用於迴轉式機械裝置中的可伸縮密封弧塊的蒸氣輸送孔的製作方法

2023-05-22 09:31:31

專利名稱：用於迴轉式機械裝置中的可伸縮密封弧塊的蒸氣輸送孔的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於迴轉式機械裝置如蒸氣輪機和燃氣輪機中的可伸縮密封部件。
在此代表性實施例中，環形密封圈部件或密封弧塊通過燕尾型結構固定在固定的噴嘴隔板上，此噴嘴隔板軸向地位於與渦輪機轉子一起旋轉的葉輪上的相鄰動葉行之間。在裝置起動和停機的過程中，位於可伸縮的密封弧塊和固定隔板之間的一個或多個壓縮彈簧在弧塊上產生作用力，使得密封弧塊和轉子之間的徑向間隙增加。當在起動和停機之間產生了足夠的壓力降時，壓力超過了彈簧的阻力，從而減小了徑向間隙。這個壓力是通過經密封弧塊中的蒸氣輸送孔引入蒸氣而產生的。這些孔通常是在密封弧塊上鑽出的，並且在弧塊的高壓側打開，從而允許蒸氣壓力進入到弧塊後面的凹腔中。傳統上說，這些輸送孔在蒸氣流動側上軸向地鑽出以及在各密封弧塊的背面上徑向地鑽出，這些孔在弧塊內部相交，從而形成了一個90度的L形通孔。然而，這種設置需要多道製造工序，並且通道中的尖銳拐彎處成為固定顆粒侵蝕和/或聚積的位置。後者將隨著時間的過去而妨礙渦輪機的性能。
因此，在一個方面，本發明涉及一種用於在渦輪機的高溫氣體通道中使用的環形密封圈組件的密封弧塊，所述弧塊包括安裝有多個軸向間隔開的密封齒的密封面；位於密封面的徑向外部的中心部分；位於中心部分的徑向外部的安裝部分，所述安裝部分具有徑向上的最外側的面；以及至少一個蒸氣輸送孔，其從徑向上的最外側面上的入口位置成角度地延伸到沿中心部分的一側上的出口位置，使得在使用中，所述輸送孔的至少一部分暴露在用於使氣體通過輸送孔流到弧塊後的凹腔區域中的氣體通道內的氣體中。
在另一方面，本發明涉及一種用於渦輪機噴嘴隔板的環形密封圈組件，其包括多個適於安裝在隔板的燕尾槽中的部分環形的密封弧塊，並帶有徑向地位於弧塊背面和隔板之間的凹腔，各弧塊包括安裝有多個軸向間隔開的密封齒的密封面；位於密封面的徑向外部的中心部分；位於中心部分的徑向外部的安裝部分，所述安裝部分具有徑向上的最外側的面；以及至少一個蒸氣輸送孔，其從徑向上的最外側面上的出口位置成角度地延伸到沿中心部分的一側上的入口位置，使得在使用中，所述輸送孔的至少一部分暴露在用於使氣體通過輸送孔流到弧塊後的凹腔中的高溫氣體通道內的氣體中，從而使密封弧塊沿徑向朝內的方向移動。
在圖中各標號的含義如下10轉子軸；12隔板；14環形密封圈；16箭頭；18弧形密封圈或密封弧塊；20密封面；22密封齒；24邊緣向內彎曲的中心部分；26徑向上靠內的密封部分；27徑向上靠外的安裝部分；28燕尾凸緣；30凹腔；32燕尾鉤；34彈簧；36徑向孔；38徑向的外表面或背面；40軸向鑽出的孔；112隔板；114環形密封圈；116箭頭；118密封弧塊；120密封面；122密封齒；124邊緣向內彎曲的部分；126徑向上靠內的密封部分；127徑向上靠外的安裝部分；128燕尾凸緣；130凹腔；132燕尾鉤；134彈簧；138背面；142通孔。
通常來說，密封弧塊18具有邊緣向內彎曲的中心部分24，其位於徑向靠內的密封部分26和包括了燕尾凸緣28的徑向靠外的安裝部分27之間。凹腔30由位於邊緣向內彎曲的部分24內的朝內的鉤32部分地形成，限制了弧塊通過與凸緣28的交互作用的向內運動，從而將弧塊18固定在隔板12上，然而允許如上所述的徑向向內和向外的運動。
通常來說，例如在起動和停機的過程中，採用彈簧34來將弧塊18保持在轉子的徑向外部上。然而當轉子已經達到操作速度時，供應在密封圈弧塊和轉子外殼中的凹腔30之間的流體壓力克服彈簧作用力，使得密封弧塊18徑向向內地移動，從而得到其與轉子10之間的較小間隙。
傳統設計要求在各弧塊中鑽出兩個輸送孔。具體地說，從密封弧塊的徑向外表面或背面38上鑽出一個徑向孔36，其徑向向內地鑽到與沿弧塊側面打開、即對從右到左的高壓蒸氣流打開的軸向鑽出的孔40相交的位置。兩個孔36和40在弧塊內部以90度角相交，從而形成了L形通孔。
