用于密封組件的抗錐變轉(zhuǎn)子的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于密封組件的抗錐變轉(zhuǎn)子(10)和一種用于調(diào)整這種轉(zhuǎn)子的方法。所述轉(zhuǎn)子(10)的一個(gè)實(shí)施例包括轉(zhuǎn)子座(12)、轉(zhuǎn)子頭(16)和置于所述轉(zhuǎn)子座和所述轉(zhuǎn)子頭之間的軸向延伸的腹板(20)，其中，所述腹板(20)包括由設(shè)置在所述腹板中的圓周槽(30a,30b)限定的軸向和徑向腹板區(qū)域(22,24,26)。所述轉(zhuǎn)子座(12)可以包括密封表面和內(nèi)直徑表面，并且所述內(nèi)直徑表面包括具有錐部的通道。
【專利說(shuō)明】用于密封組件的抗錐變轉(zhuǎn)子
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及用于密封組件的轉(zhuǎn)子，包括適用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子。
【背景技術(shù)】
[0002]安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子通常被夾緊，以抵抗高轉(zhuǎn)矩負(fù)荷并且保持安裝在軸上的部件的閉合。因?yàn)榘惭b表面可能并不是一致的、剛性的或與軸的軸線完全成直角，所以作為夾緊力的結(jié)果，可將扭曲變形傳遞至轉(zhuǎn)子面。這種扭曲變形通常被稱為“錐變(coning)”。然而，為了正確的或適當(dāng)?shù)牟僮?，轉(zhuǎn)子面應(yīng)該保持為平的并且在若干氦光帶內(nèi)與軸成直角。除了夾緊引入的扭曲變形之外，軸的旋轉(zhuǎn)和來(lái)自密封環(huán)組件的對(duì)轉(zhuǎn)子的加熱可額外地造成不希望的轉(zhuǎn)子扭曲變形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明公開(kāi)了 一種抗錐變轉(zhuǎn)子和一種包括抗錐變轉(zhuǎn)子的密封組件。轉(zhuǎn)子的一個(gè)實(shí)施例包括轉(zhuǎn)子座、轉(zhuǎn)子頭和置于轉(zhuǎn)子座和轉(zhuǎn)子頭之間的軸向延伸的腹板(web)，其中，該腹板包括由至少一個(gè)圓周槽限定的軸向和徑向腹板區(qū)域。在另一實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子座包括密封表面和包含通道的內(nèi)直徑表面，所述通道具有錐部。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0004]現(xiàn)在將參照附圖作為示例描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0005]圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的抗錐變轉(zhuǎn)子的截面圖。
[0006]圖2示出根據(jù)一實(shí)施例的抗錐變轉(zhuǎn)子的截面圖，該實(shí)施例在密封組件環(huán)境中大體示出。
[0007]圖3示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的抗錐變轉(zhuǎn)子的截面圖。
[0008]圖4示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的抗錐變轉(zhuǎn)子的透視圖。
[0009]圖5示出在圖4的截面V-V處所看到的抗錐變轉(zhuǎn)子的透視截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面將詳細(xì)參照本發(fā)明的實(shí)施例，這些實(shí)施例的示例在本文中描述并且在附圖中示出。盡管可結(jié)合實(shí)施例描述本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解的是并不意圖將本發(fā)明限于這些實(shí)施例。相反，本發(fā)明意在涵蓋變型、修改以及等同方案，所述變型、修改以及等同方案可包括在所附的權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
[0011]在圖1中大體示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的抗錐變轉(zhuǎn)子10。轉(zhuǎn)子總體可為環(huán)形的結(jié)構(gòu)并且可具有轉(zhuǎn)子座12，所述轉(zhuǎn)子座12適配成或構(gòu)造成與轉(zhuǎn)子軸14連接或接合，所述轉(zhuǎn)子軸14可繞著具有中心線(CJ的軸線旋轉(zhuǎn)。
