专利名称：可缩进的密封系统的制作方法
技术领域：
本申请大体涉及涡轮发动机，并且更具体而言，涉及用于针对可预测的运行在瞬态事件期间在密封件寿命内限制密封件周围的摩擦力的压力平衡式可缩进的密封系统。
背景技术：
刷式密封件常常用来消除或最大程度地减小通过可定位在彼此的附近的部件或构件之间的间隙的空气泄漏。例如，刷式密封件定位在旋转机构中，例如用于动力发生的涡轮发动机等。典型地，刷式密封件最大程度地减小在密封件的相反的侧部上处于不同的压力的区域之间的泄漏。作为一个具体实例，刷式密封件可用来最大程度地减小通过诸如定子的固定构件和诸如转子的旋转构件之间的间隙(或空隙)的空气泄漏。刷式密封件是接触式密封件，其具有接触转子表面的刚毛，以便与诸如迷宫密封件等的非接触式密封件相t匕，允许有紧密的空隙和减小的泄漏。 但是，由于在例如涡轮启动或停机期间的热瞬态在刚毛和转子之间引起的干涉的原因，刷式密封件的刚毛可经受相当大的磨损。这个磨损可在多次启动/停机循环中积聚，而降低密封件在稳态运行期间的泄漏性能。刚毛的磨损一般与涡轮效率和动力输出的整体下降相关。通过在物理上将密封件移离转子，可缩进的刷式密封件可消除在启动或停机期间由于热干涉而引起的磨损。借助于响应于跨过密封件的不定的压差的片簧等，可缩进的刷式密封件可被动地起动。可缩进的刷式密封件可定位在大空隙位置上，使得在启动期间的不断增大的压差使片簧变形，而使密封件移动得更靠近转子。类似地，在停机期间，不断下降的压差会导致片簧缩进，以便将密封件移离转子。因而可缩进的刷式密封件消除或减小了刚毛/转子干涉，以便提供增加的构件寿命。可缩进的刷式密封件通常安装在加工到定子中的匹配槽口中。匹配槽口的两个钩在可缩进的密封件移向转子和移离转子的期间对片簧变形提供刚性支承。跨过密封件的压差抵靠着后部支承钩加载密封件，以便形成防止通过支承钩的偏置泄漏的气体接头。但是，在可缩进的刷式密封件的工作寿命中，在密封件/钩接触表面处的摩擦系数可由于匹配部件的氧化和腐蚀的原因以及由于部件之间的微振磨损或滑动磨损所引起的表面光洁度变化的原因而改变。因此，密封件封闭和缩进行为可随着时间的过去而改变。这样的变化可导致密封件在启动期间无法完全封闭到期望的小空隙位置或在停机期间在定子和转子之间发生热干涉之前无法缩进。前者可导致显著的性能降低，而后者则可导致过度的密封件磨损或损害。因而期望有一种消除或减小摩擦力对密封件运动的影响的改进的可缩进的密封系统。这种改进应当对整个密封系统提供可预测性、可靠性和增加的寿命。鉴于此，可在长时间里改进总的泄漏性能，以提高总的涡轮发动机效率和动力输出
发明内容
因而本申请提供了一种用于在涡轮发动机的高压侧和低压侧之间使用的可缩进的密封系统。该可缩进的密封系统可包括定位在固定构件的槽口中的密封件、定位在密封件的周围的压力平衡穴，以及与压力平衡穴和高压侧处于连通的管道。本申请进一步提供了一种减小在密封件的颈部和涡轮的固定构件的钩之间的接触表面处的摩擦的方法。该方法可包括以下步骤将压力平衡穴定位在接触表面的周围；使压力平衡穴内的压力和密封件的高压侧均衡；以及响应于涡轮的瞬态运行而沿着接触表面移动密封件。本申请进一步提供了一种用于在涡轮发动机的高压侧和低压侧之间使用的可缩进的密封系统。该可缩进的密封系统可包括具有定位在固定构件的槽口的成对的钩的周围的颈部的刷式密封件；定位在颈部和成对的钩中的一个的周围的压力平衡穴；以及与压力平衡穴和高压侧处于连通的管道。
在审阅结合若干幅图和所附权利要求而得到的以下详细描述之后，本申请的这些和其它特征与改进将对本领域普通技术人员变得显而易见。
