專利名稱：用于旋轉機械的自動密封帶裝配方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及用于旋轉機械的密封組件，并且，尤其涉及蒸汽輪機或燃氣輪機的密封組件。
背景技術：
旋轉機械包括但不僅限于蒸汽輪機、壓縮機及燃氣輪機。蒸汽輪機具有蒸汽通道，該蒸汽通道典型地包括以串行流(serial-flow)關系布置的一蒸汽入口、渦輪機和蒸汽出口。燃氣輪機具有氣體通道，該氣體通道典型地包括以串行流關系布置的空氣入口(或進氣道)、壓縮機、燃燒室、渦輪機和排氣口(或排氣噴嘴)。當氣體或蒸汽從高壓區域向低壓區域泄漏時，不論是泄漏出氣體或蒸汽通道還是泄漏進入氣體或蒸汽通道，通常都是不希望發生的。比如，在燃氣輪機的渦輪機或壓縮機區域中，渦輪機或壓縮機的轉子與在其四周環繞的的殼體之間的氣路泄漏，會降低燃氣輪機的效率從而導致燃料成本的增加。同樣，在蒸汽輪機的渦輪機區域中，渦輪機的轉子與四周環繞的殼體之間的汽路泄漏也會降低蒸汽輪機的效率，從而導致燃料成本的增加。
為了降低燃氣和蒸汽渦輪發動機中的氣路和汽路的泄漏，密封組件被采用。在不同形式的渦輪機密封組件中，轉子槽密封帶被布置于渦輪機中的轉動部件和靜止部件之間。目前，可采用各種不同的方法錘擊轉子槽密封帶。一種方法包括但不僅限于，在手鑿上研磨出一彎曲尖端，用手持錘敲擊手鑿，以使凹槽中的金屬絲變形或敲擊凹槽中的金屬絲。另一種方法包括在手持氣振錘中研磨出一彎曲尖端，以將填塞金屬絲錘擊進入凹槽中。但是，當前的錘擊填塞金屬絲的方法并不能始終獲得具有高拉出強度的由錘擊填塞金屬絲形成的轉子槽密封件。
最大化轉子槽密封件的拉出強度很重要，因為在渦輪機運行過程中，轉子槽密封件要經受數個拉出力。這些力包括但不限于離心拉出力，由蒸汽壓力在密封件的基部產生的瞬間力，金屬間摩擦時的徑向力和切向力，以及與有意地涂敷在形成蒸汽通道的殼體上的抗磨涂層之間的摩擦力。因此希望轉子槽密封件具有可預期的高拉出強度。
此外，當前錘擊填塞金屬絲的方法會導致不可重復的錘擊，使得所述錘擊會導致不可預期的密封件拉出強度。造成密封件拉出強度具有巨大差異的多種因素包括但不限于操作員所設置的錘擊工具的位置不當，以及通過錘擊工具施加的力不均勻。舉例說明，在一個平均密封件拉出強度為600磅的組中，由手工錘擊產生的密封件拉出強度的標準偏差可達200磅。密封件拉出強度的這種巨大差異是有問題的，因為低的密封件拉出強度會導致密封件在運行過程中松動，并對渦輪機造成重大損害，包括造成渦輪機的停機。
因此，期望開發一種節約成本的密封方法和裝置，可以在不損害密封帶性能的前提下，使轉子槽密封件具有可預期的密封件拉出強度。
發明內容
此處公開的用于旋轉機械的自動密封組件包括密封件引導組件，該密封引導組件將填塞金屬絲和密封帶對準和保持在轉子槽中以進行錘擊；錘擊工具，該錘擊工具錘擊填塞金屬絲使其變形，并將填塞金屬絲和密封帶固定在轉子槽中；致動器，該致動器控制敲擊工具的運動，從而生產出具有可預期的拉出強度的轉子槽密封件；和基座)，用于固定密封件引導組件、錘擊工具和致動器。
同時本文還還公開了一種用于自動密封旋轉機械的方法，此方法包括將填塞金屬絲和密封帶對準轉子槽；用密封件引導組件將填塞金屬絲和密封帶保持在轉子槽中以進行錘擊；用錘擊工具錘擊填塞金屬絲，該錘擊工具的運動由致動器控制；移動該錘擊工具以及該致動器；并且其中，錘擊填塞金屬絲使之變形，并形成具有可預期的拉出強度的轉子槽密封件。
