專(zhuān)利名稱(chēng)：：采用瓦片式柔性板部件的軸密封的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及典型地在渦輪機(jī)械中位于旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件之間的密封結(jié)構(gòu)，尤其涉及包括能有效地減小軸向泄漏的錯(cuò)開(kāi)的瓦片式部件的柔性板密封裝置。
背景技術(shù)：
：位于轉(zhuǎn)子(例如，旋轉(zhuǎn)軸)和定子(例如，靜止殼體、箱體或殼體)之間的動(dòng)態(tài)密封是渦輪機(jī)械中的重要問(wèn)題。過(guò)去人們建議了一些密封的方法。特別地，基于包括被描述為葉式密封，刷式密封，指狀密封，嵌條式密封等等的柔性部件的密封已經(jīng)得以應(yīng)用。刷式密封包括緊密填充的柱式硬刷毛，因?yàn)槠溴e(cuò)開(kāi)的結(jié)構(gòu)而能夠有效地防止泄漏。該石更刷毛具有較低的徑向剛度，當(dāng)在穩(wěn)定運(yùn)行工況下發(fā)生轉(zhuǎn)子偏移允許硬刷毛移動(dòng)同時(shí)保持緊密的間隙。但是，刷式密封僅可適用于密封上的一定壓差。因?yàn)橛菜⒚话憔哂兄降膸缀涡螤睿⑹矫芊鈨A向于在軸向上具有較低的剛度，這就限制了最大的可操作壓差一般小于1000psi。本文中的徑向和軸向都是相對(duì)于渦輪機(jī)械的軸線(xiàn)限定。為了克服該問(wèn)題，提供一種葉片式密封，其包括具有較高軸向剛度的板形外形，并由此具有較高的適應(yīng)較大壓差的能力。但是由于葉片密封的形狀仍存在軸向泄漏這一問(wèn)題。也就是，參考圖1,如果均勻厚度的葉片L靠近轉(zhuǎn)子R緊密密封，葉根部會(huì)出現(xiàn)縫隙G,該縫隙會(huì)潛在地造成泄漏并進(jìn)而抵消密封的效果。
發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，軸密封減小了在旋轉(zhuǎn)軸和定子之間的泄漏。該軸密封包括多個(gè)以面對(duì)關(guān)系連接于定子的柔性板部件，該柔性板部件限定了位于定子和旋轉(zhuǎn)軸之間的密封環(huán)。每個(gè)柔性板部件均包括多個(gè)瓦片式部件，其中相鄰的柔性板部件相對(duì)^:此布置使得瓦片式部件在軸向泄漏方向上至少部分交錯(cuò)。該柔性板密封的優(yōu)選實(shí)施例可被稱(chēng)為瓦片式密封。在本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例中，制造用來(lái)減少旋轉(zhuǎn)軸和定子之間的泄漏的軸密封的方法包括以下步驟:(a)設(shè)置多個(gè)柔性板部件，每個(gè)部件包括多個(gè)瓦片式部件；(b)將這些柔性板部件以面對(duì)方式連接于定子，從而柔性板部件在定子和旋轉(zhuǎn)軸之間限定了密封環(huán)；和(c)將相鄰的柔性板部件相對(duì)彼此定位使得瓦片式部件在軸向泄漏方向上至少部分交錯(cuò)排列。