[发明专利]轴封以及制造轴封的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轴封(shaftseal)以及制造轴封的方法，其中该轴封用于减少被轴封分开的两个流体空间之间的泄漏。

背景技术

在燃气涡轮机、涡轮增压器或压缩机中，气体沿着其通流方向相对于旋转轴以大致多级过程被轴向地压缩或膨胀。为了提高压缩机或涡轮机的效率，位于相应的压缩级或膨胀级的上游的气体空间相对于该压缩级或膨胀级的下游的气体空间被密封以减少泄漏。为此，使用迷宫式密封件、刷式密封件或所谓的叶片式密封件，等等。

迷宫式密封件是涡轮机械中经典的密封元件。迷宫式密封件是众所周知的并且对于制造商而言制造起来相对简单且成本有效。迷宫式密封件的缺点在于对大的转子运动公差相对较低，这频繁地导致显著的磨损。为了改善这一点，建造人员被迫提供相应大的间隙，而这对密封效果和性能有不利的影响。

刷式密封件和叶片式密封件是在工作中时被转子偏斜的密封构思。刷式密封件具有在所有方向上都是弹性的成块的线状物，因此不能很好地适于对相对较高的压差进行密封，这是因为密封刷会移向旁边。为了支撑密封刷，部分地使用支撑环。如果转子变得更靠近密封刷，那么转子将向后弯曲，结果相对较宽的间隙导致较高的压差。这里，叶片式密封件提供了显著的优点，这是因为叶片式密封件的各个板件显著地比刷式密封件的密封刷要硬。然而，与刷式密封件相比，叶片式密封件的缺点在于，当起动旋转轴时，板件产生相对较高的摩擦扭矩。通过形成沿着两个相邻的板件之间的边界的较窄但却轴向较长的密封间隙，建造人员在使用叶片式密封件时必须依赖于在叶片式密封件的整个工作持续时间内都保留该密封间隙。由于安装空间和成本方面的原因，多个接续的刷式密封件或叶片式密封件的布置是不常见的。EP1302708公开了用于密封涡轮机中的轴的叶片式密封件。EP1890059公开了通过板件与壳体之间的迷宫式密封件而另外地拓宽了叶片式密封件的原理的叶片式密封件。

US2012/0007318A1公开了一种具有多个柔性密封条的密封件。

发明内容

本发明的目的是提供一种轴封，该轴封在相同的结构条件下受到比已知的密封构思少的机械负载和/或热负载。

该目的通过本申请的权利要求1、11和12的特征而实现。在其他的权利要求中明确了本发明的优选实施方式。

本发明的轴封用于减少被轴封分开的两个流体空间、尤其是相对于轴在轴向上布置的两个气体空间之间的泄漏，包括固定在凹部中的多个柔性板件，其中凹部限定轴封的第一直径，并且其中板件的背向凹部定向的端部限定第二直径，所述轴封的特征在于，板件在背向凹部定向的端部具有凹部。

本发明的轴封具有如下优点：位于板件的背向凹部定向的端部的凹部减小了板件与轴或壳体之间的起动扭矩或摩擦扭矩。由于较低的摩擦扭矩，进入板件中的热导入也得到了减少，因此板件能够在凹部中以较小的间隙被引导。

通过从属权利要求中阐述的措施，能够对独立权利要求中声明的轴封进行有利的提高和改进。

一个有利的改进在于，在板件中设置有附加的凹部。所述附加的凹部使得能够相对于轴径向地进一步减小板件的刚度，即在轴的旋转方向上进一步减小板件的刚度，由此进一步减小起动扭矩。另外，通过凹部，轴向相对于轴的刚度、即板件的密封方向上的刚度得到了必要的保持。这在凹部以蜂窝形状或以方格形状(checkshape)布置的情况下是特别有利的。这种配置使得小的涡流室能够引入到板件中，其中，产生的涡流室在板件与轴机械接触的情况下减少了摩擦表面并且减少了热量的引入。涡流室的形成也是有利的，因为与迷宫式密封件相比，能够特别好地消除流动的涡流分量。

另外，第一直径是轴封的外径并且第二直径是轴封的内径是有利的设置。在此配置中，凹部形成轴封的外径，其中凹部能够简单且成本有效地固定在壳体中。

本发明的轴封的另一个改进在于，板件具有第一边缘区域和第二边缘区域，其中第二边缘区域比第一边缘区域宽。板件的非对称配置提供了多种优点。一方面，在同向的平行布置的情况下，较宽的第二边缘区域能够具有特别优良的密封效果。另一方面，特别地，如果第二边缘区域的宽度比第一边缘区域的宽度宽近似一个凹部的宽度，那么板件的这种非对称配置能够实现通过板件的仅仅一个变型就建立密封件的可能性；在该密封件中，一个板件中的相应的凹部被在旋转180度布置的下一个板件中布置在凹部之间的辐条(web)完全覆盖。为此，辐条被制成比凹部宽以允许凹部被辐条完全覆盖。