用于使用分段式密封環來密封旋轉機器的方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請大體涉及旋轉機器，并且更特別地，涉及用于密封旋轉機器的系統和方法。
【背景技術】
[0002]至少一些旋轉機器(諸如蒸汽渦輪發動機)具有延伸通過其的限定的流體流徑。流徑包括處于連續流關系的流體入口、渦輪和流體出口。一些旋轉機器在流徑中使用多個密封組件，以便于提高旋轉機器的運行效率。一般而言，已知密封組件聯接在固定構件和旋轉構件之間，以在高壓區域和低壓區域之間提供密封。若干已知的密封組件包括迷宮齒、柔性部件(諸如刷式密封件)和液力面密封件。
[0003]至少一些刷式密封件包括緊密填充、大體圓柱形的剛毛，其定位在旋轉構件附近，并且布置成交錯布置，以便于減少泄漏。一般而言，已知的剛毛具有低徑向硬度，這使它們能夠在旋轉構件轉子漂移期間移動，同時在穩態運行期間保持緊密的間隙。然而，一些已知的刷式密封件一般僅在橫跨密封件存在有限壓差時才有效。另外，至少一些密封組件包括朝旋轉構件向外延伸的多個迷宮齒。在一些旋轉機器的運行期間，由旋轉構件的旋轉引起的振動可使迷宮齒接觸旋轉構件。隨著時間的推移，迷宮齒可被磨損并且變得不那么有效，這可引起旋轉機器的性能退化。
[0004]在一些已知旋轉機器中，使用液力面密封件來便于減少加壓流體通過兩個構件之間的間隙泄漏。液力面密封件大體包括匹配(旋轉)環和密封(固定)環。在運行期間，旋轉環中的凹槽產生液力，該液力使固定環升離旋轉環或與其分開，使得在兩個環之間產生小間隙。密封氣體經由旋轉環和固定環之間的間隙流動。但是，因為形成于兩個環之間的間隙小，所以將至少一些已知的液力面密封件制成單個連續的環，這限制密封環的直徑，并且就此而言，可限制它們的用途。單個連續的環在大小上受限制至少有兩個主要原因。一個原因在于，對直徑超過12英寸的環實現所需密封面平直度是有挑戰性的。另一個關鍵原因在于，由于橫跨密封面的熱梯度，故密封面圓錐度以直徑的四次方增大。面圓錐度是液力面密封件的一個主要失效模式。另外，在大型蒸汽渦輪和燃氣渦輪應用中，存在關于單個連續的環結構的組裝問題，因為此類大型渦輪組裝成上半部和下半部。因此，為了在大型蒸汽渦輪和燃氣渦輪中使用面密封件，密封環中的一個必須是分段的。因為可將匹配環制成與渦輪軸集成，所以優選的是使密封環分段。分段式密封環的一些優點包括可直截了當地實現密封面平直度，以及大大消除熱梯度引起的面圓錐度，因為在節段接頭處切斷了密封環環向應力。然而，如果固定環是分段的并且聯接在一起，則在節段接頭上面可存在梯級，該梯級大于薄膜厚度，因為液力面密封件大體以大約0.002英寸或更小的間隙運行。此類限制使至少一些已知的液力面密封件不適合在旋轉軸直徑大的旋轉機器中使用。
【發明內容】
[0005]在一方面，提供一種用于在旋轉機器中使用的液力面密封環。面密封環包括支承環，該支承環包括至少兩個支承環節段和沿徑向延伸的第一面。支承環構造成可釋放地聯接于旋轉機器的外殼的內表面。面密封環還包括與支承環基本上同心的密封環。密封環包括至少兩個密封環節段和沿徑向延伸的第二面。密封環可釋放地聯接于支承環，使得第一面抵靠第二面匹配。
[0006]在另一方面，提供一種旋轉機器。旋轉機器包括包殼和具有中心線軸線的可旋轉軸。旋轉機器還包括密封系統，該密封系統包括具有第一主密封表面的第一密封環。密封系統進一步包括具有第二主密封表面的第二密封環。第二密封環包括支承環，該支承環包括至少兩個支承環節段和沿徑向延伸的第一面。支承環層構造成可釋放地聯接于包殼的內表面。第二密封環還包括具有至少兩個密封環節段的密封環和沿徑向延伸的第二面。密封環層構造成可釋放地聯接于支承環，使得第一面抵靠第二面匹配。層。密封系統進一步包括聯接于第二密封環且能夠隨其移動的密封殼體。
[0007]在又一方面，提供一種組裝密封系統的方法。該方法包括將密封殼體聯接于旋轉機器的包殼的內表面。該方法還包括將支承環可釋放地聯接于密封殼體，其中，支承環包括在相應的支承環接頭處聯接在一起的至少兩個支承環節段和沿徑向延伸的第一面。該方法進一步包括將密封環同心地可釋放地聯接于支承環。密封環包括在相應的密封環接頭處連結在一起的至少兩個密封環節段和沿徑向延伸的第二面。
