專利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)的輔助密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)饷芊庋b置，尤其涉及應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)中的非彈性材料輔助密封裝置。
燃?xì)廨啓C(jī)通常在高轉(zhuǎn)速高溫下工作。一般燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到大約25，000轉(zhuǎn)/分。其溫度在800℃范圍內(nèi)(1500°F)。
普通的用于密封密封環(huán)的裝置由于高轉(zhuǎn)速下的高溫而不能用于燃?xì)廨啓C(jī)中。例如彈性材料0型環(huán)不能用來密封各環(huán)和相應(yīng)的軸或殼體，因?yàn)檫@種環(huán)在高溫下將會(huì)熔化。
本發(fā)明是一種新的和改進(jìn)了的用于燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī)的輔助密封裝置，它在主環(huán)和靜止殼體之間起密封作用。一個(gè)環(huán)是碳精石墨環(huán)，它包括一些由一圓環(huán)彈簧保持在一起的弧狀扇形部分。另一靠近端該第一環(huán)并具有類同的徑向厚度的密封環(huán)包括兩部分?？拷鳝h(huán)內(nèi)徑的第一部分具有弧狀扇形部分，其徑向厚度大約為第一密封環(huán)的徑向厚度的一半。也包括一些弧形扇形部分的第二部分配量在緊靠第一部分的外邊，并且也包括一沿圓周配置的彈簧，它對(duì)該兩部分施加一向內(nèi)的壓力，以便在該輔助密封裝置內(nèi)徑跟保持主環(huán)的保持裝置之間起密封作用。構(gòu)成這些環(huán)的材料是能承受高溫的高溫人造碳精石墨。輔助對(duì)開環(huán)軸向緊靠主環(huán)壁，在這些輔助密封環(huán)的相反側(cè)有一圓盤。一彈簧提供一軸向力，使該圓盤偏置，輔助密封裝置和主環(huán)沿軸向向旋轉(zhuǎn)配合環(huán)方向偏置。


圖1是用于燃?xì)廨啓C(jī)中的密封組件的局部橫剖視圖，表示本發(fā)明的輔助密封裝置;
圖2是大致沿圖1中2-2線所示平面所取的剖視圖，表示主環(huán);
圖3表示圖1中所示本發(fā)明輔助密封裝置的密封環(huán)中的一個(gè)。
圖4表示本發(fā)明密封裝置的另一實(shí)施例，其徑向厚度已減小以提供間隙。
現(xiàn)在參考圖1，其中表示了包括一配合環(huán)10和一主環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)密封裝置。配合環(huán)10包括一密封面12和一連接件(以局部剖面表示)。該連接件用于將配合環(huán)10的外徑部分連接到一根旋轉(zhuǎn)軸(未示)上，它可以是一個(gè)內(nèi)連接部14，如圖1中部分所示。
圖2表示配合環(huán)10的部分表面12。配合環(huán)10的表面12還包括若干向下抽吸的螺旋槽，這些螺旋槽自外圓周延伸，且部分穿越表面12的寬度。另一方案，這些槽可以在主環(huán)上，但對(duì)于本說明書來說，表示出在配合環(huán)的表面12上有這些槽。相鄰的螺旋槽16被一槽脊18所隔離。在配合環(huán)10的內(nèi)徑處配置著具有無槽表面的環(huán)形墻部20。墻部20的無槽表面構(gòu)成了一密封墻，當(dāng)這些密封面不相互轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它形成一靜態(tài)接觸密封。這些槽脊18和墻部表示出具有相鄰的高度，并且兩者相對(duì)于槽16的表面是傾斜的。
圖2表示在外徑處具有螺旋槽16的配合環(huán)10，它用于在密封環(huán)的外徑處存在高壓的密封系統(tǒng)?；蛘撸@些高壓可能處在這兩個(gè)密封環(huán)的內(nèi)徑處，因此，令這些配合環(huán)的結(jié)構(gòu)為這些槽在其內(nèi)徑處，而環(huán)墻在外徑處。這些結(jié)構(gòu)中的任一種都能有效地工作，根據(jù)特殊用途的需要而加以選定。