本文還公開了一種用于自動密封旋轉機械的系統，該系統包括用于填塞金屬絲和密封帶對準轉子槽的裝置；用于利用密封件引導組件將填塞金屬絲和密封帶保持在轉子槽中以進行錘擊的裝置；用于用錘擊工具錘擊填塞金屬絲的裝置，所述工具的運動由致動器控制；用于移動該錘擊工具以及該致動器的裝置；并且其中，所述用于錘擊填塞金屬絲的裝置制成了一種具有可預期的拉出強度的轉子槽密封件。
通過下文的詳細說明并參照附圖可以對本發明的上述和其它特征、特點和優點有更好的了解，其中在整個附圖中類似的符號代表類似的部件，其中圖1是示例性旋轉機械的橫截面示意圖；圖2是圖1中X部分的放大的詳細視圖，給出了一種示例性的轉子槽密封件；圖3是自動密封組件的示例性實施例的示意圖；圖4是密封件引導組件的示例性實施例的示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，一種典型的旋轉機械50如蒸汽輪機(同樣由附圖標記50表示)，典型地包括至少一個旋轉部件例如轉子54和旋轉葉片56，以及靜止部件58例如圍繞轉子54布置的靜止的蒸汽噴嘴(同樣由附圖標記58表示)。所述轉子54、旋轉葉片56和靜止部件58環繞布置于公共軸線60周圍。在此旋轉機械50中，流經靜止噴嘴58的蒸汽被引導以高速沖擊轉子54使其高速旋轉。
轉子槽密封件62首先參照圖1加以說明。如圖所示，轉子槽密封件62布置于轉子54和靜止部件58之間。仍如圖1所示，轉子槽密封件62包括至少一個密封帶66，其固定在轉子54或靜止部件58上。在圖1和2描繪了轉子槽密封件62的實施例，其中至少一個密封帶66固定在轉子54上。如圖2所示，一排密封帶66，如J形帶密封件(同樣由附圖標記66)，被填塞金屬絲30固定在轉子54上并位于轉子槽28內。
如圖3所示，所示出的自動密封組件10包括密封件引導組件12、錘擊工具14、致動器16和基座18。密封件引導組件12可以包括一個或多個旋轉導向件26和塊狀導向件24。錘擊工具14可以是任何適于錘擊填塞金屬絲30的工具，包括但不限于具有成圓角的尖端的錘子或鑿子。致動器16可以是氣動的、電動的或是液壓的致動器。但是，任何致動器領域的普通技術人員公知的其它合適的裝置都是可以預想到的。在一個示例性實施例中，基座18被設計為與加工機床或是裝配機床的臺面對準以使錘擊工具14朝向于轉子槽28。
密封件引導組件12固定在第一滑動組件22上，該第一滑動組件22固定于基座18上，使密封件引導組件12適當地對準填塞金屬絲30，以便使用錘擊工具14進行錘擊。在進行錘擊前，可將密封件引導組件12定位成使其將填塞金屬絲30和密封帶66插入轉子槽28中。第一致動器16固定在第二滑動組件32上，第二滑動組件32固定在基座18上，并且，錘擊工具14固定在第一致動器16上。當填塞金屬絲30被定位在轉子槽28中時，錘擊工具14被定向成可撞擊所述填塞金屬絲30。所述錘擊工具14通過在第一致動器16的控制下對填塞金屬絲30進行反復錘擊而制成具有可預期的拉出強度的轉子槽密封件62。
在一個示例性實施例中，第一滑動組件22控制密封件引導組件12的力和位置。滑動組件22固定在基座18上，而密封件引導組件12固定在滑動組件22上。滑動組件22允許密封件引導組件12回縮以便于填塞金屬絲30和密封帶66的裝配。在另外一個實施例中，第二滑動件32控制錘擊工具14和第一致動器16的位置和力。第二滑動組件32固定于基座18上，第一致動器16固定在滑動組件32上。第二滑動組件32可以通過控制固定有錘擊工具14的第一致動器16的位置從而控制錘擊工具14的位置。