圖1示出了傳統(tǒng)葉片式密封的軸向視圖；圖2示出了本文描述的瓦片式密封的軸向視圖；圖3示出了本文描述的瓦片式密封的周向視圖；圖4示出了在本文描述的瓦片式密封中，單獨(dú)和交疊的交替柔性板部件的周向視圖；圖5示出了瓦片式密封中交疊的柔性板部件的軸向視圖；圖6示出了在瓦片式密封另一個(gè)可選的實(shí)施例中弧形柔性板部件的軸向-見(jiàn)圖；圖7和8示出了包括前、后和中間環(huán)的瓦片式密封實(shí)施例的周向視圖；圖9示出了瓦片式密封根部端的截面^L圖；圖IO示出了瓦片式密封頂部端的截面視圖；圖U示出了在另一個(gè)實(shí)施例中瓦片式密封頂部端的橫截面視圖；圖12和13示出了形成本文描述的瓦片式密封的加工方法；圖14-18示出了形成本文描述的瓦片式密封的另一種加工方法；圖19-21示出了形成本文描述的瓦片式密封的另一種加工方法；和圖22示出了示例性的具有另一種形狀的柔性板部件的周向視圖。具體實(shí)施方式在傳統(tǒng)的葉片式密封中，因?yàn)槿~片在頂端處緊密封裝而在根部處較松封裝，從高壓側(cè)至低壓側(cè)進(jìn)入葉片組裝部的泄漏傾向于徑向流動(dòng)/膨脹至外側(cè)，然后軸向流動(dòng)，最后在離開(kāi)葉片組裝部時(shí)匯集。本文描述的柔性板部件因?yàn)槠涫窃谛螤钌虾凸δ苌辖橛趥鹘y(tǒng)的柔性板密封和傳統(tǒng)刷式密封之間的混合型，故顯著地減少了前文描述的軸向泄漏。本文所描述的柔性板部件，也被稱(chēng)為瓦片式密封的幾何形狀構(gòu)造保持由于瓦片式部件的交錯(cuò)排列產(chǎn)生的刷式密封低泄漏屬性，和由于板形瓦片式部件產(chǎn)生的傳統(tǒng)型葉片式密封高壓差能力屬性。參考圖2和3,軸密封或瓦片式密封IO用于減少在例如旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子12和連接于定子15的殼體14之間從高壓區(qū)域流向低壓區(qū)域的軸向泄漏。軸密封IO設(shè)置有在根部以面對(duì)關(guān)系(即面對(duì)面)固定于殼體14的多個(gè)柔性板部件16，殼體14再裝配在定子15上。柔性板部件16的這種配置限定了在殼體14和旋轉(zhuǎn)軸12之間的密封環(huán)。本文描述的示例性瓦片式密封包括至少兩種圖4中示出的柔性板部件16A,16B。柔性板部件16A和16B交替地交疊在一起。如圖4所示，每個(gè)柔性板16A,16B類(lèi)似梳子并且包括多個(gè)瓦片式部件18。相鄰的柔性板部件16A,16B彼此相對(duì)布置為瓦片式部件18在軸向泄漏的方向上至少部分交錯(cuò)。需要注意的是，本文中的軸向是指渦輪機(jī)械的軸線(xiàn)。也即是，在圖1示出的傳統(tǒng)的葉片式密封結(jié)構(gòu)中，葉片L緊靠轉(zhuǎn)子R封裝，因此在葉根處形成了縫隙G,其潛在地造成軸向泄漏。本文描述的瓦片式密封IO重疊相鄰的柔性板部件16A,16B以使得它們的組成瓦片式部件18至少部分地交錯(cuò)以減輕因?yàn)閭鹘y(tǒng)葉片式密封中的間隙G造成的軸向泄漏。圖2示出了瓦片式部件18在軸向泄漏的方向上交錯(cuò)。再參見(jiàn)圖9-U,圖9示出了在密封根部的彎曲的泄漏流道。盡管附圖僅示出了兩組交疊的柔性板部件(如軸向視圖所見(jiàn))，但可以根據(jù)密封10整體的要求和幾何形狀的限制(如密封外側(cè)直徑，密封內(nèi)側(cè)直徑，葉片長(zhǎng)度，葉片剛度等)以類(lèi)似的方式設(shè)置多于兩組重疊的柔性板部件。在圖4的周向視圖中瓦片式部件18優(yōu)選地為為矩形。本發(fā)明不限于該種形狀，而是其他任何形狀均可應(yīng)用。任何形狀例如但不僅限于，矩形，T形，階梯形，三角形，梯形，橢圓形，六邊形等或其他任何不規(guī)則形狀可以適用于特定應(yīng)用和需要。圖22示出了一個(gè)柔性板部件的可選形狀。此外，雖然圖9-11中單個(gè)瓦片式部件的橫截面是矩形，但本發(fā)明不局限于此種橫截面形狀。