專利名稱：蜂窩密封件和方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例大體涉及密封件，并且更特別地，涉及用于渦輪機的蜂窩密封件。
背景技術：
壓縮機是機器，其通過機械能的使用加速氣體顆粒以最終增大可壓縮流體(例如，過程氣體)的壓力。壓縮機通常在能量工業(yè)中用于生產、處理、再噴射和運輸許多不同類型的氣體。所謂的離心壓縮機在不同類型的壓縮機之中，在該所謂的離心壓縮機中，安裝有轉子的葉輪將離心加速度給予過程氣體。更一般地說，離心壓縮機可被說成是已知為“渦輪機”或“渦輪旋轉機”的一類機器的部分。高速旋轉的離心壓縮機可傾向于轉子-動態(tài)不穩(wěn)定性。壓縮機密封件是造成不穩(wěn)定性的不穩(wěn)定力的主要源。這在涉及高壓高密度氣體的應用(諸如，天然氣再噴射)中尤其如此。因此，一個或更多個密封件可造成防止全速、全負荷的壓縮機操作。在更嚴重的情況下，由一個或更多個密封件引入到旋轉組件的轉子不穩(wěn)定力可引起災難性失效，從而使昂貴的停機和修理成為必需。諸如蜂窩密封件的一些密封件已知用于不僅提供相對少的維護密封解決方案，而且提供可抵消這種不穩(wěn)定力的阻尼影響。因此，蜂窩密封件經常實施在離心壓縮機應用中以增強轉子-動態(tài)穩(wěn)定性。如圖11所示，蜂窩密封件514可包括密封體516，其具有多個蜂窩單元518。在操作期間，蜂窩單元阻止流體流過在密封體與轉子之間的密封間隙以提供密封功能和轉子穩(wěn)定功能二者。不幸的是，在某些情況下和在某些構造中，發(fā)現(xiàn)蜂窩密封件實際上可將非期望的消極剛性和不穩(wěn)定影響(交叉耦合的剛性)添加于轉子組件。提議用于解決這種影響的一個解決方案是添加凹槽(諸如圖11中的凹槽522)以“打破”蜂窩密封件，并且由此抑制不穩(wěn)定直接消極剛性影響。為了進一步討論在蜂窩密封件中添加凹槽，參見例如Childs等人的“A Design to Increase the Static Stiffness of Hole Pattern StatorGas Seals, ASME Turbo Expo 2006; Power for Land, Sea and Air May 8-11, 2006，GT2006-90778”，其全部內容通過引用并入本文中。通常還理解，通過轉子軸的旋轉引入到過程流體中的流體渦流可在交叉耦合開始時起作用。為了抑制渦流，提議將一個或更多個葉片添加于壓縮機外殼以在與渦流的方向相反的方向上引導過程流體。還提議將另一個密封件添加于轉子軸以減少渦流，參見例如在1996年7月30日公布的Shultz等人的美國專利N0.5，540，447，其全部內容通過引用并入本文中。添加一個或更多個葉片和/或將又一個額外密封件添加于渦輪轉子軸導致另外的復雜性和附加的旋轉質量，它們二者在驅動中在提高壓縮機性能方面是不合乎需要的。需要用于渦輪機的密封件，其能夠提供提高的密封、提高的穩(wěn)定性、減少的交叉耦合和提高的渦輪機性能。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種用于渦輪機的密封件。密封件包括多個蜂窩單元、在多個蜂窩單元內的至少一個周向凹槽和在至少一個凹槽內的至少一個渦流閘(swirlbrake)。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供一種渦輪機。渦輪機包括渦輪機定子、能夠相對于渦輪機定子旋轉的渦輪機轉子和在渦輪機定子與渦輪機轉子之間的密封件，其中，密封件包括多個蜂窩單元、在多個蜂窩單元內的凹槽和在凹槽內的至少一個渦流閘。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供一種用于制造用于渦輪機的密封件的方法。該方法包括在密封體中形成凹槽，在密封體中形成多個蜂窩單元和將至少一個渦流閘設置在凹槽內。


并入在說明書的部分中并構成說明書的部分的附圖示出一個或更多個實施例，并且與描述一起說明這些實施例。在附圖中:
圖1示出了本發(fā)明的示例性實施例；
圖2是沿著圖1中的線2-2截取的圖1中示出的示例性實施例的局部截面 圖3描繪了多個蜂窩單元；
圖4是沿著圖2中的線4-4截取的圖1中示出的示例性實施例的截面 圖5是沿著線A-A截取的圖4中示出的示例性實施例的局部截面圖，該示例性實施例包括根據(jù)本發(fā)明的實施例的錐形渦流閘；
