用于涡轮机的迷宫式密封制造技术

本发明专利技术描述了一种迷宫式密封，该密封包括一组若干翅片(24)，其形成逆着在涡轮中的固定部分(23)与旋转部分之间的工作流体流的周向障碍物，其中在该组内，在倒数第二个翅片与末位翅片(241)之间的体积与该组的其他相邻翅片之间的平均体积相比而改变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术描述了一种迷宫式密封，该密封包括一组若干翅片(24)，其形成逆着在涡轮中的固定部分(23)与旋转部分之间的工作流体流的周向障碍物，其中在该组内，在倒数第二个翅片与末位翅片(241)之间的体积与该组的其他相邻翅片之间的平均体积相比而改变。【专利说明】用于涡轮机的迷宫式密封
本专利技术涉及安装在涡轮的旋转和静止部分之间特别是在固定蒸汽涡轮机的转子轴和静止外壳或其延伸部之间的密封。
技术介绍
在以下描述中，术语“涡轮”用来意指旋转发动机，其具有定子以及由流体介质例如水或气体联接的旋转部分力。本专利技术尤其关注的是轴向涡轮，该轴向涡轮包括径向布置的固定定子叶片或静叶，其与移动转子叶片的径向布置相交替。该移动通常显示为相对于外壳或壳体的移动。 在涡轮的设计和操作中常见的问题为在固定蒸汽涡轮机的转子轴与静止外壳或其延伸部之间的泄漏。 为减少泄漏，已知通过适当的密封来闭合旋转部分与静止部分之间的间隙。在涡轮机中使用的密封装置已知为蒸汽密封、轴封、迷宫式密封、汽密、隔膜封填、以及压力封填。这些密封的基础部件为密封环。密封环为环形的结构，该结构典型地提供为弓形密封环段。密封环环绕旋转构件，并且至少部分地桥接或阻塞在旋转部分与周围的静止部分之间的间隙。 用于该目的的最常见类型的密封为迷宫式密封。迷宫式密封典型地具有许多径向延伸的环状刀、在一部分上的翅片或齿状物、以及位于其他部分上的相应的环状密封或者凸片(threats)或凹槽的布置。更复杂的密封包括在间隙的两侧上的径向延伸、互锁的环状刀、翅片或齿状物。所有变型具有提供用于流体穿过间隙的曲折路径的共同特征。作为完整环，迷宫式密封通常以二等分、四等分或更小段装配在外壳内并由外壳支撑。 如迷宫式密封为人所知的那样，其足以用于本专利技术的目的以强调这种密封为需要严格尺寸公差以正确地作用的复杂形状。在工作期间，密封的部分的从其默认位置的任何移动或磨损通常在移动部分与静止部分之间产生泄漏或摩擦的显著增加。 在叶片的径向膨胀或收缩的情况下，为适应密封的部分的相对移运，装配一些密封作为回弹组件。在回弹密封中，当移动的叶片收缩或膨胀时，弹力使密封的一部分压靠另一部分并因此避免扩展的间隙或过多的摩擦。 在已出版的大量文献中描述了迷宫式密封，其分别由美国专利号4420161、5735667或6131910示例性地代表，它们均可以用于为本专利技术获得进一步的背景知识。 虽然提高迷宫式密封的性能是一个长久的任务，但是当前的专利技术解决了具体地与现有固定涡轮尤其是蒸汽涡轮的改造相关的进一步问题。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供了一种用于涡轮机的密封，其包括轴向系列的若干翅片，其形成逆着在涡轮中的固定部分与旋转部分之间的工作流体流的周向障碍物，其中在该系列内，与该系列的相邻翅片之间的平均体积相比，倒数第二个翅片与末位翅片之间的体积最大。 将一系列翅片理解为形成迷宫式密封的一侧的相邻翅片的连续序列。典型地，一系列翅片是在形状和尺寸上等同或至少十分相似的。体积为向上测量至连接相邻翅片的顶端的直线或平面的体积。 在本专利技术的优选变型中，体积增加凹槽在固定部分中设于倒数第二个翅片与末位翅片之间。作为该凹槽的结果，在倒数第二个翅片与末位翅片之间的体积比任意两个相邻翅片之间的体积更大。 在本专利技术的又一优选变型中，系列翅片中的除末位之外的所有翅片逆着跨密封的工作流体流的方向倾斜。在该变型中，末位翅片优选为平直的。在该变型的更优选实施例中，所有翅片具有基本相同的高度。该高度沿径向方向从平行于涡轮的轴线并代表基座表面的平直基线测量，在该基座表面上，系列翅片安装至翅片的相应顶端。在固定与旋转部分之间的间隙的另一侧上的平台是基本平坦表面的情况下，系列翅片的顶端之间至这种平台之间的距离基本相等。 一系列翅片典型地由单条材料机加工。