CN111356821B - 包括设有偏转板的唇部的迷宫式密封件 - Google Patents

Abstract

一种迷宫式密封唇部(5)，该迷宫式密封唇部包括竖立在迷宫式密封唇部的侧部面(7)中的一个侧部面上的偏转板(13)，该偏转板引导切向于唇部(5)的气体朝向面对的密封件(4)流动，以扰乱穿过间隙的泄漏流(22)并降低流量。

Description

包括设有偏转板的唇部的迷宫式密封件

技术领域

本发明的主题是包括设有偏转板的唇部的迷宫式密封件。

背景技术

迷宫式密封件是众所周知的并且非常频繁地用于例如航空工业。迷宫式密封件容许小的泄漏流穿过该迷宫式密封件。迷宫式密封件通常分开含有处于不同压力的气体的腔室，迷宫式密封件沿着转子和面对转子的定子或更一般地沿着具有不同的旋转的两个结构接连布置。本文所描述的迷宫式密封件包括基部，该基部被固定到所述结构中的一个结构并且带有至少一个唇部(换句话说，圆形脊部，该圆形脊部竖立在基部上方并且该圆形基部的顶点朝向所述结构中的另一结构定向)，当间隙在例如转子与定子之间产生不均匀的热膨胀的情况下消失时，或者在会产生较大的离心位移的突然加速期间，该至少一个唇部可以支撑非常靠近唇部的顶部的诸如蜂窝的密封填充材料，或者唇部可容易侵蚀的另一种据说耐磨的材料。唇部的顶部与面对唇部的填充材料之间的间隙变窄以及唇部产生的泄漏流可进入的截面的突然变化，会使泄漏流减少。在沿着流动方向接连有多个唇部的通常情况下，这种突然变化的效果得到了增强。

尽管对于迷宫式密封件，泄漏流是可以容忍的并且是不可避免的，但是除其他方法外，人们始终通过使用特殊的唇部形状来努力减少泄漏流。文献FR 2 980 234 A和文献FR 2 825411 A形成该技术领域中的现有技术的一部分并且说明了在涡轮机叶片的自由端部处非常频繁地使用迷宫式密封件，并且在最终的叶片的情况下，沿着切线方向接连形成特殊的锯齿状唇部结构，以便当填充材料与唇部之间的间隙消失时促进唇部与填充材料接合的方式，同时吸收较少的转子功率。

文献FR 2 825 411 A1描述了一种由(沿着径向方向)高度可变的部段组成的唇部；EP 2 116 692 A2描述了一种可以由沿着转子的轴向方向弯曲的部段组成的唇部；US 6478 304 B1描述了一种唇部，该唇部设有从侧部面和唇部的顶面突出的切割元件；并且FR2 963 403 A1描述了设有侧向偏转板但位于定子上的唇部。

发明内容

本发明的基本目的是利用唇部的设计上的创新来进一步减少穿过迷宫式密封件的泄漏流。

本发明的一个总体方面是一种涡轮机的迷宫式密封件，该密封件包括在涡轮机的转子的基部上方突出的至少一个唇部，该唇部是圆形的并且沿着被称为切线方向的方向延伸，该唇部包括两个侧部面，侧部面中的每一个侧部面连接到基部，并且在与基部相对的端部处，侧部面中的每一个侧部面连接在唇部的顶面处，其中侧部面中的至少一个侧部面支撑包括偏转面的至少一个偏转板，该偏转面与所述侧部面相交并且相对于切线方向具有倾斜度。并且偏转面相对于切线方向的倾斜度随着与顶面之间的距离的减小而增大，因此偏转面是凹形的。

偏转板是一种结构，该结构在唇部的侧部面上突出并具有被称为偏转面的面，该偏转面沿着转子的切线方向定向，以便拦截沿着具有主要径向分量的方向的部分流，因为该部分流沿着唇部的该侧部面流动，以便通过增加该部分流的切向分量而使该部分流偏离，从而扰乱沿着主轴向方向和垂直方向的泄漏流，并因此减小泄漏流的流量。偏转面的凹度增加了特别有益的切向分量。

