專利名稱：可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請大體涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體而言，涉及用于針對可預(yù)測的運(yùn)行在瞬態(tài)事件期間在密封件壽命內(nèi)限制密封件周圍的摩擦力的壓力平衡式可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
刷式密封件常常用來消除或最大程度地減小通過可定位在彼此的附近的部件或構(gòu)件之間的間隙的空氣泄漏。例如，刷式密封件定位在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，例如用于動(dòng)力發(fā)生的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)等。典型地，刷式密封件最大程度地減小在密封件的相反的側(cè)部上處于不同的壓力的區(qū)域之間的泄漏。作為一個(gè)具體實(shí)例，刷式密封件可用來最大程度地減小通過諸如定子的固定構(gòu)件和諸如轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間的間隙(或空隙)的空氣泄漏。刷式密封件是接觸式密封件，其具有接觸轉(zhuǎn)子表面的剛毛，以便與諸如迷宮密封件等的非接觸式密封件相t匕，允許有緊密的空隙和減小的泄漏。 但是，由于在例如渦輪啟動(dòng)或停機(jī)期間的熱瞬態(tài)在剛毛和轉(zhuǎn)子之間引起的干涉的原因，刷式密封件的剛毛可經(jīng)受相當(dāng)大的磨損。這個(gè)磨損可在多次啟動(dòng)/停機(jī)循環(huán)中積聚，而降低密封件在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的泄漏性能。剛毛的磨損一般與渦輪效率和動(dòng)力輸出的整體下降相關(guān)。通過在物理上將密封件移離轉(zhuǎn)子，可縮進(jìn)的刷式密封件可消除在啟動(dòng)或停機(jī)期間由于熱干涉而引起的磨損。借助于響應(yīng)于跨過密封件的不定的壓差的片簧等，可縮進(jìn)的刷式密封件可被動(dòng)地起動(dòng)?？煽s進(jìn)的刷式密封件可定位在大空隙位置上，使得在啟動(dòng)期間的不斷增大的壓差使片簧變形，而使密封件移動(dòng)得更靠近轉(zhuǎn)子。類似地，在停機(jī)期間，不斷下降的壓差會導(dǎo)致片簧縮進(jìn)，以便將密封件移離轉(zhuǎn)子。因而可縮進(jìn)的刷式密封件消除或減小了剛毛/轉(zhuǎn)子干涉，以便提供增加的構(gòu)件壽命?？煽s進(jìn)的刷式密封件通常安裝在加工到定子中的匹配槽口中。匹配槽口的兩個(gè)鉤在可縮進(jìn)的密封件移向轉(zhuǎn)子和移離轉(zhuǎn)子的期間對片簧變形提供剛性支承?？邕^密封件的壓差抵靠著后部支承鉤加載密封件，以便形成防止通過支承鉤的偏置泄漏的氣體接頭。但是，在可縮進(jìn)的刷式密封件的工作壽命中，在密封件/鉤接觸表面處的摩擦系數(shù)可由于匹配部件的氧化和腐蝕的原因以及由于部件之間的微振磨損或滑動(dòng)磨損所引起的表面光潔度變化的原因而改變。因此，密封件封閉和縮進(jìn)行為可隨著時(shí)間的過去而改變。這樣的變化可導(dǎo)致密封件在啟動(dòng)期間無法完全封閉到期望的小空隙位置或在停機(jī)期間在定子和轉(zhuǎn)子之間發(fā)生熱干涉之前無法縮進(jìn)。前者可導(dǎo)致顯著的性能降低，而后者則可導(dǎo)致過度的密封件磨損或損害。因而期望有一種消除或減小摩擦力對密封件運(yùn)動(dòng)的影響的改進(jìn)的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)。這種改進(jìn)應(yīng)當(dāng)對整個(gè)密封系統(tǒng)提供可預(yù)測性、可靠性和增加的壽命。鑒于此，可在長時(shí)間里改進(jìn)總的泄漏性能，以提高總的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)效率和動(dòng)力輸出
發(fā)明內(nèi)容
因而本申請?zhí)峁┝艘环N用于在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓側(cè)和低壓側(cè)之間使用的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)。該可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)可包括定位在固定構(gòu)件的槽口中的密封件、定位在密封件的周圍的壓力平衡穴，以及與壓力平衡穴和高壓側(cè)處于連通的管道。本申請進(jìn)一步提供了一種減小在密封件的頸部和渦輪的固定構(gòu)件的鉤之間的接觸表面處的摩擦的方法。該方法可包括以下步驟將壓力平衡穴定位在接觸表面的周圍；使壓力平衡穴內(nèi)的壓力和密封件的高壓側(cè)均衡；以及響應(yīng)于渦輪的瞬態(tài)運(yùn)行而沿著接觸表面移動(dòng)密封件。本申請進(jìn)一步提供了一種用于在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓側(cè)和低壓側(cè)之間使用的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)。該可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)可包括具有定位在固定構(gòu)件的槽口的成對的鉤的周圍的頸部的刷式密封件；定位在頸部和成對的鉤中的一個(gè)的周圍的壓力平衡穴；以及與壓力平衡穴和高壓側(cè)處于連通的管道。
在審閱結(jié)合若干幅圖和所附權(quán)利要求而得到的以下詳細(xì)描述之后，本申請的這些和其它特征與改進(jìn)將對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員變得顯而易見。


