涡轮机和组装端面密封组件的对应方法

摘要

公开了一种涡轮机(36)和组装端面密封组件(102)的方法。涡轮机(36)包括定子(39)、转子(40)以及端面密封组件(102)，端面密封组件(102)包括第一和第二分段式密封环(114,116)。第一分段式密封环(114)包括多个接头(152)和第一平坦接触表面(160)，并且，第二分段式密封环(116)包括多个节段端部(164)和第二平坦接触表面(166)。第二分段式密封环(116)联接到第一分段式密封环(114)，使得第二平坦接触表面(166)与第一平坦接触表面(160)接触。多个节段端部(164)相对于多个接头(152)周向地偏移。第一分段式密封环(114)可滑动地联接到定子(39)，且在转子(40)与密封轴承端面(132)之间限定端面密封空隙(104)。

权利要求

1.一种涡轮机，包括：

定子；

转子，其包括转子轴承端面；以及端面密封组件，其包括：

第一分段式密封环，其包括多个接头和第一平坦接触表面；和第二分段式密封环，其包括多个节段端部和第二平坦接触表面，其中，所述第一分段式密封环和所述第二分段式密封环中的一者包括密封轴承端面，其中所述第二分段式密封环联接到所述第一分段式密封环，使得所述第二平坦接触表面与所述第一平坦接触表面接触，其中所述多个节段端部相对于所述多个接头周向地偏移，且其中所述第一分段式密封环可滑动地联接到所述定子，且在所述转子轴承端面与所述密封轴承端面之间限定端面密封空隙，其中，所述第一分段式密封环还包括周向狭槽，所述周向狭槽从所述第一分段式密封环的第一外周侧朝第二外周侧向内延伸，且面向所述转子轴承端面，并且其中，所述第一平坦接触表面限定于所述周向狭槽内。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述第二分段式密封环设置于所述周向狭槽内且联接到所述第一分段式密封环。

3.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述第二分段式密封环还包括第一子分段式密封环和第二子分段式密封环。

4.根据权利要求3所述的涡轮机，其中，所述第一子分段式密封环包括所述第二平坦接触表面和第一台阶式径向表面，其中所述第一台阶式径向表面设置成与所述第二平坦接触表面相反，且其中所述第二子分段式密封环包括第二台阶式径向表面。

5.根据权利要求4所述的涡轮机，其中，所述第一平坦接触表面限定于所述周向狭槽的一部分内，且其中所述第一子分段式密封环设置于所述周向狭槽的所述部分内，使得所述第二平坦接触表面与所述第一平坦接触表面接触。

6.根据权利要求5所述的涡轮机，其中，所述第二子分段式密封环设置于所述周向狭槽的另一部分内，使得所述第二台阶式径向表面与所述第一台阶式径向表面接触，且其中所述第二子分段式密封环联接到所述第一分段式密封环。

7.根据权利要求6所述的涡轮机，其中，所述第一子分段式密封环包括第一材料，并且所述第二子分段式密封环包括与所述第一材料不同的第二材料。

8.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述第一平坦接触表面限定于所述周向狭槽的径向外部，且其中所述第二分段式密封环设置于所述周向狭槽的径向外部并联接到所述第一分段式密封环。

9.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述第一分段式密封环包括第一材料，并且所述第二分段式密封环包括与所述第一材料不同的第二材料。

10.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述转子轴承端面和所述密封轴承端面中的一者包括多个流体动力元件，所述流体动力元件设置成沿着所述涡轮机的周向方向彼此间隔开。

11.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述第一分段式密封环还包括腔和从所述腔延伸到所述密封轴承端面的多个隔离的流体静力端口。

12.根据权利要求11所述的涡轮机，还包括流体供应管，所述流体供应管联接到所述腔，且构造成将加压流体供应到所述腔。

13.根据权利要求1所述的涡轮机，还包括多个联接装置，其中所述多个联接装置中的各个联接装置构造成夹紧所述多个接头的对应端部。

14.一种组装端面密封组件的方法，包括：获得包括多个接头和第一平坦接触表面的第一分段式密封环；

获得包括多个节段端部和第二平坦接触表面的第二分段式密封环，其中所述第一分段式密封环和所述第二分段式密封环中的一者包括密封轴承端面；

将所述第一分段式密封环的节段组装于涡轮机的转子上；

使所述第一分段式密封环可滑动地联接到所述涡轮机的定子，以在所述密封轴承端面与所述涡轮机的转子的转子轴承端面之间限定端面密封空隙；

将所述第二分段式密封环的节段组装于所述第一分段式密封环上，使得所述多个节段端部相对于所述多个接头周向地偏移；以及将所述第二分段式密封环联接到所述第一分段式密封环，使得所述第二平坦接触表面与所述第一平坦接触表面接触，

其中，获得所述第一分段式密封环和所述第二分段式密封环包括：加工第一密封环的一部分，以形成从所述第一密封环的第一外周侧朝第二外周侧向内延伸的周向狭槽；

加工限定于所述周向狭槽内的表面，以形成所述第一平坦接触表面；

加工第二密封环的表面，以形成所述第二平坦接触表面；以及使所述第一密封环分开，以产生所述第一分段式密封环，并使所述第二密封环分开，以产生所述第二分段式密封环。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，组装所述第二分段式密封环的节段并将所述第二分段式密封环联接到所述第一分段式密封环包括将所述第二分段式密封环设置于所述周向狭槽内且联接到所述第一分段式密封环。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，获得所述第一分段式密封环和所述第二分段式密封环包括：

加工第一密封环的一部分，以形成从所述第一密封环的第一外周侧朝第二外周侧向内延伸的周向狭槽；

加工位于所述周向狭槽的径向外部的表面的一部分，以形成所述第一平坦接触表面；

加工第二密封环的表面，以形成所述第二平坦接触表面；以及使所述第一密封环分开，以产生所述第一分段式密封环，并使所述第二密封环分开，以产生所述第二分段式密封环。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，组装所述第二分段式密封环的节段并使所述第二分段式密封环联接到所述第一分段式密封环包括将所述第二分段式密封环设置于所述周向狭槽的径向外部且联接到所述第一分段式密封环。

18.根据权利要求14所述的方法，其中，获得所述第一分段式密封环和所述第二分段式密封环包括：

加工第一密封环的一部分，以形成从所述第一密封环的第一外周侧朝第二外周侧向内延伸的周向狭槽；

加工限定于所述周向狭槽内的表面的一部分，以形成所述第一平坦接触表面；

接纳包括第一子密封环和第二子密封环的第二密封环；

加工所述第一子密封环的表面，以形成第二平坦接触表面，其中所述第一子密封环包括设置成与所述第二平坦接触表面相反的第一台阶式径向表面，且其中所述第二子密封环包括第二台阶式径向表面；以及

使所述第一分段式密封环分开，以产生所述第一分段式密封环、使所述第一子密封环分开以产生第一子分段式密封环，以及使所述第二子密封环分开以产生第二子分段式密封环。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，组装所述第二分段式密封环的节段且使所述第二分段式密封环联接到所述第一分段式密封环包括：将所述第一子分段式密封环设置于所述周向狭槽的一部分内，使得所述第二平坦接触表面与所述第一平坦接触表面接触；

将所述第二子分段式密封环设置于所述周向狭槽的另一部分内，使得所述第二台阶式径向表面与所述第一台阶式径向表面接触；以及使所述第二子分段式密封环联接到所述第一分段式密封环。

20.根据权利要求14所述的方法，还包括加工所述密封轴承端面和所述转子轴承端面中得一者，以形成多个流体动力元件，所述流体动力元件沿着所述涡轮机的周向方向彼此间隔开。

