蒸汽透平密封函水平接合密封及形成該密封的方法
2023-09-24 04:37:10 2
專利名稱：蒸汽透平密封函水平接合密封及形成該密封的方法
技術領域：
本發明總體上涉及蒸汽透平的密封，具體說，涉及密封函水平接合面處的密封，以在高壓和中壓透平部段的高壓和中壓區之間形成密封，以及形成該密封的方法。
背景技術：
蒸汽透平通常由軸向隔開的高壓和中壓透平部段構成，關於每部段共同的轉子。眾所周知，每一透平部段包括安裝在轉子上在軸向隔開位置處的多個周向隔開的葉片，與連接在外殼上的噴嘴組件一起形成多個透平級。蒸汽透平的高壓和中壓部段之間設有一密封函。密封函典型地是由多個殼體構成，即傳統的兩半殼，它們沿一水平中線相互連接在一起。密封函包括多個軸向隔開的呈弧形延伸的槽，用以容納填料密封段，填料密封段上安裝有圍繞轉子的迷宮式密封齒。密封函通常從轉子密封沿徑向向外延伸至與透平外殼的連接部。因此，密封函位於高壓和中壓透平部段的蒸汽進口之間。由於密封函分隔高壓進口流與中壓進口流，存在穿過密封函的殼體之間接合部的顯著洩漏的實際可能。特別是，儘管各殼體用螺栓連接在一起，透平運行過程中，整個殼體的熱變化、機械加工誤差和壓力變形都會造成形成穿過高壓和中壓區的水平接合面的洩漏路徑的可能。儘管彈簧加載的鍵已經先期用在水平接合部，但這些鍵不能擔當實質性密封功能。可以理解，通過水平接合部的顯著蒸汽洩漏流，將導致低的機械效率和性能。
發明內容
按照本發明的一種優選實施例，在密封函殼體之間的接合面處提供一填料密封，以減少或者消除具有高壓和中壓部段的蒸汽透平的高壓和中壓區之間的蒸汽洩漏路徑。相鄰的密封函殼體之間的接合部的每一端面上提供有一沿圓周方向開口的槽，並與相鄰的端面上的對應的槽對正。一填料密封設置在對正的槽內。槽和填料密封從鄰近轉子的一位置，延伸至鄰近密封函和外殼之間的連接部的一位置。
更具體地說，密封函和外殼之間的連接部包括軸向貼靠的軸向承載面，從而外殼上的軸向承載面起止擋作用，阻止密封函向中壓部段運動。此外，密封函攜帶的填料密封段也具有協同工作的起密封作用的軸向承載面。槽和填料密封從它們的鄰近密封函和填料密封段的可協同工作的軸向承載面的徑向最內端延伸至外殼和密封函之間的接合的軸向承載面附近。可以理解，密封函的水平接合部內的填料密封可以用於原始設備製造，也可以用於改造現有蒸汽透平裝置，以提高總的機械效率。
在按照本發明的一種優選實施例中，提供一種蒸汽透平，其包括軸向隔開的繞一公共轉子的多個透平部段，各透平部段可在不同壓力下運行，繞不同壓力部段和轉子的外殼，密封函位於不同壓力部段之間，並連接在外殼上，密封函將位於其軸向相對兩側的不同壓力區分開，密封函由至少一對弧形殼體構成，它們具有周向對正的相互連接的端面，在端面之間和外殼和轉子之間形成至少一個接合部，接合端面上對正的槽和在對正的槽中延伸的填料密封在接合處形成密封函相對的軸向兩側的不同壓力區之間的密封。
在按照本發明的另一種優選實施例中，提供一種蒸汽透平，其包括軸向隔開的繞一公共轉子的高壓和中壓透平部段，繞高壓和中壓部段和轉子的外殼，密封函位於高壓和中壓部段之間，將位於密封函的軸向相對兩側的高壓和中壓區分開，密封函具有一軸向承載面，它貼靠在由外殼攜帶的軸向承載面上，以阻止密封函在高壓和中壓區之間的壓差作用下相對外殼的軸向運動，密封函由一對弧形殼體構成，它們具有周向對正的相互連接的端面，在端面之間形成一對接合部，端面在外殼和轉子之間延伸，基本鄰近透平的水平中線，密封函的每一接合處的每一端面上對正的槽，和填料密封，設置在高壓和中壓區之間的每一接合面密封中的所述對正的槽中，並且沿大體為徑向的方向從鄰近轉子處向鄰近密封函和外殼的軸向承載面附近延伸。
