CN103827558A - 迷宫式密封件 - Google Patents

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Abstract

一种用于密封蒸汽涡轮或燃气涡轮的转子(12)与定子(10)之间的环形间隙(11)的迷宫式密封件(25、…、27)，包括多个密封带(13)，密封带(13)串联地布置在轴向方向上，紧固在定子(10)上并突入到间隙(11)中，该密封带利用密封效果与以交错方式布置的转子侧密封元件(14、19)相互作用。利用这种迷宫式密封件(25、…、27)，通过在冷安装状态下相对于对称位置偏移的密封带(13)实现了改善的密封效果，其中，该偏移具有与密封带(13)相对于相邻的转子侧密封元件(14、19)位移的距离(29)相反的方向和相同的量，该位移是因固定和旋转构件和支撑结构在被从冷安装状态加热至热的稳态操作条件时的热膨胀引起的。

Description

迷宫式密封件
技术领域
本发明涉及旋转式热力机械的领域。其涉及一种迷宫式密封件，该迷宫式密封件用于密封旋转式热力机械(尤其是蒸汽涡轮或燃气涡轮)的固定部分与旋转部分之间的环形间隙。
背景技术
在图1中以非常简化的形式详细地再现了典型的已知的相互接合的迷宫式密封件***。该处所示的迷宫式密封件24密封(内部)旋转部分12与同心地包围它的固定部分10之间的环形间隙11，以免气体通流。相互接合的迷宫式密封件24包括紧固在固定部分10上的定子侧密封带13和紧固在旋转部分12上的转子侧密封带14两者，这些密封带以交错的方式布置，并在各情况下都径向地接合在对面的密封带的间隙中。
然而，根据图1的相互接合的迷宫式密封件带来了与其相关的问题：
- 转子和定子的大的热致位移导致迷宫式密封件***的空隙方面的较大差异，以至于密封带从它们的安装状态下的中心位置迁移，并且在稳态条件期间不返回或仅仅部分地返回该位置。因为所得的移动位置中的迷宫式密封件的密封效果可受到负面影响，所以漏泄损失变得更大，并且稳态功率和机器的效率可受到负面影响。
从例如US-A-5,029,876得知相互接合的迷宫式密封件的不同构造，其中转子被额外地分成具有阶梯状直径的区段。
发明内容
一种用于密封蒸汽涡轮或燃气涡轮的固定部分与旋转部分之间的环形间隙的迷宫式密封件包括多个密封带，密封带串联地布置在轴向方向上，紧固在固定部分上且突入到间隙中，这些密封带利用密封效果与以交错方式布置的转子侧密封元件相互作用。
本发明的目的是创造一种迷宫式密封件，其避免了已知的迷宫式密封件的缺点，并且由于在稳态操作期间实现的最佳密闭性而是出众的。
该目的通过权利要求1的全部特征来实现。
本发明的一个方面需要与传统的双侧迷宫式密封件的情况相似的相互接合方式设计迷宫式密封件，但其中密封带在冷安装状态下相对于对称位置是偏移的。这种偏移具有与密封带相对于相邻转子侧密封元件位移的距离相反的方向和相同的量，该位移因固定支撑结构和旋转构件在被从冷安装状态加热至热的稳定操作状态时的热膨胀引起。
因此该偏移选定为以至于密封带在稳态操作期间迁移到对称位置中，即，从一个密封带至两个相邻的转子侧密封元件的距离在各情况下都变得相同。
在一个实施例中，迷宫式密封件以与传统的双侧迷宫式密封件的情况相似地相互接合的方式设计。然而，现在使用直接形成在旋转部分上或从旋转部分上形成的密封元件，以替代***到转子中的转子侧的单独的密封带。旋转部分的结构化圆周表面因此不仅是载体，而且其本身形成了密封***的一部分。
在非对称的冷安装位置，从转子侧密封元件至较近的密封带的距离是到较远的密封带的距离的0.5倍。
在一个实施例中，在冷安装状态下，从转子侧密封元件至较近的密封带的距离在到较远的密封带的距离的0.2与0.8倍之间。在另一实施例中，在冷安装状态下，从转子侧密封元件至较近的密封带的距离优选为在到较远的密封带的距离的0.3与0.6倍之间。
根据本发明的迷宫式密封件的另一实施例的特征在于，成形突起在两个相邻的转子侧密封元件之间在各情况下都具有基本矩形的截面，并且沿径向方向延伸到间隙中。
如果根据本发明的研究，旋转部分在相邻的成形突起之间具有在轴向方向上具有可变直径的中间轮廓，并且如果中间轮廓中的外径的变化设计成使得在与固定部分的对应密封带相互作用期间提供转子与定子之间的热致位移的补偿，那么将产生该密封的更多有利特征。由此实现的效果是，由旋转部分的形状直接实现了空隙的被动控制。