21.根据权利要求14所述的方法，还包括加工所述第一分段式密封环，以形成多个隔离的流体静力端口，所述隔离的流体静力端口彼此间隔开，且从形成于所述第一分段式密封环内的腔延伸到所述密封轴承端面。

22.根据权利要求14所述的方法，还包括使用多个联接装置中的至少一个联接装置来夹紧所述多个接头的对应端部。

说明书

涡轮机和组装端面密封组件的对应方法

[0001] 利用由美国能源部授予的合同编号为DE-FE0024007的政府支持来完成本发明。政府享有本发明中的某些权利。

[0002] 对相关申请的交叉引用

[0003] 本专利申请要求提交于2016年6月30日的标题为“分段式端面密封组件及其相关联的方法(SEGMENTED FACE SEAL ASSEMBLY AND AN ASSOCIATED METHOD THEREOF)”的美
国临时申请No. 62/357097(GE案号为311426-1)的基于35 U.S.C. §119(e)的优先权和权
益，该临时申请以其整体通过引用而合并于本文中。

背景技术

[0004] 本公开大体上涉及涡轮机，且更具体地，涉及具有分段式密封环的端面密封组件和将分段式密封环组装于涡轮机中的方法。

[0005] 涡轮机大体上包括压缩机、涡轮以及支承涡轮机叶片的转子(诸如，轴或鼓筒)。例如，涡轮机叶片可沿着涡轮机的转子成级地布置。涡轮机还可包括各种密封件，以减少涡轮
机的各种构件之间的过程流体泄漏流。例如，涡轮机可包括端面密封组件，端面密封组件构
造成减少轴(例如，旋转轴)与涡轮机的壳体之间的过程流体泄漏流。典型地，这种端面密封
组件包括固定环，固定环设置在轴上，且联接到壳体，以便调节泄漏流。然而，由于固定环与
其它转子构件(诸如，大尺寸的端部联接件)等之间的抵触而导致难以将固定环组装在大尺
寸的转子上。另外类型的端面密封组件包括通过组装两个分段式环而形成的固定环(这与
连续360度式或非分段式固定环截然相反)。具有分段式环的端面密封组件可容易地组装在
转子上。然而，具有分段式固定环的端面密封组件在两个分段式环之间的界面处沿着密封
轴承端面产生轴向台阶。此外，相比于具有相同横截面的连续360度式固定环，组装的固定
环可具有显著低的刚度。而且，采用分段式环的端面密封组件易受变形影响，导致密封轴承
端面的过早磨损和端面密封组件的性能退化。

[0006] 因此，需要一种用于涡轮机的增强的分段式端面密封组件和用于组装这种分段式端面密封组件的相关联的方法。

发明内容

[0007] 根据一个实施例，公开了一种涡轮机。根据本技术的方面，涡轮机包括定子、转子以及端面密封组件。转子包括转子轴承端面。端面密封组件包括第一分段式密封环和第二
分段式密封环。第一分段式密封环包括多个接头和第一平坦接触表面，并且，第二分段式密
封环包括多个节段端部和第二平坦接触表面。第一分段式密封环和第二分段式密封环中的
一者包括密封轴承端面。第二分段式密封环联接到第一分段式密封环，使得第二平坦接触
表面与第一平坦接触表面接触。多个节段端部相对于多个接头周向地偏移。第一分段式密
封环可滑动地联接到定子，且限定转子轴承端面与密封轴承端面之间的端面密封空隙。

[0008] 根据另一实施例，公开了一种组装端面密封组件的方法。根据本技术的方面，该方法包括获得包括多个接头和第一平坦接触表面的第一分段式密封环。此外，该方法包括获
得包括多个节段端部和第二平坦接触表面的第二分段式密封环。第一分段式密封环和第二
分段式密封环中的一者包括密封轴承端面。该方法还包括将第一分段式密封环的节段组装
于涡轮机的转子上。此外，该方法包括使第一分段式密封环可滑动地联接到涡轮机的定子，
以在密封轴承端面与涡轮机的转子的转子轴承端面之间限定端面密封空隙。该方法还包括
将第二分段式密封环的节段组装于第一分段式密封环上，使得多个节段端部相对于多个接
头周向地偏移。此外，该方法包括将第二分段式密封环联接到第一分段式密封环，使得第二
平坦接触表面与第一平坦接触表面接触。

附图说明

[0009] 当参考附图而阅读以下的详述时，将更清楚地理解本技术的实施例的这些及其它特征和方面，在附图中，遍及附图相同的字符表示相同的零件，其中：

[0010] 图1是根据本技术的方面的具有燃气涡轮系统、蒸汽发生器系统以及蒸汽涡轮的联合循环发电系统的实施例的示意图；

[0011] 图2是根据本技术的方面的包括定子、转子以及端面密封组件的蒸汽涡轮的一部分的示意性截面图；

[0012] 图3是根据本技术的方面的图2的转子的一部分的示意性截面图；

[0013] 图4是根据本技术的方面的图2的端面密封组件和定子适配器的分解透视图；

[0014] 图5是根据本技术的方面的联接到图2和图4的定子适配器(adaptor)的组装的端面密封组件的透视图；

[0015] 图6是根据本技术的方面的定子和端面密封组件的一部分的示意性截面图；

[0016] 图7是根据本技术的方面的包括图6的端面密封组件的涡轮机的示意图；

[0017] 图8是根据本技术的方面的包括定子、转子以及端面密封组件的涡轮机的一部分的示意性截面图；

[0018] 图9是根据本技术的方面的包括定子、转子以及端面密封组件的涡轮机的一部分的示意性截面图；并且，

[0019] 图10是根据本技术的方面的用于制备端面密封组件且将其组装于涡轮机中的方法的流程图。

具体实施方式

[0020] 本文中所讨论的实施例公开了用于在涡轮机(诸如但不限于燃气涡轮、蒸汽涡轮、超临界二氧化碳涡轮以及水力涡轮)中使用的端面密封组件。在一些其它实施例中，端面密
封组件可在大型二氧化碳(CO2)产生系统、压缩机、飞行器发动机等中使用。在某些实施例
中，涡轮机包括定子、转子以及端面密封组件。转子包括转子轴承端面。在这种实施例中，端
面密封组件包括第一分段式密封环和第二分段式密封环。第一分段式密封环包括多个接头
和第一平坦接触表面。第二分段式密封环包括多个节段端部和第二平坦接触表面。第一分
段式密封环和第二分段式密封环中的一者包括密封轴承端面。第二分段式密封环联接到第
一分段式密封环，使得第二平坦接触表面与第一平坦接触表面接触。多个分段式端部相对
于多个接头周向地偏移。而且，第一分段式密封环可滑动地联接到定子，且限定转子轴承端
面与密封轴承端面之间的端面密封空隙。如本文中所使用的，术语“端面密封空隙”也可被
称为“转子与定子间的间隙”。

[0021] 在一个或多个实施例中，本公开的端面密封组件可被称为“流体动力端面密封组件”或“流体静力端面密封组件”或两者的组合。在一些实施例中，流体动力端面密封组件包
括设置于密封轴承端面和转子轴承端面之一上的多个流体动力元件。多个流体动力元件构
造成在转子旋转时产生沿着端面密封空隙的分离力，从而在密封轴承端面与转子轴承端面
之间产生流体膜。在一些其它实施例中，流体静力端面密封组件可包括腔和从腔延伸到密
封轴承端面的多个隔离的流体静力端口。各个隔离的端口构造成对转子轴承端面喷射加压
流体，以产生沿着端面密封空隙的分离力。在某些实施例中，这种流体动力端面密封件和流
体静力端面密封件可构造成通过产生分离力且从而在密封轴承端面与转子轴承端面之间
产生流体膜来剥离密封轴承端面。