橢圓，六邊形或其他截面形狀根據(jù)特定應(yīng)用也可以應(yīng)用。每個(gè)瓦片式密封裝置的瓦片式部件18的總數(shù)根據(jù)特定應(yīng)用的要求，可以是從較少的2個(gè)到任意多的數(shù)目，如圖3中所示是7個(gè)。一般而言，瓦片式密封中大量的瓦片式部件可以增加其密封效果，因?yàn)槠湓黾恿诵孤┝鞯乐械幕匦龜?shù)目(見(jiàn)圖9)。更進(jìn)一步地，瓦片式部件18的寬度在圖3中示出的瓦片式部件密封裝置內(nèi)可以變化。圖5是示出了相鄰的柔性板部件16A，16B的軸向視圖。由于相鄰柔性板部件16A,16B的瓦片式部件18的相對(duì)定位，瓦片式密封10使得相鄰柔性板部件16A，16B的瓦片式部件18能夠在它們各自的頂部相互插入，以使相鄰柔性板部件16A，16B在頂部處的厚度與單個(gè)的柔性板部件的厚度有效地相等。這樣，交疊在一起的柔性板部件WA，16B提供一種幾何結(jié)構(gòu)，其具有在根部處兩倍于柔性板厚度和在頂部與柔性板厚度相等的有效厚度。雖然圖5中的軸向視圖示出了由密封根部處的兩倍板厚度逐漸過(guò)渡到密封頂部處的單個(gè)板厚度，但瓦片式密封10可以設(shè)計(jì)為在密封根部的有效厚度為柔性板厚度的非整數(shù)倍。類(lèi)似地，瓦片式部件18可以在根部自身處部分地重疊，而不是如圖5中密封根部沒(méi)有重疊。對(duì)密封有效厚度的選擇主要取決于對(duì)密封的整體要求和合幾何形狀的限制，例如密封外直徑，密封內(nèi)直徑，柔性板長(zhǎng)度，柔性板剛度等。在圖1示出的傳統(tǒng)葉片式密封中，主要泄漏流道是由于在葉根部允許直接無(wú)阻擋流動(dòng)路徑的間隙G。在本文描述的瓦片式密封10中，根部交錯(cuò)排列的瓦片式部件以類(lèi)似于傳統(tǒng)刷式密封(參見(jiàn)圖9的泄漏流道)的方式顯著地減少了軸向泄漏。進(jìn)一步地，梳形柔性板結(jié)構(gòu)中的每個(gè)瓦片式部件18保持高軸向剛度和較低的徑向剛度，這樣就保留了傳統(tǒng)葉式密封的優(yōu)點(diǎn)。事實(shí)上，高軸向剛度有助于確保瓦片式部件18不會(huì)彎曲或與相鄰的瓦片式部件18桂住。柔性板部件16以及因此瓦片式部件18在軸向上不一定是直的或厚度一致，而可以是弧形或錐形。圖6示出了帶有弧線(xiàn)的示例性的柔性板部件16。進(jìn)一步地，位于同一柔性板部件16中的不同瓦片式部件18能夠具有不同的錐形和/或弧線(xiàn)。柔性板16可以采用特殊材料進(jìn)行涂敷或表面處理以達(dá)到一或多個(gè)下述目的最小化相對(duì)滑動(dòng)期間的摩擦力，磨損和熱產(chǎn)生，在加工期間作為擴(kuò)散屏障，允許高溫操作，并改善密封壽命。轉(zhuǎn)子的表面(在鄰近柔性板頂部位置處)也可以因?yàn)樯鲜鲈蚧蚱渌蜻M(jìn)行涂敷。一般的涂敷方法包括物理氣沉積法，熱噴涂和電沉積法，以及其他方法。涂敷材料包括，但不僅限于，氮化鈦，氮化鋯，鎳鉻合金-碳化鉻與固體潤(rùn)滑劑，鎳等。每個(gè)柔性板和/或瓦片式部件還可以在根部具有附加的特征以利于裝配步驟，例如但不僅限于對(duì)齊，夾緊和間隔。典型的例子是圖3和4所示出的柔性板根部的T形特征23。還可參見(jiàn)圖7，8，13，18和22。此外，還可進(jìn)一步設(shè)置垂直特征，例如環(huán)36，其連接于靜止外殼15或殼體14，參見(jiàn)圖7和8的周向視圖。