用于旋转机器的空气动力学密封件制造技术

提供用于旋转机器的空气动力学密封组件。组件包括周向地配置在静止壳体与转子中间的多个密封装置节段。节段中的每一个包括具有前蹄区段和后蹄区段的蹄片，其具有在前蹄区段与后蹄区段之间的面向转子的多个迷宫齿。蹄片构造成允许高压流体至多个迷宫齿的前部部分?并允许低压流体至多个迷宫齿后面，并且还构造成在蹄片与转子之间产生空气动力学力。密封装置节段还包括连接于蹄片和顶部连接元件的多个波纹管弹簧或弯曲部，其中，多个波纹管弹簧或弯曲部构造成允许高压流体占据前腔体并允许低压流体占据后腔体。此外，密封装置节段包括次级密封件，其在一个第一端部处附接于顶部连接元件，并且在一个第二端部处绕着多个波纹管弹簧或弯曲部和蹄片定位。

【技术实现步骤摘要】
用于旋转机器的空气动力学密封件关于联邦政府资助研究和开发的声明本专利技术利用美国能源部授予的合同No.DE-FC26-05NT42643下的部分政府支持完成。政府具有本专利技术中的某些权利。
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/定子间隙等的先进的空气动力学密封组件。
技术介绍
诸如燃气涡轮发动机、航空发动机和蒸汽涡轮的各种类型的涡轮机是已知的，并且广泛用于发电、推进等。涡轮机的效率部分地取决于内部构件之间的空隙和穿过这些空隙的主流体和次级流体的泄漏。例如，可在某些转子-定子连接面处有意地允许大空隙，以适应大的热或机械引起的相对运动。流体穿过这些间隙从高压区泄漏至低压区可导致涡轮机的低效率。这种泄漏由于泄漏流体不能执行有用的工作而可影响效率。不同类型的密封系统用于最小化流过涡轮机的流体的泄漏。然而，在可通过密封系统增大或减小空隙的各种操作阶段期间，密封系统通常经受相对较高的温度、热梯度以及热膨胀和收缩及机械膨胀和收缩。例如，组装成在启动瞬变阶段期间以非常紧密的空隙运行的传统迷宫密封件可在稳态操作期间以大空隙运行，由此导致稳态操作时的差性能。因此，存在对用于与涡轮机一起使用的改进顺应性密封组件的期望。优选地，这种顺应性密封组件可在稳态操作期间提供较紧密的密封，同时在瞬变操作期间避免由接触引起的摩擦、磨损和损坏。这种密封组件应当改进总系统效率，同时制造便宜，并且提供相关部件的延长的寿命。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，提供了一种用于旋转机器的空气动力学密封组件。组件包括周向地配置在静止壳体与转子中间的多个密封装置节段。节段中的每一个包括具有前蹄(shoe)区段和后蹄区段的蹄片，该蹄片具有在前蹄区段与后蹄区段之间的面向转子的多个迷宫齿。蹄片构造成允许高压流体至多个迷宫齿的前部部分并允许低压流体至多个迷宫齿后面，并且还构造成在蹄片与转子之间产生空气动力学力。密封装置节段还包括连接于蹄片和顶部连接元件的多个波纹管弹簧或弯曲部，其中，多个波纹管弹簧或弯曲部构造成允许高压流体占据前腔体并允许低压流体占据后腔体。此外，密封装置节段包括次级密封件，其在一个第一端部处附接于顶部连接元件，并且在一个第二端部处绕着多个波纹管弹簧或弯曲部和蹄片定位。根据本专利技术的实施例，提供了一种用于涡轮构件的空气动力学密封装置。密封装置包括蹄片，其具有在前蹄片区段与后蹄片区段之间的面向可旋转元件的多个迷宫齿。蹄片构造成允许高压流体至多个迷宫齿的前部部分并允许低压流体至多个迷宫齿后面，并且还构造成在蹄片与转子之间产生空气动力学力。密封装置还包括连接于蹄片和顶部连接元件的多个波纹管弹簧或弯曲部，其中，多个波纹管弹簧或弯曲部构造成允许高压流体占据前腔体并允许低压流体占据后腔体。此外，密封装置包括次级密封件，其在一个第一端部处连接于顶部连接元件，并且在一个第二端部处绕着多个波纹管弹簧或弯曲部和蹄片定位，其中，配置在密封装置内的次级密封件构造成形成朝向旋转机器的高压侧和低压侧的前腔体和后腔体。根据本专利技术的实施例，提供了一种在旋转机器的静止壳体与绕着旋转机器的轴线转动的可旋转元件之间形成气体路径密封件的方法。该方法包括将多个密封装置节段配置在静止壳体与可旋转元件中间。密封装置节段中的每一个包括蹄片，其具有在前蹄片区段与后蹄片区段之间的多个迷宫齿，该蹄片构造成用于允许高压流体至多个迷宫齿的前部部分并允许低压流体至多个迷宫齿后面，并且还构造成用于在蹄片与转子之间产生空气动力学力。该方法还包括将密封装置节段中的每一个中的多个波纹管弹簧或弯曲部附接于蹄片和顶部连接元件，其中，多个波纹管弹簧或弯曲部构造成用于允许高压流体占据前腔体并允许低压流体占据后腔体。此外，该方法包括将次级密封件配置在密封装置节段中的每一个内以形成前腔体和后腔体，其中，次级密封件在一个第一端部处附接于顶部连接元件，并且在一个第二端部处绕着多个波纹管弹簧或弯曲部和蹄片定位。一种用于旋转机器的空气动力学密封组件，密封组件包括：多个密封装置节段，其周向地配置在静止壳体与转子中间，其中，节段中的每一个包括：具有前蹄区段和后蹄区段的蹄片，其具有在前蹄区段与后蹄区段之间的面向转子的多个迷宫齿，其中，蹄片构造成允许高压流体至多个迷宫齿的前部部分并允许低压流体至多个迷宫齿后面，并且还构造成在蹄片与转子之间产生空气动力学力，多个波纹管弹簧或弯曲部，其连接于蹄片和顶部连接元件，其中，多个波纹管弹簧或弯曲部构造成允许高压流体占据前腔体并允许低压流体占据后腔体；以及次级密封件，其在一个第一端部处附接于顶部连接元件，并且在一个第二端部处绕着多个波纹管弹簧或弯曲部和蹄片定位。优选地，蹄片包括由于蹄片的顶部部分的不同周向宽度而形成的前蹄供给凹槽和朝向旋转机器的高压侧的前蹄片区段。优选地，蹄片包括由于蹄片的顶部部分的不同周向宽度而形成的后蹄供给凹槽和朝向旋转机器的低压侧的后蹄片区段。优选地，多个波纹管弹簧中的每一个包括小于顶部连接元件和蹄片的周向宽度中的每一个的周向宽度。优选地，多个波纹管弹簧包括前波纹管弹簧和后波纹管弹簧。优选地，密封装置节段中的每一个包括次级密封件与蹄片之间的线接触，从而使前波纹管弹簧与后波纹管弹簧对称地或几乎对称地分开在次级密封件与蹄片之间的线接触的任一侧。优选地，蹄片包括在旋转机器的高压侧位于线接触之前的多个前端口，用于允许流体轴向流动至多个迷宫齿的前部部分。优选地，多个前端口沿周向方向成角度，以在流体从前腔体流动至多个迷宫齿的前部部分时将涡流给予流体。优选地，前腔体由顶部连接元件、次级密封件、前波纹管弹簧和在旋转机器的高压侧的蹄片形成。优选地，蹄片包括一个或更多个后端口，其在旋转机器的低压侧位于线接触之后，并且构造成使多个迷宫齿的后侧连接于后腔体。优选地，后腔体由顶部连接元件、次级密封件、后波纹管弹簧和在旋转机器的低压侧的蹄片形成。优选地，一个或更多个后端口沿周向方向成角度，以将切向流给予从多个迷宫齿后面流动到后腔体中的流体。优选地，一个或更多个后端口为直端口或周向成角度的端口，用于允许流体从多个迷宫齿后面流动至密封装置节段的下游腔体。优选地，前蹄区段和后蹄区段中的每一个包括瑞利阶梯，用于产生用于密封装置节段上的附加向上推力的薄膜。优选地，面向转子的蹄片的侧面包括不同于转子的曲率半径的曲率半径。优选地，面向转子的蹄片的侧面的曲率半径大于转子的曲率半径。一种用于涡轮构件的空气动力学密封装置，其包括：蹄片，其具有在前蹄片区段与后蹄片区段之间的面向可旋转元件的多个迷宫齿，其中，蹄片构造成允许高压流体至多个迷宫齿的前部部分并允许低压流体至多个迷宫齿后面，并且还构造成在蹄片与转子之间产生空气动力学力；多个波纹管弹簧或弯曲部，其连接于蹄片和顶部连接元件，其中，多个波纹管弹簧或弯曲部构造成允许高压流体占据前腔体并允许低压流体占据后腔体；以及次级密封件，其在一个第一端部处连接于顶部连接元件，并且在一个第二端部处绕着多个波纹管弹簧或弯曲部和蹄片定位，其中，次级密封件配置在密封装置内以形成朝向旋转机器的高压侧和低压侧的前腔体和后腔体。优选地，空气动力学密封装置还包括在分别朝向旋转机器的高压侧和低压侧的蹄片的侧面处的前蹄供给凹槽和后蹄供给凹槽。优选地，多个波纹管弹簧中的每一个包括小于顶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于旋转机器的空气动力学密封组件，所述密封组件包括：多个密封装置节段，其周向地配置在静止壳体与转子中间，其中，所述节段中的每一个包括：具有前蹄区段和后蹄区段的蹄片，其具有在所述前蹄区段与所述后蹄区段之间的面向所述转子的多个迷宫齿，其中，所述蹄片构造成允许高压流体至所述多个迷宫齿的前部部分并允许低压流体至所述多个迷宫齿后面，并且还构造成在所述蹄片与所述转子之间产生空气动力学力，多个波纹管弹簧或弯曲部，其连接于所述蹄片和顶部连接元件，其中，所述多个波纹管弹簧或弯曲部构造成允许所述高压流体占据前腔体并允许所述低压流体占据后腔体；以及次级密封件，其在一个第一端部处附接于所述顶部连接元件，并且在一个第二端部处绕着所述多个波纹管弹簧或弯曲部和所述蹄片定位。

