專利名稱：快速運(yùn)行和/或密封范圍有高溫的渦輪機(jī)的接觸密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于快速運(yùn)行的和/或在密封范圍內(nèi)具有高溫度的渦輪機(jī)的接觸密封裝置。
較新式的、利用外部供油系統(tǒng)工作的廢氣透平增壓器，在渦輪機(jī)葉輪和壓縮機(jī)輪之間，大多配有一種滑動軸承結(jié)構(gòu)。為了軸承箱對于渦輪機(jī)和壓縮機(jī)的流體箱的密封?？偸莾?yōu)先采用無接觸密封裝置，例如迷宮式密封裝置、活塞環(huán)等。
這種密封裝置是不磨損的，而且相對地經(jīng)濟(jì)合算。無接觸密封裝置的缺點(diǎn)在于一當(dāng)軸承一側(cè)的壓力超過空氣一側(cè)或者廢氣一側(cè)的壓力時，它們總有漏油現(xiàn)象。尤其在發(fā)動機(jī)空載運(yùn)行和吸入口負(fù)壓增高的情況下更是如此。
在這里，補(bǔ)救的辦法是采用專利SE 212 843公開過的接觸密封裝置，該密封裝置含有彈性體。這種所謂的“V環(huán)”在發(fā)動機(jī)空載運(yùn)行時緊貼密封區(qū)域，只有在達(dá)到一定的超過臨界工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)速時，它才會離開。這樣，便防止了它的過早磨損。
若出現(xiàn)較高的圓周速度時，V-環(huán)必須用一種金屬環(huán)加以支撐。但是，這種封閉式的V-環(huán)仍不能適用于150米/秒以下的圓周速度和密封區(qū)域中短時間超過300℃的溫度，如新式的透平渦輪增壓器中出現(xiàn)的圓周速度和溫度。
在其它的渦輪機(jī)上，在毗鄰的工作區(qū)之間，例如在燃?xì)廨啓C(jī)裝置的軸承箱和流體箱之間，也存在著相類似的密封問題。
本發(fā)明試圖克服上述的所有缺點(diǎn)。它的基本目的是為渦輪機(jī)提供一種接觸密封裝置，這種密封裝置也適用于高圓周速度和高溫度。
按照本發(fā)明，這一任務(wù)是通過下述方案解決的在開頭所述的那種接觸密封裝置上，使它以力配合或形狀配合方式固定在一臺渦輪機(jī)的兩個毗鄰的具有不同壓力條件的工作區(qū)之間，并將兩工作區(qū)互相密封起來，為此而緊靠在兩個工作區(qū)之一的一個密封面上，在轉(zhuǎn)速超過其臨界工作點(diǎn)時便從密封面離開，接觸密封裝置是至少兩件體結(jié)構(gòu)，由一個薄的支撐環(huán)和一個密封環(huán)構(gòu)成。密封環(huán)是用一種耐磨損的、足夠耐油和耐熱的材料制成的。與之相應(yīng)，支撐環(huán)是用一種即使在高負(fù)荷條件如高轉(zhuǎn)速、高溫度和長時間條件下也是可逆的彈性材料制成的。它具有一個內(nèi)部固定部分和一個外部支撐部分。支撐部分與密封環(huán)在構(gòu)形上是緊密結(jié)合的。在接觸密封裝置的安裝狀態(tài)中，至少是該支撐部分應(yīng)設(shè)計(jì)成朝密封面的方向傾斜。
基于這種兩件式的結(jié)構(gòu)，接觸密封裝置的密封功能和固定功能就彼此分開了，而且可以被轉(zhuǎn)移到為有關(guān)目的而專門設(shè)計(jì)的組成部件上。因此也可能用耐高溫的材料來制造密封環(huán)。支撐環(huán)的材料在高圓周速度條件下應(yīng)能確保密封環(huán)所需的支撐作用。由于支撐部分在密封面方向中的傾斜及支撐環(huán)的彈性材料之故，密封環(huán)在超過臨界工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)速情況下便會離開密封面。為了適應(yīng)于所預(yù)期的圓周速度，各支撐環(huán)可用不同的材料制成。這樣，即使在極端的工作條件下，也能保證渦輪機(jī)的毗鄰的工作區(qū)的最佳持久密封。