環(huán)36可在軸向上設(shè)于瓦片式部件之前(前部環(huán)36A),軸向上瓦片式部件之后(后部環(huán)36B),瓦片式部件排之間(圖8中的中間環(huán)36C)，或設(shè)于瓦片式部件內(nèi)(圖7中內(nèi)部環(huán)36D),其為瓦片式部件18提供了軸向支撐，進(jìn)一步減小了軸向泄漏，并且為瓦片式部件偏轉(zhuǎn)動(dòng)作提供了控制，例如升起，排放和扭曲。參考圖4，柔性板部件16A,16B可以分別采用任何合適的方法例如導(dǎo)線(xiàn)-EDM(放電加工)，沖印，蝕刻等方法加工。在加工后，柔性板部件16A，16B可采用對(duì)齊特征(例如T形部分23)交替裝配，然后在密封根部通過(guò)焊接或其他方法連接在一起?？蛇x地，相鄰柔性板部件16A，16B可以加工為單個(gè)部件然后沿著穿過(guò)葉片根部的線(xiàn)24折疊，如圖12-13所示。T形部分23可以結(jié)合進(jìn)來(lái)以允許與其他類(lèi)似折疊瓦片式部件結(jié)構(gòu)對(duì)進(jìn)行對(duì)齊和裝配。折疊線(xiàn)24可以通過(guò)印壓，蝕刻等方法標(biāo)記。圖14-18示出了加工柔性板部件的替代選擇。圖14示出了連續(xù)巻的帶材料22，其包括交替結(jié)構(gòu)化的柔性板部件16A，16B和位于兩者間的折疊線(xiàn)24。用于柔性板部件16A和16B的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)例如蝕刻，沖壓，沖印或EDM等方法在帶材料22上制成。圖14中陰影部分通過(guò)該過(guò)程被移除。在該步驟之后，帶材料22可以根據(jù)圖"所示的褶形形狀沿著折疊線(xiàn)交替地折疊。折疊線(xiàn)24還可以作為沖壓或蝕刻加工的一部分制成。當(dāng)被折疊時(shí)，褶形形狀可以緊密堆疊并使用例如導(dǎo)線(xiàn)-EDM沿著線(xiàn)(1)26修剪，然后采用焊接或其他手段沿著線(xiàn)(2)28(圖16)進(jìn)行連接。然后獲得的柔性板部件16組件可被折疊為需要的曲線(xiàn)并與密封10的其他組件連接。進(jìn)一步地，褶形可以制造為圖17中所示一樣，其中柔性板部件16沿著線(xiàn)(1)30和線(xiàn)(3)32相連，并且柔性板部件16沿著線(xiàn)(2)34切割。這種配置同時(shí)制造出兩個(gè)瓦片式密封組件。此外，為了隨后的對(duì)齊和裝配，帶材料22可以結(jié)合T形部23，如圖18所示。在交替地沿折疊線(xiàn)24折疊后，獲得的褶形折疊件可以在一端接合并在另外一端修剪。然后柔性板折疊件的結(jié)合端滑入具有容納折疊件的T形端的弧度的殼體。在沖壓和折疊步驟之間可以包括一個(gè)附加的去毛刺步驟，其中可以使得連續(xù)的未折疊帶通過(guò)金剛砂紙或類(lèi)似的去毛刺設(shè)備之間?？梢栽O(shè)計(jì)或配置單個(gè)機(jī)器來(lái)連續(xù)地執(zhí)行所有上述一系列步驟。作為沖壓工序的部分，可以在密封根部部分的帶材料上成形多個(gè)具有受控制深度的凹陷從而在兩個(gè)部件之間提供必要間隔。也可以結(jié)合例如受控制厚度涂層的其他間隔特征。上述方法提供了允許在密封根部具有整數(shù)倍的柔性板有效厚度的加工過(guò)程?？梢栽O(shè)想到其他實(shí)用的加工方法，下面將要描述其中一種，其能夠允許在密封根部處部分地重疊(如軸向圖所示)或者具有非整數(shù)倍的柔性板有效厚度。