圖I是燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。圖2A是如可在本文中描述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)的側(cè)視橫截面圖。圖2B是圖2A的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)的透視圖。圖3A是如可在本文中描述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)的一個(gè)備選實(shí)施例的側(cè)視橫截面圖。圖3B是圖3A的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)的透視圖。圖4是如可在本文中描述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)的一個(gè)備選實(shí)施例的側(cè)視橫截面圖。圖5A是如可在本文中描述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)的一個(gè)備選實(shí)施例的側(cè)視橫截面圖。圖5B是圖5A的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)的一部分的透視圖。圖6是如可在本文中描述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)的一個(gè)備選實(shí)施例的側(cè)視橫截面圖。部件列表10 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)15 壓縮機(jī)20 空氣流25 燃燒器30 燃料流35 燃燒氣體40 渦輪45 軸50 負(fù)載100 可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)
110固定構(gòu)件120旋轉(zhuǎn)構(gòu)件130刷式密封件131密封件保持器 135高壓側(cè)140密封件槽口145低壓側(cè)150上部凸緣160伸長的頸部170剛毛180鉤190槽200彈簧210接觸表面220壓力平衡穴230管道240可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)250凸緣凹槽260可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)270壓力平衡穴280凸緣管道290可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)300鉤凹槽310可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)320迷宮密封件330迷宮齒340壓力平衡穴350管道
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖，其中相同標(biāo)號在整個(gè)若干幅圖中表示相同元件，圖I顯示了如可在本文中描述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意圖。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括壓縮機(jī)15。壓縮機(jī)15壓縮進(jìn)入的空氣流20。壓縮機(jī)10將經(jīng)壓縮的空氣流20輸送到燃燒器25。燃燒器25混合經(jīng)壓縮的空氣流20與經(jīng)壓縮的燃料流30，并且點(diǎn)燃混合物，以產(chǎn)生燃燒氣體流35。雖然僅顯示了單個(gè)燃燒器25，但是，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括任何數(shù)量的燃燒器25。燃燒氣體流35又被輸送到渦輪40。燃燒氣體流35驅(qū)動(dòng)渦輪40，以便產(chǎn)生機(jī)械功。如上面描述的那樣，在渦輪40中產(chǎn)生的機(jī)械功通過軸45驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)15，以及驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載50，例如發(fā)電機(jī)等。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)10可使用天然氣、各種類型的合成氣和/或其它類型的燃料。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)10可為紐約斯克內(nèi)克塔迪的通用電氣公司等提供的許多不同的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的任何一個(gè)。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)10可具有不同的構(gòu)造，并且可使用其它類型的構(gòu)件。也可在本文中使用其它類型的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。也可在本文中共同使用多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、其它類型的渦輪和其它類型的動(dòng)力發(fā)生裝備。圖2A和2B顯示了如可在本文中描述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)例。類似于上面描述的那個(gè)，可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)100在諸如定子等的固定構(gòu)件110和諸如轉(zhuǎn)子等的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件120之間進(jìn)行密封?？