[0022] 在某些实施例中，第一和第二分段式密封环被组装，以形成端面密封环组件。在一个或多个实施例中，原位组装第一和第二分段式密封环的分开的节段的能力允许使用这种
端面密封组件用于大型涡轮，在大型涡轮中，传统的非分开式密封环(或360度式密封环)可
能由于与其它构件(诸如，设置于大型涡轮转子上的大直径的端部联接件)抵触而未被组
装。由第一和第二分段式密封环的至少两个节段组装的密封轴承端面可固有地在至少两个
节段之间的联结界面处在密封轴承端面上具有轴向台阶。密封轴承端面上的轴向台阶可为
第一和第二分段式密封环的不准确加工和在组装第一和第二分段式密封环的节段期间引
入的缺陷的结果。为了确保端面密封组件的可靠操作，理想的是，密封轴承端面上的轴向台
阶的厚度显著地小于端面密封空隙的厚度。本文中的本说明书提供端面密封组件和用于加
工和/或组装这种端面密封组件的方法，以克服在加工和/或组装第一和第二分段式密封环
的至少两个节段期间引入的轴向台阶。

[0023] 在一个或多个实施例中，加工第一密封环的第一平坦接触表面(即，配合面)和加工第二分段式密封环的第二平坦接触表面(即，相反的配合面)将受控制的平坦表面提供至
相应的分段式密封环，这有利于分开的节段减小沿着端面密封组件的密封轴承端面的轴向
台阶。而且，在原位组装端面密封组件期间，具有多个接头的第一分段式密封环相对于具有
多个节段端部的第二分段式密封环周向地偏移，以使沿着密封轴承端面的轴向台阶最小
化。在一些实施例中，调整周向偏移也被称为接头和节段端部的“设定(clocking)”。而且，
在周向偏移的位置，第二分段式密封环联接到第一分段式密封环，以使沿着密封轴承端面
的轴向台阶最小化。在某些实施例中，利用多个联接装置中的一个联接装置来加固/夹紧多
个接头的对应端部，以提高端面密封组件的刚度且减少第一分段式密封环的变形。

[0024] 图1示出根据本技术的一个示范性实施例的联合循环系统10的实施例的示意图。联合循环系统10包括各种涡轮机，在该涡轮机中可使用本技术的端面密封组件。具体地，这
种涡轮机可包括端面密封组件，端面密封组件包括第一分段式密封环和第二分段式密封
环，第二分段式密封环联接到第一分段式密封环，使得第一分段式密封环的第一平坦接触
表面与第二分段式密封环的第二平坦接触表面接触。如图1的实施例中所图示的，联合循环
系统10包括燃气涡轮系统11，燃气涡轮系统11具有压缩机12、具有燃料喷嘴16的燃烧器14
以及燃气涡轮18。在所图示的实施例中，压缩机12包括压缩机叶片30，压缩机叶片30联接到
转子24。

[0025] 压缩机叶片30由燃气涡轮18的转子24驱动，从而使空气压缩以产生加压空气32且进一步将加压空气32导引至燃烧器14。在某些实施例中，压缩机12可包括端面密封组件(未
在图1中示出)，该端面密封组件构造成调节在压缩机12内加压空气32穿过转子与定子间的
间隙(即，端面密封空隙)的不期望的泄漏。燃料喷嘴16将液体燃料和/或气体燃料(诸如，天
然气或合成气)喷射到燃烧器14中，在该处这种燃料与加压空气32混合，以生成燃料-空气
混合物。燃烧器14点燃燃料-空气混合物且使其燃烧，且然后将排出气体20导引至具有联接
到转子24的涡轮叶片22的燃气涡轮18中。如所示的，转子24还联接到压缩机12。随着排出气
体20流过涡轮叶片22，转子24沿着联合循环系统10的中心线轴线26旋转。在某些实施例中，
燃气涡轮18还可包括端面密封组件，其构造成调节在燃气涡轮18内排出气体20穿过端面密
封空隙的不期望的泄漏。转子24还联接到第一载荷34以发电。第一载荷34可包括发电机、飞
机螺旋桨等。

[0026] 联合循环系统10还包括蒸汽涡轮36和蒸汽发生器系统42。燃气涡轮18联接到蒸汽发生器系统42和排气出口28，而蒸汽发生器系统42联接到蒸汽涡轮36。排出气体20的部分
43经由排气出口28离开燃气涡轮18。排出气体20的另一部分44从燃气涡轮18运输到蒸汽发
生器系统42，以加热水且产生蒸汽46。由蒸汽发生器系统42产生的蒸汽46流过蒸汽涡轮36
的涡轮叶片48。随着蒸汽46流过涡轮叶片48，转子40旋转，从而给第二载荷38(诸如，发电
机)供电。在某些实施例中，蒸汽涡轮36还可包括端面密封组件，以调节在蒸汽涡轮36内蒸
汽46穿过端面密封空隙的不期望的泄漏。

[0027] 在以下的讨论中，可参考各种方向或轴线，诸如压缩机12、燃气涡轮18、蒸汽涡轮36或端面密封组件的沿着中心线轴线26的轴向方向50、远离中心线轴线26的径向方向52以
及围绕中心线轴线26的周向方向54。另外，如上文中所提到的，虽然下文中所描述的端面密
封组件可与各种各样的其它涡轮机(例如，超临界CO2、飞行器发动机等)一起使用，但以下
的讨论描述了蒸汽涡轮36的背景下的增强的端面密封组件，并且这种实施例不应当被解释
为本技术的限制。

[0028] 图2示出根据本技术的一个示范性实施例的蒸汽涡轮36的部分100的示意性截面图。蒸汽涡轮36包括定子39、转子40以及端面密封组件102。在一个实施例中，定子39是蒸汽
涡轮36的外壳，并且转子40是蒸汽涡轮36的轴。在一个实施例中，端面密封组件102设置于
定子39与转子40之间，使得在端面密封组件102与转子40之间形成端面密封空隙104(在下
文中也被称为“主密封空隙”)。在一个实施例中，部分100与蒸汽涡轮36的端部包装区相对
应。如本文中所使用的，术语“端部包装”指转子40的下游端，在该处端面密封组件102充当
转子40与定子39之间的界面。

[0029] 蒸汽涡轮36还包括联接到定子39的定子适配器106。在某些实施例中，定子适配器106沿着蒸汽涡轮36的周向方向54延伸。在图示的实施例中，定子适配器106具有L形截面轮
廓。定子39沿着轴向方向50延伸。转子40包括沿着径向方向52突出的延伸区段108和联接到
延伸区段108的端部部分的转子环110。在这种实施例中，转子环110包括转子轴承端面112。
在一些其它实施例中，转子40包括沿着延伸区段108周向地延伸的转子轴承端面112。在一
个实施例中，转子轴承端面112可包括沿着端面密封组件102的周向方向54设置的多个流体
动力元件(未在图2中示出)。

[0030] 端面密封组件102包括第一分段式密封环114和第二分段式密封环116。在本文中应当注意，图2仅图示第一和第二分段式密封环114、116的一部分。第一分段式密封环114包
括第一外周侧124、第二外周侧126、多个接头(未在图2中示出)以及周向狭槽128。在一个实
施例中，第一分段式密封环114还包括密封轴承端面132和第一平坦接触表面(未在图2中标
记)。在图示的实施例中，密封轴承端面132沿着第一外周侧124的部分130设置，且面向转子
轴承端面112，以在转子轴承端面112与密封轴承端面132之间限定端面密封空隙104。在一
个实施例中，密封轴承端面132包括彼此间隔开且沿着端面密封组件102的周向方向54设置
的多个流体动力元件(未在图2中示出)。周向狭槽128设置于第一外周侧124的另一部分134
上，使得周向狭槽128从第一外周侧124朝第二外周侧126延伸。在图示的实施例中，周向狭
槽128具有L形截面轮廓。

