可研磨的和/或研磨的塗層及刷式密封結構的製作方法
2023-12-03 10:22:31 3
專利名稱：可研磨的和/或研磨的塗層及刷式密封結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及渦輪機，更特別地涉及一種帶有渦輪機刷式密封的可研磨的塗層(abradable coating)和/或研磨的塗層(abrasive coating)的應用以提高它們的壓降和溫度性能。
背景技術：
渦輪機刷式密封為接觸密封，其典型地包括由適應於渦輪機轉子的運動表面的數千個連續不斷的金屬絲硬毛構成的高柔性密封組件。典型地，金屬絲硬毛由極細的金屬硬毛的集合製得，該極細的金屬硬毛形成幕狀物以產生密封，並且充分順應於承受轉子的運動。典型地，該硬毛具有低磨損率。
目前，刷式密封應用於單流和反流組合轉子的高壓(HP)、中壓(IP)、低壓(LP)以及端部密封(packing)區域。然而，刷式密封對這種區域的應用受到刷式密封組件的背板彎曲應力和硬毛彎曲應力性能限制。
除去刷式密封在具有較高溫度和較高壓降的應用中的使用之外，目前可用於背板和硬毛的材料是局限之一。另一局限是當處理由具有有限的彎曲應力的材料製成的背板時所需的防禦高度。所述高度為渦輪機轉子和背板的底部邊緣之間的距離。使用可以承受較高溫度的較大強度的刷背板的一個難題是對轉子造成的損害，這是轉子與較大強度的背板之間接觸的結果。然而，由於刷式密封所提供的操作優點，在一般遵循高溫及高壓降的地方，人們希望使用刷式密封。
發明內容
本發明採用對蒸汽或燃氣輪機的轉子的表面施加可研磨的和/或研磨的塗層從而增強傳統刷式密封的溫度和壓力性能。可研磨的塗層或研磨的塗層與刷式密封的組合構成可以承受蒸汽和燃氣輪機中的惡劣條件的密封結構。本發明的塗層適於高溫環境，並且用於增強傳統刷式密封的壓降性能。刷式密封的壓力性能與防禦高度密切相關。在本發明中，背板與轉子摩擦進而造成對轉子損害的危險通過施加可研磨的或研磨的塗層而減小。可研磨的或研磨的塗層的施加使得防禦高度降低，從而，刷式密封的壓降及溫度性能相應提高。由於防禦高度降低，硬毛彎曲應力也將減小，使得刷式密封可以承受更高壓降和溫度的能力。其它的優點是可以使用用於背板的更大強度的材料而不存在損害轉子的危險。可研磨的或研磨的塗層還保護轉子。用於背板的更大強度的材料還有助於刷子承受更高的壓力和溫度。
圖1為刷固定器組件的橫截面透視圖，所述刷固定器組件與渦輪機的轉子相接合併且安裝在密封圈和渦輪機內的密封固定器或殼體之中。
具體實施例方式
圖1為橫截面透視圖，其示出了與渦輪機(未顯示)的轉子11相接合的刷固定器組件10。所述刷固定器組件10包括與轉子11的表面13相接合的多個金屬絲硬毛12。硬毛12位於前板14和為硬毛12提供支撐的背板15之間。硬毛12、前板14和包括刷固定器組件10的背板15頂部焊接在一起。它們安裝在密封圈16內，並且由設定螺杆17固定在密封圈16中，所述設定螺杆17推動前板14的肩部18緊靠密封圈16中的為容納肩部18設計的缺口19中。密封圈16依次由安裝在渦輪機中的密封固定器20所支撐。
彈簧組件(未顯示)推動刷固定器組件10靠在轉子11的表面13上，該彈簧組件對組件10施加朝轉子11方向的確定作用力。轉子11的表面13和背板15的底部邊緣21之間的距離為刷固定器組件10的「防禦高度」22。防禦高度22最後將隨著轉子11在操作過程中轉動由於金屬絲硬毛12摩擦轉子11的表面13並且磨損而減小。最終，由於金屬絲硬毛12磨損，背板15的底部邊緣21將接觸轉子11的表面13。就這點來說，背板15的底部邊緣21隨著其摩擦表面13而存在損害轉子11的表面13的可能。
在轉子11工作過程中，蒸汽或空氣(取決於汽輪機是蒸汽輪機還是燃氣輪機)如圖1所示從刷組件10的左側向右側運動。指示出刷組件10所承受的壓力降的蒸汽或空氣的所述運動由圖1中所示的箭頭23所表示。
為了減小由於背板15摩擦轉子11的表面13所引起的損害轉子11的危險，本發明在轉子11的表面13上施加可研磨的或研磨的塗層。對表面13施加任何一種所述塗層都是用於保護表面13以避免在背板15摩擦表面13的情況下對其造成損害。對轉子11的表面13施加所述可研磨的或研磨的塗層使得防禦高度22減小。此外，可以使用承受更高溫度的更大強度的刷子背板15，這是因為背板15和轉子11的表面13之間的接觸不會導致對轉子的損害，而是隨著背板15的磨損而使其逐漸減少。
防禦高度22的降低有效地使得更多百分比的金屬絲硬毛被背板15所支撐，由於背板15和轉子11之間的距離減小，所述背板可以具有更長的長度。用於背板15的更大強度材料的使用為金屬絲硬毛12提供了進一步的支撐。優選地，背板為大約75％的金屬絲硬毛提供支撐。由於由更大強度的材料製成的更長的背板15對硬毛12提供了更大的支撐，使金屬絲刷組件10具有承受增加的壓降性能和適應更高溫度環境的能力。