在这种情况下，尤其可设想在相关联的密封带区域中，中间轮廓具有圆锥形截面，该圆锥形截面在转子与定子之间的轴向相对运动期间改变密封件中的空隙。
然而，还可以设想，中间轮廓在相关联的密封带区域中具有直径阶梯。
根据一个实施例，在各情况下，成形突起的中间轮廓在两个相邻的转子侧密封元件之间的中央处具有最大高度，以至于在稳态操作期间，密封带在各情况下都位于具有最大高度的区域的对面，并且密封带与中间轮廓之间的自由间隔变得最小。
迷宫式密封件的旋转部分例如是转子本身、转子叶片或转子的隔热罩。在轴盖的区域(即压缩机与涡轮之间的区域)中，转子通常构造成具有迷宫式密封件，该迷宫式密封件控制压缩机出口空气至涡轮的直接泄漏。叶片和隔热罩具有迷宫式密封件，以便减少二次流。具体而言，叶片的围带(shroud)常常具有密封元件(密封带、迷宫式密封件、肋条(rib)或桥形件(bridge))，密封元件在安装状态下与相邻部分一起形成环绕的迷宫式密封件。
附图说明
接下来将基于示范实施例结合附图更详细地解释本发明。在图中：
图1以简化视图详细地示出双侧相互接合的迷宫式密封件，其具有定子侧和转子侧***密封带；
图2以与图1类似的视图示出根据本发明的迷宫式密封件的第一示范实施例，其具有密封带的非对称位置；
图3以与图2类似的视图示出根据本发明的迷宫式密封件的第二示范实施例，其具有转子侧的成形突起而非密封带；
图4以与图3类似的视图示出根据本发明的迷宫式密封件的第三示范实施例，其具有布置在转子侧的成形突起之间的转子的中间轮廓(包括直径阶梯和圆锥形截面)。
标号列表
10 固定部分
11 间隙
12 旋转部分
13、13’ 密封带(定子侧)
14、14a、14b 密封带(转子侧)
19 成形突起(转子)
21 中间轮廓
21a 直径阶梯
21b 圆锥形截面
24、…、27 迷宫式密封件
28 密封顶端的瞬变运动
29 从冷条件至热条件的转移。
具体实施方式
图2以与图1类似的视图示出根据本发明的迷宫式密封件的第一示范实施例。与根据图1的密封件不同，定子侧的密封带13在各情况下都非对称地布置，在图1中，定子侧的密封带13在各情况下都对称地布置在转子侧的两个密封带之间的中央。从定子侧的密封带13’至右侧的转子侧的下个相邻密封带14b的距离b是从定子侧的密封带13’至左侧的转子侧的下个相邻密封带14a的距离a的一部分(b对a的比值小于1)。图2示出迷宫式密封件25的冷安装状态。还示出定子侧的密封带13的密封顶端相对于旋转部分12的瞬变运动28。示出从冷状态至稳定状态的总体运动。还示出所得的从冷条件至热条件的转移29。
图3以与图2类似的视图示出迷宫式密封件的一个示范实施例，其包括转子侧的成形突起19，其以密封带的方式与定子侧密封带13按照相互接合的方式相互作用。成形突起19相对于彼此是相同的，并且相对于彼此具有相同的轴向间距。成形突起具有基本矩形的截面，并且沿径向方向延伸到旋转部分12与固定部分10之间的间隙11中。成形突起19的(轴向)厚度显著大于密封带13的厚度。成形突起19以一种方式位于相邻的密封带13之间，在该方式中，它们从中央移动负的偏移29。成形突起19与其间的中间轮廓21之间的过渡是倒圆角的，从而使切口效应最小化。中间轮廓21具有略微凹陷的设计，并且在中间轮廓21的中央具有它们的最低点。因为中间轮廓21的造型，如果旋转部分12和固定部分10在轴向方向上彼此相对地移动，则在所得的迷宫式密封件27中随之发生较小的空隙变化。还示出所得的从冷条件至热条件的转移29，其表明密封带13在稳态操作期间位于成形突起19之间的中央。
该情形在图4的示范实施例的情况中不同。图4以与图3类似的视图示出根据本发明的迷宫式密封件的又一示范实施例，其具有转子侧部分12的中间轮廓21(布置在转子侧的成形突起19之间)，中间轮廓21在其结构上略微更明显，并且包含尖锐的直径阶梯21a和圆锥形截面21b两者，它们通过直径平台而彼此间隔开。作为其结果，在热膨胀的情况下可实现迷宫式密封件27的空隙方面的特定变化。具体而言，在稳态操作期间，在通过从冷条件至热条件的转移而位移29之后，密封带13因而变为位于中间轮廓21的对面，因而使损失最小化。
总地说来，利用本发明创造了一种用于燃气涡轮或蒸汽涡轮的迷宫式密封件，该迷宫式密封件已改善了稳态操作期间的密闭性，并且其以简单的方式实现空隙的被动控制。