鄰接配合環(huán)10，配置一主環(huán)30。配合環(huán)10的徑向配置的密封面12代表一環(huán)形密封面，它靠著主環(huán)30的同樣配置的徑向密封面32。主環(huán)30徑一保持器組件連接于殼體(未示)，并在密封裝置工作時(shí)保持靜止。配合環(huán)10跟軸(未表示)一起則相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，在燃?xì)廨啓C(jī)密封裝置正常工作期間相對(duì)于主環(huán)30以大約25，000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
該保持器組件包括主環(huán)30、一保持器、一輔助密封裝置、一個(gè)圓盤和一偏壓裝置。偏壓裝置沿軸向?qū)A盤、輔助密封裝置和主環(huán)施加偏壓，因此，主環(huán)密封面32對(duì)配合環(huán)10的面12施加偏壓。
該保持器組件包括一保持器40，它有一個(gè)在主環(huán)30的外徑外配置的外徑部分42。在保持器外徑部分中的一適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)裝置(在圖1中未表示)跟主環(huán)30嚙合。一圓柱內(nèi)徑43由外徑部分42的內(nèi)壁限定。該內(nèi)圓柱面43為主環(huán)30的外徑及保持器組件的其它元件提供間隙。
保持器40還包括一內(nèi)徑部分44和一連接外徑部42和內(nèi)徑部44的連接部分46。保持器組件40的三部分42、44和46基本上包圍了主環(huán)和保持器組件。內(nèi)徑部分44有一圓柱表面45，和外徑部分42的表面43相對(duì)，這些表面43、45為保持器組件提供限定包封物的壁。保持器組件的連接部分46包括若干孔，它們限定了一些彈簧座50，在圖1中表示了其中之一。保持器40借助于在由殼體(未表示)限定的空腔內(nèi)的普通裝置(未表示)沿軸向方向并且以非轉(zhuǎn)動(dòng)的方式被固定。一O型環(huán)(在圖1中未表示)或一非彈性材料密封裝置配置于保持器40的外徑和其內(nèi)裝有O型環(huán)的殼體(未表示)之間。
在保持器連接部46內(nèi)的限定彈簧座50的一些圓孔為彈簧52分別提供座。一個(gè)也包含若干限定彈簧座50的孔的圓盤配置于彈簧52上，以便將它們壓向彈簧座50。圓盤54的內(nèi)徑54略大于保持器內(nèi)徑部分44的外徑45。沿著保持器40的圓環(huán)形連接部46周圍，配置幾個(gè)彈簧52，這些彈簧52對(duì)圓盤54提供均勻的負(fù)荷。
該輔助密封裝置包括第一輔助密封環(huán)60，后者包括由諸如圓形彈簧62的偏壓裝置保持的弧狀扇形部分。在理想情況下，在該輔助密封裝置中除彈簧62之外的所有元件分成兩個(gè)弧狀扇形部分。由彈簧62在第一輔助密封環(huán)60上產(chǎn)生的徑向壓力將該圓弧扇形部分保持在一起，使該輔助密封環(huán)60的圓弧扇形部分的端部保持相互接觸。第一輔助密封環(huán)扇形部分60的內(nèi)徑64對(duì)保持器內(nèi)徑部分44的外徑施加偏壓。這樣，彈簧62對(duì)第一輔助密封件60提供一向外的偏壓，從而在內(nèi)徑64和圓柱表面45之間形成密封。密封件60包括一環(huán)形端壁66，圓盤54加偏壓于該端壁上;還包括一第二端壁68，它鄰接第二輔助密封環(huán)。
現(xiàn)參照?qǐng)D1和3，第二輔助密封環(huán)包括兩個(gè)具有相互不同直徑的部分以及一個(gè)將該兩部分保持在保持器內(nèi)徑部分44的表面45上的彈簧。第二輔助密封環(huán)的內(nèi)部70包括兩個(gè)半圓弓狀扇形部分70a和70b，它們共同構(gòu)成內(nèi)圓環(huán)形部分70。內(nèi)部分70的尺寸是這樣的，當(dāng)該兩弓形扇形部分的端面相互接合時(shí)，環(huán)70在內(nèi)部分70的內(nèi)徑72和保持器40的圓柱表面45之間形成緊配合。
