[发明专利]用于涡轮机械内可调整的密封件的促动压力控制

说明书

技术领域

本发明一般地涉及旋转机器，且更特定地涉及用于旋转机器的促动密封件。

背景技术

旋转机器不受限制地包括蒸汽涡轮机、燃气涡轮机和压缩机。蒸汽涡轮机具有蒸汽通道，蒸汽通道典型地以串联流动关系包括蒸汽入口、涡轮机和蒸汽出口。燃气涡轮机具有燃气通道，燃气通道典型地以串联流动关系包括空气进口(或入口)、压缩机、燃烧器、涡轮机和气体出口(或排放喷嘴)。燃气或蒸汽从燃气或蒸汽通道的泄漏出或泄漏到燃气或蒸汽通道内，即从较高的压力区域到较低的压力区域的泄漏一般地是不希望的。例如，在燃气涡轮机的涡轮机区域或压缩机区域内的、在涡轮机或压缩机转子和周向围绕的涡轮机或压缩机外壳之间的燃气通道泄漏将降低燃气涡轮机的效率，从而导致增加的燃料成本。在蒸汽涡轮机的涡轮机区域内的、在涡轮机转子和周向围绕的外壳之间的蒸汽通道泄漏也将降低蒸汽涡轮机的效率，从而导致增加的燃料成本。

在蒸汽涡轮机领域中已知，在涡轮机转子和周向围绕的外壳之间单独地或组合地以周向阵列定位带有或不带有刷密封件的迷宫密封段，以最小化蒸汽通道泄漏。弹簧径向向内地保持段靠外壳的表面，使得在密封件和转子之间建立了径向间隙，但在转子接触情况中允许段径向向外移动。虽然单独地或组合地带有刷密封件的迷宫密封件被证明是相当可靠的，但迷宫密封件的性能随时间退化，其原因是其中静止部件和旋转部件干涉的瞬态情况，从而将迷宫齿磨损为“蘑菇形”外形，且打开了密封间隙。

降低因磨损的退化的一个装置已使用了“正压力”可变间隙迷宫式填塞，其中弹簧用于在无流动或低流动情况下保持填塞环段的打开，在此期间最可能发生这样的磨损。在作用为将环关闭到关闭运行位置的更高的载荷下，环境蒸汽力克服了弹簧。然而，希望的是提供“主动控制”可变间隙设备，其中通过内部促动器在最可能发生磨损的情况期间将填塞环段保持为抵抗弹簧和蒸汽力而打开。在磨损不可能的运行情况下，促动器力降低，从而允许弹簧和蒸汽力将段移动到其关闭运行位置。

为促动这样的“主动”或“可调节”密封件抵抗蒸汽力，经常要求促动器内的高压。另外，在某些当密封件需要快速打开的情况中，必须在促动器内在非常短的时间周期内建立高压。然而产生了这样的问题，即促动器内过度高的压力差趋向于降低其使用寿命。另外，因为促动介质的可压缩性，例如在以空气或其他气体或液体作为介质的情况中，在促动器内建立压力所用的时间可能比希望促动且因此保护密封件的时间长。另外，在某些当涡轮机蒸汽压力下降的情况中，希望相应地使促动器降压以避免在促动器内相对于环境蒸汽压力的过度的压力。因为促动介质的可压缩性，如果此通气过程所用时间过长，则在促动器内的过度的压力可能降低其使用寿命。

发明内容

在本发明的典型实施例中，在静止和旋转的涡轮机械构件之间的可调整的密封段的促动被主动地控制。可调整的密封段的每个与至少一个控制了密封段位置的促动器联接。方法包括如下步骤：监测或估计涡轮机械内的环境压力，该环境压力代表了作用在促动器上的促动器背压，和将促动器加压到足以用于希望的密封运行(例如打开或关闭)的水平且基于促动器背压控制促动器压力。

在本发明的另一个典型的实施例中，促动系统促动了在静止和旋转的涡轮机械构件之间的可调整的密封段。系统包括至少一个与可调整的密封段的每个联接的促动器，促动器分别控制密封段的位置。至少一个压力系统布置在涡轮机械内，压力系统测量或估计涡轮机械内的环境压力，其中环境压力代表作用在促动器上的促动器背压。控制器基于希望的密封运行(例如打开或关闭)确定促动压力，且与控制器和压力系统通信且与促动器流体连通的压力调节器为促动器加压到促动压力(例如使用空气供给)且基于促动器背压控制促动器压力。

附图说明

图1图示了典型的蒸汽涡轮机；

图2示出了典型的蒸汽涡轮机的序号2(N2)填塞内的密封件的典型应用，其中填塞环包括在填塞头内，又位于组合高压(HP)和中间压力(IP)区的壳(外壳)内；

图3是在图2中示出的N2填塞头的视图，带有已降压并收回的促动器；

图4是N2填塞头的视图，带有已加压和延伸的促动器；和

图5是用于促动介质供给和压力调节的控制系统和硬件的示意性图示。

具体实施方式

图1图示了如典型旋转机器的典型的蒸汽涡轮机。在轴填塞位置序号N1、N2和N 3之间，涡轮机包括压力变化区，包括高压区(HP)和中间压力区(IP)。(低压区(LP)在位于填塞N4和N5之间的第二外壳内使用)。在此情况中，N2填塞包括在填塞头内，该填塞头包括在组合HP-IP壳(或外壳)内。