在按照本發明的又一種優選實施例中，提供一蒸汽透平中，該蒸汽透平具有軸向隔開的繞一公共轉子的高壓和中壓透平部段，繞高壓和中壓部段和轉子的外殼，密封函位於高壓和中壓部段之間，將位於密封函的軸向相對兩側的高壓和中壓區分開，密封函由一對弧形殼體構成，它們具有周向對正的相互連接的端面，在端面之間形成一對接合部，端面在外殼和轉子之間延伸，基本鄰近透平的水平中線，一種在密封函的相對兩側的高壓和中壓區形成密封的方法，其包括如下步驟在密封函殼體的每一端面成形槽，使之與成形在相對端面上的槽對正，將一填料密封插入一對端面的槽中，和沿水平中線將各密封函殼體連同各接合部的對正的槽中的填料密封相互固定在一起。
圖1為沿通過一蒸汽透平軸心線和水平中心線的平面剖開的局部橫剖視圖，示出現有技術蒸汽透平的高壓和中壓部段；圖2為一放大的局部橫剖視圖，特別示出按照本發明的一種優選實施例的密封函殼體之間的接合面處的密封；圖3為一種形式的填料密封的局部橫剖視圖；圖4為另一種形式的填料密封的局部橫剖視圖；以及圖5為一種填料密封的放大的橫剖視圖，示出覆蓋其上的金屬織物層。
具體實施例方式參見各附圖，特別是圖1，其中示出現有技術的蒸汽透平的一部分，總體用標號10表示，在這個實例中，它包括一高壓透平部段，總體用12表示和一中壓透平部段，總體用14表示，即不同的壓力部段，安裝在一個整體轉子16周圍。很清楚，轉子16是由高壓和中壓透平部段12和14驅動旋轉的，而殼體或者外殼18保持靜止。蒸汽進口20向高壓透平部段12提供高壓蒸汽。蒸汽進口22向中壓透平部段14提供較低壓力，例如中壓蒸汽。通過進口20和22分別供給高壓蒸汽和中壓蒸汽的高壓和中壓區之間設有一個密封函28。
密封函28優選地是由至少一對弧形殼構成，其中一個示於標號29處。該對弧形殼具有徑向相對的凸緣，形成彼此對正和相互連接的端面。圖1示出一個這樣的凸緣30，它具有一端面32，它與相鄰的弧形殼的周向對正的端面對齊。當該密封函殼以端面貼合的方式相互固定後，可以看出，密封函28形成關於轉子16的環形體，它由轉子外殼18支撐並且固定在該轉子外殼上。
如圖1和2所示，密封函28包括多個軸向隔開的呈弧形延伸的鳩尾形槽34。捲入每一鳩尾槽內的是填料密封段36，它具有徑向向內的突緣38，其上安裝有許多迷宮密封齒40，以與轉子16形成一密封。各鳩形槽34具有軸向相對的凸緣42，而填料密封段具有一頸部44、中間鉤件46和突緣38。可以看出，由於跨填料密封段存在壓差，頸部44的上遊側的軸端面(圖2)與密封函的下遊鉤件46接合，形成可相互協作軸向載荷表面(術語上遊和下遊與相應的高壓和中壓部段中的蒸汽流的方向有關，圖中用箭頭39和41表示)。
密封函28沿徑向向外方向延伸，以與外殼18連接。具體說，外殼18包括一徑向向內取向的凸緣50，它容納在沿密封函28的外表面成形的槽或狹槽52中。最終裝配後，凸緣50和槽52基本呈環形。可以看出，形成槽52的密封函28的上遊軸端面54(圖2)與凸緣50的下遊面56軸向對齊。這些軸端面形成軸向承載面，它們協同工作，以阻止密封函28向上遊方向，即圖2中向右朝中壓部段，軸向運動，這是由於透平的高壓和中壓部段間存在不同壓力所致。
在構成密封函28的殼體的每一對正的端面32處設有槽60，它與相鄰的密封函殼的相對端面中的對應槽對正。在典型的由兩半殼構成的密封函28中，每一端面的槽與沿密封函的水平中間接合部的相鄰端面的相對槽對正。一填料密封62在上述對正的槽60中延伸，從而橫跨相鄰密封函殼的對齊端面的接合面延伸。填料密封62優選地是細長金屬帶，例如成形為0.010英寸厚，其相對的長邊緣在相應的槽中延伸，這樣，該填料密封將填充相對的端面32之間的任何間隙。如圖2所示，填料密封62和槽60的徑向最內端，從在填料密封段36和密封函的凸緣42之間的鄰近的承載面延伸至鄰近的徑向向外的可相互協作的軸向承載面54和56。因此，填料密封和槽沿徑向向外基本上橫跨整個接合面，並介於本身就是密封面的部位之間。
