CN102953770B - 涡轮机械密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涡轮机械密封组件。所述涡轮机械密封组件包括：基体构件、可枢转地安装到基体构件的摇臂、以及固定地安装到摇臂的密封元件。密封元件构造成并设置成相对于基体构件选择性地移动。

Description

涡轮机械密封组件

技术领域

本发明所公开的主题涉及涡轮机械领域，更具体地涉及在两个固定的涡轮机械部件之间延伸的密封组件。

背景技术

在通常的环罐式燃气涡轮机械中，燃烧器布置成环形阵列。燃烧器接收来自涡轮机械压缩机部分的加压空气的供应、以及燃料供应。加压气体和燃料混合以形成可燃烧的空气/燃料混合物。空气/燃料混合物经点火形成热气体，该热气体被引导至涡轮机械的涡轮机部分中。来自热气体的热能被转换成涡轮机部分的机械旋转能。

热气体沿着在涡轮机械的各种固定构件之间延伸的热气体路径前行。例如，燃烧气体从燃烧器经过过渡件，并朝向涡轮机部分的第一级前行。过渡件在界面(接口)区域处固定到涡轮机部分。密封件被定位在界面区域中以防止热气体的任意逃逸。经常，过渡件和涡轮机部分由具有不同热膨胀率的不同材料形成。如此，在暴露于热气体之后，界面区域处的间隙扩张。随着时间推移，密封件变得疲劳、并且不再能够在所有操作条件期间跨越间隙。

发明内容

根据本发明示例性实施例的一个方面，涡轮机械密封组件包括：基体构件、可枢转地安装到基体构件的摇臂、以及固定地安装到摇臂的密封元件。密封元件构造成并设置成相对于基体构件选择性地移动。

所述密封元件包括第一密封部分和第二密封部分，所述第一密封部分构造成并设置成邻近第一固定构件，所述第二密封部分构造成并设置成邻近第二固定构件。所述基体构件包括枢转构件，所述摇臂安装到所述枢转构件。所述摇臂包括枢转元件，所述枢转元件可操作地与所述枢转构件配合。所述枢转构件包括基本圆形外表面，并且所述枢转元件包括基本圆形槽元件，所述枢转构件的基本圆形外表面可枢转地由所述枢转元件的基本圆形槽元件所接收。所述摇臂包括悬臂安装元件，所述悬臂安装元件在所述枢转元件和所述密封元件之间延伸。

所述涡轮机械密封组件还包括：另一基体构件，所述另一基体构件构造成并设置成与所述基体构件相对地安装，所述摇臂可枢转地安装到所述基体构件和所述另一基体构件当中的每一个。所述基体构件包括第一枢转构件，并且所述另一基体构件包括第二枢转构件。所述摇臂包括第一枢转元件和第二枢转元件，所述第一枢转元件可操作地连接到所述基体构件的所述第一枢转构件，所述第二枢转元件可操作地连接到所述另一基体构件的所述第二枢转构件。

根据本发明示例性实施例的另一方面，涡轮机械包括：第一固定构件，其具有出口；第二固定构件，其具有入口，入口流体连接到第一固定构件的出口；和密封组件，其在第一固定构件和第二固定构件之间延伸。密封组件包括固定地安装到第一固定构件和第二固定构件当中的一个的基体构件、可枢转地安装到基体构件的摇臂、以及固定地安装到摇臂的密封元件。密封元件构造成并设置成当第一固定构件相对于第二固定构件移动时相对于基体构件选择性地移动。

所述第一固定构件包括第一密封接收部分，并且所述第二固定构件包括第二密封接收部分，所述密封元件包括第一密封部分和第二密封部分，所述第一密封部分延伸到所述第一密封接收部分中，并且所述第二密封部分延伸到所述第二密封接收部分中。所述基体构件包括枢转构件，所述摇臂安装到所述枢转构件。所述摇臂包括枢转元件，所述枢转元件可操作地与所述枢转构件配合。所述枢转构件包括基本圆形外表面，并且所述枢转元件包括基本圆形槽元件，所述枢转构件的基本圆形外表面可枢转地由所述枢转元件的基本圆形槽元件所接收。所述摇臂包括悬臂安装元件，所述悬臂安装元件在所述枢转元件和所述密封元件之间延伸。