再來看圖2，圖中顯示了具有根據本發明的新型蒸氣輸送孔設計的密封弧塊118。為方便起見，採用相似的標號來表示相應的部件，但在前面加上前綴「1」。這裡，密封圈弧塊118包括單個孔142，其沿預定角度以連續的方式從弧塊的背面138鑽到弧塊118的高壓蒸氣側。孔142沿著符合弧塊所需的強度性能的角度鑽出，其直徑由蒸氣體積的要求來決定。如所示，孔142在邊緣向內彎曲的部分124上鑽出，保證了孔的出口會暴露在高壓蒸氣流中。中心線的角度、孔的大小和孔的數目可為客戶的個別要求而專門地設定。孔的加工方法包括單一鑽孔工藝，但如果需要的話也可以包括單獨的鉸孔工序。
通過鑽出單個的成角度的蒸氣供給通孔142，可以省去前述的、效率不高的L形孔的多工序製造工藝。
雖然本發明是通過目前被認為最實用且最優選的實施例來進行介紹的，但是可以理解，本發明並不限於所公開的實施例，相反，本發明力圖覆蓋包括在所附權利要求的精神實質和範圍內的各種修改和等效設置。
權利要求
1.一種用於渦輪機的高溫氣體通道中的環形密封圈組件(114)的密封弧塊(118)，所述密封弧塊包括安裝有多個軸向間隔開的密封齒(122)的密封面(120)；位於所述密封面(120)的徑向外部的中心部分(124)；位於所述中心部分的徑向外部的安裝部分(127)，所述安裝部分(127)具有徑向上的最外側的面(138)；以及至少一個蒸氣輸送孔(142)，其從所述徑向上的最外側的面(138)上的入口位置成角度地延伸到沿所述中心部分(124)的一側上的出口位置，使得在使用中，所述輸送孔(142)的至少一部分暴露在用於使氣體通過所述輸送孔流到所述弧塊(118)後的凹腔區域(130)中的氣體通道內的氣體中。
2.根據權利要求1所述的密封弧塊，其特徵在於，所述蒸氣輸送孔(142)相對於所述弧塊的徑向中心線成銳角地延伸。
3.根據權利要求1所述的密封弧塊，其特徵在於，所述蒸氣輸送孔(142)具有由蒸氣體積所決定的直徑。
4.根據權利要求1所述的密封弧塊，其特徵在於，所述安裝部分(127)包括一對側向延伸的凸緣(128)，其適於安裝在噴嘴隔板中的一對燕尾鉤(132)的徑向後方。
5.一種用於渦輪機的噴嘴隔板(112)的環形密封圈組件，其包括多個適於安裝在所述隔板(112)的燕尾槽中的部分環形的密封弧塊(118)，並帶有徑向地位於所述弧塊的背面(138)和所述隔板之間的凹腔(130)，各所述密封弧塊(118)包括安裝有多個軸向間隔開的密封齒(122)的密封面(120)；位於所述密封面的徑向外部的中心部分(124)；位於所述中心部分的徑向外部的安裝部分(127)，所述安裝部分具有徑向上的最外側的面(138)；以及至少一個蒸氣輸送孔(142)，其從所述徑向上的最外側的面(138)上的出口位置成角度地延伸到沿所述中心部分(124)的一側上的入口位置，使得在使用中，所述輸送孔(142)的至少一部分暴露在用於使氣體通過所述輸送孔(142)流到所述密封弧塊後的凹腔(130)中的氣體通道內的氣體中，從而使所述密封弧塊沿徑向朝內的方向移動。
6.根據權利要求5所述的密封弧塊，其特徵在於，所述蒸氣輸送孔(142)相對於所述弧塊的徑向中心線成銳角地延伸。
7.根據權利要求5所述的密封弧塊，其特徵在於，所述蒸氣輸送孔(142)具有由蒸氣體積所決定的直徑。
8.根據權利要求5所述的密封弧塊，其特徵在於，所述安裝部分包括一對側向延伸的凸緣(128)，其適於安裝在所述噴嘴隔板中的一對燕尾鉤(132)的徑向後方。
全文摘要
一種用於渦輪機的高溫氣體通道中的環形密封圈組件114的密封弧塊118，包括安裝有多個軸向間隔開的密封齒122的密封面120；位於密封面的徑向外部的邊緣向內彎曲的中心部分124；位於中心部分的徑向外部的安裝部分127。至少一個蒸氣輸送孔142從弧塊的徑向上的最外側的面138上成角度地延伸到沿中心部分124的一側上的位置處，使得在使用中，輸送孔142的至少一部分暴露在用於使氣體通過輸送孔流到弧塊後的凹腔130中的氣體通道內的氣體中。
文檔編號F01D11/00GK1417453SQ0214990
公開日2003年5月14日 申請日期2002年10月30日 優先權日2001年10月30日
發明者G·H·柯比三世, R·J·切夫雷特, M·P·貝斯普夫盧 申請人:通用電氣公司