Claims (6)

1. 一种用于密封蒸汽涡轮或燃气涡轮的固定部分(10)与旋转部分(12)之间的环形间隙(11)的迷宫式密封件(25、…、27)，包括多个密封带(13)，该密封带(13)串联地布置在轴向方向上，紧固在所述固定部分(10)上并突出到所述间隙(11)中，该密封带利用密封效果与以交错的方式布置的转子侧密封元件(14、19)相互作用，其特征在于，所述密封带(13)在冷安装状态下相对于对称位置偏移，其中，所述偏移具有与所述密封带(13)相对于相邻的转子侧密封元件(14、19)位移的距离(29)相反的方向和相同的量，该位移是因固定支撑结构和旋转构件在被从冷安装状态加热至热的稳态操作条件时的热膨胀引起的。
2. 根据权利要求1所述的迷宫式密封件，其特征在于，在所述冷安装状态下，从所述转子侧密封元件(14、19)至所述固定部分(12)的最近的密封带的距离(b)在到较远的密封带的距离(a)的0.2与0.8倍之间。
3. 根据权利要求1或2所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述转子侧密封元件形成为所述旋转部分(12)的环形的成形突起(19)。
4. 根据权利要求1至3中的一项所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述成形突起在两个相邻的转子侧密封元件(19)之间在各情况下具有基本矩形的截面并且沿径向方向延伸到所述间隙(11)中。
5. 根据权利要求1至4中的一项所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述成形突起在两个相邻的转子侧密封元件(14、19)之间在各情况下具有中间轮廓(21)，该中间轮廓(21)在轴向方向上具有变化的直径，并且其中所述中间轮廓(21)中的外径的变化以此种方式设计，使得在与所述固定部分(10)的相应的密封带(13)相互作用期间，在旋转部分(12)与固定部分(10)之间提供热致位移的补偿。
6. 根据权利要求5所述的迷宫式密封件，其特征在于，在各情况下，所述成形突起的中间轮廓在两个相邻的转子侧密封元件(14、19)之间的中央处具有最大高度，因而在稳态操作期间，所述密封带(13)在各情况下都位于具有最大高度的该区域的对面，并且密封带(13)与中间轮廓之间的自由间隔变得最小。
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