內(nèi)部分70配置在外部76的徑向內(nèi)側(cè)。內(nèi)部70的外徑74鄰接第二輔助密封環(huán)的外部76的內(nèi)徑78。外部分76包括兩個(gè)弓狀扇形部分76a和76b，它們同樣接合在一起，以構(gòu)成圓環(huán)外部分76。一當(dāng)如圖3中所示接合在一起，外部分76的內(nèi)徑78的表面對(duì)內(nèi)部分70的外徑74的表面產(chǎn)生一偏壓，從而在它們之間形成一密封。
外部76的外半圓直徑80處有一條卡住第二彈簧82的槽，該彈簧將該外部分保持在一起并使其對(duì)內(nèi)部分70施加偏壓。它還使內(nèi)部分70對(duì)保持器內(nèi)徑部分44施加偏壓。
內(nèi)部分70和外部分76各有端壁，這些端壁和其它件的端壁是鄰接的，以便為第二輔助密封環(huán)提供一平整的端壁面。為了密封理想，內(nèi)部分70和外部分76的端壁最好平行搭接。該兩部分同時(shí)平行搭接共同確保在第二輔助密封環(huán)的端壁上有一平整的鄰接表面。
第一輔助密封環(huán)60的第二端壁68對(duì)內(nèi)部分70和外部分76兩者的端壁施加一軸向偏壓力。內(nèi)、外部分70和76的相反端壁對(duì)主環(huán)30施加一偏壓力，主環(huán)30又施加一負(fù)荷，它有助于消除主環(huán)30和配合環(huán)10之間的間隙。
組成配合環(huán)10的材料可以包任何一種諸如Enconel718的硬材料。主環(huán)30可包括任何一種諸如碳化硅酮(siliconecarbile)的硬材料。
輔助密封環(huán)包括一高溫?zé)o機(jī)碳或特種牌號(hào)的滲碳鹽，它能耐高溫到800℃(1500°F)。
在輔助密封環(huán)60、70、76的所有表面上涂覆一適當(dāng)?shù)母蓾櫥瑒?，以便在各環(huán)之間形成密封，并在這些環(huán)表面和保持器組件的其它零件之間形成密封。在包括環(huán)60、內(nèi)部分70和外部分76的弓狀扇形部分的端部，在這些扇形部分接合之前還應(yīng)涂覆該潤滑劑。一種業(yè)已發(fā)現(xiàn)有效的適合的干潤滑劑是鉬的硫酸氫鹽，它在市場上作為粉末銷售的。
提供偏壓力的這些彈簧可包括任何一種普通鋼環(huán)材料，諸如彈簧鋼或不銹鋼。所述圓盤和保持器也可包括鋼或其它適當(dāng)?shù)慕饘佟?br> 根據(jù)相對(duì)于圖1所述的密封裝置中所用的外形結(jié)構(gòu)和材料推論出幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。采用非彈性材料元件允許在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中常碰到的高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)。包括兩個(gè)環(huán)的輔助密封裝置提供了適應(yīng)性強(qiáng)的輔助密封結(jié)構(gòu)，它也提供了由燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的高壓的壓力降。該壓力降出現(xiàn)在輔助密封裝置的兩分離的密封環(huán)結(jié)構(gòu)60和70、76之間。任何燃?xì)庑孤┍仨毥?jīng)過在密封面64、72和保持器內(nèi)圓柱面45之間設(shè)置的密封裝置或相反地經(jīng)密封環(huán)端壁接觸區(qū)發(fā)生。由于在保持器組件內(nèi)的所有零件是靜止的，由彈簧52在軸向提供的壓力和由彈簧62和82在徑向提供的壓力將泄漏保持在一個(gè)最小值。
為了進(jìn)一步提供一個(gè)更為迂回的通路從而避免過多的泄漏，在包括密封環(huán)各部分的弓狀扇形部分上的對(duì)開面是錯(cuò)開的。在圖3中表示了一種錯(cuò)開的外形結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)部分70上的錯(cuò)開相對(duì)于外部分76上的錯(cuò)開成90°配置。