參見圖3，其中示出另一種形式的填料密封，以設置在鄰接的密封函殼體的槽60之中。在這種形式的填料密封70中，設有一密封體72，其具有增大的端部，即沿密封的細長相對邊緣的增大部分74，用以設置在槽60的底部附近。這樣，密封體72的中心部分76，相對槽60的寬度和增大的端部74，具有減小的深度尺寸，以適應密封函殼體的相對端面32之間的任何錯配，以及蒸汽透平運行過程中的熱瞬時變化，而不會損壞填料密封。圖3所示填料密封70可以是共同所有的美國專利US5624227中公開的類型。其公開的內容在此結合參考。
參見圖4，其中示出另一種形式的填料密封。圖4所示的填料密封80，可以用金屬板材製成，其具有一密封體82，其相對的兩端在84處是反方向彎曲或彎折的，以形成增大的端部，即沿填料密封80的相對兩側的增大部分86。反向彎曲部分的邊緣88面向密封體82的中心部分。該增大部分86設置在槽60的底部附近，並適應端面32之間的錯配，且使密封函殼體之間在熱瞬時變化時產生相對運動。這種類型的填料密封也公開在上述專利中。
參見圖5，其中示出另一種填料密封90，它具有一用金屬成形的中心芯92，並具有一織造材料構成的覆蓋層94。該織物層可以包括金屬，陶瓷和/或聚合物纖維，它們經過織造，以形成一層織物層。上述覆蓋織物層可以是共同所有的美國專利US 5934678中公開的類型，其公開的內容在此結合參考。
從上面的說明可以理解，在槽中設置填料密封，並且填料密封在密封函殼體的相對端面之間延伸，可以減少或者防止密封函相對的軸向兩側的高壓和中壓區之間出現蒸汽洩漏路徑。此外，可以理解，密封函殼體之間的密封可以形成原始製造設備的一部分，或者改造在現有蒸汽透平之中。為實現後者，蒸汽透平被停機，即去掉上外殼，同時去掉密封函。之後，在密封函的端面上加工槽，使相對端面上的槽彼此對正。槽加工完成後，重新裝配密封函殼體，彼此用螺栓固定在轉子周圍。然後，將上外殼固定在下外殼上，以完成改造。
儘管本發明已經結合考慮作為最實際和優選的實施例作了說明，但應當理解，本發明並不限於公開的實施例，相反，應當覆蓋包括在各權利要求的精神和範圍內的各種變型和等同的方案。
權利要求
1.一種蒸汽透平，其包括軸向間隔開的關於一公共轉子(16)的多個透平部段(12，14)，各透平部段可在不同壓力下運行；關於不同壓力部段和轉子的外殼(18)；密封函(28)位於所述不同壓力部段之間，並連接在所述外殼上，所述密封函將位於其軸向相對兩側的不同壓力區隔開；所述密封函由至少一對弧形殼體構成，它們具有周向對正的相互連接的端面(32)，在所述端面之間和所述外殼和所述轉子之間形成至少一個接合部；所述結合端面上對正的槽(60)；和填料密封(62，70，80，90)在所述對正的槽中延伸，且在所述接合處形成密封函相對的軸向兩側的不同壓力區之間的密封。
2.按照權利要求1所述的透平，其中，所述槽(60)和所述填料密封(62，70，80，90)在鄰近轉子和外殼的位置之間延伸。
3.按照權利要求1所述的透平，其中，所述密封函和所述外殼中的一個包括一總體沿周向延伸的槽(52)，它具有一軸向端面(54)，而所述密封函和所述外殼中的另一個包括一周向延伸的凸緣(52)，它容納在所述槽中，在它們之間形成一軸向密封面(56)，所述填料密封(62，70，80，90)和所述填料密封槽(60)在鄰近轉子和所述軸向密封面的位置之間延伸。
4.按照權利要求3所述的透平，其中，所述密封函包括多個軸向隔開的弧形槽(34)和所述槽中的填料密封段(36)，以在轉子周圍形成密封，所述軸向隔開的槽和所述填料密封段具有可協同工作的軸向承載面(44，42)，所述填料密封(62，70，80，90)和所述殼體的所述對正的端面槽(60)從鄰近所述軸向承載面和所述軸向密封面之一的位置延伸。