【附圖說明】
[0008]圖1是示例性蒸汽渦輪發動機的示意圖；
圖2是繞著圖1中限定的區域所得到的圖1的蒸汽渦輪發動機的一部分的更詳細示意圖；
圖3是用于圖1中顯示的蒸汽渦輪發動機的多層分段式液力面密封件的示意性截面圖；
圖4是圖3的面密封件的固定的密封環組件的示意性透視圖；以及圖5是圖4中顯示的固定的密封環組件的接頭的備選實施例的示意性透視圖。
[0009]部件列表
10蒸汽渦輪發動機 11入口側 12渦輪級 14可旋轉軸 16包殼 18上半部區段 20蒸汽入口管道 22蒸汽排出管道 24中心線軸線
26入口碗腔
30可旋轉軸端部部分 32多個密封部件 34多個密封部件 36多個密封部件38渦輪葉片或輪葉
40蒸汽
42定子構件
44內殼
48入口噴嘴
50泄漏區域
52面密封件
54旋轉密封環
55主密封件
56固定的密封環組件
58密封殼體
60第一主密封表面
61通道或凹槽
62外徑
64彈簧座
66對齊部件
68對齊槽口
70偏置構件
72偏置環
74第二主密封表面
76結構密封件
77聯接元件
78凹槽
80第二密封表面82第二密封件83凹槽84支承環
85兩個分段式環形環86上部支承環部件88下部支承環部件89接頭90緊固件92對齊銷94密封環
95至少兩個單獨的構件96第一密封環部件98第二密封環部件100第三密封環部件102接頭 104前表面 106后表面 108后表面 110外邊緣 112外邊緣 114端面 116端面。
【具體實施方式】
[0010]本文描述的示例性系統和方法克服了與可在過程流體從旋轉機器泄漏到外部環境的情況下運行的旋轉機器相關聯的缺點中的至少一些。本文描述的實施例提供基本上減少過程流體從旋轉機器泄漏的密封組件，從而便于改進旋轉機器性能。更特別地，本文描述的密封組件是多層分段式液力面密封環，其包括多個密封件節段，該多個密封件節段可容易地組裝在大直徑的可旋轉軸(諸如蒸汽渦輪發動機的可旋轉軸)上，或者從其拆卸。
[0011]圖1是示例性蒸汽渦輪發動機10的示意圖。雖然圖1描述了示例性蒸汽渦輪發動機，但應當注意，本文描述的密封設備、系統和方法不限于任何一種特定類型的渦輪發動機。本領域普通技術人員將認識到，本文描述的當前密封設備、系統和方法可用于呈使此類設備、系統和方法能夠如本文進一步描述地運行的任何適當的構造的任何旋轉機器，包括燃氣渦輪發動機。
[0012]在示例性實施例中，蒸汽渦輪發動機10是單流蒸汽渦輪發動機。備選地，蒸汽渦輪發動機10可為任何類型的蒸汽渦輪，諸如(但不限于)低壓渦輪、相對流、高壓和中壓蒸汽渦輪的組合、雙流蒸汽渦輪發動機和/或類似物。此外，如上面論述的，本發明不限于僅僅在蒸汽渦輪發動機中使用，而是可在其它渦輪系統中使用，諸如燃氣渦輪發動機。
[0013]在示例性實施例中，蒸汽渦輪發動機10包括聯接于可旋轉軸14的多個渦輪級12。包殼16水平地分成上半部區段18和下半部區段(未顯示)。渦輪發動機10包括高壓蒸汽入口管道20和低壓蒸汽排出管道22。軸14沿著中心線軸線24延伸通過包殼16。軸14通過軸頸軸承(未顯示)支承在軸14的相對的端部部分30處。多個端部填充式區域或密封部件32、34和36聯接在可旋轉軸端部部分30和包殼16之間，以便于繞著軸14密封包殼16。
[0014]在運行期間，高壓和高溫蒸汽40從蒸汽源(諸如鍋爐等(未顯示))傳送到渦輪級12，其中，熱能通過渦輪級12轉換成機械旋轉能。更特別地，蒸汽40傳送通過包殼16，經由蒸汽入口管道20進入入口腕腔26中，其中，蒸汽40沖擊聯接于軸14的多個渦輪葉片或輪葉38，以引起軸14繞著中心線軸線24旋轉。蒸汽40在排出管道22處離開包殼16。接著，蒸汽40可傳送到再熱鍋爐(未顯示)，其中，蒸汽40可再次加熱，或者傳送到系統的其它構件，例如低壓渦輪區段或冷凝器(未顯示)。
[0015]圖2是繞著圖1中限定的區域2所得到的蒸汽渦輪發動機10的一部分的更詳細的示意圖。在圖2中顯示的示例性實施例中，蒸汽渦輪發動機10包括軸14、聯接于包殼16的內殼44的定子構件42，以及附連于定子構件42的多個密封部件34。包殼16、內殼44和定子構件42均繞著軸14和密封部件3