在一個示例性實施例中，第二致動器20固定于基座18上，并連接到滑動組件22上。第二致動器20用于控制密封件引導組件12相對于填塞金屬絲30的位置及其對填塞金屬絲30所施加的力。在另一個示例性實施例中，第三致動器34固定于基座18上并連接到第一致動器16上。此外，該第三致動器34還可以用來控制錘擊工具14相對于填塞金屬絲30的位置和該錘擊工具14施加在填塞金屬絲30上的力。該第三致動器34可以通過控制固定著錘擊工具14的第一致動器16所施加的力從而控制錘擊工具14所施加的力。第二致動器20和第三致動器34都可以是氣動的、電動的或者液壓的致動器。但是，致動器領域的普通技術人員所公知的其它任何合適的裝置均是可以被預想到的。
第一致動器16、第二致動器20和第三致動器34可配有控制閥，該控制閥具有正向、反向和中間三種模式。中間控制閥模式允許操作者手工地分別對密封件引導組件12和第一致動器16定位。在一個示例性實施例中，第一致動器16、第二致動器20和第三致動器34可以具有中間模式，其中，該中間模式可由位于自動密封組件10上的緊急停止按鈕激活。在一個示例性實施例中，第二致動器20和第三致動器34都可以是氣動的，并且，該中間模式將第二致動器20和第三致動器34的壓力釋放至周圍大氣的壓力。
在一個示例性的實施例中，自動密封組件10定位成使錘擊工具14和密封件引導組件12準確地對準轉子槽28，使得填塞金屬絲30可以被錘擊。自動密封組件10可以采用多種方法對準以進行錘擊，這些方法包括但不限于固定在自動密封組件上的激光引導裝置，該激光引導裝置發射對準轉子槽28的激光。第一滑動組件22和第二滑動組件32分別用于調整密封件引導組件12和第一致動器16的位置。此外，第二致動器20用來控制密封件引導組件12對填塞金屬絲30所施加的力，第三致動器34控制錘擊工具14對填塞金屬絲30所施加的力。密封件引導組件12進給、對準和保持填塞金屬絲30，以便由錘擊工具14進行錘擊。在錘擊過程中，錘擊工具14對填塞金屬絲30進行有意圖的和反復的撞擊，變形后的填塞金屬絲30將密封帶66固定在轉子槽28中。錘擊工具14以一種由第一致動器16和第三致動器34控制的方式對填塞金屬絲30進行錘擊，以制成具有可預期的密封件拉出強度的轉子槽密封件62。
在另一個示例性的實施例中，錘擊工具14可以為一鑿子，該鑿子具有研磨為具有一定尖端厚度的硬化尖端，，該尖端厚度適合于在轉子槽28中與待錘擊的填塞金屬絲30相接觸。在錘擊工具14上可具有一個與J形密封帶66的側面相鄰的一側面，該側面是平的，可供錘擊工具14的主體搭載。錘擊工具14的另一側面可向下彎曲至尖端寬度，留出一尖端長度以給密封件的高度提供間隙。在錘擊過程中，為保證在錘擊工具14沿填塞金屬絲30移動的同時錘擊工具14在填塞金屬絲30的表面平滑運動，錘擊工具14尖端的寬度可以研磨為具有圓角。
現在看圖4，圖中所示密封件引導組件12可以包括一個或多個旋轉導向件112，122。旋轉導向件112，122是有區別的，上部旋轉導向件112在其圓周上具有槽，以容納、保持和引導填塞金屬絲30和密封帶66以供錘擊。上部旋轉導向件112連接至具有一個或多個槽形孔116的矩形塊114上，并且上部旋轉刀子112的位置由定位螺釘118進行微調。類似地，下部旋轉導向件122位于上部旋轉導向件112的下方。下部旋轉導向件122在錘擊前向位于轉子槽28更深處的填塞金屬絲30和密封帶66提供更為精確的定位。下部旋轉導向件122連接至具有一個或多個槽形孔126的矩形塊124上，并且下部旋轉導向件122的位置由定位螺釘128進行微調。