所述涡轮机械还包括：另一基体构件，所述另一基体构件固定地安装到所述第一固定构件和所述第二固定构件当中的另一个，所述摇臂可枢转地安装到所述基体构件和所述另一基体构件当中的每一个。所述基体构件包括第一枢转构件，并且所述另一基体构件包括第二枢转构件。所述摇臂包括第一枢转元件和第二枢转元件，所述第一枢转元件可操作地连接到所述基体构件的所述第一枢转构件，所述第二枢转元件可操作地连接到所述另一基体构件的所述第二枢转构件。

根据本发明示例性实施例的另一方面，涡轮机械包括：涡轮机部分，其具有限定涡轮机入口的涡轮机壳体；过渡件，其可操作地连接到涡轮机部分。过渡件包括过渡件出口，过渡件出口在涡轮机入口处联接(即连接)到涡轮机壳体。密封组件在过渡件出口和涡轮机入口之间延伸。密封组件包括固定地安装到过渡件和涡轮机部分当中的一个的基体构件、可枢转地安装到基体构件的摇臂、以及固定地安装到摇臂的密封元件。密封元件构造成并设置成当过渡件相对于涡轮机部分移动时相对于基体构件选择性地移动。

所述过渡件出口包括第一密封接收部分，并且所述涡轮机入口包括第二密封接收部分，所述密封元件包括第一密封部分和第二密封部分，所述第一密封部分延伸到所述第一密封接收部分中，所述第二密封部分延伸到所述第二密封接收部分中。

根据下列结合附图的描述，这些和其他优点和特征将变得更加显而易见。

附图说明

视为本发明的主题被具体指出并明确地在说明书结尾处的权利要求书中要求保护。从下列结合附图的详细描述，本发明的前述和其他特征以及优点将显而易见，其中：

图1是连接到涡轮机械的涡轮机部分的过渡件、和根据本发明示例性实施例布置在过渡件和涡轮机部分之间的密封组件的部分示意性侧视图；

图2是位于图1的过渡件和涡轮机部分之间的密封组件的细节图；

图3是图2的密封组件的透视图；

图4是根据本发明示例性实施例的另一方面的位于图1的过渡件和涡轮机部分之间的密封组件的细节图；和

图5是图4的密封组件的透视图。

详细的描述通过示例并参照附图对本发明的实施例以及优点和特征进行描述。

附图标记列表：

10    涡轮机                20    定子叶片

11    涡轮机壳体            21    第二级

12    过渡管/过渡件         22    叶片

14    热气体路径            24    滚轴/焊机轮

15    第一级                26    周向间隔开的定子叶片

16    周向间隔开的叶片      27    第三级

18    第一级滚轴/焊机轮     28    周向间隔开的叶片

                            62    出口凸缘

30    第三级滚轴/焊机轮     63    第一密封接收部分

32    周向间隔开的定子叶片  68    涡轮机入口

34、36间隔件                70    入口凸缘

37    区域                  73    第二密封接收部分

50    密封组件              78    密封安装构件

60    出口                  90    基体构件

94     摇臂            160        密封安装构件

97     密封元件        165        摇臂

104    基体部分        168        密封元件

106    枢转构件        173        基体部分

107    基本圆形外表面  174        第一枢转构件

109    枢转元件        175、181   圆形外表面

111    基本圆形槽元件  179        基体部分

115    悬臂安装元件    180        第二枢转构件

119    第一密封部分    185        第一枢转元件

120    第二密封部分    186        第二枢转元件

121    连接构件        189        悬臂安装元件

122    第一密封分段    192        第一密封部分

123    第二密封分段    194        第二密封部分

129    第一密封分段    196        连接构件

130    第二密封分段    198        第一密封元件

150    密封组件        199        第二密封元件

154    第一基体构件    202        第一密封元件

156    第二基体构件    203        第二密封元件

具体实施方式

首先参照图1，示出燃气涡轮机的涡轮机部分的典型示例，该涡轮机部分一般地表示为10。涡轮机部分10包括固定构件或涡轮机壳体11，固定构件或涡轮机壳体11经由另一固定构件或过渡管或过渡件12可操作地连接到燃烧器的环形阵列(未示出)。过渡件12将燃烧的热气体从燃烧器的环形阵列传送到环形热气体路径14。热的燃烧气体沿着热气体路径14流动、并流过多个涡轮机级，如下将详细所述。涡轮机级将来自热气体的热能转变成机械旋转能，机械旋转能用于向各种机械装置(例如，发电机、泵等)提供动力。