[0031] 第二分段式密封环116包括多个节段端部(未在图2中示出)和第二平坦接触表面(未在图2中标记)。在一个实施例中，第二分段式密封环116至少部分地设置于由第一分段
式密封环114限定的周向狭槽128内，且经由多个联接部件136联接到第一分段式密封环
114。在一个实施例中，多个联接部件136中的各个是轴向螺栓。在一个实施例中，第二分段
式环116具有与周向狭槽128的轮廓互补的轮廓，使得第二分段式密封环116可容易地设置
于周向狭槽128内。在图示的实施例中，第二分段式环116具有L形截面轮廓。

[0032] 第一分段式密封环114可滑动地联接到定子39，且在转子轴承端面112与密封轴承端面132之间限定端面密封空隙104。第一分段式密封环114还包括远离密封轴承端面132延
伸的端部部分138。类似地，定子适配器106包括朝密封轴承端面132延伸的端部部分140和
形成于端部部分140中的凹槽144。在这种实施例中，定子适配器106的端部部分140和凹槽
144构造成面向第一分段式密封环114的端部部分138。在一个或多个实施例中，端面密封组
件102还包括设置于端部部分138、140之间的副密封件148(未在图2中示出)。具体地，副密
封件148设置于凹槽144内，使得副密封件148与端部部分138、140接触，且构造成为端面密
封组件102提供滑动界面。副密封件148可包括金属或非金属材料。在一个实施例中，副密封
件148是O形环。在某些实施例中，副密封件148是C形密封件等。

[0033] 蒸汽涡轮36还包括具有处于高压的蒸汽46 (即，过程流体)的流的高压腔“P高”和具有处于低压的泄漏流体47的流的低压腔“P低”。高压腔“P高”和低压腔“P低”由定子39、转子
40以及端面密封组件102限定。在本文中应当注意，高压腔“P高”和低压腔“P低”也可分别被称
为“密封件上游腔”和“密封件下游腔”。在某些实施例中，参考沿着定子39和转子40的蒸汽
46的流，低压腔“P低”设置于高压腔“P高”的下游。

[0034] 在一个实施例中，定子适配器106还包括沿着蒸汽涡轮36的周向方向54设置的多个轴向导向件118。多个轴向导向件118中的各个包括偏压部件120，偏压部件120联接到第
一分段式密封环114和定子适配器106。多个轴向导向件118和偏压部件120构造成允许端面
密封组件102沿着轴向方向50移动，且防止端面密封组件102沿着端面密封组件102的周向
方向54移动。此外，多个轴向导向件118中的各个包括止动件122，止动件122设置于对应的
轴向导向件118的端部部分处，以制约端面密封组件102的沿着端面密封组件102的轴向方
向50超过预定限制的轴向移动。在图示的实施例中，偏压部件120是螺旋弹簧。

[0035] 在某些实施例中，第一分段式密封环114由第一材料制成，并且第二分段式密封环116由第二材料制成。在一些实施例中，第一和第二材料相同。在一些其它实施例中，第一和
第二材料不同。在某些实施例中，第一和第二材料可在热载荷条件下不同程度地变形，从而
允许控制或优化密封轴承端面132在这种热载荷条件期间的变形。在某些实施例中，第一和
第二材料可包括碳基钢材料或不锈钢材料或高温镍基合金材料或陶瓷材料。在一个或多个
实施例中，镍基合金材料可包括因科镍(Inconel)18合金、海恩斯(Haynes)282合金等，并
且，陶瓷材料可包括碳化硅、碳化钨等。在某些实施例中，转子轴承端面112和/或密封轴承
端面132可具有可由耐磨涂层材料(诸如，NASA PS 400或类金刚石(DLC))制成的显著薄的
涂层。显著薄的涂层可确保在启动摩擦和意外摩擦期间转子轴承端面112和/或密封轴承端
面132的磨损减少。

[0036] 在操作期间，由于通过蒸汽涡轮36的涡轮叶片48(如图1中示出的)的蒸汽46的流而导致转子40旋转。多个偏压部件120和高压腔“P高”处的蒸汽46可在端面密封组件102上产
生第一力，以使密封轴承端面132沿着轴向方向50朝转子轴承端面112移动。在某些实施例
中，第一力可被称为“闭合力”。在转子40旋转时，形成于转子轴承端面112上的多个流体动
力元件(如图3中示出的)可产生第二力，以使密封轴承端面132沿着轴向方向50远离转子轴
承端面112移动(即，剥离)，且沿着端面密封空隙104产生流体膜(未示出)。在某些实施例
中，第二力也被称为“分离力”。换句话说，在端面密封空隙104中形成流体膜，以防止密封轴
承端面132接触转子轴承端面112。端面密封组件102可基于闭合力和分离力的平衡而实现
密封轴承端面132与转子轴承端面112之间的均衡空隙。蒸汽46的一部分可从压力较高的腔
“P高”通过端面密封空隙104而泄漏到压力较低的腔“P低”。此外，在操作中，端面密封组件102
可经历转子轴承端面112朝密封轴承端面132的连续或间歇移动。然而，流体膜具有高硬度，
且确保端面密封组件102成功地追随转子40的轴向运动，而不会使端面密封组件102相对于
转子40摩擦。因而，流体膜调节从高压腔“P高”通过端面密封空隙104而到低压腔“P低”的蒸汽
46的泄漏流。类似地，副密封件148在端部部分138、140之间调节从高压腔“P高”到低压腔
“P低”的蒸汽46的泄漏流。

[0037] 图3示出根据本技术的一个示范性实施例的转子40的示意性截面图。转子40包括沿着径向方向52突出的延伸区段108和联接到延伸区段108的端部部分的转子环110。在这
种实施例中，转子环110包括转子轴承端面112。在一个实施例中，转子轴承端面112包括设
置成沿着周向方向54彼此间隔开的多个流体动力元件162。在图示的实施例中，多个流体动
力元件162包括螺旋形凹槽。在一些其它实施例中，多个流体动力元件162可为瑞利
(Rayleigh)台阶等。在一个或多个实施例中，在转子40旋转时，多个流体动力元件162构造
成在转子轴承端面112与密封轴承端面132之间(如图2中示出的)产生流体膜(未示出)。

[0038] 图4示出根据本技术的一个示范性实施例的图2的端面密封组件102的分解透视图。在本技术的某些实施例中，端面密封组件102包括第一分段式密封环114和第二分段式
密封环116。

[0039] 在一个实施例中，第一分段式密封环114具有分开式构造。更具体地，第一分段式密封环114可包括两个或更多个周向地分开或隔开的节段，它们共同形成第一分段式密封
环114。在图示的实施例中，第一分段式密封环114包括两个第一节段114a、114b。如图2中讨
论的，第一分段式密封环114还包括第一外周侧124、第二外周侧126、周向狭槽128以及密封
轴承端面132。此外，第一分段式密封环114包括多个接头152，这些接头152构造成使第一分
段式密封环114的两个第一节段114a、114b彼此联结。而且，多个接头152中的各个包括第一
侧部部分154和第二侧部部分156，其中，第一侧部部分154和第二侧部部分156中的至少一
者包括多个狭槽158。在图示的实施例中，第一侧部部分154包括多个狭槽158，例如，还可使
用多个燕尾形狭槽，但是还可使用除了燕尾形狭槽之外的其它类型的狭槽。在一个实施例
中，周向狭槽128包括具有平坦表面的第一平坦接触表面160(即，配合面)160。在图示的实
施例中，配合面160沿着蒸汽涡轮的径向方向52延伸且在面上(nominally)垂直于蒸汽涡轮
的轴向方向50。而且，配合面160包括沿着蒸汽涡轮的周向方向56设置的多个第一凹槽163。
在某些实施例中，多个第一凹槽163中的各个是螺纹孔。

