[发明专利]用于蒸汽涡轮的轴密封系统

说明书

与相关申请的交叉引用

本专利申请涉及共同转让的美国专利申请No.13/446707(通用电气档案No.251073-1)，该申请与本申请同时提交。

技术领域

本发明大体涉及蒸汽涡轮，并且更具体而言，涉及用于蒸汽涡轮的自持式轴密封系统。

背景技术

蒸汽涡轮壳体的压力边界被旋转涡轮轴穿透，以便将涡轮产生的功率传递出蒸汽环境。结果，必须在其穿透壳体的点处密封轴，以便防止蒸汽逃逸，蒸汽逃逸对于该区域中的人员可为危险的。轴密封件还必须防止空气进入壳体，空气进入壳体对于涡轮性能将有有害作用。

已经采用各种各样的轴密封系统，包括例如设置在轴端部附近的迷宫密封件。迷宫密封件包括包围轴但不接触轴的齿，因而在密封件和轴之间形成泄漏路径。轴密封系统进一步包括空气密封件，其主要用来防止空气进入蒸汽涡轮。沿轴向设置在空气密封件的内侧的是蒸汽密封件，其防止蒸汽逃逸到蒸汽涡轮之外。为了保持跨过空气密封件和蒸汽密封件的正压差，需要附件来支持涡轮功能，附件包括管道系统、蒸汽密封件调整器、汽封冷凝器和辅助锅炉。在一些情况下，刷式密封件与迷宫密封件一起用来减少泄漏，但是仍然需要前述附件来提供恰当的涡轮功能。采用汽封冷凝器来保持略微的真空，以抽出已经沿进入壳体的方向经过空气密封件的空气，以及排出已经沿离开壳体的方向经过蒸汽密封件的蒸汽。密封件集管典型地保持处于正压力，并且如需要的那样将蒸汽供应到蒸汽密封件内侧的环带或将蒸汽从环带排出，这取决于跨过蒸汽密封件的蒸汽泄露是超过蒸汽涡轮的内部区段的泄漏还是被蒸汽涡轮的内部区段的泄漏超过。蒸汽密封件的内侧的环带处的正压力阻止空气进入涡轮中。

如提到的那样，迷宫轴密封系统(诸如描述的那些)需要广泛的辅助系统的支持，辅助系统不增加涡轮做的功。这些特征会增加装置的占地范围以及维护需要，而对涡轮输出没有任何直接贡献。

作为迷宫密封件或刷式密封件的一个备选方案是使用碳分段式周向密封件或面密封件，其具有比迷宫密封件设计中看到的典型的0.75mm至1mm间隙小的有效间隙。迷宫密封件的间隙允许环境空气中的颗粒物质毫无问题地穿过密封件。但是，在利用具有更小的间隙的碳密封件的密封件系统设计中，颗粒物质可陷在间隙空间中，从而产生密封件损害。这带来了挑战，尤其是对于其中环境空气中普遍存在颗粒物质(诸如煤粉尘)的装置，诸如例如燃烧煤的装置。

发明内容

本发明的第一方面提供：第一涡轮区段，其具有包括轴的旋转部件，以及包围旋转部件且限定蒸汽流径的固定部件；以及轴密封系统。轴密封系统包括设置在轴的第一端和第二端中的各个附近的至少一个密封件；第一连接线路，其将蒸汽从第一涡轮区段引导到涡轮的下游部分；其中，第一涡轮区段处于低压，以及轴的第一端和第二端中的各个处于低于大气压力的压力，以及其中，涡轮的下游部分具有低于第一涡轮区段的压力的压力。

本发明的第二方面提供：第一涡轮区段，其具有包括轴的旋转部件，以及包围旋转部件且限定蒸汽流径的固定部件；以及轴密封系统。轴密封系统包括：至少一个密封件，其设置在轴的第一端和第二端中的各个附近；第一缓冲密封件，其沿轴向设置在设置在轴的第一端附近的至少一个密封件的外侧；第二缓冲密封件，其沿轴向设置在设置轴的第二端附近的至少一个密封件的外侧；第一连接线路，其用于将蒸汽从第一涡轮区段引导到涡轮的下游部分，其中，下游部分涡轮具有低于第一涡轮区段的压力的压力，以及其中，第一涡轮区段处于低压，以及轴的第一端和第二端中的各个处于低于大气压力的压力。

一种轴密封系统，其在涡轮的第一区段中，所述第一区段具有包括轴的旋转部件，以及包围所述旋转部件且限定蒸汽流径的固定部件，所述轴密封系统包括：至少一个密封件，其设置在所述轴的第一端和第二端中的各个附近；第一缓冲密封件，其沿轴向设置在设置在所述轴的所述第一端附近的所述至少一个密封件的外侧；第二缓冲密封件，其沿轴向设置在设置在所述轴的所述第二端附近的所述至少一个密封件的外侧；第一连接线路，其用于将蒸汽从所述第一涡轮区段引导到所述涡轮的下游部分，其中，所述涡轮的所述下游部分具有低于所述第一涡轮区段的压力的压力，以及其中，所述第一涡轮区段处于低压，并且所述轴的所述第一端和所述第二端中的各个处于低于大气压力的压力。

在实施例中，进一步包括过滤空气供应线路，其对设置在所述第一缓冲密封件和所述至少一个密封件之间的第一腔体和设置在所述第二缓冲密封件和所述至少一个密封件之间的第二腔体中的各个提供过滤空气。

在实施例中，所述下游位置进一步包括冷凝器。