【技术特征摘要】
2012.07.06 US 13/542,7801.一种用于旋转机器的空气动力学密封组件，所述密封组件包括：多个密封装置节段，其周向地配置在静止壳体与转子中间，其中，所述节段中的每一个包括：具有前蹄区段和后蹄区段的蹄片，其具有在所述前蹄区段与所述后蹄区段之间的面向所述转子的多个迷宫齿，其中，所述蹄片构造成允许高压流体至所述多个迷宫齿的前部部分并允许低压流体至所述多个迷宫齿后面，并且还构造成在所述蹄片与所述转子之间产生空气动力学力，多个弯曲部，其连接于所述蹄片和顶部连接元件，其中，所述多个弯曲部构造成允许所述高压流体占据前腔体并允许所述低压流体占据后腔体；以及次级密封件，其在一个第一端部处附接于所述顶部连接元件，并且在一个第二端部处绕着所述多个弯曲部和所述蹄片定位。2.根据权利要求1所述的空气动力学密封组件，其特征在于，所述蹄片包括由于所述蹄片的顶部部分的不同周向宽度而形成的前蹄供给凹槽和朝向所述旋转机器的高压侧的所述前蹄片区段。3.根据权利要求2所述的空气动力学密封组件，其特征在于，所述蹄片包括由于所述蹄片的顶部部分的不同周向宽度而形成的后蹄供给凹槽和朝向所述旋转机器的低压侧的所述后蹄片区段。4.根据权利要求1所述的空气动力学密封组件，其特征在于，所述多个弯曲部中的每一个包括小于所述顶部连接元件和所述蹄片的周向宽度中的每一个的周向宽度。5.根据权利要求1所述的空气动力学密封组件，其特征在于，所述多个弯曲部包括多个波纹管弹簧，其包括前波纹管弹簧和后波纹管弹簧。6.根据权利要求5所述的空气动力学密封组件，其特征在于，所述密封装置节段中的每一个包括所述次级密封件与所述蹄片之间的线接触，从而使所述前波纹管弹簧与所述后波纹管弹簧对称地或几乎对称地分开在所述次级密封件与所述蹄片之间的所述线接触的任一侧。7.根据权利要求6所述的空气动力学密封组件，其特征在于，所述蹄片包括在所述旋转机器的高压侧位于所述线接触之前的多个前端口，用于允许流体轴向流动至所述多个迷宫齿的前部部分。8.根据权利要求7所述的空气动力学密封组件，其特征在于，所述多个前端口沿周向方向成角度，以在所述流体从所述前腔体流动至所述多个迷宫齿的前部部分时将涡流给予所述流体。9.根据权利要求8所述的空气动力学密封组件，其特征在于，所述前腔体由所述顶部连接元件、所述次级密封件、所述前波纹管弹簧和在所述旋转机器的高压侧的所述蹄片形成。10.根据权利要求6所述的空气动力学密封组件，其特征在于，所述蹄片包括一个或更多个后端口，其在所述旋转机器的低压侧位于所述线接触之后，并且构造成使所述多个迷宫齿的后侧连接于所述后腔体。11.根据权利要求10所述的空气动力学密封组件，其特征在于，所述后腔体由所述顶部连接元件、所述次级密封件、所述后波纹管弹簧和在所述旋转机器的低压侧的所述蹄片形成。12.根据权利要求10所述的空气动力学密封组件，其特征在于，所述一个或更多个后端口沿周向方向成角度，以将切向流给予从所述多个迷宫齿后面流动到所述后腔体中的流体。13.根据权利要求10所述的空气动力学密封组件，其特征在于，所述一个或更多个后端口为直端口或周向成角度的端口，用于允许流体从所述多个迷宫齿后面流动至所述密封装置节段的下游腔体。14.根据权利要求1所述的空气动力学密封组件，其特征在于，所述前蹄区段和所述后蹄区段中的每一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：RA比卡，M奇里，AM萨特，JR威廉斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：