還有另外一種瓦片式密封加工的替代方法使用傳統(tǒng)的葉片式密封，該密封可被采用導(dǎo)線(xiàn)EDM或者其他類(lèi)似方式沿著圖19所示的切割線(xiàn)38垂直地切成幾個(gè)平行的具有不同厚度的部分。這樣就得到了多個(gè)密封段，這些密封組件采用圖20中的調(diào)整墊片40軸向地間隔。隨后，這些段彼此交替地圍繞密封軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)以產(chǎn)生圖21所示出的瓦片式部件之間的必要的交錯(cuò)。當(dāng)實(shí)現(xiàn)上述結(jié)果后，這些段即被連接起來(lái)。本文描述的瓦片式密封在形狀上和功能上為介于傳統(tǒng)的柔性板密封和傳統(tǒng)刷式密封之間的混合型。本文所描述的瓦片式密封的幾何形狀構(gòu)造使得其保持由于瓦片式部件的交錯(cuò)排列產(chǎn)生的刷式密封低泄漏屬性，和由于板形瓦片式部件產(chǎn)生的葉片式密封高壓差能力屬性。雖然本發(fā)明結(jié)合被認(rèn)為是目前最具有實(shí)踐性和優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行描述，應(yīng)該了解到本發(fā)明不僅限于所公開(kāi)的實(shí)施例，而是意欲覆蓋在后附帶的權(quán)利要求的精神和范疇內(nèi)的所有不同修改和等效布置。零件列表-GE185421<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.一種減少旋轉(zhuǎn)軸(12)和定子(14,15)之間泄漏的軸密封，該軸密封包括以面對(duì)關(guān)系連接于定子的多個(gè)柔性板部件(16),這些柔性板部件限定出在定子和旋轉(zhuǎn)軸之間的密封環(huán)，其中每個(gè)柔性板部件包括多個(gè)瓦片式部件(18)，并且其中相鄰的柔性板部件相對(duì)彼此布置成使瓦片式部件在軸向泄漏方向上至少部分地交錯(cuò)。2.如權(quán)利要求1所述的軸密封，其特征在于定子是連接于靜止外殼的殼體(14)。3.如權(quán)利要求1所述的軸密封，其特征在于柔性板部件(16)在其根部處連接于定子(14，")。4.如權(quán)利要求1所述的軸密封，其特征在于柔性板部件在其根部處連接于定子(14,15)并在其頂部限定出所述密封環(huán)，并且其中相鄰柔性板部件的瓦片式部件(18)在其各自的頂部相互插入以使得相鄰柔性板部件在其頂部處的厚度基本上與單個(gè)柔性板部件的厚度相等。5.如權(quán)利要求1所迷的軸密封，其特征在于所述定子是連接于靜止外殼(15)的殼體(14)，其中殼體包括至少一個(gè)徑向延伸的周向環(huán)(36)，該周向環(huán)至少布置在柔性板部件(16)的前部、之間、內(nèi)部或后部位置之一。6.如權(quán)利要求1所述的軸密封，其特征在于柔性板部件(16)在其根部處連接于定子(14，15),并且其中相鄰柔性板部件的瓦片式部件(18)在其各自的頂部相互插入以使得相鄰柔性板部件在它們頂部處的有效厚度在單個(gè)柔性板部件的厚度和兩個(gè)并排柔性板部件的厚度之間。7.如權(quán)利要求1所述的軸密封，其特征在于柔性板部件(16)被涂敷或表面處理為最小化摩擦力、磨損和熱產(chǎn)生，以防止加工過(guò)程中的擴(kuò)散粘結(jié)，并且提高軸密封壽命。8.如權(quán)利要求1所述的軸密封，其特征在于瓦片式部件(18)是矩形。9.如權(quán)利要求1所述的軸密封，其特征在于瓦片式部件(18)是不規(guī)則形狀。10.