根据本发明的一些优选形式：

-偏转板以沿着切线方向规则的角节距沿着唇部重复布置；

-唇部沿着切线方向自由移动，并且偏转面沿着唇部的移动方向定向；

-偏转面位于基部与顶面之间；

-支撑偏转板的侧部面沿着垂直于切线方向的轴向方向朝向穿过迷宫式密封件的流的上游侧定向；

-唇部沿着垂直于切线方向的轴向方向从基部朝向穿过迷宫式密封件的流的上游侧倾斜。

这些不同的可能的修改和改进都可以增强总体布置的效果。

附图说明

现在，将参考仅出于说明的目的而附的以下各图详细描述本发明，这些图表示一个特定的实施例：

-图1和图2示出了常规的迷宫式密封件的轴向截面和横截面；

-图3和图4示出了根据本发明修改的密封件的轴向截面和横截面；

-并且图5示出了穿过密封件的流。

具体实施方式

图1和图2示出了传统的迷宫式密封件的轴向截面和横截面；沿着涡轮机的轴向方向X延伸的转子轴1被定子2包围。迷宫式密封件3包括密封填充材料4和唇部5，该密封填充材料可以是固定到定子2的蜂窝形式，该唇部从固定到转子1的基部6突出。唇部5沿着机器的径向方向R突出并且沿着切线方向T延伸，这三个方向彼此垂直。定子2和密封填充物4是环形的，唇部5围绕机器的中心轴线是圆形的。唇部5中的每一个唇部由连接到基部6的两个侧部面7和8以及连接到侧部面7和8的相对端部的顶面9界定，该顶面可以是单个边缘。迷宫式密封件3将沿着转子1接连的并由转子1和定子2界定的两个气体腔室10和11分开。如果其中一个腔室10中的压力高于另一个腔室中的压力，则泄漏流12穿过迷宫式密封件3、穿过唇部5的顶面9与密封填充材料4之间的间隙而形成。对于唇部5中的每一个唇部，侧部面7朝向泄漏流12的上游侧定向，并且侧部面8朝向下游侧定向。

根据本发明(图3、图4和图5)，唇部5在其侧部面中的至少一个侧部面处并且特别是在朝向泄漏流12的上游侧定向的侧部面7处设有偏转板13，这些偏转板可能由薄板组成，并且在所有情况下均包括偏转面14，该偏转面与安装有偏转板的侧部面7相交，并沿着转子1的移动方向T⁺沿着切线方向T定向。偏转板13可沿着唇部5以沿着切线方向T规则的角节距安装。偏转面14相对于切线方向T倾斜，换句话说，偏转面沿着径向方向R在唇部5的在基部6与顶面9之间的高度的至少一部分上、并且有利地在该整个高度上延伸。该倾斜度是可变的，靠近基部6的倾斜度较小(换句话说，偏转面14沿着切线方向T几乎是水平的)，然后倾斜度随着与顶面9之间的距离的减小而不断增大(换句话说，与径向方向R之间的角度不断减小)：偏转面14是凹形的。

偏转板13的效果可以解释如下。泄漏流12在唇部5之前呈涡流15的形式，尤其是如果在唇部5的前面存在另一个具有相同性质的唇部，则界定了形成涡流15的腔体16。涡流15的靠近唇部5的区域经受由转子1的移动施加的大的切向速度分量。气体在到达偏转板13中的一个偏转板的偏转面14的前方时被偏转面引导，并且气体的方向被改变以引起朝向密封填充材料4定向的较大的径向速度分量。因此，泄漏流12的可能穿过唇部5的那一部分与由偏转板13偏离的气体碰撞，从而具有较大的径向分量和切向分量。然后扰乱了流动部分，这减少了穿过唇部5的泄漏流。通过偏转板13的倾斜度的变化而合并的切向分量被认为对产生这种效果最有用。

在这种情况下，施加在由偏转板13拦截的气体上的径向分量是离心的，转子1在中心处并且由定子2(或更一般地，由支撑密封填充材料4的主体)围绕。相反的布置也是可能的，其中，转子支撑围绕定子的唇部，然后偏转板将带有被放置成将向心的径向分量施加在气体上的唇部。

除了或代替本文所描述的偏转板13，偏转板(图3)也可以被放置在唇部的、朝向泄漏流12的下游侧定向的侧部面8上；这些偏转板的形状可以相同。

对于本发明，唇部5沿着轴向方向可以是倾斜的而没有任何改变，如图5所示(其中，唇部5从基部6朝着泄漏流12的上游侧倾斜)，或者唇部5是笔直的(仅沿着径向方向突出)，如图3所示；此外，侧部面7和8沿着轴向方向的倾斜度不是关键参数。

例如，沿着角度方向可以存在几十个或一百多个偏转板13，其中角节距可以在大约2°至10°之间变化。如在涡轮机中经常发生的那样，在密封件位于固定或活动叶片级的顶部处、位于将这些顶部连接在一起的环上的情况下，偏转板13的角节距可以与叶片的角节距完全相同。

Claims (7)

1.涡轮机的迷宫式密封件，所述迷宫式密封件包括在所述涡轮机的转子(1)的基部(6)上方突出的唇部(5)，所述唇部是圆形的并且沿着切线方向延伸，所述唇部包括两个侧部面(7，8)，所述侧部面中的每一个侧部面连接到所述基部，并且在与所述基部相对的端部处，所述侧部面中的每一个侧部面连接在所述唇部(5)的顶面(9)处，其中所述侧部面中的至少一个侧部面支撑包括偏转面(14)的至少一个偏转板(13)，所述偏转面与所述侧部面相交并且相对于所述切线方向具有倾斜度，其特征在于，所述偏转面相对于所述切线方向的倾斜度随着与所述顶面(9)之间的距离的减小而增大，因此所述偏转面是凹形的。

2.根据权利要求1所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述偏转板以沿着所述切线方向规则的角节距在所述唇部上重复布置。

3.根据权利要求2所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述角节距介于2°至10°之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述唇部沿着所述切线方向自由移动，并且所述偏转面(14)沿着所述唇部的移动方向定向。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述偏转面(14)在所述基部(6)与所述顶面(9)之间延伸。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的迷宫式密封件，其特征在于，支撑所述偏转板的侧部面沿着垂直于所述切线方向的轴向方向朝向穿过所述迷宫式密封件的流的上游侧定向。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的迷宫式密封件，其特征在于，所述唇部沿着垂直于所述切线方向的轴向方向从所述基部朝向穿过所述迷宫式密封件的流(12)的上游侧倾斜。

Images