[0040] 第二分段式密封环116具有分开式构造。更具体地，第二分段式密封环116可包括两个或更多个周向分开或隔开的节段，它们共同形成第二分段式密封环116。在图示的实施
例中，第二分段式密封环116包括两个第二节段116a、116b。第二分段式密封环116包括多个
节段端部164，这些节段端部164形成第二分段式密封环116的第二节段116a、116b的周向端
部。在某些实施例中，在组装第一和第二分段式密封环114、116时，第二节段116a和116b的
节段端部164可彼此物理接触。第二分段式密封环116还包括具有平坦表面的第二平坦接触
表面166(即，相反的配合面)。在图示的实施例中，相反的配合面166沿着蒸汽涡轮的径向方
向52延伸且在面上垂直于蒸汽涡轮的轴向方向50。而且，相反的配合面166包括沿着蒸汽涡
轮的周向方向56设置的多个第二凹槽168。在某些实施例中，多个第二凹槽168中的各个是
通孔。在一个或多个实施例中，第二分段式密封环116构造成至少部分地设置于由第一分段
式密封环114限定的周向狭槽128内。

[0041] 在一个实施例中，蒸汽涡轮36还包括多个夹具170和多个联接部件172。在本文中应当注意到，在图4的实施例中，仅示出多个夹具170中的一个夹具。在图示的实施例中，多
个夹具170中的各个是燕尾形夹具，但还可使用除了燕尾形夹具之外的其它类型的夹具。在
一个或多个实施例中，多个夹具170中的各个构造成紧固到多个狭槽158，以固持多个接头
152中的各个的联结端部。多个联接部件172包括多个固持板174和多个固持螺栓176。在本
文中应当注意，在图4的实施例中，仅示出多个固持板174中的一个固持板。多个固持板174
和多个固持螺栓176用于通过在两个第一节段114a、114b之间形成栓接式连接而进一步加
固多个接头152。多个固持板174还可防止在组装两个第一节段114a、114b之后无意地移除
多个夹具170。多个固持螺栓176用于使对应的固持板174固定到单独的节段114a、114b。在
一个或多个实施例中，多个狭槽158、多个夹具170以及多个联接部件172共同被称为多个联
接装置。在本文中应当注意，多个夹具170和联接部件172用于使两个第一节段114a、114b在
第一分段式密封环114的第一侧部部分154上联接。虽然未在图4中图示，但相似的联接可用
于使两个第一节段114a、114b在第一分段式密封环114的第二侧部部分156上联接。

[0042] 在一个实施例中，多个接头152进一步使用栓接式机构来在第二侧部部分156上彼此联接。在图示的实施例中，栓接式机构包括多个固持螺栓182(如图5中示出的)和多个通
孔181。在这种实施例中，多个固持螺栓182可用于使多个接头152联接。具体地，多个固持螺
栓182可设置于多个通孔181内，以便使多个接头152联接。

[0043] 在一个实施例中，端面密封组件102还包括多个联接部件180。在图示的实施例中，多个联接部件180中的各个是轴向螺栓。在一个或多个实施例中，多个联接部件180中的各
个构造成夹紧于对应的第一凹槽163和第二凹槽168中，以将第二分段式密封环116固持于
第一分段式密封环114的周向狭槽128内。

[0044] 在一个或多个实施例中，第一分段式密封环114和第二分段式密封环116的分开式构造使端面密封组件102能够与大长度尺度的涡轮(例如，蒸汽涡轮36)一起使用。具体地，
分开式构造允许端面密封组件102直接地组装于转子40的任何期望的轴向部位处，而不是
必须使端面密封组件102从转子40的一个端部滑动(这在大直径的涡轮中可能由于与其它
涡轮部件(诸如，端部联接件等)抵触而为不可行的)。这是由第一分段式密封环114和第二
分段式密封环116的分开式环设计提供的主要优点之一。

[0045] 图5示出根据本技术的一个示范性实施例的图2和图4的组装式端面密封组件102的透视图。在一个实施例中，组装式端面密封组件102包括第二分段式密封环116，第二分段
式密封环116至少部分地设置于由第一分段式密封环114限定的周向狭槽128 (如图2和图4
中示出的)内。在这种实施例中，周向狭槽128的配合面160(如图4中示出的)与第二分段式
密封环116的相反的配合面166(如图4中示出的)接触。此外，多个接头152相对于多个节段
端部164周向地偏移，以减小沿着密封轴承端面132的轴向台阶。在一个实施例中，术语“偏
移”可指分别相对于蒸汽涡轮的中心线轴线26(如图2中示出的)而以第一预定角度和第二
预定角度设置(或设定)多个接头152和多个节段端部164。在这种实施例中，第一预定角度
不同于第二预定角度。在图示的实施例中，第一预定角度可为大约0度至大约180度，并且，
第二预定角度可为大约30度至大约210度。实质上，在接头152处，两个第一节段114a、114b
的配合面160由第二节段116b的相反配合面166推动。第二节段116b的相反配合面166的平
坦性确保两个第一节段114a、114b共面地对齐，从而去除密封轴承端面上的轴向台阶888
(如图4中示出的)。类似地，在节段端部164处，两个第二节段116a、116b的相反的配合面166
由第一节段114b的配合面160推动。第一节段114b的配合面160的平坦性确保两个第二节段
116a、116b共面地对齐。总体上，两个成组的第一节段114a、114b和第二节段116a、116b相应
地由于平坦接触表面160、166的组合以及接头152和节段端部164的设定(即，偏移)而彼此
共同地对齐。

[0046] 而且，在偏移位置，第二分段式密封环116使用多个联接部件180(诸如，轴向螺栓)联接到第一分段式密封环114。具体地，多个联接部件180中的各个分别夹紧于对应的第一
凹槽163(如图4中示出的)和第二凹槽168中，以将第二分段式密封环116固持于第一分段式
密封环114的周向狭槽128内。

[0047] 在一个实施例中，在多个接头152的第一侧部部分154处，多个狭槽158(如图4中示出的)、多个夹具170以及多个联接部件172构造成加固或紧固多个接头152中的各个的联结
端部，以提高刚度且减少第一分段式密封环114的变形。具体地，多个夹具170中的各个联接
到多个狭槽158。而且，多个固持板174中的各个设置在各个夹具170的侧部部分178(如图4
中示出的)上，并且多个固持螺栓176夹紧到多个固持板174中的各个，以固定多个接头152
中的各个的联结端部。

[0048] 类似地，在多个接头152的第二侧部部分156处，多个接头152中的各个使用多个固持螺栓182来彼此联接。定子适配器106还包括多个节段106a、106b，这些节段106a、106b使
用多个适配器分开线螺栓186而在节段接头184处彼此联接。