热气体首先朝向第一级15流动，第一级15具有多个周向间隔开的叶片16和多个周向间隔开的定子叶片20，叶片16安装在第一级滚轴或焊机轮18上。热气体行进到第二级21、并继续行进到第三级27，第二级21具有多个叶片22和多个周向间隔开的定子叶片26，叶片22安装在滚轴或焊机轮24上。第三级27包括多个周向间隔开的叶片28和多个周向间隔开的定子叶片32，叶片28安装在第三级滚轴或焊机轮30上。当然，应理解涡轮机部分10中存在的级的数量可以改变。还应理解，定子叶片20、26和32安装在、并固定到涡轮机壳体11，而叶片16、22和28以及轮18、24和30形成涡轮机焊机的一部分。涡轮机部分10还显示为包括布置在焊机轮18、24和30之间的多个间隔件34和36。最且，应当理解，压缩机排出空气在区域37进入涡轮机部分10，区域37设置在第一级15的径向向内处。如此，区域37内的空气处于比沿着热气体路径14流动的热气体更高的压力下。这时，应当理解上述结构为了完整性而提供，并且帮助更好地理解涉及密封组件50的示例性实施例，密封组件50布置在过渡件12和涡轮机壳体11之间。

如在图2中最佳示出的，过渡件12包括由出口凸缘62限定的过渡件出口60。出口凸缘62包括第一密封接收部分63，如将在下面更全面描述的，第一密封接收部分63构造成接收密封组件50的一部分。类似地，涡轮机部分10包括由入口凸缘70限定的涡轮机入口68，入口凸缘70具有第二密封接收部分73，第二密封接收部分73构造成接收密封组件50的另一部分。入口凸缘70还显示为包括密封安装构件78，密封安装构件78构造成支承密封组件50。

根据图3中所示的示例性实施例的一个方面，密封组件50包括基体构件90、摇臂94和密封元件97。基体构件90包括基体部分104，基体部分104安装到密封安装构件78中的入口凸缘70。基体部分104延伸到具有基本圆形外表面107的枢转构件106。枢转构件106可枢转地连接到密封组件50的枢转元件109。枢转元件109包括基本圆形槽元件111，基本圆形槽元件111构造成接收枢转构件106。枢转元件109经由悬臂安装元件115连接到密封元件97。如图所示，密封元件97包括第一密封部分119，第一密封部分119经由连接构件121连接到第二密封部分120。第一密封部分119包括第一密封分段122和第二密封分段123。在第二密封部分122密封住出口凸缘62时，第二密封分段123延伸到第一密封接收部分63中。类似地，第二密封部分120包括第一密封分段129和第二密封分段130。在第一密封分段129密封住入口凸缘70时，第二密封分段130延伸到第二密封接收部分73中。通过采用这种布置，密封元件97相对于基体构件90移动或枢转，以保持与出口凸缘62和入口凸缘70接触，尽管由热膨胀和收缩会引起过渡件12和/或涡轮机壳体11中的任意尺寸变化。

现在将参照图4和图5描述根据本发明示例性实施例的另一方面的密封组件150。密封组件150包括第一基体构件154和第二基体构件156。第一基体构件154安装到密封安装构件78中的入口凸缘70，而第二基体构件156安装到另一密封安装构件160中的出口凸缘62。第一基体构件154和第二基体构件156可操作地连接到摇臂165和密封元件168。