如權(quán)利要求1所述的軸密封，其特征在于每個(gè)柔性板部件(16)包括具有不同形狀的瓦片式部件(18)。11.如權(quán)利要求1所述的軸密封，其特征在于柔性板部件(16)包括瓦片式部件(18)，該瓦片式部件包括一下特征中的至少一個(gè)不同數(shù)量，和在橫截面、軸向視圖或瓦片式部件寬度中的至少一個(gè)上的不同形狀。12.如權(quán)利要求1所述的軸密封，其特征在于相鄰柔性板部件(16)在其根部端連接。13.如權(quán)利要求12所述的軸密封，其特征在于兩個(gè)相鄰柔性板部件(16)由單個(gè)片形成并且在根部端折疊。14.一種加工用于減少旋轉(zhuǎn)軸(12)和定子(14，15)之間軸向泄漏的軸密封的方法，該方法包括(a)設(shè)置多個(gè)柔性板部件(16)，每個(gè)包括多個(gè)瓦片式部件(18);(b)將多個(gè)柔性板部件以面對(duì)關(guān)系連接于定子，柔性板部件限定出在定子和旋轉(zhuǎn)軸之間的密封環(huán)；以及(c)將相鄰柔性板部件相對(duì)彼此定位使得瓦片式部件在軸向泄漏方向上至少部分地交錯(cuò)。15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于步驟(a)通過(guò)單獨(dú)地制造柔性板部件(16)來(lái)實(shí)現(xiàn)。16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于步驟(a)通過(guò)在單個(gè)片上制造出兩個(gè)相鄰柔性板部件(16)，并且在柔性板部件的根部折疊該單片來(lái)實(shí)現(xiàn)。17.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于步驟(a)通過(guò)在單個(gè)片或巻上制造出多個(gè)柔性板部件，并以褶形形狀在柔性板部件的端部處折疊該單個(gè)片或巻來(lái)實(shí)現(xiàn)。18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于設(shè)置步驟通過(guò)將傳統(tǒng)葉片式密封切割成平行的具有不同厚度的多個(gè)段以限定多個(gè)密封段，并采用調(diào)整墊片(40)軸向地間隔該多個(gè)密封段來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且其中定位步驟是通過(guò)將多個(gè)密封段圍繞密封軸線(xiàn)相對(duì)于彼此交替地轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。全文摘要提供一種減少旋轉(zhuǎn)軸(12)和定子(14，15)之間泄漏的軸密封。該軸密封或瓦片式密封包括多個(gè)以面對(duì)關(guān)系連接于定子的柔性板部件(16)。這些柔性板部件限定了在定子和旋轉(zhuǎn)軸之間的密封環(huán)，其中每個(gè)柔性板部件包括多個(gè)瓦片式部件(18)，其中相鄰的柔性板部件相對(duì)于彼此布置使得瓦片式部件在軸向泄漏方向上至少部分地交錯(cuò)。文檔編號(hào)F16J15/16GK101144542SQ200710148959公開(kāi)日2008年3月19日申請(qǐng)日期2007年9月12日優(yōu)先權(quán)日2006年9月12日發(fā)明者M(jìn)·W·科瓦爾奇克,N·A·特恩奎斯特,S·奧塔,W·E·阿迪斯申請(qǐng)人:通用電氣公司