密封環(huán)的優(yōu)選結(jié)構(gòu)在于其外表面的圓周依從密封面的方向而遞增。在外表面的最大圓周處，形成了一個緊靠著密封面的密封棱邊。由于密封環(huán)的上述構(gòu)形，密封棱邊總是被保持處于無油狀態(tài)。此外，即使在接觸密封裝置上的預(yù)加載大小不同情況下也總是能獲得一種棱邊加壓。由此產(chǎn)生的結(jié)果是改進(jìn)了密封環(huán)的密封性和精確的磨配。
如若支撐環(huán)用一種金屬薄片最好是彈簧鋼制成，而密封環(huán)用一種能在不良條件下使用的塑料如PEEK(聚酯-乙醚-酮)或PI(聚酰亞胺)制成，則是特別相宜的。可在苛刻條件下使用的塑料可能含有一種輔助的石墨成分。上述這樣的金屬薄片具有穩(wěn)定的彈簧性能，這樣，在極高的透平增壓器轉(zhuǎn)速條件下，密封環(huán)的離開得到改善或者說是可以重復(fù)的。上述可在荷刻條件下使用的塑料由于它具有良好的耐磨損以及耐油和耐熱性能，特別適合于制造強(qiáng)負(fù)載的接觸密封裝置。
此外，支撐部分若在其自由的外部區(qū)域加以彎曲，則是有利的。這樣，要么是密封環(huán)在其彎曲部位環(huán)繞著支撐部分，要么是支撐部分的彎曲部位環(huán)繞著密封環(huán)，兩者都至少是部分地環(huán)繞。為此，將可在荷刻條件下使用的塑料噴射在或者壓貼在金屬薄片周圍，從而達(dá)到支撐部分與密封環(huán)簡單地在形狀上緊密配合地連接的結(jié)果。按照第二個方案，除形狀配合連接外在密封環(huán)和支撐部分之間，還須采用粘貼或焊接方式以實(shí)現(xiàn)在材質(zhì)上的連接。
最后，在支撐部分的圓周上制做出多個開口，這些開口最多延伸過密封環(huán)的整個固定區(qū)域，但至少應(yīng)安排在支撐部分的彎曲部位內(nèi)。這種適且的半圓狀構(gòu)形的開口既改善了接觸密封裝置的彈性，又能防止密封裝置圓周上產(chǎn)生應(yīng)力。支撐環(huán)的內(nèi)部固定部件在力量上或形狀上都是密切配合地固定在工作區(qū)之間。
附圖的簡短描述如下。
本發(fā)明在參考下面的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖考慮時就變得更好理解，因而也易于得到對本發(fā)明的較完整的評價和看到它的許多值得注意的優(yōu)點(diǎn)。
附圖中就廢氣透平增壓器用的接觸密封裝置示明本發(fā)明的幾個實(shí)施例。
附圖表示

圖1是透平增壓器箱體的部分縱剖面圖，該增壓器在壓縮箱和軸承箱之間安置有接觸密封裝置；圖2是第一實(shí)施例中的接觸密封裝置的放大示意圖，圖3是與圖2相應(yīng)的第二實(shí)施例的接觸密封裝置，圖4是與圖2相應(yīng)的第三實(shí)施例的接觸密封裝置，圖5是與圖1相應(yīng)的再一實(shí)施例的透平增壓器箱的部分縱剖面圖，圖6是與圖5相應(yīng)的接觸密封裝置的放大示意圖。
上述附圖僅僅畫出了解本發(fā)明所必需的基本組成部件。有的部分例如有廢氣透平增壓器的透平一側(cè)都未畫出。工作介質(zhì)的流動方向以箭頭表示之。
實(shí)施本發(fā)明的途徑如下。
現(xiàn)在請參考附圖，各圖中相同的標(biāo)號都標(biāo)示同一的或相當(dāng)?shù)牟考?br> 廢氣透平增壓器包含一個壓縮器1和一個廢氣透平，二者安裝在一個共同的軸2上。壓縮器1具有一個壓縮箱3、一個壓縮器輪4和一個作為離心盤加以設(shè)計(jì)制做的隔離環(huán)5。壓縮器輪4有一個中心孔6用于承受軸2的一個端7。為此，壓縮器輪4還具有一個一直延長到壓縮器箱3中的輪軸套8。沿軸向安置在離心盤的旁邊的是軸承部9，該軸承部包含一個軸承箱10和一個滑動軸承11。兩個具有不同壓力的透平增壓器的工作區(qū)通過壓縮器1和軸承部9彼此相連，并相互加以密封。為此，在上述工作區(qū)1、9之間，還安置了一個在動力上密切配合的接觸密封裝置12(圖1)。當(dāng)然，一個這樣的接觸密封裝置12還可用來實(shí)現(xiàn)(圖中未示出的)廢氣透平對軸承部9的密封。
接觸密封裝置12包含一個薄的設(shè)計(jì)成金屬薄片的支撐環(huán)13和一個密封環(huán)14。密封環(huán)14具有一個密封凸肩15(圖2)，該密封凸肩緊靠著壓縮器箱3的一個密封面16(圖1)。金屬薄片13由彈簧鋼做成，但也可用其它某種材料例如彈簧青銅制成。它具有一個內(nèi)部固定部分17和一個外部支撐部分18。支撐部分18朝密封面16的方向在其自由的外部區(qū)段19處加以彎曲，并在同一方向中加以傾斜。當(dāng)然，支撐部分18的外部區(qū)段19也可朝相反方向加以彎曲(未示明)。密封環(huán)14在支撐部分18的彎曲部位19處包圍著支撐部分。在支撐部分18的圓周上設(shè)置了幾個開口20，這些開口幾乎延伸越過在支撐部分18上的密封環(huán)14的整個固定部位(圖2)。開口20是設(shè)計(jì)成半圓形的。金屬薄片13的內(nèi)部固定部分17被夾緊在輪罩8和離心盤5的軸向區(qū)域之間(圖1)。
采用聚酯-乙醚-酮(PEEK)作為制造密封環(huán)14的材料，這種材料可額外含有一種石墨成份。這種耐磨損的足夠耐油和耐熱的可在苛刻條件下工作的塑料特別適合于透平增壓器的壓縮器箱和軸承箱3、10之間的密封。當(dāng)然，也可使用其它的可在苛刻條件下工作的塑料，例如聚酰亞胺(PI)。在制造接觸密封裝置12時，將可在苛刻條件下工作的塑料噴射在金屬薄片13的四周，這樣可導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)支撐部份18與密封環(huán)14的簡單而適配的緊密連接。當(dāng)然，將可在苛刻條件下工作的塑料適當(dāng)?shù)貕嘿N在金屬薄片13上，也可以實(shí)現(xiàn)緊密配合。
接觸密封裝置12同樣可安置在其它渦輪機(jī)的毗鄰而具有不同壓力條件的工作區(qū)之間，其效果是相同的，也是有利的。
在透平增壓器正常運(yùn)行時，壓縮器1和軸承部9是通過接觸密封裝置12來實(shí)現(xiàn)彼此密封的。這樣，便可阻止作為壓縮器1的工作介質(zhì)的空氣21和作為軸承部9的工作介質(zhì)的潤滑油22侵入對方的工作區(qū)9或者1。為此目的，支撐部分18朝著密封面16的方向加以傾斜，從而使密封環(huán)14以其密封凸肩15緊靠在壓縮器箱體3上。這時，金屬薄片13保證了在高圓周速度條件下密封環(huán)14所需的支撐作用；與此同時，開口20改善了接觸密封裝置12的彈性，并防止了在其圓周上形成應(yīng)力。如果轉(zhuǎn)速升高而超過臨界運(yùn)行狀態(tài)的話，則可能由于金屬薄片13的彈簧效應(yīng)之故使密封環(huán)14從密封面16離開。在這種情況下，壓縮器1和軸承部9的密封是由于，在壓縮器一側(cè)形成了更高的壓力來保證的。此外，處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的離心盤5起著動態(tài)密封件的作用，即它具有一種噴射效應(yīng)。隨著透平增壓器的轉(zhuǎn)速逐漸降低，密封環(huán)14再次恢復(fù)它在密封面16上的原始位置。
在第二個實(shí)施例中，密封環(huán)14具有一個外表面23，該外表面的圓周沿著壓縮器箱體3的密封面16的方向遞增。在外表面23的最大圓周上做出一個密封棱邊24，密封環(huán)14以該棱邊緊靠在壓縮器箱體3的密封面16上(圖3)。由于密封環(huán)14的外表面23的圓周向著軸承一側(cè)遞減，所以潤滑油22總是沿著這個方向流出。這樣一來，密封棱邊24被保持著無油。此外，在密封環(huán)14的徑向外部區(qū)域，即使在接觸密封裝置12的不同預(yù)加載情況下，也總能獲得一種棱邊加壓，這一點(diǎn)可導(dǎo)致改善密封效果。
在第三個實(shí)施例中，密封環(huán)14只是部分地在支撐部分18的彎曲部位19中包圍著金屬薄片的支撐部分18(圖4)。在密封環(huán)14的彎曲部位19的間隙中，即在彎曲部位不再直接被密封環(huán)14所包圍之處，涂覆一種膠粘劑25。借此，除了在形狀上產(chǎn)生種密切連接之外，還可附帶地促成密封環(huán)14和支撐部分18的牢固粘結(jié)連接。當(dāng)然還可實(shí)現(xiàn)其它在材質(zhì)上密切配合的連接，例如通過焊接。
另一個實(shí)施例見圖5所示。在這個實(shí)施例中，支撐部分18的彎曲部位19部分地包圍密封環(huán)14。密封環(huán)14和支撐部分18的連接是通過下述措施在形狀上實(shí)現(xiàn)密切配合連接的，即通過向內(nèi)卷邊的邊幫26。為了固定接觸密封裝置12，離心盤5在壓縮器一側(cè)有一個凹槽27，該凹槽與相應(yīng)做出的金屬薄片13的固定部分17相匹配。由于這種在形狀上的密切定位配合，降低了接觸密封裝置12的安裝費(fèi)用。圖6為帶有半圓形開口20的接觸密封裝置12的放大透視圖。
顯然，根據(jù)上述技術(shù)對本發(fā)明作很多的改進(jìn)和變化都是可能的。因而除了在此具體描述的那些外，本發(fā)明還可以在附錄的權(quán)利要求范圍內(nèi)加以實(shí)施應(yīng)用。
標(biāo)號一覽表1壓縮器，工作區(qū)2軸3壓縮器箱體4壓縮器輪5定距環(huán)，離心盤6孔眼7端，軸端8輪罩9軸承部，工作區(qū)10 軸承箱體11 滑動軸承12 接觸密封裝置13 支撐環(huán)，金屬薄片14 密封環(huán)15 密封凸肩16 密封面17 固定部分18 支撐部分19 外部區(qū)段，加以彎曲的20 開口21 空氣22 潤滑油23 外表面24 密封棱邊25 膠粘劑26 邊幫27 5的凹槽
權(quán)利要求