稍诒疚闹惺褂萌魏晤愋偷墓潭?gòu)件110和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件120?？稍诒疚闹惺褂闷渌鼧?gòu)造和其它構(gòu)件?？煽s進(jìn)的密封系統(tǒng)100可包括刷式密封件130。刷式密封件130可如顯示的那樣剛性地安裝在可縮進(jìn)的密封件保持器131中。備選地，刷式密封件130可成形到可縮進(jìn)的密封件保持器131本身中。刷式密封件130可定位在固定構(gòu)件110的密封件槽口 140內(nèi)，并且延伸向旋轉(zhuǎn)構(gòu)件120。刷式密封件130可定位在高壓側(cè)135和低壓側(cè)145之間。密封件保持器131可包括上部凸緣150和伸長的頸部160。還可使用額外的凸緣(或翼部)來協(xié) 助預(yù)先加載等。一個(gè)或多個(gè)剛毛170可安裝在頸部160的周圍，并且延伸向旋轉(zhuǎn)構(gòu)件120。剛毛170可由金屬或其它材料(例如陶瓷)制成。可使用任何數(shù)量或大小的剛毛170。密封件保持器131的凸緣150可定位在由固定構(gòu)件110中的凹槽190形成的成對的鉤180上。許多彈簧200可定位在密封件保持器131的凸緣150和形成在密封件槽口 140的周圍的鉤180之間?？稍诒疚闹惺褂闷渌鼧?gòu)件和其它構(gòu)造。雖然顯示了片簧，可使用諸如螺旋彈簧、盤簧等任何類型的機(jī)械彈簧來實(shí)現(xiàn)期望的被動(dòng)式促動(dòng)。如上面描述的那樣，可迫使密封件保持器131的頸部160在低壓側(cè)145上、在接觸表面210處抵靠鉤180。它們之間的摩擦系數(shù)可影響可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)100的整體性能。定位在密封件保持器131的頸部160上的壓力平衡穴220協(xié)助減小密封件運(yùn)動(dòng)期間的總摩擦力。凸緣管道230可自壓力平衡穴220延伸通過凸緣150且延伸到凹槽190中。管道230可沿徑向、沿軸向延伸，或者為徑向和軸向之間的任何其它定向。壓力平衡穴220可為具有任何大小、形狀或容積的任何類型的內(nèi)部空間。同樣，管道230可為使穴220與凹槽190連接的任何類型的通道或孔。可在本文中使用其它構(gòu)造和其它構(gòu)件。因而，通過凸緣管道230，可使壓力平衡穴220的內(nèi)部的壓力與高壓側(cè)135上的上游壓力相等。具體而言，使用壓力平衡穴220會減小在高壓側(cè)上推壓在密封件保持器131上的軸向力，密封件保持器131又將頸部160推壓在鉤180上。鑒于此，通過減小與密封件保持器131的運(yùn)動(dòng)相反的摩擦力，壓力平衡穴220減小變化的摩擦系數(shù)的影響。但是，仍然在頸部160和鉤180之間保持充分的摩擦接觸，以便防止沿著接觸表面210有泄漏。圖3A和3B顯示了可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)240的另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，壓力平衡穴220可與凸緣凹槽250處于連通。如所顯示的那樣，凸緣凹槽250可沿著凸緣150的底部延伸，并且延伸到凹槽190的內(nèi)部中?？稍诒疚闹惺褂闷渌鼧?gòu)造和其它構(gòu)件。圖4顯示了可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)260的另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，壓力平衡穴270可定位在鉤180中的一個(gè)中。壓力平衡穴270可與凸緣管道280處于連通，凸緣管道280延伸通過密封件保持器131的頸部160和凸緣150，并且與凹槽190處于連通?？稍诒疚闹惺褂闷渌鼧?gòu)造和其它構(gòu)件。圖5A和5B顯示了可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)290的類似的實(shí)例。在這個(gè)實(shí)施例中，壓力平衡穴270再次定位在鉤180內(nèi)。壓カ平衡穴270與鉤凹槽300處于連通，鉤凹槽300在密封件保持器131的凸緣150的附近沿著鉤180的長度延伸，并且再次延伸向凹槽190的側(cè)部?？稍诒疚闹惺褂闷渌鼧?gòu)造和其它構(gòu)件。本文描述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)的各種實(shí)施例僅是為了實(shí)例的目的。可在本文中使用任何類型的壓カ平衡穴，該壓カ平衡穴或者在刷式密封件130的頸部160的周圍以及/或者在鉤180的周圍，并且與其上游的高壓側(cè)135處于連通，以便減小接觸表面210的周圍的壓力。因而使用可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)會減小頸部160和鉤180的周圍的摩擦力，同時(shí)保持防漏密封。摩擦的減小應(yīng)當(dāng)在工作壽命中提高密封件的整體穩(wěn)定可靠性和密封件的可預(yù)測性。因而其中的壓カ的均衡會導(dǎo)致密封件運(yùn)動(dòng)在瞬態(tài)運(yùn)行等期間對與密封件運(yùn)動(dòng)相反的摩擦系數(shù)較不敏感?？煽s進(jìn)的密封系統(tǒng)還降低密封件不穩(wěn)定性的可能，不穩(wěn)定性可導(dǎo)致密封件翅起或歪斜(cocking)。應(yīng)當(dāng)通過減小熱干涉等引起的剛毛磨損來改進(jìn)密封件的整體性能和工作壽命。 圖6顯示了可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)310的另ー個(gè)實(shí)施例。這個(gè)實(shí)施例顯示了使用具有ー個(gè)或多個(gè)迷宮齒330的迷宮密封件320。迷宮密封件320可與壓カ平衡穴340和管道350一起使用。壓カ平衡穴340可定位在頸部160或鉤180上。同樣，管道350可延伸通過凸緣150，或者沿著凸緣150或鉤180作為凹槽而延伸。