或暗示的任何单独的特征或者任何这样的特征的任何组合或任何这样的特征或组合的任何一般化，它延伸到其等价物。因此，本发明的幅度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制。包括附图的说明书中公开的每个特征可由用于相同、等价或类似用途的备选特征替换，除非明确做出不同表示。0038 除非本文中明确说明，在整个说明书中对现有技术的任何讨论不是承认这样的现有技术广泛已知或形成本领域公知常识的一部分。说 明 书CN 102705019 A1/4页8图1(现有技术)说 明 书 附 图CN 102705019 A2/4页9图2A图2B图3说 明 书 附 图CN 102705019 A3/4页10图4图5A说 明 书 附 图CN 102705019 A10。