第一基体构件154包括基体部分173，基体部分173安装到入口凸缘70。基体部分173延伸到第一枢转构件174，第一枢转构件174具有基本圆形外表面175。类似地，基体构件156包括基体部分179，基体部分179安装到出口凸缘62。基体部分179延伸到第二枢转构件180，第二枢转构件180具有基本圆形外表面181。摇臂165包括在第二枢转构件180上枢转的第一枢转元件185、以及在第一枢转构件174上枢转或行进的第二枢转元件186。第一枢转元件185和第二枢转元件186连接到悬臂安装元件189，悬臂安装元件189将摇臂165与密封元件168相连接。按照与上述类似的方式，密封元件168包括第一密封部分192，第一密封部分192经由连接构件196连接到第二密封部分194。第一密封部分192包括第一密封元件198和第二密封元件199。在第一密封元件198密封住出口凸缘62时，第二密封元件199延伸到第一密封接收部分63中。第二密封部分194包括第一密封元件202和第二密封元件203。在第一密封元件202密封住入口凸缘72时，第二密封元件203延伸到第二密封接收部分73中。通过采用这种布置，摇臂165在第一枢转构件174和第二枢转构件180上往复地枢转，以针对过渡件12相对于涡轮机壳体11的任意相对移动进行调节。

这时，应当理解，本发明示例性实施例描述了一种密封组件，该密封组件围绕枢转构件枢转以确保密封元件保持与配合表面接触，而不用考虑相邻构件的尺寸变化。即，热膨胀和收缩可以在配合表面之间张开或形成一个界面区域。根据本发明示例性实施例的密封组件在配合表面当中的一者、另一者或两者经历尺寸变化时枢转。还应当理解，尽管描述为对涡轮机械的过渡件和涡轮机部分之间的界面进行密封，但是根据本发明示例性实施例的各个方面的密封组件可以用于在会经历尺寸变化的其他部件的配合表面之间进行密封。

尽管仅结合有限数量的实施例已详细描述本发明，但是应很容易地理解本发明不限于这些公开的实施例。相反，本发明可以经修改以结合至此未描述但符合本发明的精神和范围的任意数量的变化、改变、替换或等效布置。此外，尽管已经描述本发明的各种实施例，但是应当理解本发明的各个方面可以仅包括描述的实施例中的某些。相应地，本发明不应认为受到上文描述的限制，而是只受到所附权利要求书的范围的限制。

Claims (9)

1.一种涡轮机械密封组件(50)，其包括：

基体构件(90)、可枢转地安装到所述基体构件(90)的摇臂(94、165)、以及固定地安装到所述摇臂(94、165)的密封元件(97)，所述密封元件(97)构造成并设置成相对于所述基体构件(90)选择性地移动。

2.根据权利要求1所述的涡轮机械密封组件(50)，其特征在于，所述密封元件(97)包括第一密封部分(119)和第二密封部分，所述第一密封部分(119)构造成并设置成邻近第一固定构件，所述第二密封部分构造成并设置成邻近第二固定构件。

3.根据权利要求1所述的涡轮机械密封组件(50)，其特征在于，所述基体构件(90)包括枢转构件(174)，所述摇臂(94、165)安装到所述枢转构件(174)。

4.根据权利要求3所述的涡轮机械密封组件(50)，其特征在于，所述摇臂(94、165)包括枢转元件，所述枢转元件可操作地与所述枢转构件(174)配合。

5.根据权利要求4所述的涡轮机械密封组件(50)，其特征在于，所述枢转构件(174)包括圆形外表面(107)，并且所述枢转元件包括圆形槽元件(111)，所述枢转构件(174)的圆形外表面(107)可枢转地由所述枢转元件的基本圆形槽元件(111)所接收。

6.根据权利要求4所述的涡轮机械密封组件(50)，其特征在于，所述摇臂(94、165)包括悬臂安装元件(189)，所述悬臂安装元件(189)在所述枢转元件和所述密封元件(97)之间延伸。

7.根据权利要求1所述的涡轮机械密封组件(50)，其特征在于，所述涡轮机械密封组件(50)还包括：另一基体构件(90)，所述另一基体构件(90)构造成并设置成与所述基体构件(90)相对地安装，所述摇臂(94、165)可枢转地安装到所述基体构件(90)和所述另一基体构件(90)当中的每一个。

8.根据权利要求7所述的涡轮机械密封组件(50)，其特征在于，所述基体构件(90)包括第一枢转构件(174)，并且所述另一基体构件包括第二枢转构件(174)。

9.根据权利要求8所述的涡轮机械密封组件(50)，其特征在于，所述摇臂(94、165)包括第一枢转元件和第二枢转元件，所述第一枢转元件可操作地连接到所述基体构件(90)的所述第一枢转构件(174)，所述第二枢转元件可操作地连接到所述另一基体构件(90)的所述第二枢转构件(174)。