除旋轉導向件112，122外，密封件引導組件12還可包括一個或者多個塊狀導向件132。塊狀導向件132可以位于下部旋轉導向件122下方。塊狀導向件132具有一個與轉子54的輪廓相同的表面，用于在錘擊過程中防止密封帶66和填塞金屬絲30從轉子槽28中露出。塊狀導向件132可位于錘擊工具14上方。該塊狀導向件132具有一個或多個槽形孔136。該塊狀導向件132的位置由定位螺釘138進行微調。上述的上部旋轉導向件112，下部旋轉導向件122和塊狀導向件132的微調位置獨立于安裝在第一滑動組件22上的密封件引導組件12上的其他部件的位置。請注意這里用到的術語“上部”和“下部”，除非是特別注明，僅僅是為了描述方便，而不限于任何一個位置或空間朝向。
在一個示例性的實施例中，可以使用一個數據記錄器38監控和顯示從第二致動器20、第三致動器34和/或第一致動器16測得的壓力和力數據。數據記錄器38可以具有顯示屏36用來顯示從第二致動器20、第三致動器34和/或第一致動器16測得的當前的壓力和力數據。可選擇地，數據記錄器38還可以將壓力和力數據記錄到任何適當的裝置上，這些裝置包括但不限于計算機可讀介質，諸如閃存卡或軟盤。在一個示例性的實施例中，數據記錄器38按照操作者設定的時間間隔測量壓力和力數據。在另一個示例性實施例中，數據記錄器38可以安裝于控制箱中，該箱上具有槽以接收計算機可讀介質。此計算機可讀介質可以從控制箱中取下，并由計算機讀取以用于統計分析和產品質量記錄。可選擇地，數據記錄器38還可以具有報警系統，當監測到的壓力和/或力超出由操作員設定的范圍時，可向操作員發出警報。
在一個示例性的實施例中，操作員能夠精確地控制自動密封組件10的一個或多個運行參數。自動密封組件10的運行參數包括但不限于錘擊工具14相對于轉子槽28的角度；錘擊工具14運動的頻率和幅度；作為轉子54轉速的函數的錘擊工具14在填塞金屬絲30上的停留時間；以及密封件引導組件12和第一致動器16對填塞金屬絲30所施加的力。可選擇地，所有上面所列出的運行參數可控制于規定的范圍內，并且出于質量控制的目的，數據記錄器可記錄這些運行參數。此外，所有上面所列出的運行參數均可以以適當的顯示器展現給操作員。這些適當的顯示器可以包括但不限于模擬式量計或數字顯示器。
使用本文所述的自動密封組件10可生產出具有可預期的的拉出強度的轉子槽密封件62。在一個示例性的實施例中，轉子槽密封件62可采用29mil的J形密封件66制造。轉子槽密封件62可具有平均大約1300磅的拉出強度，并且標準偏差大約為65磅。采用此自動密封組件產出的密封件的拉出強度和標準偏差均遠優于目前可用方法(如手工錘擊)所得到的密封件的拉出強度和標準偏差。
雖然本發明是參照示例性的實施例加以描述的，但是本領域的技術人員可以理解，在不背離本發明范圍的前提下，可作出各種變化或對其中部件進行等同替換。此外，根據本發明的啟示，在不背離本發明實質范圍的前提下，本發明可作出多種改進以適應特定情況和材料。因此，本發明不僅限于本文公開的這些能使這項發明其取得最佳效果的特定實施例，本發明包括所有落入下面所附的權利要求范圍內的實施方案。
部件列表10自動密封組件12密封件引導組件14錘擊工具16第一致動器18基座20第二致動器22第一滑動組件24塊狀導向件26旋轉導向件28轉子槽30填塞金屬絲32第二滑動組件34第三致動器36顯示屏38數據記錄器50旋轉機械54轉子56旋轉葉片58靜止部件60公共軸線62轉子槽密封件66密封帶112 上部旋轉導向件114 矩形塊116 槽形孔118 定位螺釘122 下部旋轉導向件124 矩形塊126 槽形孔
128定位螺釘132塊狀導向件136槽形孔138定位螺釘
權利要求