[0012]在一實(shí)施例中，可包括轉(zhuǎn)子面18的轉(zhuǎn)子頭16通過(guò)軸向延伸的腹板20連接至轉(zhuǎn)子座12。該軸向腹板設(shè)置在轉(zhuǎn)子頭16和轉(zhuǎn)子座12之間，并且(例如而不限于)從截面上看可以具有“S”或“鵝頸”類型的形狀。如圖1中大體示出的，軸向的或軸向定向的夾緊力(CF)可施加至轉(zhuǎn)子座12的前部和后部。應(yīng)注意的是，對(duì)于一些應(yīng)用，施加至轉(zhuǎn)子座的期望的夾緊力(CF)可高達(dá)40，OOOlbs.(18143.695kg.)，并且對(duì)于某些應(yīng)用甚至可高達(dá)90，OOOlbs.(40823.313kg.)或更多。夾緊力(CF)可引起轉(zhuǎn)子面18—定程度的扭曲變形，這可造成轉(zhuǎn)子面18關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線不成直角和/或轉(zhuǎn)子面18的密封表面的翹曲。然而，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)引入細(xì)長(zhǎng)的并且柔性的軸向腹板區(qū)域22、24和/或徑向腹板區(qū)域26，可減小、甚至顯著地減小這樣的扭曲變形，所述軸向腹板區(qū)域22、24和/或徑向腹板區(qū)域26可由至少一個(gè)軸向延伸的圓周槽30所限定。在本文中，術(shù)語(yǔ)“槽”意在包含各種結(jié)構(gòu)或構(gòu)型，在所述結(jié)構(gòu)或構(gòu)型中去除了材料或者沒(méi)有材料。在所示出的實(shí)施例中，設(shè)置了兩個(gè)槽30。以30a標(biāo)示的槽示出為從轉(zhuǎn)子的前部方向形成在腹板20中，而以30b標(biāo)示的槽示出為從相反的(后部)方向形成在腹板20中。然而，(在前側(cè)和/或后側(cè))可引入各種形式或構(gòu)型的更多的槽(不論尺寸是相同、更小或更大，或者形狀相同或不同)以進(jìn)一步影響和/或減小扭曲變形。此夕卜，如圖1中大體示出的，作為實(shí)施例，第一軸向延伸的圓周槽(從轉(zhuǎn)子的前部部分或后部部分形成至腹板中，例如30a)可定位在與另一軸向延伸的圓周槽(從轉(zhuǎn)子的前部部分或后部部分處形成至腹板中，例如30b)(例如，距座部12的底部)不同的徑向距離/位置處一而且，在這樣的槽之間的跨距可形成徑向腹板區(qū)域(例如，徑向腹板區(qū)域26)。
[0013]特別地，包括軸向延伸的腹板20能夠允許轉(zhuǎn)子座12移動(dòng)(例如，以合理的程度來(lái)回地移動(dòng))，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子頭16和因此對(duì)轉(zhuǎn)子面18的預(yù)期的定位或“垂直度”具有減小的或零功能影響。對(duì)于一些應(yīng)用，通過(guò)經(jīng)由圓周槽引入細(xì)長(zhǎng)的和柔性的軸向和徑向腹板區(qū)域，可顯著地減小關(guān)于轉(zhuǎn)子面18的不希望的扭曲變形的量。
[0014]可通過(guò)例如有限元分析技術(shù)完成腹板20、槽30和轉(zhuǎn)子10的構(gòu)型或幾何形狀的最優(yōu)化，這種最優(yōu)化可基于預(yù)期的或期望的操作條件來(lái)“調(diào)整”設(shè)計(jì)。此外，本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)分別圍繞腹板20中的前部和后部軸向腹板區(qū)域22、24鉸接，從而允許慣性力的徑向平衡。對(duì)于一些實(shí)施例，例如圖1中所示出的實(shí)施例，前部軸向腹板區(qū)域22(例如由槽形成，例如槽30b)和后部軸向腹板區(qū)域24 (例如由槽形成，例如槽30a)的尺寸和形狀可以是相似的，對(duì)于其他實(shí)施例，這些區(qū)域的尺寸(例如，腹板空間內(nèi)的開(kāi)口體積)、形狀或尺寸和形狀兩者可構(gòu)造為完全不同。應(yīng)注意的是，以軸向方向(即，大體上平行于轉(zhuǎn)子軸14，例如沿著在腹板20中的腹板區(qū)域26)延伸腹板20可大大減小或防止轉(zhuǎn)子面18的軸向撓曲，尤其是與包括減小扭曲變形的特征(其更多地為“徑向”性質(zhì))的常規(guī)設(shè)計(jì)相比較。