但是也可以将每一个翅片或翅片段单独地固定至基块或托架并且在称为“堵缝”的工序中单独地安装。翅片典型地由金属例如钢合金制成。 本专利技术的这些以及进一步的目的将通过以下详细描述和下列附图而变得显而易见。 【专利附图】【附图说明】 现将参考附图描述本专利技术的示例性实施例，其中:图1呈现了(已知的)蒸汽涡轮机的转子/定子区段的横截面示意图，以示出本专利技术可应用于其中的环境；图2A示出本专利技术的实施例；图2B以及2C显示了通过在现有技术密封上的数字模拟与根据本专利技术的实例修改的密封对比而获得的结果图；图2D是比较穿过常规迷宫式密封与根据本专利技术的其它实例修改的迷宫式密封的泄漏流的图表；以及图3显示了根据本专利技术的可能的迷宫式密封。 【具体实施方式】 如上所述的迷宫式密封可有利地用作轴封，其将转子轴与外壳密封开。轴封见于不同的轴向涡轮组件之间、涡轮与发电机之间，且更常见地在轴承附近。 图1的轴向横截面局部示意图显示了已知的在转子轴11与外壳12之间的轴封系统10。该系统包括轴向系列的周向迷宫式密封13，其减少在箭头方向(即从图中的左侧至右侧)上的加压蒸汽的流。每个迷宫式密封13承载10个周向翅片14，其逆着流的方向倾斜。显示的密封在相邻密封之间具有表示为P (η)和Ρ(η+1)的固定压力差。带有跨轴封的固定压力差的迷宫式密封见于许多蒸汽涡轮装置中，该蒸汽涡轮装置通过在正常运行中在密封的两侧上保持恒定的压力而设置。如果例如转子在其默认位置外旋转或外壳由于热或机械载荷而变形，则密封13可通过弹簧组件(未显示)连接至外壳以减少摩擦。 典型地，密封的转子侧将承载相似数量的翅片，其与外壳上的翅片14或一些其他表面结构互插以为蒸汽提供可靠的弯曲路径。尽管认识到对于指定长度的密封，这种互插的密封设计可提高密封的效率，但是尤其在密封作为改造安装在现有蒸汽涡轮中时，它对于改变转子的表面而言常常是不理想或甚至不可能的。 对于下面的描述和效率计算，假定密封的转子侧是平滑表面。在图2A的实例中，密封23同样承载总计10个翅片24。前九个翅片24几乎与图1的密封13的前九个翅片14 一样。然而，密封24的末位翅片241是平直翅片。 虽然末位翅片的变化以及造成的倒数第二个翅片与末位翅片241之间的空间242的几何结构变化可视为是微小的，但是作为这种变化的结果，令人惊讶地发现了更高的效率。可利用如图2B和图2C中示出的标准流建模方法来对设计改变的效果建模。该图绘出了在翅片逆着蒸汽流的方向倾斜的情况(图2B)以及在末位翅片为平直的情况(图2C)下在相邻翅片之间的空间中形成的涡流。尽管仍然形成涡流，但是由于翅片和末位翅片之前的空间的变化的几何结构，模式看起来显著地不同于倾斜翅片之间的模式。 在图2D中，利用了跨密封的恒定压降的模拟运行的结果总结为柱状图。该图(由左至右)对比了沿着带有13个倾斜翅片的迷宫式密封、带有12个倾斜翅片和末位平直翅片的迷宫式密封、带有17个倾斜翅片的迷宫式密封、带有16个倾斜翅片和末位平直翅片密封设计的迷宫式密封、以及带有19个倾斜翅片的迷宫式密封的泄漏流。 首先，对比带有13个倾斜翅片的迷宫式密封与带有12个倾斜翅片和末位平直翅片的迷宫式密封，泄漏流从0.1618kg/s蒸汽降低至0.1448kg/s,即降低了约10%。当对比带有17个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于轴流式涡轮机的迷宫式密封布置，包括：固定部分(13)和旋转部分(11)；轴向系列的翅片(14)，其沿着所述固定部分(13)的点等距地分布并且均从所述固定部分朝向所述旋转部分延伸至顶端，以形成逆着在所述固定部分(13)与所述旋转部分(11)之间的工作流体流的周向障碍物；以及凹槽，其在所述固定部分中定位于倒数第二个翅片与末位翅片(341)之间，其中，作为所述凹槽(35)的结果，在所述倒数第二个翅片与所述末位翅片(341)之间的体积比所述系列的任意其他两个相邻翅片(14)的平均体积更大。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：V斯特发尼斯，C格奧加基斯，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH