CN104884744A - 用于旋转机器的膜骑跨式空气动力学密封件 - Google Patents

用于旋转机器的膜骑跨式空气动力学密封件 Download PDF

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Abstract

提供一种用于旋转机器的密封组件。密封组件包括沿周向设置在固定壳体和转子中间的多个密封装置节段(16)。各个密封装置节段(16)包括定子接口元件。密封装置节段还包括底座板，底座板具有面向转子的一个或多个迷宫齿和承载表面区域(32)，其中，底座板允许高压流体通往最前面的迷宫齿(20)的上游部分，以及允许低压流体通往最后面的迷宫齿的下游部分。密封装置节段进一步包括辅助密封件(28)，辅助密封件在径向外端处接触定子接口元件，并且在径向内端上接触底座板的***鼻部；以及附连到底座板(18)和定子接口元件上的多个波纹弹簧或弯曲件。

Description

用于旋转机器的膜骑跨式空气动力学密封件
技术领域
本申请大体涉及用于涡轮机的密封组件，并且更特别地，涉及用于密封转子-定子空隙等的膜骑跨式密封组件。
背景技术
各种类型的涡轮机，诸如燃气涡轮发动机、航空器发动机和蒸汽涡轮是已知的，并且广泛用于产生功率、推进等。涡轮机的效率部分地取决于内部构件之间的间隙和通过这些间隙的主要和辅助流体的泄漏。例如，可有意在某些转子-定子接口处允许有大间隙，以适应由热或机械引起的大的相对运动。流体通过这些空隙从高压区域泄漏到低压区域可导致涡轮机效率低下。这种泄漏可影响效率，因为泄漏流体未能做有用功。
使用不同类型的密封***来最大程度地减少流过涡轮机的流体的泄漏。但是，密封***往往会在各种运行阶段期间遭受高温、热梯度和热膨胀和收缩以及机械膨胀和收缩，这可增大或减小通过其中的间隙。例如，组装成在启动瞬变阶段期间以非常紧密的间隙运行的传统迷宫密封件在稳态运行期间以大间隙运行，从而导致稳态运行时的性能不佳。
因此期望有一种用于涡轮机的改进的顺从密封组件，其用于密封转子-定子空隙。优选地，这种顺从密封组件可在稳态运行期间提供较紧密的密封，同时在瞬态相运行期间避免摩擦、接触所引起的磨损和损伤。这种密封组件应当提高整体***效率，并且制造起来廉价，而且延长相关联的部件的寿命。
发明内容
根据本发明的实施例，提供一种用于旋转机器的密封组件。密封组件包括沿周向设置在固定壳体和转子中间的多个密封装置节段。各个密封装置节段包括定子接口元件。密封装置节段还包括底座(底座)板，底座板具有面向转子的一个或多个迷宫齿和承载表面区域，其中，底座板构造成允许高压流体通往最前面的迷宫齿的上游部分，以及允许低压流体通往最后面的迷宫齿的下游部分，并且底座板进一步构造成在底座板和转子之间产生空气动力。密封装置节段进一步包括：辅助密封件，其构造成在径向外端处接触定子接口元件，并且构造成在径向内端上接触底座板的***鼻部；以及连接到底座板和定子接口元件上的多个波纹弹簧或弯曲件(flexure)。
根据本发明的实施例，提供一种制造密封装置节段的方法。该方法包括将底座板设置在旋转机器中的固定壳体和转子中间，底座板包括面向转子的一个或多个迷宫齿和承载表面区域，其中，底座板构造成允许高压流体通往最前面的迷宫齿的上游部分，以及允许低压流体通往最后面的迷宫齿的下游部分，并且底座板进一步构造成在底座板和转子之间产生空气动力。方法还包括将辅助密封件布置成在径向外端处接触定子接口元件，以及在径向内端上接触底座板的***鼻部。另外，方法包括将多个波纹弹簧或弯曲件连接到底座板和定子接口元件上。
根据本发明的实施例，提供一种旋转机器。旋转机器包括转子、定子壳体和沿周向设置在固定壳体和转子中间的多个密封装置节段，其中，各个节段包括定子接口元件和底座板，底座板包括面向转子的一个或多个迷宫齿和承载表面区域，其中，底座板构造成允许高压流体通往最前面的迷宫齿的上游部分，以及允许低压流体通往最后面的迷宫齿的下游部分，并且底座板进一步构造成在底座板和转子之间产生空气动力。各个节段还包括：辅助密封件，辅助密封件构造成在径向外端处接触定子接口元件，并且构造成在径向内端上接触底座板的***鼻部；以及连接到底座板和定子接口元件上的多个波纹弹簧或弯曲件。