[0015]圖2大體上示出抗錐變轉(zhuǎn)子70的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖，所述抗錐變轉(zhuǎn)子70是在例如為密封環(huán)組件60的密封組件環(huán)境中大體示出的。所示的轉(zhuǎn)子70包括轉(zhuǎn)子座74和具有轉(zhuǎn)子面78的轉(zhuǎn)子頭76。在操作期間，密封環(huán)80可緊密靠近轉(zhuǎn)子面78放置，這可導(dǎo)致在密封環(huán)80和轉(zhuǎn)子面78相對(duì)旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生粘性熱或摩擦熱。熱的產(chǎn)生可引起或建立穿過(guò)轉(zhuǎn)子頭76的溫度梯度，這會(huì)造成轉(zhuǎn)子70 —定程度的熱扭曲變形。軸向延伸的腹板20可以尤其是通過(guò)形成通向轉(zhuǎn)子座的更復(fù)雜的或更曲折的路徑，來(lái)幫助使扭曲變形最小化(包括在使用/動(dòng)態(tài)條件下)，這繼而可以更好地將轉(zhuǎn)子頭76保持在更等溫的條件。
[0016]圖3大體示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的抗錐形轉(zhuǎn)子組件100的截面圖。所述組件100包括轉(zhuǎn)子座112和具有轉(zhuǎn)子面110的轉(zhuǎn)子頭116。如大體上所示出的，軸向的或軸向定向的夾緊力/負(fù)荷(CF)可施加至轉(zhuǎn)子座112的前部和后部。對(duì)于常規(guī)轉(zhuǎn)子座，夾緊力(CF)可導(dǎo)致轉(zhuǎn)子面110的扭曲變形，這會(huì)造成轉(zhuǎn)子面與旋轉(zhuǎn)軸線不成直角和/或與轉(zhuǎn)子面110相關(guān)聯(lián)的密封表面的翹曲。座112還可包括至少一個(gè)成角度的、錐形的和/或彎曲的部分(例如，在圖3中大體示出的1281; 1282和1283)。在座112中包括一個(gè)或更多的部分1281;1282和1283可提供各種期望的結(jié)構(gòu)和/或操作特性。
[0017]在實(shí)施例中，通道120可設(shè)置(例如，機(jī)加工、鑄造或形成)在轉(zhuǎn)子座112的內(nèi)直徑表面中或與其相連，并且可包括錐部(例如，如圖所示在錐角TA處的錐部)。通過(guò)包括這樣的通道和錐部，對(duì)于特定的或預(yù)期的應(yīng)用而言，能夠顯著地或?qū)嵸|(zhì)性地將轉(zhuǎn)子面錐變調(diào)節(jié)(或“調(diào)整”)至適當(dāng)?shù)幕蚩山邮艿钠矫娑?。?duì)于一些實(shí)施例，轉(zhuǎn)子和通道可構(gòu)造成這樣:即，通道可基本提供彈簧作用，這繼而可減小或消除錐變并且提供改善的轉(zhuǎn)子密封。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)通道深度CD和/或錐角TA，可調(diào)節(jié)和/或優(yōu)化相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子面110的平面度，并且特別是可去除或消除與靜態(tài)夾緊負(fù)荷相關(guān)的扭曲變形。即，對(duì)于某些實(shí)施例，通道120(其可包括錐部)可構(gòu)造成這樣:即，在預(yù)期條件下(即，在裝配和/或操作期間)，轉(zhuǎn)子面110的密封表面對(duì)相關(guān)的夾緊負(fù)荷和/或環(huán)境基本不敏感(從操作/功能的角度)。
[0018]僅作為示例(并不限于此)，對(duì)于一些實(shí)施例，通道120可具有約0.250英寸±0.050英寸的最大通道深度(⑶的最大值)，以及約0.300英寸±0.050英寸的軸向長(zhǎng)度146。此外，對(duì)于一些實(shí)施例，例如但不限于，與通道120相關(guān)聯(lián)的錐角TA可約為20° ±10°。對(duì)于一些實(shí)施例，特別是那些涉及更大的夾緊負(fù)荷的實(shí)施例，通道120的轉(zhuǎn)角區(qū)域(例如，125、126)可以是大致倒圓的(與比較尖銳相反)。除了其他益處(例如潛在地提高制造的容易性)以外，使這些通道部分“倒圓”可配置成還額外地幫助控制與轉(zhuǎn)子和組件相關(guān)聯(lián)的預(yù)期的應(yīng)力。
[0019]對(duì)于一些應(yīng)用，或如有需要，能夠?qū)㈠F角TA改變?yōu)檠叵喾吹姆较?例如，錐部高點(diǎn)在轉(zhuǎn)子的后部而不是前部)。特別地，這樣的改變能夠沿相反的方向調(diào)節(jié)密封面錐變。可使用例如有限元分析技術(shù)來(lái)評(píng)估和預(yù)先確定初始的錐變和修正后的錐變。