1.用于快速運(yùn)行的和/或在密封區(qū)域中具有高溫度的渦輪機(jī)的接觸密封裝置，它以力配合或形狀配合方式固定在一臺渦輪機(jī)的兩個毗鄰的具有不同壓力條件的工作區(qū)(1、9)之間，并將兩工作區(qū)互相密封起來，為此而緊靠在兩個工作區(qū)(1、9)之一的一個密封面(16)上，在轉(zhuǎn)速超過其臨界工作點(diǎn)時便從密封面(16)離開，其特征在于a)接觸密封裝置(12)至少是做成兩件式的，它包含一個薄的支撐環(huán)(13)及一個密封環(huán)(14)，b)密封環(huán)(14)是用一種耐磨損的足夠耐油和耐熱的材料做成的，c)支撐環(huán)(13)是用一種即使在高負(fù)載下也是完全可逆的彈性材料做成的，它具有一個內(nèi)部固定部分(17)和一個外部支撐部分(18)，d)支撐部分(18)在形狀上與密封環(huán)(14)緊密配合地相連接，e)在接觸密封裝置處于安裝狀態(tài)中，至少是支撐部分(18)被設(shè)計(jì)成朝著密封面(16)的方向傾斜。
2.按照權(quán)利要求1中所述的接觸密封裝置，其特征在于密封環(huán)(14)具有一個外表面(23)，該外表面的圓周沿著密封面(16)的方向遞增，而且在其最大圓周上形成了一個緊靠在密封面(16)上的密封棱邊(24)。
3.按照權(quán)利要求1或2中所述的接觸密封裝置，其特征在于支撐環(huán)(13)是用一種金屬薄片特別是彈簧鋼制做的；密封環(huán)(14)是用一種可在苛刻條件下工作的塑料制做的。
4.按照權(quán)利要求3中所述的接觸密封裝置，其特征在于可在苛刻條件下工作的塑料含有一種石墨成分。
5.按照權(quán)利要求3或4中所述的接觸密封裝置，其特征在于除了支撐部分(18)和密封環(huán)(14)在形狀上的密切配合的連接之外，在這兩個組成部件之間還可有材質(zhì)上的相結(jié)合的連接。
6.按照權(quán)利要求1至5中的一項(xiàng)所述的接觸密封裝置，其特征在于支撐部分(18)在其自由的外部區(qū)段(19)是加以彎曲的；密封環(huán)(14)在支撐部分的彎曲區(qū)段(19)中至少部分地包圍著支撐部分(18)。
7.按照權(quán)利要求1至5中的一項(xiàng)所述的接觸密封裝置，其特征在于支撐部分(18)在其自由的外部區(qū)段(19)朝著密封面(1 6)的方向加以彎曲；被彎曲的區(qū)段(19)至少部分地包圍著密封環(huán)(14)。
8.按照權(quán)利要求6或7中所述的接觸密封裝置，其特征在于在支撐部分(18)的圓周上設(shè)計(jì)制做出多個開口(20)，這些開口最大限度地在密封環(huán)(14)的整個固定區(qū)域延伸，但至少設(shè)置在支撐部分(18)的彎曲區(qū)段(19)中。
9.按照權(quán)利要求8中所述的接觸密封裝置，其特征在于開口(20)是做成半圓形的。
全文摘要
本發(fā)明通過下述措施提供一種即使對高圓周速度和高溫也適用的渦輪機(jī)接觸密封裝置。接觸密封裝置(12)由至少兩部件組成，包含一個薄支撐環(huán)(13)和一個密封環(huán)(14)。密封環(huán)(14)用耐磨損的、足夠耐油和耐熱的材料制成，而支撐環(huán)(13)用即使在高負(fù)載下也完全可逆的彈性材料尤其是彈簧鋼制成。支撐環(huán)有內(nèi)部固定部分(17)和外部支撐部分(18)。支撐部分(18)與密封環(huán)(14)形狀相配地連接。至少支撐部分(18)朝密封面(16)的方向傾斜。
文檔編號F16J15/44GK1157382SQ9611459
公開日1997年8月20日 申請日期1996年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月24日
發(fā)明者J·貝耶蒂, M·G·庫泰 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司