[发明专利]用于避免涡轮摩擦的定子密封件

说明书

技术领域

本发明涉及旋转机器中的密封间隙，并且更特别地，涉及用于涡轮组件的静止密封件，其在瞬态操作期间提供较大的间隙，并且在稳态操作期间提供较紧的间隙。

背景技术

旋转机器包括但不受限于燃气涡轮和蒸汽涡轮。涡轮的移动部分被称为转子，而固定的非移动部分(即，壳体、外壳等)被称为定子。通常，转子以非常高的速度在定子组件内旋转，向发电机供能，该发电机进而产生电或功率。

蒸汽涡轮具有蒸汽路径，其典型地包括成串流关系的蒸汽入口、涡轮和蒸汽出口。燃气涡轮具有气体路径，其典型地包括成串流关系的进气口(或入口)、压缩机、燃烧器、涡轮和气体出口(或排放喷嘴)。从较高压力的区域到较低压力的区域离开气体路径或蒸汽路径或进入气体路径或蒸汽路径的气体泄漏或蒸汽泄漏大体为不合乎需要的。例如，涡轮或压缩机的转子与周向地环绕的涡轮外壳或压缩机外壳之间的、燃气涡轮的涡轮区域或压缩机区域中的气体路径泄漏将降低燃气涡轮的效率，从而导致燃料成本增加。

紧径向间隙对实现高效率而言为重要的。在非设计状态下的涡轮操作通常意味着转子和定子过盈，从而引起涡轮摩擦。可增大间隙以避免摩擦，但是损失涡轮性能。

已经开发可磨损涂层来在定子密封件上使用。这些涂层的存在允许转子与定子过盈，而不具有对转子密封齿的永久损坏。作为替代，转子磨掉定子密封件上的涂层的部分。其它涡轮使用诸如蜂巢状金属的可磨损材料，以实现相同的结果。

典型地，当涡轮在一定的操作时段之后停机时，转动装置用于使转子保持缓慢转动以防止不均匀的冷却。在个别情形下，转子密封齿将在涡轮停机期间或之后穿透定子密封涂层(可磨损涂层)。这可归因于涡轮操作的性质、涡轮转子和/或定子的热变形或其它变形或涡轮构件中的尺寸变化或这些因素的任何组合。如果穿透足够深并且影响多个密封齿，则转子与定子之间的摩擦可战胜转动装置的能力，并且转子可变成锁定的。

当金属温度接近环境空气温度时，涡轮将返回到其如设计的冷形状，并且转子自身将从定子释放。遗憾地，该过程可花费若干天。由于损失收入，故若干天的停机对涡轮操作者而言为不可接收的。

将合乎需要的是，修改定子密封件，使得可避免延长的停机。

发明内容

在示例性实施例中，一种用于涡轮组件的定子密封件包括：密封基部，其能够固定于涡轮定子并且包括环形内表面；以及配置在环形内表面上的可磨损涂层。可磨损涂层和环形内表面具有预先限定的截面轮廓，其包括便于轴向膨胀的瞬态操作区段和便于较紧间隙的稳态操作区段。

在一个方面，具有第一密度的可磨损涂层包括滚花表面。

在另一个方面，具有第一密度的可磨损涂层包括增强的涂层多孔性。

在另一个示例性实施例中，一种用于涡轮组件的定子密封件包括：密封基部，其能够固定于涡轮定子并且包括环形内表面；以及配置在环形内表面上的可磨损涂层。可磨损涂层和环形内表面具有预先限定的轮廓，其包括以下中的一个：

可磨损涂层具有从瞬态操作期间的密封齿的突出轴向位置朝向稳态操作期间的密封齿的突出轴向位置的锥形轮廓，

密封基部具有定位成在稳态操作期间与密封齿的突出轴向位置相邻的密封平台，并且可磨损涂层配置在密封平台上，以及

可磨损涂层具有比在瞬态操作期间与密封齿的突出轴向位置相邻的密度更高的、在稳态操作期间与密封齿的突出轴向位置相邻的密度。

在一个方面，预先限定的轮廓包括在密封平台的任一侧上的沿轴向方向的区域，其中，密封基部具有密封平台。

在一个方面，预先限定的轮廓包括在瞬态操作期间与密封齿的突出轴向位置相邻的涂层中的凹槽，其中，可磨损涂层具有在稳态操作期间与密封齿的突出轴向位置相邻的较高密度。

在一个方面，凹槽周向地或轴向地定向。

在另一个方面，预先限定的轮廓包括具有滚花表面的带有第一密度的可磨损涂层，其中，可磨损涂层具有在稳态操作期间与密封齿的突出轴向位置相邻的较高密度。

在又一个方面，预先限定的轮廓包括在瞬态操作期间与密封齿的突出轴向位置相邻的涂层中的增强的多孔性，其中，可磨损涂层具有在稳态操作期间与密封齿的突出轴向位置相邻的较高密度。

在又一个示例性实施例中，一种制造用于涡轮组件的定子密封件的方法，其包括如下步骤：提供密封基部，其能够固定于涡轮定子并且包括环形内表面；以及将可磨损涂层配置在环形内表面上，使得可磨损涂层和环形内表面具有预先限定的轮廓，其包括便于轴向膨胀的瞬态操作区段和稳态操作区段。

附图说明