[0020]對(duì)于此實(shí)施例，包括通道120的座部的內(nèi)直徑表面可構(gòu)造或“裁制(tailored) ”為使結(jié)構(gòu)弱化至一定程度。這種期望的或意圖的“弱化”可允許預(yù)期的或意圖的夾緊力(CF)在靠近和/或接近轉(zhuǎn)子軸14處在轉(zhuǎn)子(匹配環(huán))中產(chǎn)生彎矩。特別地，這種裁制構(gòu)型可幫助避免將來(lái)自?shī)A緊力(CF)的扭曲變形傳遞至相關(guān)聯(lián)的密封表面110。對(duì)于一些實(shí)施例，添加錐形通道可提供類似彈簧的作用，其可用于吸收或避免顯著程度的、或甚至基本全部的潛在有害的撓曲，這種撓曲否則可能從相鄰的部件(即，大體“L”形的套筒/墊片130)傳遞至密封表面110。
[0021]圖4和5分別大致示出了抗錐變轉(zhuǎn)子10的透視圖和截面圖。轉(zhuǎn)子10可包括一個(gè)或更多的前文所提到的類型的軸向延伸的圓周槽。在示出的實(shí)施例中，示出的轉(zhuǎn)子10包括兩個(gè)軸向延伸的槽30a和30b。如大體上示出的，抗錐變轉(zhuǎn)子10可另外包括通道120，該通道120還可包括錐部。通道120并不限于所公開(kāi)的通道，其可以(例如但不限于)如同前面結(jié)合圖3中大體上示出的實(shí)施例所公開(kāi)的通道那樣構(gòu)造。
[0022]盡管已經(jīng)公開(kāi)了多個(gè)不同的實(shí)施例，但是應(yīng)注意的是，對(duì)于給定的應(yīng)用，可采用一個(gè)或多個(gè)所公開(kāi)的特征。例如對(duì)于一些情況，取決于條件(例如負(fù)荷條件)，能夠以結(jié)合的方式采用在本文中根據(jù)不同實(shí)施例所公開(kāi)的多個(gè)公開(kāi)的特征的方面，并且可應(yīng)對(duì)靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的負(fù)荷條件兩者。例如(但不限于)，對(duì)于一些應(yīng)用，轉(zhuǎn)子可構(gòu)造成包括軸向延伸的腹板和通道120兩者，所述腹板置于轉(zhuǎn)子座和轉(zhuǎn)子頭之間，所述腹板包括由至少一個(gè)圓周槽30所限定的軸向腹板區(qū)域26和徑向腹板區(qū)域28 ;所述通道120位于內(nèi)直徑50上，并且通道120具有錐形的構(gòu)造。
[0023]在上文中，為了舉例說(shuō)明和描述的目的已經(jīng)給出了對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例的描述。其意圖并不是排他性的或?qū)⒈景l(fā)明限于所公開(kāi)的確切形式，而是根據(jù)上文的教導(dǎo)可以作出各種修改和變型。實(shí)施例的選擇和描述是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，因此使得所屬領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠利用本發(fā)明和各種實(shí)施例，這些實(shí)施例具有適于所設(shè)想的特定用途的各種修改。其意圖在于，本發(fā)明的范圍由本文所附的權(quán)利要求書(shū)和它們的等同方案限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于密封組件的抗錐變轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括: 轉(zhuǎn)子座； 轉(zhuǎn)子頭；以及 置于所述轉(zhuǎn)子座和所述轉(zhuǎn)子頭之間的軸向延伸的腹板，所述軸向延伸的腹板包括至少一個(gè)軸向延伸的圓周槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述腹板包括至少部分地由所述至少一個(gè)軸向延伸的圓周槽形成的至少一個(gè)軸向腹板區(qū)域和至少一個(gè)徑向腹板區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述至少一個(gè)軸向延伸的圓周槽從所述轉(zhuǎn)子的前部部分形成到所述腹板中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述至少一個(gè)軸向延伸的圓周槽從所述轉(zhuǎn)子的后部部分形成到所述腹板中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中，至少一個(gè)軸向延伸的圓周槽從所述轉(zhuǎn)子的前部部分形成到所述腹板中，并且至少一個(gè)軸向延伸的圓周槽從所述轉(zhuǎn)子的后部部分形成到所述腹板中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子，其中，從所述轉(zhuǎn)子的前部部分形成到所述腹板中的所述至少一個(gè)軸向延伸的 圓周槽和從所述轉(zhuǎn)子的后部部分形成到所述腹板中的所述至少一個(gè)軸向延伸的圓周槽相對(duì)于彼此設(shè)置在不同的徑向位置處。