[0049] 典型地，第一和第二分段式密封环114、116的节段的加工缺陷和组装可在密封轴承端面132上导致如图4中示出的轴向台阶888或间断。大体上，沿着密封轴承端面132的轴
向台阶888为不理想的。如先前所描述的，流体动力端面密封组件或流体静力端面密封组件
以流体膜操作，该流体膜具有使密封轴承端面132和转子轴承端面112分离的在从大约3微
米到20微米的范围内的厚度。如果轴向台阶888可在大小方面与流体膜厚度比较，则轴向台
阶888可造成端面密封空隙104处的差的薄流体膜特性，从而导致端面密封空隙104处开启
力不足，且由于第一分段式密封环114与转子环110之间的接触而导致端面密封组件102失
效。总体上，小于标称流体膜厚度的百分之十的轴向台阶888为理想的。此外，端面密封组件
102的较低的刚度为不理想的，因为，由于显著高压的载荷，端面密封组件102可因密封轴承
端面132不再为平面而变形，从而使密封轴承端面132扭曲。扭曲的密封轴承端面132可具有
端面密封空隙104处的差的流体膜特性，其可能由于第一分段式密封环114与转子轴承端面
之间的接触而造成密封失效。因而，本文中所讨论的本技术使密封轴承端面132处的轴向台
阶或间断最小化，且相继地改进端面密封组件102的第一分段式密封环114的刚度，从而减
少第一分段式密封环114的变形。

[0050] 图6示出根据本技术的另一示范性实施例的涡轮机的定子239的一部分和端面密封组件202的示意性截面图。在一个实施例中，端面密封组件202包括第一分段式密封环214
和第二分段式密封环216。第一分段式密封环214包括多个接头252、密封轴承端面232以及
第一平坦接触表面260。第一分段式密封环214经由多个偏压部件220而联接到定子适配器
206，且在转子轴承端面(未示出)与密封轴承端面232之间限定端面密封空隙。第二分段式
密封环216包括多个节段端部264和第二平坦接触表面266。第二分段式密封环216联接到第
一分段式密封环214，使得第二平坦接触表面266与第一平坦接触表面260接触，并且多个节
段端部264相对于多个接头252周向地偏移。第一分段式密封环还包括腔290和从腔290延伸
到密封轴承端面232的多个隔离的流体静力端口292。多个隔离的流体静力端口292中的各
个隔离的端口包括设置于密封轴承端面232上的多个开口294中的一个开口。涡轮机还包括
流体供应管296，流体供应管296联接到腔290，且联接到流体源(未示出)。在一个实施例中，
流体源可设置于涡轮机的外侧，并且流体供应管296可延伸穿过定子239。在某个其它实施
例中，流体供应管296可联接到涡轮机的多个级中的至少一个级，例如，压缩机12或燃气涡
轮18(如图1中示出的)。在操作期间，多个隔离的流体静力端口292和多个流体动力元件(如
在图3的实施例中讨论的)可构造成在转子轴承端面与密封轴承端面232之间产生具有显著
更大的厚度和硬度的流体膜。

[0051] 图7示出根据本技术的一个示范性实施例的包括图6的端面密封组件202的涡轮机236的示意图。在一个实施例中，涡轮机236(例如，蒸汽涡轮)包括定子239、转子240以及端
面密封组件202。定子239包括定子适配器206，定子适配器206包括端部部分241。转子240包
括转子轴承端面212。端面密封组件包括第一分段式密封环214和第二分段式密封环216。第
一分段式密封环214包括多个接头(未示出)、密封轴承端面232以及第一平坦接触表面260。
第二分段式密封环216包括多个节段端部(未示出)和第二平坦接触表面266。

[0052] 第一分段式密封环214经由多个偏压部件220而可滑动地联接到定子适配器206，且在转子轴承端面212与密封轴承端面232之间限定端面密封空隙204。第二分段式密封环
216联接到第一分段式密封环214，使得第二平坦接触表面266与第一平坦接触表面260接
触。此外，多个节段端部相对于多个接头周向地偏移。第一分段式密封环214还包括远离密
封轴承端面232延伸的端部部分238。定子适配器206的端部部分241设置成接近第一分段式
密封环214的端部部分238。转子轴承端面212包括多个流体动力元件262。第一分段式密封
环214还包括腔290和从腔290延伸到密封轴承端面232的多个隔离的流体静力端口292。具
体地，腔290设置于第一分段式密封环214内。涡轮机236还包括流体供应管296，流体供应管
296连接到腔290、高压腔“P高”以及低压腔“P低”。高压腔“P高”和低压腔“P低”限定于定子239、
转子240以及端面密封组件202之间。具体地，高压腔“P高”相对于涡轮机236中的过程流体
246(即，高压流体或蒸汽)的流而设置于上游。在一个或多个实施例中，腔290与第一压力腔
“P高”和低压腔“P低”隔离。

[0053] 在转子240的固定状态期间，密封轴承端面232和转子轴承端面212彼此接触。多个偏压部件220构造成施加闭合力247，以保持第一分段式密封环214和转子240彼此接触。在
一个或多个实施例中，高压腔“P高”中的过程流体246将分离力284a施加在第一分段式密封
环214的第一外周侧224上，并且过程流体246将闭合力284b施加在第一分段式密封环214的
第二外周侧226上。类似地，低压腔“P低”中的泄漏流体249(即，低压流体)将分离力286a施加
在第一分段式密封环214的第一外周侧224上，并且低压腔“P低”中的泄漏流体249将闭合力
286b施加在第一分段式密封环214的第二外周侧226上。大体上，在转子240的固定状态期
间，闭合力247、284b、286b的和大于分离力284a、286a的和，从而导致以与闭合力与分离力
之间的失衡等效的接触力维持第一分段式密封环214和转子轴承端面212接触。

[0054] 此外，在端面密封组件202的操作期间，多个隔离的流体静力端口292构造成对转子轴承端面212喷射加压流体251，以产生第一分离力290a，以便剥离密封轴承端面232，且
启动端面密封组件202的流体膜215的漂浮(riding)操作。随后，转子240构造成如参考数字
201示出的那样围绕涡轮机236的轴线203旋转，致使过程流体246和加压流体251的一部分
在密封面212、232之间旋转，且从而沿着端面密封空隙204增大加压流体251的一部分和过
程流体246的一部分中的至少一种的压力，以便变更流体膜215的一个或多个参数。在转子
240旋转时，设置于转子轴承端面212上的多个流体动力元件262产生第二分离力290b，以便
进一步剥离密封轴承端面232，且继续进行端面密封组件202的流体膜215漂浮操作。在某实
施例中，多个隔离的流体静力端口292和多个流体动力元件262构造成产生分离力290a、
290b，以剥离密封轴承端面232，且从而增大流体膜215的厚度和硬度。

[0055] 在另一实施例中，在端面密封组件202的操作期间，转子240构造成如参考数字201所示出的那样围绕涡轮机236的轴线203旋转，致使过程流体246和加压流体251的一部分在
端面密封空隙204中旋转。在转子240旋转时，多个流体动力元件262构造成产生第一分离力
290b，以便剥离密封轴承端面232，且启动端面密封组件202的流体膜215漂浮操作。随后，经
由多个隔离的流体静力端口292而对转子轴承端面212喷射加压流体251，以生成第二分离
力290a，以便进一步剥离密封轴承端面232，且继续进行端面密封组件202的流体膜215漂浮
操作。在本文中应当注意到，术语“第一分离力”和“第二分离力”可在不偏离本公开的范围
的情况下可互换地使用。

[0056] 在某些实施例中，端面密封组件202可包括多个流体动力元件262，且可不包括多个隔离的流体静力端口292。在这种实施例中，多个流体动力元件262和转子240的旋转用于
产生分离力290b，且从而剥离密封轴承端面232，并在密封轴承端面232与转子轴承端面212
之间产生流体膜215。在某些其它实施例中，端面密封组件202可仅包括多个隔离的流体静
力端口292，且可不包括多个流体动力元件262。在这种实施例中，多个隔离的流体静力端口
292用于产生分离力290a，且从而剥离密封轴承端面232，并在密封轴承端面232与转子轴承
端面212之间产生流体膜215。

[0057] 在端面密封空隙204中产生的流体膜构造成调节从高压腔“P高”到低压腔“P低”的过程流体246的泄漏流。密封构件248构造成调节从高压腔“P高”到低压腔“P低”的过程流体246
的泄漏流。在某些实施例中，密封构件248进一步构造成在定子适配器206与第一分段式密
封环214之间提供滑动界面，使得端面密封组件202可仅沿着轴向方向50移动。

[0058] 图8示出根据本技术的另一示范性实施例的涡轮机336的一部分的示意性截面图。涡轮机336包括定子339、转子340以及端面密封组件302。转子340包括转子轴承端面312。端
面密封组件302包括第一分段式密封环314和第二分段式密封环316。

[0059] 在图示的实施例中，第一分段式密封环314包括周向狭槽338，周向狭槽338沿着第一外周侧324设置，使得周向狭槽338从第一分段式密封环314的第一外周侧324朝第二外周
侧326向内延伸。在一个实施例中，第一分段式密封环314还包括第一平坦接触表面360。具
体地，第一平坦接触表面360限定于周向狭槽338的部分338a内。

[0060] 第二分段式密封环316包括第一子分段式密封环316a和第二子分段式密封环316b。第一子分段式密封环316a包括第二平坦接触表面366、密封轴承端面332以及第一台
阶式径向表面368。具体地，密封轴承端面332和第一台阶式径向表面368设置成彼此相邻且
与第二平坦接触表面366相反。类似地，第二子分段式密封环316b包括第二台阶式径向表面
370。第一子分段式密封环316a和第二子分段式密封环316b具有彼此互补的轮廓。第一子分
段式密封环316a设置于周向狭槽338的部分338a内，使得第二平坦接触表面366与第一平坦
接触表面360接触。此外，第二子分段式密封环316b设置于周向狭槽338的另一部分338b内，
使得第二台阶式径向表面370与第一台阶式径向表面368接触。第二子分段式密封环316b进
一步联接到第一分段式密封环314。具体地，端面密封组件302包括多个联接部件380(例如，
多个轴向螺栓)，以将第二子分段式密封环316b夹紧到第一分段式密封环314。而且，第一分
段式密封环314包括多个接头(未示出)，这些接头相对于第一子分段式密封环316a(未示
出)的多个节段端部周向地偏移。

[0061] 第一子分段式密封环316a包括密封轴承端面332。第一子分段式密封环316a设置于周向狭槽338的部分338a内，使得密封轴承端面332设置成面向转子轴承端面312。在图示
的实施例中，第一分段式密封环314可滑动地联接到定子339，且在转子轴承端面312与密封
轴承端面332之间限定端面密封空隙304。在一个或多个实施例中，第一平坦接触表面360和
第二平坦接触表面366彼此接触，并且多个接头相对于多个节段端部周向地偏移，以减小沿
着第一子分段式密封环316a的密封轴承端面332的轴向台阶。在一个实施例中，第一子分段
式密封环316a包括第一材料，并且第二子分段式密封环316b包括与第一材料不同的第二材
料。此外，第一分段式密封环314可包括可与第一和第二材料不同的第三材料。在一些实施
例中，第一、第二以及第三材料可为相同材料。与图4和图5中所示出的实施例相似，分段式
密封环314、316可使用合适的联接部件380来彼此联接。此外，第一和第二分段式密封环
314、316可具有不相似的材料。对于第一和第二分段式密封环314、316 选择不相似的材料
允许密封件横截面在热载荷下不同程度地变形，从而允许设计者/使用者/操作者对密封轴
承端面332的变形进行控制或优化。与图2-5的实施例相似，端面密封组件302构造成产生分
离力，以剥离密封轴承端面332，且从而增大在密封轴承端面332与转子轴承端面312之间形
成的流体膜的厚度和硬度。

[0062] 图9示出根据本技术的又一示范性实施例的涡轮机436的一部分的示意性截面图。在又一实施例中，涡轮机436包括定子439、转子440以及端面密封组件402。转子440包括转
子轴承端面412。端面密封组件402包括第一分段式密封环414和第二分段式密封环416。

[0063] 在图示的实施例中，第一分段式密封环414包括周向狭槽438，周向狭槽438从第一外周侧424朝第二外周侧446延伸。第一分段式密封环414包括密封轴承端面432，密封轴承
端面432设置于周向狭槽438的外侧(具体地，周向狭槽438的径向内部)。第一分段式密封环
414还包括第一平坦接触表面460(即，平坦配合面)，第一平坦接触表面460设置于周向狭槽
438的外侧(具体地，周向狭槽438的径向外部)。第二分段式密封环416包括沿着外周侧设置
的第二平坦接触表面466(即，相反的平坦配合面)。在这种实施例中，第二分段式密封环416
设置成邻近周向狭槽438，使得第二平坦接触表面466与第一平坦接触表面460接触，以减小
沿着密封轴承端面的轴向台阶。此外，第一分段式密封环414包括多个接头(未示出)，这些
接头相对于第二分段式密封环416的多个节段端部(未示出)周向地偏移。在某些实施例中，
在周向狭槽的径向外部，第二分段式密封环416与第一分段式密封环414对接。在这种实施
例中，第一和第二分段式密封环414、416利用多个联接部件480来彼此联接。在一个实施例
中，第一分段式密封环414和第二分段式密封环416可由完全相同的材料或不相似的材料制
成。与图2-5的实施例相似，端面密封组件402构造成产生分离力，以剥离密封轴承端面432，
且从而增大在密封轴承端面432与转子轴承端面412之间形成的流体膜的厚度和硬度。

[0064] 图10是根据本技术的一个示范性实施例的用于制备端面密封组件且将其组装于涡轮机中的方法500的流程图。在一个实施例中，方法500包括获得包括多个接头和第一平
坦接触表面的第一分段式密封环的步骤502。此外，方法500包括获得包括多个节段端部和
第二平坦接触表面的第二分段式密封环的步骤504。

[0065] 在一个实施例中，获得或接纳第一分段式密封环的步骤502包括加工第一密封环(即，第一非分段式密封环)，以在第一非分段式密封环中形成周向狭槽。在一个实施例中，
周向狭槽沿着第一非分段式密封环的第一外周侧的一部分设置，使得周向狭槽从第一非分
段式密封环的第一外周侧朝第二外周侧延伸。该方法还包括加工限定于周向狭槽内的表
面，以形成第一平坦接触表面(即，平坦配合面)的步骤。加工周向狭槽的表面的步骤包括对
周向狭槽的表面执行磨削或磨削或研磨或抛光。在一个实施例中，该方法包括加工第一非
分段式环的第一外周表面的另一部分，以产生密封轴承端面。换句话说，密封轴承端面设置
成邻近周向狭槽。具体地，密封轴承端面设置于周向狭槽的径向内部。在一个实施例中，获
得或接纳第二分段式密封环的步骤504包括加工第二密封环(即，第一非分段式密封环)，以
获得第二平坦接触表面(即，相反的配合面)。加工第二非分段式密封环的步骤包括对第二
非分段式密封环的表面执行磨削或研磨或抛光。在一个实施例中，可加工配合面和相反的
配合面，以形成基本上平坦的表面。在一些实施例中，方法包括加工第二非分段式密封环的
表面，以产生密封轴承端面。此外，第一非分段式环分开成至少两个节段，以形成包括多个
接头的第一分段式密封环。类似地，第二非分段式环分开成至少两个节段，以形成包括多个
节段端部的第二分段式环。