图I是燃气轮机发动机的示意图。图2A是如可在本文中描述的可缩进的密封系统的侧视横截面图。图2B是图2A的可缩进的密封系统的透视图。图3A是如可在本文中描述的可缩进的密封系统的一个备选实施例的侧视横截面图。图3B是图3A的可缩进的密封系统的透视图。图4是如可在本文中描述的可缩进的密封系统的一个备选实施例的侧视横截面图。图5A是如可在本文中描述的可缩进的密封系统的一个备选实施例的侧视横截面图。图5B是图5A的可缩进的密封系统的一部分的透视图。图6是如可在本文中描述的可缩进的密封系统的一个备选实施例的侧视横截面图。部件列表10 燃气轮机发动机15 压缩机20 空气流25 燃烧器30 燃料流35 燃烧气体40 涡轮45 轴50 负载100 可缩进的密封系统
110固定构件120旋转构件130刷式密封件131密封件保持器 135高压侧140密封件槽口145低压侧150上部凸缘160伸长的颈部170刚毛180钩190槽200弹簧210接触表面220压力平衡穴230管道240可缩进的密封系统250凸缘凹槽260可缩进的密封系统270压力平衡穴280凸缘管道290可缩进的密封系统300钩凹槽310可缩进的密封系统320迷宫密封件330迷宫齿340压力平衡穴350管道
具体实施例方式现在参照附图，其中相同标号在整个若干幅图中表示相同元件，图I显示了如可在本文中描述的燃气轮机发动机10的示意图。燃气轮机发动机10可包括压缩机15。压缩机15压缩进入的空气流20。压缩机10将经压缩的空气流20输送到燃烧器25。燃烧器25混合经压缩的空气流20与经压缩的燃料流30，并且点燃混合物，以产生燃烧气体流35。虽然仅显示了单个燃烧器25，但是，燃气轮机发动机10可包括任何数量的燃烧器25。燃烧气体流35又被输送到涡轮40。燃烧气体流35驱动涡轮40，以便产生机械功。如上面描述的那样，在涡轮40中产生的机械功通过轴45驱动压缩机15，以及驱动外部负载50，例如发电机等。燃气轮机发动机10可使用天然气、各种类型的合成气和/或其它类型的燃料。燃气轮机发动机10可为纽约斯克内克塔迪的通用电气公司等提供的许多不同的燃气轮机发动机中的任何一个。燃气轮机发动机10可具有不同的构造，并且可使用其它类型的构件。也可在本文中使用其它类型的燃气轮机发动机。也可在本文中共同使用多个燃气轮机发动机、其它类型的涡轮和其它类型的动力发生装备。图2A和2B显示了如可在本文中描述的可缩进的密封系统100的一个实例。类似于上面描述的那个，可缩进的密封系统100在诸如定子等的固定构件110和诸如转子等的旋转构件120之间进行密封。可在本文中使用任何类型的固定构件110和旋转构件120。可在本文中使用其它构造和其它构件。可缩进的密封系统100可包括刷式密封件130。刷式密封件130可如显示的那样刚性地安装在可缩进的密封件保持器131中。备选地，刷式密封件130可成形到可缩进的密封件保持器131本身中。刷式密封件130可定位在固定构件110的密封件槽口 140内，并且延伸向旋转构件120。刷式密封件130可定位在高压侧135和低压侧145之间。密封件保持器131可包括上部凸缘150和伸长的颈部160。还可使用额外的凸缘(或翼部)来协 助预先加载等。一个或多个刚毛170可安装在颈部160的周围，并且延伸向旋转构件120。刚毛170可由金属或其它材料(例如陶瓷)制成。可使用任何数量或大小的刚毛170。密封件保持器131的凸缘150可定位在由固定构件110中的凹槽190形成的成对的钩180上。许多弹簧200可定位在密封件保持器131的凸缘150和形成在密封件槽口 140的周围的钩180之间。可在本文中使用其它构件和其它构造。