1.一種用于旋轉機械(50)的自動密封組件(10)，包括密封件引導組件(12)，所述密封引導組件(12)將填塞金屬絲(30)和密封帶(66)進給、對準和保持在轉子槽(28)中，以進行錘擊；錘擊工具(14)，所述錘擊工具(14)錘擊所述填塞金屬絲(30)使其變形，從而將所述填塞金屬絲(30)和密封帶(66)固定在所述轉子槽(28)中；第一致動器(16)，所述第一致動器(16)控制所述敲擊工具(14)的運動，從而生產出具有可預期的拉出強度的轉子槽密封件(62)；和基座(18)，用于相對于該旋轉機械(50)固定所述密封件引導組件(12)、錘擊工具(14)和第一致動器(16)。
2.如權利要求1所述的用于旋轉機械(50)的自動密封組件(10)，其中，所述第一致動器(16)是下述至少一種氣動致動器；電動致動器；和液壓致動器。
3.如權利要求1所述的用于旋轉機械(50)的自動密封組件(10)，還包括固定在所述基座(18)上的第一滑動組件(22)，該第一滑動組件(22)控制所述密封件引導組件(12)相對于轉子槽(28)的位置。
4.如權利要求1所述的用于旋轉機械(50)的自動密封組件(10)，還包括固定在所述基座(18)上的第二滑動組件(32)，該第二滑動件(32)控制所述錘擊工具(14)相對于轉子槽(28)的位置。
5.如權利要求1所述的用于旋轉機械(50)的自動密封組件(10)，還包括第二致動器(20)，該第二致動器(20)控制所述密封件引導組件(12)對填塞金屬絲(30)所施加的力。
6.如權利要求5所述的用于旋轉機械(50)的自動密封組件(10)，還包括數據記錄器(38)，用于監測和記錄所述密封件引導組件(12)對填塞金屬絲(30)所施加的力。
7.如權利要求1所述的用于旋轉機械(50)的自動密封組件(10)，還包括第三致動器(34)，用于控制所述錘擊工具(14)對填塞金屬絲(30)所施加的力。
8.如權利要求7所述的用于旋轉機械(50)的自動密封組件(10)，還包括數據記錄器(38)，用于監測和記錄所述錘擊工具(14)對填塞金屬絲(30)所施的力。
9.一種用于旋轉機械(50)的自動密封方法，該方法包括將填塞金屬絲(30)和密封帶(66)對準轉子槽(28)；用密封件引導組件(12)將所述填塞金屬絲(30)和所述密封帶(66)保持在所述轉子槽(28)中以進行錘擊；用錘擊工具(14)錘擊所述填塞金屬絲(30)，所述工具的運動由第一致動器(16)控制；和錘擊所述填塞金屬絲(30)使之變形，從而得到具有可預期的拉出強度的轉子槽密封件(62)。
10.如權利要求9所述的方法，其中，所述密封件引導組件(12)包括下列部件中的至少一個旋轉導向件(26，112，122)，所述旋轉導向件(26，112，122)將填塞金屬絲(30)與密封帶(66)對準；和塊狀導向件(24，132)，所述塊狀導向件(24，132)將所述填塞金屬絲(30)保持在所述轉子槽(28)中。
全文摘要
一種用于旋轉機械(50)的自動密封組件(10)，包括密封件引導組件(12)，密封引導組件(12)將填塞金屬絲(30)和密封帶(66)對準和保持在轉子槽(28)中以進行錘擊；錘擊工具(14)，其錘擊填塞金屬絲(30)使其變形，從而將填塞金屬絲(30)和密封帶(66)固定在轉子槽(28)中；致動器，該致動器控制敲擊工具(14)的運動和預加載力，從而生產出具有可預期的拉出強度的轉子槽密封件(62)；和基座(18)，用于固定密封件引導組件(12)、錘擊工具(14)和該致動器。
文檔編號F01D11/00GK1827307SQ20061007112
公開日2006年9月6日 申請日期2006年2月24日 優先權日2005年2月24日
發明者W·E·阿迪斯, P·吉爾, M·麥克 申請人:通用電氣公司