附图说明
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中，相同符号在图中表示相同部件，其中：
图1是根据本发明的实施例的旋转机器的膜骑跨式密封组件的透视图。
图2是根据本发明的实施例的密封装置节段的透视图。
图3是根据本发明的实施例的旋转机器的膜骑跨式密封组件的相邻密封装置节段的透视图。
图4是根据本发明的另一个实施例的密封装置节段的透视图。
图5是根据本发明的实施例的密封装置节段的一部分的正面透视图。
图6是根据本发明的另一个实施例的密封装置节段的透视图。
图7是根据本发明的又一个实施例的密封装置节段的透视图。
图8是根据本发明的一个实施例的密封装置节段的一部分。
图9是根据本发明的另一个实施例的密封装置节段的一部分。
图10是密封装置节段的侧视图，其显示根据本发明的实施例的对底座板和辅助密封件起作用的各种压力。
图11是根据本发明的实施例的密封装置节段17的中心处的横截面图。
图12显示根据本发明的实施例的密封组件的底座-转子弯曲部。
图13显示根据本发明的实施例的密封装置节段中的承载表面上的凹槽。
图14显示根据本发明的实施例的转子-定子密封组件。
图15显示根据本发明的实施例的密封装置节段的一部分。
图16是示出包括在根据本发明的实施例的制造密封装置节段的方法中的步骤的流程图。
具体实施方式
当介绍本发明的各实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。运行参数的任何示例都不排除公开的实施例的其它参数。
图1是根据本发明的实施例的旋转机器的膜骑跨式密封组件10(仅显示了少数节段，而非整个360度的组件)的透视图。显示了膜骑跨式密封组件10具有沿轴向方向11、径向方向13和周向方向15的定向。密封组件10布置成沿周向围绕转子轴(未显示)，转子轴沿轴向位于旋转机器中，使得密封组件10在固定壳体12和转子轴(未显示)中间。固定壳体12包括多个定子接口元件14，多个定子接口元件14形成密封组件10的径向外部区域。密封组件10包括多个密封装置节段16，多个密封装置节段16定位成彼此相邻，以形成密封组件10。密封装置节段16中的各个包括位于转子轴(未显示)附近的底座板18。在旋转机器的运行期间，底座板18在转子轴(未显示)上方骑跨在流体膜上。密封组件10还包括在面向转子轴表面的侧部处位于底座板18上的一个或多个迷宫齿20。在一个实施例中显示，一个或多个迷宫齿20定位在底座板18的最前面的区域附近。在另一个实施例中，一个或多个迷宫齿20定位在底座板18的最后面的区域附近。一个或多个迷宫齿20在旋转机器的密封组件10的任一侧上基本分开高压区域22与低压区域24。密封组件10还包括多个辅助密封件26，多个辅助密封件26构造成在径向外端处接触定子接口元件14，并且构造成在径向内端上接触底座板18。在一个实施例中，辅助密封件26包括外层区段28(在图2中显示)和内层区段30(在图2中显示)使得，辅助密封件26的各个外层区段28与形成于相邻辅助密封件节段16的内层区段30之间的密封装置节段空隙交迭。
图2是根据本发明的实施例的密封装置节段16的透视图。如显示的那样，密封装置节段16包括定子接口元件14和底座板18。在显示的实施例中，底座板18包括面向转子的一个或多个迷宫齿20和承载表面区域32。底座板18构造成允许高压流体通往最前面的迷宫齿20的上游部分34，以及允许低压流体通往最后面的迷宫齿20的下游部分36，并且底座板18进一步构造成在底座板18和转子之间产生空气动力。密封装置节段16还包括附连到底座板18和定子接口元件14上的多个波纹弹簧38、40。在一个实施例中，密封装置节段16包括附连到底座板18和定子接口元件14上的多个弯曲件，而非多个波纹弹簧。
如显示的那样，底座板18包括一个或多个端口19，一个或多个端口19位于一个或多个迷宫齿20的轴向下游，以允许低压流体从最后面的迷宫齿20的下游部分36流到后部腔体42。在一个实施例中，一个或多个端口19成角度，以允许低压流体沿径向方向从迷宫齿20的后面流到由多个波纹弹簧38、40或弯曲件、定子接口元件14和底座板18形成的后部腔体42中。在另一个实施例中，一个或多个端口19成角度，以允许低压流体沿周向方向流动，从而在流体从迷宫齿的后面传送到底座板18的沿径向上方时，使流体打漩。打漩使流体沿转子的旋转方向或与转子的旋转方向相反的方向获得切向速度。底座板18还包括沿轴向定向在底座板18的承载表面区域32的两个侧部上的馈送凹槽44。底座板18上位于迷宫齿20的轴向下游的一个或多个端口19以及馈送凹槽44确保在迷宫齿20的下游存在低压流体。
另外如显示的那样，密封装置节段16还包括具有外层区段28和内层区段30的辅助密封件26。在一个实施例中，内层区段30通过焊接或硬钎焊在径向外端处与定子接口元件14附连。辅助密封件26的外层区段28包括悬垂部分，悬垂部分与相邻密封装置节段16的内层区段30之间的节段空隙交迭。在图3中进一步示出辅助密封件26的外层区段28的细节，图3显示膜骑跨式密封组件10的相邻密封装置节段16。
如图3中显示的那样，辅助密封件26的外层区段28的一部分通过焊接或硬钎焊在径向外端处与定子接口元件或内层区段30附连。外层区段28的其余悬垂部分与相邻密封装置节段16的内层区段30之间的节段空隙交迭。外层28的悬垂部分延伸超过单个密封装置节段16，并且与相邻密封装置节段16的内层区段30构成鱼鳞板的型式。另外，外层28在相邻密封装置节段16的内层区段30上面自由滑动。如图3中显示的那样，仅辅助密封件26的内层区段30构造成在径向内侧上与底座板18的***鼻部48处于线接触。
此外在图2和图3中显示的实施例中，定子接口元件14包括在侧部处的一个或多个凹槽或槽口50，它们允许设置花键密封垫片，以减少相邻密封装置节段16的定子接口元件14之间的节段-空隙泄漏。类似地，底座板可包括凹槽或槽口52，以允许设置花键密封垫片，以减少相邻密封装置节段16的底座板18之间的节段-空隙泄漏。
图4显示根据本发明的实施例的密封装置节段16的另一个透视图。在显示的一个实施例中，底座板18还包括一个或多个轴向肋区段46。该一个或多个轴向肋区段46用来提高底座板18的抗弯刚度，以在旋转机器的运行期间对抗空气动力学负载和空气静力学负载。
图5是根据本发明的实施例的密封装置节段的一部分的正面透视图。要注意的是，尚未显示辅助密封件26，以便示出定子接口元件的平坦区域60，在那里，辅助密封件26(在图2、图3和图4中显示)的内层区段30(图2和图3显示)的径向外端通过硬钎焊或焊接附连。
图6是根据本发明的另一个实施例的密封装置节段17的透视图。如显示的那样，底座板18包括L形结构70，L形结构70具有用于与辅助密封件26的内层区段30接触的***鼻部区段72。L形结构包括一个或多个迷宫齿20，一个或多个迷宫齿20定位在底座板18的前端附近，以分开高压侧22与低压侧24。在这个实施例中，L形结构包括一个或多个端口74，以允许低压流体从最后面的迷宫齿20的下游部分流到后部腔体42。
图7是根据本发明的又一个实施例的密封装置节段21的透视图。在这个实施例中，底座板18包括L形结构71，L形结构71具有用于与辅助密封件26的内层区段30接触的***鼻部区段73。L形结构包括一个或多个迷宫齿31和一个或多个端口27，该一个或多个迷宫齿31定位在底座板18的后端附近，以分开高压侧与低压侧，该一个或多个端口27允许高压流体从由多个波纹弹簧38、40或弯曲件、定子接口元件14和底座板18形成的前部腔体33流到最前面的迷宫齿31的上游部分。在一个实施例中，一个或多个端口27成角度，以允许高压流体沿径向方向从前部腔体33流到最前面的迷宫齿31的上游部分。在另一个实施例中，一个或多个端口27成角度，以允许高压流体沿周向方向流动，从而在流体从前部腔体33传送到最前面的迷宫齿31的上游部分时，使流体打漩。
图8显示根据本发明的一个实施例的密封装置节段23的一部分。具有外层区段28和内层区段30的辅助密封件26附连到定子接口元件14上，使得辅助密封件26相对于垂直于旋转机器的轴向方向的方向倾斜，以包括最佳角“α”。包括这个最佳角“α”是为了获得几乎恒定幅度的接触力，以补偿在辅助密封件26的压力-负载部分的有效长度减小的情况下导致的接触力减小。
图9显示根据本发明的一个实施例的密封装置节段25的一部分。如显示的那样，在这个实施例中，辅助密封件26包括外层区段80和内层区段82，内层区段82具有倾斜轮廓，以在底座板18的径向运动期间在辅助密封件26和底座板18的***鼻部48之间在线接触部处保持几乎恒定的力。
图10是密封装置节段16的侧视图，其显示根据本发明的实施例的对底座板18和辅助密封件26起作用的各种压力。在非限制性示例中，底座板18可在空气静力学运行模式中骑跨在流体膜上，其中，流体膜厚度的范围可为大约3/1000英寸至5/1000英寸，这取决于与转子的初始密封组件间隙。在空气静力学运行模式中，对底座板18起作用的力是来自辅助密封件26的接触力引起的轴向力N，其中，辅助密封件26在加压期间经受前侧上的压力P高和后侧上的压力P低、来自辅助密封件26的接触力引起的摩擦力μN、分别在***鼻部48上方和上方的不相等的压力P低、P高在底座板18引起的小径向打开力，以及底座板18的沿径向竖直面上的不相等的压力引起的轴向力。要注意的是，承载表面区域32经受压力P底座，并且内部腔体侧上的底座面经受压力P低。在加压之后，以及在不旋转的情况下，由于在迷宫齿20上存在大部分轴向压降，所以压力P底座几乎等于P低。在这个空气静力学意义上，底座板18对于大部分底座长度在径向方向上在本质上是压力平衡的，仅留下在***鼻部48上的不平衡径向力引起的非常小的打开力。这种压力平衡密封件有利于低压和高压应用两者，其中，加压不会使密封件过度地打开和泄漏。要注意的是，图6中显示的密封装置节段17可包括对底座板18和辅助密封件26起作用的类似的压力，如关于密封装置节段16所论述的那样。但是，要进一步注意的是，对于图7中显示的实施例21，以上论述同样有效，除了前部腔体33内的压力为P高且压力P底座几乎等于P高。此外，在图2、图6和图7中显示的这些各种实施例中，力矩平衡由下面阐明的零倾斜设计解决，而且在空气动力学运行模式中解决转子速度的作用。
在图10中显示的这个实施例中，在径向外端处的辅助密封件26和定子接口元件14之间的接触位置，在径向内端处的辅助密封件26的内层区段30与底座板18之间的接触位置(即，***鼻部的位置)，以及多个波纹弹簧38、40或弯曲件与底座板18和定子接口元件14在预定位置处的附连位置基于对多个波纹弹簧或弯曲件起作用的有效轴向力F的作用线的相对位置，以对底座板实现零前后倾斜或小的前后倾斜。将对多个波纹弹簧或弯曲件起作用的有效轴向力F的作用线的位置定义为在底座上施加的所有的力所产生的力矩总和(围绕在位于波纹弹簧38、40或弯曲件的轴向中跨处的点(其中，波纹弹簧38、40或弯曲件与底座板18连接)计算的力矩)除以对底座板18起作用的总轴向力。要注意的是，零倾斜使底座板在旋转机器的加压之前、之后和在此期间保持平行于转子。当有效轴向力F的作用线对波纹弹簧38、40或弯曲件的中点(径向方向)起作用时，对底座板18实现这个零倾斜。如这个实施例中显示的那样，有效轴向力F的相对位置是中点M，其中，M是沿径向从多个波纹弹簧38、40或弯曲件与底座板18的附连部到多个波纹弹簧38、40或弯曲件与定子接口元件14的附连部所测得的长度的一半。在制造期间，通过调节底座板18的一个或多个尺寸(***鼻部48的厚度或位置或***鼻部48的半径)、辅助密封件26的尺寸和材料属性(长度、厚度、倾斜角/轮廓)、多个波纹弹簧或弯曲件的尺寸和材料(径向高度、厚度)、辅助密封件26和底座板18的摩擦属性，来确保有效轴向力F的作用线穿过中点M。要注意的是，底座板18可在空气动力学运行模式中骑跨在流体膜上，其中，流体膜厚度的范围可为大约0.3/1000英寸至3/1000英寸，这取决于与转子的初始密封组件间隙。上面关于力平衡和零倾斜空气静力学模式的论述对于空气动力学模式同样有效，除了在空气动力学模式中，压力P底座不同于(大于)空气静力学模式，这是因为后面描述的底座设计特征的原因。额外的压力P底座由于波纹弹簧或弯曲件所压缩产生的径向弹簧力而得到平衡。