5.按照權利要求1所述的透平，其中，所述填料密封(62，70，80，90)和所述對正的端面槽(60)大體沿徑向呈弧形延伸。
6.按照權利要求1所述的透平，其中，每一所述填料密封(90)包括一織物層(94)，它沿所述填料密封相對的兩側和繞其至少一對相對的邊緣包圍所述填料密封。
7.按照權利要求1所述的透平，其中，每個所述填料密封(70，80)包括密封體(72，82)，沿其相對的邊緣具有一增大的部分(74，86)，它容納在所述槽中，所述增大的部分分別鄰近所述槽的底部。
8.一種蒸汽透平，其包括軸向隔開的關於一公共轉子(16)的高壓和中壓透平部段(12，14)；繞所述高壓和中壓部段和轉子的外殼(18)；密封函(28)位於所述高壓和中壓部段之間，將位於密封函的軸向相對兩側的高壓和中壓區隔開，所述密封函具有軸向承載面(54)，它貼靠在由所述外殼攜帶的一個軸向承載面(56)上，以阻止所述密封函響應高壓和中壓區之間的壓差相對所述外殼軸向運動；所述密封函由一對弧形殼體構成，它們具有周向對正的相互連接的端面(32)，在所述端面之間形成一對接合部，所述端面在所述外殼和所述轉子之間延伸，基本鄰近透平的水平中線；在密封函的每一接合面處的每一端面上對正的槽(60)；和填料密封(62，70，80，90)設置在高壓和中壓區之間的每一接合密封中的所述對正的槽中，並且沿大體為徑向的方向，從鄰近所述轉子處向鄰近所述密封函和所述外殼的軸向承載面附近延伸。
9.按照權利要求8所述的透平，其中，所述密封函包括多個軸向隔開的弧形槽(34)和所述槽中的填料密封段，以在轉子周圍形成密封，所述軸向隔開的槽和所述填料密封段具有可協同工作的軸向承載面(44，42)，所述填料密封(62，70，80，90)和所述殼體的所述對正的端面槽(60)從所述填料密封段和所述槽的可協同工作的軸向承載面附近延伸至所述密封函和所述外殼的軸向承載面附近。
10.按照權利要求8所述的透平，其中，每一所述填料密封(90)包括一織物層(94)，它沿所述填料密封相對的兩側和繞其至少一對相對的邊緣包圍所述填料密封。
11.在一蒸汽透平中，該蒸汽透平具有軸向隔開的關於一公共轉子(16)的高壓和中壓透平部段(12，14)，繞所述高壓和中壓部段和轉子的外殼(18)，密封函(28)位於所述高壓和中壓部段之間，並將位於密封函的軸向相對兩側的高壓和中壓區隔開，所述密封函由一對弧形殼體構成，它們具有周向對正的相互連接的端面(32)，在所述端面之間形成一對接合部，所述端面在所述外殼和所述轉子之間延伸，基本鄰近透平的水平中線，一種在所述密封函的相對兩側的高壓和中壓區形成密封的方法，其包括如下步驟在所述密封函殼體(18)的每一端面(32)成形出槽(60)，使之與成形在相對的端面上的槽對正；將一填料密封(62，70，80，90)插入一對端面的槽中；和沿水平中線將各密封函殼體連同各接合部的對正的槽中的填料密封相互固定在一起。
全文摘要
填料密封(67，70，80，90)形成在蒸汽透平的密封函殼體(28)之間的接合處，透平具有位於密封函軸向相對兩側的高壓和中壓區之間的高壓和中壓透平部段密封。填料密封在對正的槽(60)中，從鄰近轉子的密封段，徑向向外延伸至外殼和密封函之間協同工作的軸向承載面(54，56)附近。填料密封減少或者消除穿過密封函殼體的水平接合面的蒸汽洩漏路徑。
文檔編號F01D11/00GK1475657SQ0315221
公開日2004年2月18日 申請日期2003年7月29日 優先權日2002年7月29日
發明者S·S·博德吉克, S S 博德吉克 申請人:通用電氣公司