可在本文中使用其它構(gòu)造和其它構(gòu)件。因而，除了刷式密封件和迷宮密封件，本文描述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)能夠應(yīng)用于其它類型的轉(zhuǎn)子-定子密封件。例如，可在本文中使用填密環(huán)、蜂巣狀密封件、耐磨密封件等。此外，可在許多其它燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)位置等中使用可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)。因而可在任何類型的固定構(gòu)件110和任何類型的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件120之間在任何期望的位置上使用可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)顯而易見的是，前述僅涉及本申請的某些實(shí)施例，而且本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可作出許多改變和改良，而不偏離所附權(quán)利要求及其等效方案所限定的本發(fā)明的大體精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的高壓側(cè)(135)和低壓側(cè)(145)之間使用的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)，包括 定位在固定構(gòu)件(Iio)的槽口(140)中的密封件(130)； 定位在所述密封件(130)的周圍的壓力平衡穴(220);以及 與所述壓力平衡穴(220)和所述高壓側(cè)(135)處于連通的管道(230)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述密封件(130)朝向旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(120)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述密封件(130)包括刷式密封件(130)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述刷式密封件(130)包括多個(gè)剛毛(170)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述密封件(130)包括定位在所述固定構(gòu)件(Iio)的凹槽(190)內(nèi)的上部凸緣(150)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述密封件(130)包括定位在所述固定構(gòu)件(Iio)的周圍的一個(gè)或多個(gè)彈簧(200)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述密封件(130)包括定位在所述固定構(gòu)件(Iio)的所述槽口(140)的成對的鉤(180)之間的頸部(160)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述壓力平衡穴(220)定位在所述頸部(160)內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述壓力平衡穴(220)定位在所述成對的鉤(180)中的一個(gè)內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述管道(230)包括通過所述密封件(130)的凸緣(150)的凸緣管道(230)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述管道(230)包括沿著所述密封件(130)的凸緣(150)的凸緣凹槽(250)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述管道(230)包括沿著所述固定構(gòu)件(110)的鉤(180)的鉤凹槽(300)。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述密封件(130)包括迷宮密封件(320)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述迷宮密封件(320)包括一個(gè)或多個(gè)迷宮齒(330)。
15.一種減小密封件(130)的頸部(160)和渦輪(10)的固定構(gòu)件(110)的鉤(180)之間的接觸表面(210)處的摩擦的方法，包括 將壓力平衡穴(220)定位在所述接觸表面(210)的周圍； 使所述壓力平衡穴(220)內(nèi)的壓力和所述密封件(130)的高壓側(cè)(135)均衡；以及 響應(yīng)于所述渦輪(10)的瞬態(tài)運(yùn)行，沿著所述接觸表面(230)移動(dòng)所述密封件(130)。
全文摘要
本發(fā)明涉及可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)。因而本申請?zhí)峁┝艘环N用于在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的高壓側(cè)(135)和低壓側(cè)(145)之間使用的可縮進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)?？煽s進(jìn)的密封系統(tǒng)(100)可包括定位在固定構(gòu)件(110)的槽口(140)中的密封件(130)、定位在密封件(130)的周圍的壓力平衡穴(220)，以及與壓力平衡穴(220)和高壓側(cè)(135)處于連通的管道(230)。
文檔編號F01D11/02GK102777217SQ20121015826
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者G·克倫, K·S·沙, O·薩穆德拉拉, S·庫馬 申請人:通用電氣公司