图11是根据本发明的实施例的密封装置节段17的中心处的横截面图。如显示的那样，底座板18包括沿轴向定位的一个或多个加压端口90，以允许高压流体流到转子-底座空隙。这个高压流体会产生小的打开力，打开力使底座板18沿径向向外移动大约1/1000英寸至2/1000英寸。这个最初的提升或打开对于组装成与转子毗连(line-on-line)或组装成干涉转子的密封装置节段是重要的。一个或多个加压端口90提供将密封装置节段17组装成较接近转子的优点。通过在转子和底座板之间提供空气静力学压力分布，一个或多个加压端口90帮助避免启动摩擦，从而在初始旋转启动阶段期间，当空气动力不够大来避免底座板-转子接触时，使底座板18提升远离转子。适当地选择端口90的轴向位置，使得空气静力学压力分布使均匀底座板提起，而底座则没有任何前后倾斜。在另一个实施例中，柔性管(在图11中未显示)适当地延伸，以将高压流体运送到承载表面。管的柔性设计成允许底座板18进行径向运动，管连接不产生任何额外的径向硬度。
图12显示根据本发明的实施例的密封组件10中的底座-转子弯曲部。密封组件10也在空气动力学运行模式中运行。当转子-底座板空隙开始减小(例如在导致间隙改变的热瞬态事件期间)，薄的流体膜100开始增加额外的压力。在这个实施例中，底座板18的曲率半径有意加工成大于转子半径。因此，当转子-底座板空隙变小时(典型地小于1/1000英寸)，流体膜100仅会聚或者沿旋转方向会聚-发散。呈流体楔的形式的这个流体膜流体导致额外的压力增加。通过流体动力轴颈轴承或箔带轴承，可很好地理解薄膜的物理性质，而且可使用合适的流体流模型来对薄膜的物理性质建模。基本原理是在旋转方向上的流体膜厚度中的任何负梯度都将使流体膜中的压力提高到其边界压力之上。薄流体膜产生的额外的压力会挤压波纹弹簧38、40，从而使底座板18沿径向向外移动，并且使转子92保持接触底座板18。在此意义上，每个密封装置节段16、17、23、25上的底座板18会追踪转子92的任何向外偏移。
在图13中显示的另一个实施例中，流体膜产生额外的空气动力，因为在面向转子的承载表面区域32上存在凹槽110或穴口(在图13中未显示)。凹槽110或穴口呈一系列楔的形式，一系列楔使得沿旋转方向形成会聚流体膜。凹槽110或穴口可相对于轴向方向成角度地对齐。在又一个实施例中，承载表面区域32包括一个或多个瑞利(Rayleigh)台阶，瑞利台阶面向转子，以产生空气动力。
图14显示根据本发明的实施例的转子-定子密封组件120。在一个实施例中，转子-定子密封组件120包括槽口122，槽口122在转子92上呈人字形图案，以在涡轮机的运行期间产生空气动力。转子92上的人字形图案可在旋转方向上或者在与旋转方向相反的方向上。在另一个实施例中，转子92包括在轴向方向上或者在联合的轴向-切向方向上成角度的凹槽或穴口或槽口(在图14中未显示这些成角度的槽口或凹槽或穴口)。另外，转子92上的槽口或凹槽或穴口沿旋转方向对齐，或者沿与旋转方向相反的方向对齐。
图15显示密封装置节段16的一部分的横截面图，在该部分中，迷宫齿20位于离承载表面32的径向高度“h”处。这使得迷宫齿20以离转子的比承载部分和转子之间的间隙更大的间隙延伸。这个径向间隙差允许适应双向倾斜校正。在旋转机器的运行期间，承载表面区域32意于沿着轴向方向几乎平行于转子骑跨。但是由于组件失配或意外的热负载或压力负载，承载表面区域32会倾斜，使得承载表面区域32的前边缘或后边缘较接近转子。如果后边缘较接近转子，则后边缘和转子之间的骑跨空隙小于前边缘和转子之间的骑跨空隙。这使得在后边缘附近在底座板18上产生空气动力，从而校正底座板上的空气动力学力矩。这个空气动力学力矩防止底座板摩擦后边缘上的转子。另一方面，如果承载表面区域32倾斜，使得前边缘较接近转子，而且如果尺寸“h”(如上面描述的那样)为零，则迷宫齿20可能摩擦到转子中，因为可用来产生校正底座板倾斜所需的空气动力学力矩的面积不够。但是，非零间隙“h”使得在迷宫齿20摩擦转子之前，承载表面区域32的前边缘与转子对接，从而允许承载部分产生校正所需的空气动力学力矩。
在非限制性示例中，波纹弹簧38、40和辅助密封件26(如图2中显示的那样)两者都由高温金属合金垫片形成，例如Incone X750或Rene41。在一个实施例中，波纹弹簧38、40的两个端部硬钎焊到经加工或铸造的定子接口元件14和底座板18上。在另一个实施例中，使用EDM程序来加工波纹弹簧或弯曲件，EDM程序允许用单块金属加工定子接口、波纹管或弯曲件和底座。在非限制性示例中，底座板18的承载部分32可涂有润滑涂层和/或耐磨涂层，它们包含作为基底的铬或镍或钼，以及硬质相和固态润滑剂。在另一个非限制性示例中，底座板18的承载表面32上的涂层包含钴基合金。这样的涂层可处理底座板18和转子之间的意外摩擦。在另一个实施例中，与底座板18对接的转子表面可涂有碳化铬或碳化钨或类似的涂层，以提高转子的硬度、耐腐蚀性和保持良好的表面光洁度的能力。
图16是示出制造密封装置节段的方法中包括的步骤的流程图200。在步骤202处，方法包括将底座板设置在旋转机器中的固定壳体和转子的中间，底座板包括面向转子的一个或多个迷宫齿和承载表面区域。底座板构造成允许高压流体通往最前面的迷宫齿的上游部分，以及允许低压流体通往最后面的迷宫齿的下游部分，并且底座板进一步构造成在底座板和转子之间产生空气动力。在步骤204处，方法还包括将辅助密封件布置成在径向外端处接触定子接口元件，以及在径向内端上接触底座板的***鼻部。另外，在方法206处，方法包括将多个波纹弹簧或弯曲件连接到底座板和定子接口元件上。此方法包括在基于多个波纹弹簧或弯曲件上的有效轴向力的作用线的相对位置的预定位置处，使辅助密封件在径向外端处接触定子接口元件，以及使辅助密封件在径向内端处接触底座板的***鼻部，以对底座板实现零前后倾斜或小的前后倾斜。
另外，方法还包括将辅助密封件的内层区段连接到定子接口元件上，以及使内层区段接触底座板的***鼻部。方法还包括使相邻密封装置节段的内层区段之间的节段空隙与辅助密封件的外层区段的悬垂部分交迭。
在另一个实施例中，方法还包括在底座板的承载表面区域上涂覆润滑涂层和/或耐磨涂层。在非限制性示例中，在底座18的承载表面32上的耐磨涂层和润滑涂层包含作为基底的铬或镍或钼，以及硬质相和固态润滑剂。在另一个非限制性示例中，底座板18的承载表面32上的涂层包含钴基合金。这样的涂层可处理底座板18和转子之间的意外摩擦。此外，在另一个实施例中，方法包括用耐磨涂层材料涂覆与底座板对接的转子表面。在非限制性示例中，耐磨涂层材料选自由碳化铬或碳化钨等组成的组。
有利地，本空气动力学密封组件对于压降大且瞬变大的旋转机器中的若干个位置是可靠、坚固的密封件。密封组件制造起来也较经济。密封件的非接触运行使得它们对于大的转子瞬态位置尤其有吸引力。另外，本发明允许独立地控制弹簧硬度和抗压能力，从而允许设计可经受住大压差的顺从密封件。此外，本发明允许底座板在空气静力学运行中，沿着轴向方向保持几乎平行于转子，而且在空气动力学模式期间，保持几乎平行于转子沿着轴向方向平移。本发明还包括提高径向运动的可预计性(对泄漏性能和坚固性的可预计性提高)。
此外，熟练技术人员将认识到来自不同实施例的各种特征的可互换性。类似地，本领域普通技术人员可混合和搭配所描述的各种方法步骤和特征，以及各个这样的方法和特征的其它已知等效方案，以根据本公开的原理来构建额外的***和技术。当然，要理解的是，不必根据任何特定实施例来实现所有上面描述的这样的目标或优点。因而，例如，本领域技术人员将认识到，可体现或执行本文描述的***和技术，使得实现或优化本文教导的一个优点或一组优点，而不必实现可在本文教导或提出的其它目标或优点。
虽然已经在本文示出和描述了本发明的仅某些特征，但本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此，要理解的是，所附权利要求意于覆盖落在本发明的真实精神内的所有这样的修改和改变。

Claims (27)

1. 一种用于旋转机器的密封组件，所述密封组件包括：
沿周向设置在固定壳体和转子中间的多个密封装置节段，其中，所述多个密封装置节段中的各个包括：
　　定子接口元件；
　　底座板，其包括面向所述转子的一个或多个迷宫齿和承载表面区域，其中，所述底座板构造成允许高压流体通往最前面的迷宫齿的上游部分，以及允许低压流体通往最后面的迷宫齿的下游部分，而且所述底座板进一步构造成在所述底座板和所述转子之间产生空气动力，
　　辅助密封件，其构造成在径向外端处接触所述定子接口元件，并且构造成在径向内端上接触所述底座板的***鼻部；以及
　　附连到所述底座板和所述定子接口元件上的多个波纹弹簧或弯曲件。
2. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述底座板的承载表面区域包括在面向所述转子的侧部上的用于产生空气动力的一个或多个凹槽或穴口。
3. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述底座板的承载表面区域具有比所述转子的半径大的半径，从而沿切向方向形成会聚或会聚-扩散流体膜，以产生空气动力。
4. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述承载表面区域和所述转子包括在面向彼此的表面上的耐磨涂层或成层的润滑涂层。
5. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述底座板包括所述一个或多个迷宫齿和一个或多个端口，所述一个或多个迷宫齿定位在所述底座板的前端附近，以分开所述旋转机器中的高压侧与低压侧，所述一个或多个端口允许低压流体从最后面的迷宫齿的下游部分流到由所述多个波纹弹簧或弯曲件、所述定子接口元件和所述底座板形成的后部腔体。
6. 根据权利要求5所述的密封组件，其特征在于，所述一个或多个端口成角度，以允许所述低压流体沿径向方向从所述最后面的迷宫齿的后面流到由所述多个波纹弹簧或弯曲件、所述定子接口元件和所述底座板形成的所述后部腔体中。
7. 根据权利要求5所述的密封组件，其特征在于，所述一个或多个端口成角度，以允许所述低压流体沿周向方向流动，从而在所述流体从所述最后面的迷宫齿的后面传送到所述底座板的径向上方时，使所述流体打漩。
8. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述底座板包括L形结构，所述L形结构具有用于与所述辅助密封件节段接触的***鼻部区段。
9. 根据权利要求8所述的密封组件，其特征在于，所述L形结构包括一个或多个迷宫齿和一个或多个端口，所述一个或多个迷宫齿定位在所述底座板的前端附近，以分开高压侧与低压侧，所述一个或多个端口允许低压流体从最后面的迷宫齿的下游部分流到由所述多个波纹弹簧或弯曲件、所述定子接口元件和所述底座板形成的后部腔体。
10. 根据权利要求8所述的密封组件，其特征在于，所述L形结构包括一个或多个迷宫齿和一个或多个端口，所述一个或多个迷宫齿定位在所述底座板的后端附近，以分开高压侧与低压侧，所述一个或多个端口允许高压流体从由所述多个波纹弹簧或弯曲件、所述定子接口元件和所述底座板形成的前部腔体流到最前面的迷宫齿的上游部分。
11. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述底座板包括一个或多个轴向肋。
12. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述密封装置节段中的各个包括沿轴向定向在所述底座板的承载表面区域的两个侧部上的馈送凹槽。
13. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述转子包括凹槽或槽口或穴口转子，其沿轴向方向或联合的轴向方向和切向方向或以人字形图案成角度，以产生空气动力。
14. 根据权利要求13所述的密封组件，其特征在于，在所述转子上的所述凹槽或槽口或穴口或所述人字形图案沿旋转方向对齐，或者沿与所述旋转方向相反的方向对齐。
15. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述密封组件进一步包括超过承载表面区域间隙的迷宫齿间隙。
16. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述定子接口元件包括在侧部处的一个或多个凹槽或槽口，以允许设置花键密封垫片，以减少相邻密封装置节段的定子接口元件之间的节段-空隙泄漏。
17. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述底座板包括一个或多个加压端口，所述加压端口沿轴向定位，以允许所述高压流体流到转子-底座空隙。
18. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述底座板包括凹槽或槽口，以允许设置花键密封垫片，以减少相邻密封装置节段的底座板之间的节段-空隙泄漏。
19. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，在所述径向外端处的所述辅助密封件和所述定子接口元件之间的接触位置、在所述径向内端处的所述辅助密封件与所述底座板之间的接触位置，以及所述多个波纹弹簧或弯曲件与所述底座板和所述定子接口元件的附连位置基于确保有效轴向力的作用线在所述波纹弹簧或弯曲件的径向中跨附近穿过所述多个波纹弹簧或弯曲件而处于预定位置，以便对所述底座板实现零前后倾斜或小的前后倾斜。
20. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述多个密封装置节段中的各个的辅助密封件包括外层区段和内层区段，使得所述辅助密封件节段的外层区段中的各个与形成于相邻辅助密封件节段的内层区段之间的密封装置节段空隙交迭。
21. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述辅助密封件相对于垂直于所述旋转机器的轴向方向的方向倾斜，以包括用于获得几乎恒定幅度的接触力的最佳角，以补偿由于所述辅助密封件的有效长度减小而造成的接触力减小。
22. 根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述辅助密封件包括内层区段，所述内层区段具有倾斜轮廓，以在所述底座板的径向运动期间，在所述辅助密封件节段和所述底座板之间在线接触部处保持恒定力。
23. 一种制造密封装置节段的方法，所述方法包括：
将底座板设置在旋转机器中的固定壳体和转子的中间，所述底座板包括面向所述转子的一个或多个迷宫齿和承载表面区域，其中，所述底座板构造成允许高压流体通往最前面的迷宫齿的上游部分，以及允许低压流体通往最后面的迷宫齿的下游部分，并且所述底座板进一步构造成在所述底座板和所述转子之间产生空气动力；
将辅助密封件布置成在径向外端处与定子接口元件接触，以及在径向内端上与所述底座板的***鼻部接触；以及
将多个波纹弹簧或弯曲件附连到所述底座板和所述定子接口元件上。
24. 根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使所述辅助密封件在预定位置处在所述径向外端处接触所述定子接口元件和在所述径向内端处接触所述底座板的所述***鼻部，所述预定位置基于确保有效轴向力的作用线在所述多个波纹弹簧或弯曲件的径向中跨附近穿过所述多个波纹弹簧或弯曲件，以便对所述底座板实现零前后倾斜或小的前后倾斜。
25. 根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将所述辅助密封件的内层区段连接到所述定子接口元件上，以及使所述内层区段接触所述底座板的***鼻部，而且使相邻密封装置节段的内层区段之间的节段空隙与所述辅助密封件的外层区段的悬垂部分进一步交迭。
26. 一种旋转机器，包括：
转子；
固定壳体；以及
沿周向设置在所述固定壳体和转子中间的多个密封装置节段，其中，所述多个密封装置节段中的各个包括：
　　定子接口元件；
　　底座板，其包括面向所述转子的一个或多个迷宫齿和承载表面区域，其中，所述底座板构造成允许高压流体通往最前面的迷宫齿的上游部分，以及允许低压流体通往最后面的迷宫齿的下游部分，并且所述底座板进一步构造成在所述底座板和所述转子之间产生空气动力，
　　辅助密封件，其构造成在径向外端处接触所述定子接口元件，并且构造成在径向内端上接触所述底座板的***鼻部；以及
　　连接到所述底座板和所述定子接口元件上的多个波纹弹簧或弯曲件。
27. 根据权利要求26所述的旋转机器，其特征在于，在所述径向外端处的所述辅助密封件和所述定子接口元件之间的接触、在所述径向内端处的所述辅助密封件与所述底座板之间的接触，以及所述多个波纹弹簧或弯曲件与所述底座板和所述定子接口元件的附连基于确保有效轴向力的作用线在所述波纹弹簧或弯曲件的径向中跨附近穿过所述多个波纹弹簧或弯曲件而处于预定位置，以便对所述底座板实现零前后倾斜或小的前后倾斜。
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