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子，其中，從所述轉(zhuǎn)子的前部部分形成到所述腹板中的所述至少一個(gè)軸向延伸的圓周槽和從所述轉(zhuǎn)子的后部部分形成到所述腹板中的所述至少一個(gè)軸向延伸的圓周槽具有不同的尺寸、不同的形狀，或者具有不同的尺寸和不同的形狀兩者。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中，從截面上看，所述腹板具有大體上“S”形狀的構(gòu)造。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子座包括設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子座的內(nèi)直徑處的通道。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述通道包括錐部。
11.一種用于密封組件的抗錐變轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括: 轉(zhuǎn)子頭； 連接至所述轉(zhuǎn)子頭的轉(zhuǎn)子座； 所述轉(zhuǎn)子座包括內(nèi)直徑表面； 其中，所述內(nèi)直徑表面包括構(gòu)造成與轉(zhuǎn)子軸相鄰的至少一個(gè)通道，所述通道包括錐部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述通道具有至少一個(gè)倒圓的轉(zhuǎn)角區(qū)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子，其中，錐角在約10度和約30度之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述通道具有在約0.2英寸和約0.3英寸之間的最大通道深度。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述通道具有在約0.25英寸和約0.35英寸之間的軸向長(zhǎng)度。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子，其中，還包括置于所述轉(zhuǎn)子座和所述轉(zhuǎn)子頭之間的軸向延伸的腹板。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述腹板包括至少一個(gè)軸向腹板區(qū)域和至少一個(gè)徑向腹板區(qū)域。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述至少一個(gè)軸向腹板區(qū)域和所述至少一個(gè)徑向腹板區(qū)域由至少一個(gè)圓周槽限定。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子，其中，還包括至少一個(gè)圓周槽。
20.一種用于調(diào)整與轉(zhuǎn)子組件有關(guān)的轉(zhuǎn)子的方法，包括: 提供轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括: 轉(zhuǎn)子頭； 轉(zhuǎn)子座；以及 置于所述轉(zhuǎn)子頭和所述轉(zhuǎn)子座之間的軸向延伸的腹板，所述腹板包括至少一個(gè)軸向延伸的圓周槽； 修改所述至少一個(gè)軸向延伸的圓周槽的構(gòu)造、位置或構(gòu)造和位置兩者，以使所述轉(zhuǎn)子適配于至少一種操作環(huán)境。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述修改包括修改至少一個(gè)圓周槽的幾何形狀。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述轉(zhuǎn)子座具有內(nèi)直徑，并且所述內(nèi)直徑包括具有錐部的通道。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述修改包括修改所述通道的幾何形狀。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，修改幾何形狀包括修改所述錐部。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述修改涉及有限元分析。
【文檔編號(hào)】F16J15/34GK104024706SQ201280063582
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
【發(fā)明者】G·M·貝拉爾, E·N·魯格里 申請(qǐng)人:伊頓公司