圖6描繪了本發(fā)明的示例性實施例的凹槽、側壁、多個蜂窩單元和渦流閘；
圖7描繪了本發(fā)明的示例性實施例的凹槽、多個蜂窩單元和渦流閘；
圖8示出了包括多個凹槽的示例性實施例；
圖9示出了示例性實施例,其包括通過電蝕加工形成的蜂窩單元；
圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的流程圖；并且 圖11描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有凹槽的蜂窩密封件。
具體實施例方式本發(fā)明的示例性實施例的下列描述參考附圖。不同附圖中的相同附圖標記確定相同或相似的元件。下列詳細描述不限制本發(fā)明。相反地，本發(fā)明的范圍由所附權利要求限定。出于簡單起見，關于具有機械定子和機械轉子的渦輪機的術語和結構討論下列實施例。然而，接下來待討論的實施例不受限于這些示例性系統(tǒng)，而是可應用于其他系統(tǒng)。在整個說明書中參考“一個實施例”或“實施例”意味著，結合實施例描述的特別的特征、結構或特性包括在公開的主題的至少一個實施例中。因此，短語“在一個實施例中”或“在實施例中”在整個說明書的各個地方的出現(xiàn)不一定參考相同的實施例。此外，特別的特征、結構或特性可以以任何合適的方式組合在一個或更多個實施例中。圖1至圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的用于渦輪機10的蜂窩密封件14的示例性實施例。圖1示出了具有機械定子12和機械轉子22的渦輪機10。如圖2所示，在機械定子12與機械轉子22之間的蜂窩密封件14包括繞著機械轉子22延伸的密封體16。在蜂窩單元26與轉子22之間的間隙17(圖4)操作成向壓縮機的旋轉組件提供泄漏功能以及阻尼功能。如在圖2中進一步示出的，多個蜂窩單元26內的凹槽28繞著轉子軸線24周向地延伸。在圖1至圖4的示例性實施例中，凹槽28設置有至少一個渦流閘，其用于阻止過程氣體在轉子22和密封體16之間軸向地經過的周向運動。如圖2和圖4所示，至少一個渦流閘通過多個葉片32限定在凹槽28內。每個葉片32在凹槽28的第一側壁34與第二側壁36之間軸向地延伸。如圖2和圖4所示，每個葉片32從凹槽底部48延伸到凹槽頂部56。葉片32均勻地分布在密封體16的圓周周圍，并且具有恒定的厚度。在可選實施例(未示出)中，葉片32可以以非均勻的方式分布在凹槽28的圓周周圍，并且此外，每個葉片的厚度還可單獨地或橫跨所有葉片32變化。例如，至少一個葉片32可在徑向方向上在凹槽底部48和凹槽頂部56之間顯示錐形。例如，還可在軸向方向上設置逐漸變小，并且如圖5所示，至少一個葉片32可從密封體16的下游端部23朝向密封體16的上游端部21逐漸變小?？蛇x地，葉片32可從上游端部21朝向密封體16的下游端23逐漸變小。根據(jù)圖2和圖4中示出的實施例，凹槽頂部56、多個蜂窩單元28中的每一個的頂面以及葉片32中的每一個的頂面限定具有共同的軸線和直徑的柱體，由此使密封體16的部分至少設置有恒定的通孔。然而，在其他實施例(未示出)中，凹槽頂部56、蜂窩單元28的頂面和葉片32中的每一個的頂面可變化。例如，蜂窩單元28的頂面可限定具有與由葉片32的頂面限定的柱體不同的直徑的柱體。如在圖2和圖4中進一步示出的，凹槽28的深度42大于蜂窩單元26的高度38。此外，每個葉片32的高度44大于蜂窩單元26的高度38。本領域技術人員將理解，用于凹槽28、蜂窩單元26和葉片32的該構造不是本發(fā)明的要求，而僅是示例性實施例。如在圖2、圖4和圖6中進一步示出的，凹槽28設置有第一側壁34和第二側壁36，其限定繞著密封體16的相同的平行圓形路徑。如圖6所示，側壁34和側壁36 二者通過具有恒定寬度60的邊緣區(qū)域59與整個蜂窩單元58分離?？蛇x地，密封體可不設置有邊緣區(qū)域。例如，在圖7中示出的示例性實施例中，側壁134和側壁136 二者與部分蜂窩單元158相鄰。如在圖7中進一步示出的，葉片132可顯示恒定的厚度，其等于蜂窩單元的寬度的一半，即，蜂窩單元的兩個平行側面之間的距離的一半。圖8示出了密封體316的另一個示例性實施例。密封體316包括第一凹槽328以及第二凹槽330，第一凹槽328以及第二凹槽330均設置在多個蜂窩單元326內。第一凹槽328和第二凹槽330包括呈多個葉片332的形式的渦流閘。