本發(fā)明的另一實(shí)施例示于圖4。在燃?xì)?，也是非接觸式的密封裝置的橫剖視圖中，提供了類同的元件外形結(jié)構(gòu)。該元件的外形結(jié)構(gòu)有些類同于圖1中所示的元件外形結(jié)構(gòu)。配合環(huán)110包括一個(gè)具有螺旋槽116的密封面112，該螺旋槽被配置成穿越表面112的部分范圍?？?14為銷118提供一嚙合裝置，銷118嚙合配合環(huán)110上的孔114。一環(huán)套120包圍該軸(未示)，該套120有一徑向向上的突緣122，后者同時(shí)為配合環(huán)110提供支承。一個(gè)可以是金屬的O型環(huán)124在該套和配合環(huán)110之間構(gòu)成密封。該套120跟突緣122和配合環(huán)110一起全部隨軸(未示)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
一個(gè)具有密封面132和嚙合槽口134的靜止主環(huán)130鄰近配合環(huán)110，并相對(duì)于旋轉(zhuǎn)配合環(huán)110是靜止的。一個(gè)類同于圖1中所示的保持器組件包括一保持器，一提供軸向偏壓力的彈簧裝置，一傳送彈簧軸向偏壓力的圓盤，一輔助密封裝置和主環(huán)130。保持器140包括一外徑部分142、一內(nèi)徑部分144和一連接部分146。一銷148為主環(huán)130上的凹口134提供一嚙合裝置。該嚙合裝置的功能針對(duì)圖1的實(shí)施例在上面已作了討論。在外徑部分142的槽溝152內(nèi)設(shè)置一個(gè)可包括軟金屬的O型環(huán)150，該環(huán)在保持器140和殼體(未示)之間構(gòu)成一密封裝置。
在連接部146上設(shè)置的孔154限定了彈簧156的彈簧座。彈簧156通過也具有一個(gè)限定彈簧156另一端的第二彈簧座160的孔的圓盤158提供了對(duì)保持器總成的元件的軸向偏壓力。圓盤158的內(nèi)徑部分162跟第一輔助密封環(huán)174嚙合。當(dāng)彈簧156受壓縮時(shí)，彈簧156對(duì)圓盤156的端壁施加一負(fù)荷，而該端壁對(duì)該輔助密封裝置施加一偏壓力。
輔助密封環(huán)164在外形結(jié)構(gòu)上類同于圖1的輔助密封環(huán)60。一個(gè)區(qū)別在于對(duì)輔助密封環(huán)164的徑向偏壓是由在密封環(huán)164的兩弓形扇形部分上的一個(gè)波形彈簧166提供的。而且，圓柱形外徑面168為波形彈簧166提供一杯形座。該波形彈簧是一種壓扁的波形環(huán)，并包括對(duì)圓盤158的圓柱形壁及輔助密封環(huán)168的外徑面兩者施加偏壓所需的尺寸。第二輔助密封環(huán)170，178在外形結(jié)構(gòu)上跟圖1和圖3中所示的環(huán)70、78相同。彈簧182提供一個(gè)類同于由圖1中所示的彈簧82所提供的偏壓。
壓扁的波形彈簧166允許采用輔助密封環(huán)164，該環(huán)的徑向厚度較薄，并為圓盤158提供一間隙。在確定的密封裝置外形結(jié)構(gòu)中，由圓盤158提供的平衡是重要的，并且，可以要求彈簧156在輔助密封裝置的徑向外面。并且，圓柱形壁168并不對(duì)環(huán)164產(chǎn)生任何軸向負(fù)荷，從而對(duì)環(huán)164邊緣的碎裂提供額外的保護(hù)。圖4的實(shí)施例在其它方面類同于圖1的實(shí)施例，它在主環(huán)130和保持器140之間提供有效的密封。
權(quán)利要求
