[发明专利]用于蒸汽涡轮的密封装置和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及蒸汽涡轮中使用的密封件，并且具体地，涉及用于减少蒸汽涡流的密封装置和方法。

背景技术

用于产生电力的蒸汽涡轮包括封装旋转轴(也称为转子)的固定壳体和固定到轴上的多个径向地延伸的叶栅。引导到叶片上的加压蒸汽使叶片和轴旋转。顺次的蒸汽路径一般包括蒸汽进口、涡轮内的多个蒸汽压力区域和蒸汽出口。

为了提高涡轮效率并使轴振动最小化，需要避免沿围绕固定叶栅和旋转叶栅的相邻差别压力区域之间的轴的蒸汽泄漏。众所周知，通常在蒸汽轮机中在沿着转子长度的多个选定轴向位置处使用非接触迷宫式密封件，以使差别压力区域之间的蒸汽泄漏最小化。这种迷宫式密封件一般包括多个间隔开的环形齿，也称为密封翅片，密封翅片从自密封托架悬挂下来的固定涡轮壳体径向地向内延伸。每个这种密封翅片的远端端部接近转子的旋转表面布置，仅在其间保留非常小的间隙，以便提供最小泄漏密封。这些类型的密封件被用于防止蒸汽在涡轮轴周围泄漏出。

一定量的蒸汽连续地进入和离开迷宫式结构，并且具有大致在轴线方向上沿着轴的流动分量。但是，进入和离开迷宫式结构的蒸汽流还具有沿圆周方向的一般称为“涡流”的分量。密封结构内的在转子旋转方向上的周向蒸汽流已知在涡轮转子上产生侧向力，导致在密封腔内产生不对称的压力梯度，由此涡轮转子开始经受旋转不稳定。但是，更多情况下，这种旋转不稳定直到完成涡轮的安装时才能被发现，当试图在导致涡流产生的条件下达到满负荷时通常经受的振动的水平使得不能达到满负荷。

通过在密封结构中设置流动阻碍件来限制蒸汽流中的涡流是已知的。但是，目前采用的流动阻碍件是例如通过与设置在密封件片段上的螺纹孔接合的螺纹紧固件固定到密封件片段的端部上的金属结构。由于这种流动阻碍件是金属的，因此难以实现与转子轴的较小的间隙，因此限制了流动阻碍件的效率。现有技术还公开了在密封结构的上游使用涡流破坏装置和防涡流装置以使周向蒸汽流最少化。但是，这些装置需要附加的轴向空间。这在例如非常需要轴向空间的叶片通道密封中是特别不利的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于减少蒸汽涡轮中的蒸汽涡流的改进的密封装置和方法。

上述目的通过权利要求1和9中限定的本发明的特征实现。

本发明的根本思想是采用轴向刷式元件来改善迷宫式密封的蒸汽涡流特征。与常规流动阻碍件相比，具有轴向地延伸的流动阻碍件刷式密封元件提供了更小的与旋转部分的间隙。另外，由于流动阻碍件刷式密封元件适于布置在现有密封件片段内(即，布置在密封架片段的轴向相邻地间隔开的密封元件之间)，因此不需要附加的轴向空间。这在轴向空间是重要的约束条件的叶片通道密封件中特别地有利。

为了将流动阻碍件刷式密封元件牢固地固定在密封元件之间，在本发明的一个实施例中，所提出的密封件还包括布置在每个密封架片段的所述一对轴向相邻地间隔开的密封元件之间的一对轴向延伸的保持构件，用于支承所述流动阻碍件刷式密封元件。

在优选实施例中，其间布置有所述流动阻碍件刷式密封元件的所述一对轴向相邻地间隔开的密封元件定位在相应的所述密封架片段的轴向上游端部处。在上游具有流动阻碍件使限制周向蒸汽流的密封效率高。

在一个实施例中，所述密封元件包括轴向地间隔开的弧形金属翅片。这允许本发明与普通迷宫式密封件一起使用。

在另一个实施例中，在每个所述密封架片段上布置有作为一个密封元件的弧形刷式密封元件，其余密封元件包括弧形金属翅片，每个所述弧形刷式密封元件布置在相应的所述密封架片段的轴向端部处。在迷宫式结构中具有刷式密封元件由于由弧形刷式密封元件实现的较小的间隙而进一步提高了轴向密封效率。

在另一个实施例中，每个所述弧形刷式密封元件布置在相应的所述密封架片段的所述轴向上游端部处，所述流动阻碍件刷式密封元件布置在所述弧形刷式密封元件与轴向相邻地间隔开的弧形金属翅片之间并垂直于所述弧形刷式密封元件和所述轴向相邻地间隔开的弧形金属翅片。

在又一个实施例中，为了在较长密封件的情况下实现增强的流动阻碍，在每个密封架片段上布置有位于多对轴向间隔开的密封元件之间的多个流动阻碍件。

在一个实施例中，为了增强轴向流动的密封，所述密封件还包括用于径向向内地朝所述旋转轴推压每个密封架片段的偏压背衬构件。

附图说明

以下参照附图中所示的图示实施例进一步说明本发明，在附图中：

图1是根据本发明第一实施例的在金属密封翅片之间包括流动阻碍件的迷宫式密封件片段的垂直于涡轮旋转轴线的纵向截面图；