如圖1-8所示，多個蜂窩單元26、蜂窩單元26內的凹槽28以及凹槽28內的渦流閘(例如，葉片32)可構造成在用于渦輪機的密封件中提供密封功能、轉子軸穩(wěn)定功能和渦流抑制功能。因此，相對于用于渦輪機的常規(guī)密封件，密封件14能夠提供提高的密封、提高的穩(wěn)定性、減少的交叉耦合以及提高的渦輪機性能。圖9示出了另一個示例性實施例。密封體416包括可通過電蝕過程形成的多個蜂窩單元426。在這種過程中，密封體416可固定在起始位置430處，在起始位置430，第一排蜂窩單元加工到密封體416中。接著，密封體416可換位到新角度位置，在該新角度位置，添加另一排蜂窩單元。該過程可在密封體416的圓周周圍持續(xù)直到到達終止位置440。注意，緩沖區(qū)域450可在加工過程完成時保持。進一步注意，在圖9的實施例中，制造過程控制成使得僅所有蜂窩單元426形成在密封體416中。在根據(jù)本發(fā)明的制造密封體416的示例性方法中，圖5中示出的凹槽28加工到密封體416中。該加工過程可執(zhí)行成使得多個葉片32在加工過程期間形成。更特別地，凹槽28可分段形成為使得每個區(qū)段之間的壁限定葉片32。在形成凹槽28和葉片32之后，如參考圖9在上面討論的，多個蜂窩單元26通過電蝕加工出，使得邊緣59形成在所有蜂窩單元26與凹槽28之間。邊緣59可構造有與邊緣470的寬度相等的寬度60，邊緣470設置在多個蜂窩單元426的外周處,如圖9所示。因此，根據(jù)如圖10的流程圖所示的實施例，制造用于渦輪機的密封件的方法1000可包括在密封體中形成凹槽1002，在密封體中形成多個蜂窩單元1004，以及在凹槽內設置至少一個渦流閘1006。這些步驟可以以任何期望的順序或同時執(zhí)行。以上描述的實施例意圖在本發(fā)明的所有方面是說明性而非限制性的。所有這種變化和修改被認為在由所附權利要求限定的本發(fā)明的范圍和精神內。在本申請的描述中使用的元件、動作或指令不應當解釋為對本發(fā)明而言是關鍵或必需的，除非如此明確地描述。此外，如在本文中使用的，冠詞“一個”意圖包括一個或更多個物品。
權利要求
1.一種用于渦輪機的密封件，所述密封件包括: 多個蜂窩單元； 至少一個周向凹槽，其位于所述多個蜂窩單元內；和 至少一個渦流閘，其位于所述至少一個凹槽內。
2.如權利要求1所述的密封件，其特征在于，所述至少一個凹槽具有第一側壁、第二側壁、凹槽底部和凹槽頂部，并且其中，所述至少一個渦流閘包括多個葉片，每個葉片在所述第一側壁與所述第二側壁之間延伸，并且從所述凹槽底部朝向所述凹槽頂部延伸。
3.如權利要求2所述的密封件，其特征在于，所述多個蜂窩單元與所述至少一個凹槽隔開。
4.如權利要求2所述的密封件，其特征在于，所述多個蜂窩單元包括從所述至少一個凹槽的第一側壁和第二側壁延伸的多個部分蜂窩單元。
5.如權利要求2所述的密封件，其特征在于，每個葉片在徑向方向和軸向方向中的至少一個上逐漸變小。
6.如權利要求2所述的密封件，其特征在于，每個葉片具有恒定的厚度。
7.如權利要求6所述的密封件，其特征在于，所述多個蜂窩單元的頂面限定第一柱體，并且所述葉片中的每一個的頂面限定第二柱體，其中，所述第一柱體和所述第二柱體是同軸的，并且具有相等的直徑。
8.如權利要求7所述的密封件，其特征在于，所述至少一個凹槽具有凹槽深度，并且所述多個蜂窩單元具有單元高度，并且其中，所述凹槽深度大于所述單元高度。
9.一種渦輪機，其包括: 渦輪機定子； 渦輪機轉子，其能夠相對于所述渦輪機定子旋轉；和 密封件，其位于所述定子與所述轉子之間； 其中，所述密封件包括多個蜂窩單元、在所述多個蜂窩單元內的凹槽和在所述凹槽內的至少一個渦流閘。
10.一種制造用于渦輪機的密封件的方法，所述方法包括: 在所述密封件的密封體中形成凹槽； 在所述密封體中形成多個蜂窩單元；和 將至少一個渦流閘設置在所述凹槽內。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于渦輪機的密封件。密封件包括多個蜂窩單元、在多個蜂窩單元內的至少一個周向凹槽和在至少一個凹槽內的至少一個渦流閘。
文檔編號F04D29/08GK103174667SQ20121055770
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權日2011年12月20日
發(fā)明者N.米塔里托納, G.文尼尼 申請人:諾沃皮尼奧內有限公司