1.一種用于高溫環(huán)境下旋轉(zhuǎn)機(jī)械端面密封裝置組件中的輔助密封裝置，該密封裝置組件包括一個(gè)密封旋轉(zhuǎn)軸的第一密封環(huán)，第一密封環(huán)具有一個(gè)大致平的環(huán)形第一密封環(huán)面，一些螺旋槽至少在部分范圍內(nèi)橫越所述第一密封環(huán)面延伸；一個(gè)密封殼體的第二密封環(huán)，該第二密封環(huán)具有一個(gè)大致平的并跟所述主密封環(huán)面相對(duì)的第二密封環(huán)面，所述配合環(huán)相對(duì)于該軸可軸向移動(dòng)；所述密封裝置組件還包括一個(gè)適于將軸向可移動(dòng)的第二密封環(huán)推向另一密封環(huán)，使所述密封面相互靠緊以便具有可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的密封嚙合的第一偏壓裝置；使所述軸向可移動(dòng)環(huán)跟其它環(huán)大致同軸定位的裝置；一個(gè)用于保持所述第二密封環(huán)的保持器裝置和一個(gè)用于在所述第二密封環(huán)和所述保持器裝置之間構(gòu)成流體緊密密封的輔助密封裝置，所述輔助密封裝置包括一個(gè)第一環(huán)形輔助密封環(huán)，所述第一環(huán)形輔助密封環(huán)包括至少兩個(gè)連接在一起的弓狀扇形部分，并由一第二偏壓裝置，在徑向?qū)λ霰３制魇┘悠珘汉捅３郑龅谝画h(huán)形輔助密封環(huán)還包括一個(gè)用于接受由所述第一偏壓裝置施加的偏壓力的端壁及一個(gè)用于傳遞自所述第一偏壓裝置接受的偏壓力的第二端壁，所述輔助密封裝置還具有一個(gè)第二環(huán)形輔助密封環(huán)，所述第二環(huán)形輔助密封環(huán)包括一個(gè)具有至少兩個(gè)弓狀扇形部分的內(nèi)部分和一個(gè)具有至少兩個(gè)弓狀扇形部分的外部分，所述內(nèi)部分配置在所述外部分的徑向內(nèi)側(cè)，所述內(nèi)部分和所述外部分共同包括所述第二輔助密封環(huán)和一個(gè)使所述外部分對(duì)所述內(nèi)部分施加偏壓，也使所述內(nèi)部分對(duì)所述保持器施加偏壓的第三偏壓裝置，所述各輔助密封環(huán)配置得相互鄰接，并處在所述第一偏壓裝置和所述配合環(huán)之間，因此，所述第二和第三偏壓裝置對(duì)所述相應(yīng)的第一和第二輔助密封環(huán)施加偏壓以構(gòu)成對(duì)保持器的流體密封，而所述第一偏壓裝置使所述第二輔助密封的端壁對(duì)所述主環(huán)施加偏壓，從而在所述輔助密封裝置和所述主環(huán)之間形成流體密封。
2.按權(quán)利要求1所述的輔助密封組件，其特征在于所述第一偏壓裝置配置于所述保持器的一個(gè)內(nèi)壁上。
3.按權(quán)利要求1所述的輔助密封組件，其特征在于所述第二和第三偏壓裝置中的至少一個(gè)包括一彈簧。
4.按權(quán)利要求1所述的輔助密封環(huán)組件，其特征在于所述輔助密封環(huán)中的至少一個(gè)還包括一個(gè)形成朝上朝外的杯形座的外徑表面，用以接受所述第二或包括一波形彈簧的第三偏壓裝置中的一個(gè)。
5.按權(quán)利要求1所述的輔助密封環(huán)組件，其特征在于輔助密封環(huán)中的至少一個(gè)含有高溫?zé)o機(jī)碳。
6.按權(quán)利要求5所述的輔助密封環(huán)組件，其特征在于兩種輔助環(huán)含有高溫?zé)o機(jī)碳。
7.按權(quán)利要求5所述的輔助密封環(huán)組件，其特征在于還包括一種干潤滑劑。
8.按權(quán)利要求1所述的輔助密封環(huán)組件，其特征在于所述輔助環(huán)中的至少一個(gè)含有一種滲碳鹽。
9.按權(quán)利要求8所述的輔助密封環(huán)組件，其特征在于兩種輔助密封環(huán)均含有一種滲碳鹽。
10.按權(quán)利要求7所述的輔助密封組件，其特征在于還包括一種干潤滑劑。
全文摘要
一種用于高溫環(huán)境下僅包含非彈性材料元件的輔助密封裝置，包括由第一套偏壓裝置軸向偏壓的和由第二套偏壓裝置徑向偏壓的對(duì)開高溫炭精石墨輔助密封環(huán)。
文檔編號(hào)F16J15/34GK1079532SQ9310528
公開日1993年12月15日 申請(qǐng)日期1993年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月28日
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