用於背板的材料對於本領域的技術人員來說是眾所周知的。示例性的材料包括奧氏體不鏽鋼、鐵素體不鏽鋼、鎳基超耐熱不鏽鋼、鈷基超耐熱不鏽鋼、聚合體材料及它們的混合物。優選不鏽鋼材料的一個實例為409SS。
當研磨的塗層施加到轉子11的表面13上時，背板15和轉子11的表面13之間的接觸導致背板15磨損，而不是損害轉子11的表面13。當可研磨的塗層施加到轉子11的表面13上時，背板15和轉子11的表面13之間的接觸導致可研磨的塗層磨損，而不是損害轉子11的表面13。
根據所用材料的類型，可研磨的塗層可以等離子噴塗或火焰噴塗到轉子11的表面13上。根據所用的特定可研磨的材料，還可以進行與所述材料相應的熱處理。用於可研磨的塗層的材料對於本領域的技術人員來說是眾所周知的，諸如在美國專利No.6,547,522及美國專利申請公開No.US 2004/0126225中所描述的那些材料，上述文獻的內容在此參考結合。此類塗層可認為是用於優選實施例的示例性材料。
根據所用材料的類型，研磨的塗層可以等離子噴塗或火焰噴塗到轉子11的表面13上。根據所用的特定研磨的材料，還可以進行與所述材料相應的熱處理。示例性的研磨的塗層80包括氧化鋁、碳化鉻和鎢鉻鈷合金。
儘管本發明已經結合目前最可行及優選的實施例進行了描述，但是應該理解，本發明不局限於所公開的實施例，而相反，應該在附加權利要求的精神和範圍之內包括各種變型和等同裝置。
權利要求
1.一種用於渦輪機的刷式密封裝置，包括與渦輪機的轉子(11)相接合的刷固定器組件(10)，所述刷固定器組件(10)包括與轉子(11)的表面(13)相接合的多個金屬絲硬毛(12)；定位在金屬絲硬毛(12)的第一側上的背板(15)，該背板(15)為金屬絲硬毛(12)的幾乎所有長度提供支撐；定位在金屬絲硬毛(12)的第二側上的前板(14)，金屬絲硬毛(12)定位在背板(15)和前板(14)之間；和至少可研磨的塗層和研磨的塗層之一施加到轉子(11)的表面(13)上，憑藉施加所述塗層使得防禦高度(22)降低以用於保護轉子的表面(13)在背板(15)摩擦轉子(11)的情況下不受損害。
2.如權利要求1所述的刷式密封裝置，其特徵在於，憑藉所述研磨的或可研磨的塗層的施加還允許背板(15)由承受高於950的溫度的更大強度的材料製得。
3.如權利要求1所述的刷式密封裝置，其特徵在於，可研磨的塗層施加到轉子(11)的表面(13)上，藉此，背板(15)和轉子(11)的表面(13)之間的接觸導致可研磨的塗層磨損，而不損害轉子(11)的表面(13)。
4.如權利要求1所述的刷式密封裝置，其特徵在於，研磨的塗層施加到轉子(11)的表面(13)上，藉此，背板(15)和轉子(11)的表面(13)之間的接觸導致背板(15)磨損，而不損害轉子(11)的表面(13)。
5.如權利要求2所述的刷式密封裝置，其特徵在於，背板(15)由從由奧氏體不鏽鋼、鐵素體不鏽鋼、鎳基超耐熱不鏽鋼、鈷基超耐熱不鏽鋼、聚合體材料及所述材料的混合物構成的組中選出的材料製成。
6.如權利要求1所述的刷式密封裝置，其特徵在於，所述研磨的塗層為噴塗上的。
7.如權利要求1所述的刷式密封裝置，其特徵在於，所述研磨的塗層由從由氧化鋁、碳化鉻和鎢鉻鈷合金構成的組中選出的材料製成。
8.如權利要求1所述的刷式密封裝置，其特徵在於，所述可研磨的塗層為噴塗上的。
9.如權利要求8所述的刷式密封裝置，其特徵在於，所述研磨的塗層由金屬材料製得。
10.如權利要求8所述的刷式密封裝置，其特徵在於，所述可研磨的塗層由金屬材料製得。
全文摘要
施加到蒸汽輪機或燃氣輪機的轉子(11)上的可研磨的塗層和/或研磨的塗層提高了傳統刷式密封組件的溫度及壓降性能。刷式密封的壓降性能與防禦高度(22)，即轉子(11)和支撐刷式密封金屬絲硬毛(12)的背板(15)的底部邊緣之間的距離密切相關。因為背板(15)摩擦轉子(11)的表面(13)進而對轉子(11)的損害減小，所以施加可研磨的或研磨的塗層使得防禦高度降低並且使得刷式密封組件的壓力性能相應地增加。此外，因為背板(15)和轉子(11)之間的任何接觸都不會導致對轉子(11)的損害，而是背板(15)隨著其磨損而逐漸減小，所以背板(15)可以由能夠承受更高溫度的更大強度的材料製成。
文檔編號C23C4/04GK1869411SQ20061008865
公開日2006年11月29日 申請日期2006年5月4日 優先權日2005年5月4日
發明者M·W·科沃爾茨克, B·A·庫蒂爾, F·D·C·裡瓦斯 申請人:通用電氣公司