[0066] 方法500包括将第一分段式密封环的节段组装于涡轮机的转子上的步骤506。方法500还包括使第一分段式密封环可滑动地联接到涡轮机的定子，以在密封轴承端面与涡轮
机的转子的转子轴承端面之间限定端面密封空隙的步骤508。

[0067] 方法500还包括将第二分段式密封环的节段组装于第一分段式密封环上，使得多个节段端部相对于多个接头周向地偏移的步骤510。具体地，步骤510包括将第二分段式密
封环设置于周向狭槽内。方法500还包括使第二分段式密封环经由多个联接部件联接到第
一分段式密封环，使得第二平坦接触表面与第一平坦接触表面接触的步骤512。在一个实施
例中，多个联接部件可包括多个轴向螺栓。在一个或多个实施例中，通过将多个节段端部定
位成相对于多个接头周向地偏移，且使第二平坦接触表面与第一平坦接触表面接触，而减
小沿着第一分段式密封环的密封轴承端面的轴向台阶。

[0068] 在一个或多个实施例中，方法还包括使用多个联接装置来使多个接头中的各个接头联接，以提高端面密封组件的刚度且减少第一分段式密封环的变形的步骤。在这种实施
例中，多个联接装置可包括多个狭槽、多个夹具、多个固持板以及多个固持螺栓。

[0069] 在某些实施例中，在检测到沿着密封轴承表面的轴向台阶时，方法500可包括使第二分段式密封环从第一分段式密封环脱离的步骤和将第一分段式密封环的节段从转子拆
卸的步骤。在这种实施例中，方法500可包括重新加工第一平坦接触表面和第二平坦接触表
面中的至少一者的步骤。在某些实施例中，方法500还可包括加工密封轴承表面的步骤。

[0070] 此外，方法包括如下步骤：将第一分段式密封环的节段重新组装于转子上，且将第二分段式密封环重新设置于第一分段式密封环的周向狭槽内，使得多个接头相对于多个节
段端部周向地偏移。方法还包括使用多个联接部件来使第二分段式密封环重新联接到第一
分段式密封环的步骤。

[0071] 在某些实施例中，将第二分段式密封环重新设置于周向狭槽内且使第二分段式密封环重新联接到第一分段式密封环可包括使配合面与相反的配合面重新接触，以减小沿着
密封轴承端面的轴向台阶。在这种实施例中，第一平坦接触表面和第二平坦接触表面包括
基本上平坦的表面。在一个或多个实施例中，术语“平坦表面”意指如下表面：具有沿着一个
平面例如径向地延伸的平整表面或平滑表面，而不具有沿着该表面的凸起区或凹陷。

[0072] 在另一实施例中，获得或接纳第一分段式密封环的步骤502包括接纳第一密封环且加工第一密封环的一部分，以形成从第一密封环的第一外周侧朝第二外周侧向内延伸的
周向狭槽。步骤502还包括加工第一密封环的表面的一部分，以形成第一平坦接触表面。具
体地，第一平坦接触表面位于周向狭槽的径向外部。在这种实施例中，步骤502还包括加工
第一密封环的表面的另一部分，以形成密封轴承表面。具体地，密封轴承表面位于周向狭槽
的径向内部。步骤502还包括使第一密封环分开，以产生包括多个接头的第一分段式密封
环。在一个实施例中，获得或接纳第二分段式密封环的步骤504包括加工第二密封环的表
面，以形成第二平坦接触表面，且使第二密封环分开，以产生包括多个节段端部的第二分段
式密封环。在这种实施例中，组装第二分段式密封环的节段的步骤510和使第二分段式密封
环联接到第一分段式密封环的步骤512包括将第二分段式密封环设置于周向狭槽的径向外
部，且联接到第一分段式密封环。

[0073] 在又一实施例中，获得或接纳第一分段式密封环的步骤502包括加工第一密封环的一部分，以形成从第一密封环的第一外周侧朝第二外周侧向内延伸的周向狭槽。此外，步
骤502包括加工限定于周向狭槽内的表面的一部分，以形成第一平坦接触表面。步骤502还
包括使第一密封环分开，以产生包括多个接头的第一分段式密封环。在一个实施例中，获得
或接纳第二分段式密封环的步骤504包括接纳第二密封环，第二密封环包括第一子密封环
和第二子密封环。此外，步骤504包括加工第一子密封环的表面，以形成第二平坦接触表面。
步骤504还包括加工第一子密封环的另一表面，以形成密封轴承表面。在这种实施例中，第
一子密封环包括第一台阶式径向表面，第一台阶式径向表面设置成邻近密封轴承端面且与
第二平坦接触表面相反。第二子密封环包括第二台阶式径向表面。步骤504还包括使第一子
密封环分开，以产生包括多个节段端部的第一子分段式密封环，且使第二子密封环分开，以
产生第二子分段式密封环。组装第二分段式密封环的节段的步骤510包括：将第一子分段式
密封环设置于周向狭槽的一部分内，使得第二平坦接触表面与第一平坦接触表面接触；和
将第二子分段式密封环设置于周向狭槽的其它部分内，使得第二台阶式径向表面与第一台
阶式径向表面接触。使第二分段式密封环联接到第一分段式密封环的步骤512包括使第二
子分段式密封环联接到第一分段式密封环。

[0074] 在一个或多个实施例中，方法500还包括加工密封轴承端面和转子轴承端面中的一者，以形成多个流体动力元件。在这种实施例中，多个流体动力元件沿着涡轮机的周向方
向彼此间隔开。在一个或多个实施例中，多个流体动力元件中的至少一个流体动力元件包
括螺旋形凹槽、瑞利台阶等。方法500还包括加工第一分段式密封环，以形成多个隔离的流
体静力端口。在这种实施例中，多个隔离的流体静力端口彼此间隔开，且从形成于第一分段
式密封环内的腔延伸到密封轴承端面。方法500还包括使用多个联接装置中的至少一个联
接装置来夹紧多个第一分段式密封环的多个接头的对应端部。

[0075] 在一个实施例中，本技术允许在单独的加工过程中加工分段式密封环，且然后将分段式密封环原位组装于相对较大尺寸的转子上，而不需要执行转子中的分段式密封环的
原位加工，以使轴承端面上的轴向台阶最小化。在一个或多个实施例中，原位组装第一和第
二分段式密封环的分开的节段的能力允许使用这种端面密封组件用于大型涡轮，在大型涡
轮中，传统的非分开式密封环(或360度式定子环)可由于与大型涡轮的其它构件(诸如，端
部联接件)抵触而未被组装。

[0076] 有利地，根据本文中所讨论的一个或多个实施例，端面密封组件减小沿着分开式端面密封组件的支承表面的轴向台阶，且提高分开式端面密封组件的刚度。在一个实施例
中，周向狭槽的配合面与第二分段式密封环的相反的配合面接触，以减小沿着轴承端面的
轴向台阶。在这种实施例中，配合面和相反的配合面具有平坦表面。此外，多个接头相对于
多个节段端部偏移，以减小沿着轴承端面的轴向台阶。在一个实施例中，多个接头中的各个
使用多个联接部件和多个夹具来彼此联接，以加固多个接头中的各个的联结端部，从而提
高端面密封组件的刚度，且减少第一分段式密封环的变形。

[0077] 虽然在本文中仅图示且描述了实施例的某些特征，但本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此，将理解，所附权利要求书旨在涵盖如落入本发明的实质内的所有这种修
改和改变。