虽然显示了片簧，可使用诸如螺旋弹簧、盘簧等任何类型的机械弹簧来实现期望的被动式促动。如上面描述的那样，可迫使密封件保持器131的颈部160在低压侧145上、在接触表面210处抵靠钩180。它们之间的摩擦系数可影响可缩进的密封系统100的整体性能。定位在密封件保持器131的颈部160上的压力平衡穴220协助减小密封件运动期间的总摩擦力。凸缘管道230可自压力平衡穴220延伸通过凸缘150且延伸到凹槽190中。管道230可沿径向、沿轴向延伸，或者为径向和轴向之间的任何其它定向。压力平衡穴220可为具有任何大小、形状或容积的任何类型的内部空间。同样，管道230可为使穴220与凹槽190连接的任何类型的通道或孔。可在本文中使用其它构造和其它构件。因而，通过凸缘管道230，可使压力平衡穴220的内部的压力与高压侧135上的上游压力相等。具体而言，使用压力平衡穴220会减小在高压侧上推压在密封件保持器131上的轴向力，密封件保持器131又将颈部160推压在钩180上。鉴于此，通过减小与密封件保持器131的运动相反的摩擦力，压力平衡穴220减小变化的摩擦系数的影响。但是，仍然在颈部160和钩180之间保持充分的摩擦接触，以便防止沿着接触表面210有泄漏。图3A和3B显示了可缩进的密封系统240的另一个实施例。在这个实施例中，压力平衡穴220可与凸缘凹槽250处于连通。如所显示的那样，凸缘凹槽250可沿着凸缘150的底部延伸，并且延伸到凹槽190的内部中。可在本文中使用其它构造和其它构件。图4显示了可缩进的密封系统260的另一个实施例。在这个实施例中，压力平衡穴270可定位在钩180中的一个中。压力平衡穴270可与凸缘管道280处于连通，凸缘管道280延伸通过密封件保持器131的颈部160和凸缘150，并且与凹槽190处于连通。可在本文中使用其它构造和其它构件。图5A和5B显示了可缩进的密封系统290的类似的实例。在这个实施例中，压力平衡穴270再次定位在钩180内。压カ平衡穴270与钩凹槽300处于连通，钩凹槽300在密封件保持器131的凸缘150的附近沿着钩180的长度延伸，并且再次延伸向凹槽190的侧部。可在本文中使用其它构造和其它构件。本文描述的可缩进的密封系统的各种实施例仅是为了实例的目的。可在本文中使用任何类型的压カ平衡穴，该压カ平衡穴或者在刷式密封件130的颈部160的周围以及/或者在钩180的周围，并且与其上游的高压侧135处于连通，以便减小接触表面210的周围的压力。因而使用可缩进的密封系统会减小颈部160和钩180的周围的摩擦力，同时保持防漏密封。摩擦的减小应当在工作寿命中提高密封件的整体稳定可靠性和密封件的可预测性。因而其中的压カ的均衡会导致密封件运动在瞬态运行等期间对与密封件运动相反的摩擦系数较不敏感。可缩进的密封系统还降低密封件不稳定性的可能，不稳定性可导致密封件翅起或歪斜(cocking)。应当通过减小热干涉等引起的刚毛磨损来改进密封件的整体性能和工作寿命。 图6显示了可缩进的密封系统310的另ー个实施例。这个实施例显示了使用具有ー个或多个迷宫齿330的迷宮密封件320。迷宮密封件320可与压カ平衡穴340和管道350一起使用。压カ平衡穴340可定位在颈部160或钩180上。同样，管道350可延伸通过凸缘150，或者沿着凸缘150或钩180作为凹槽而延伸。可在本文中使用其它构造和其它构件。因而，除了刷式密封件和迷宮密封件，本文描述的可缩进的密封系统能够应用于其它类型的转子-定子密封件。例如，可在本文中使用填密环、蜂巣状密封件、耐磨密封件等。此外，可在许多其它燃气轮机或蒸汽轮机位置等中使用可缩进的密封系统。因而可在任何类型的固定构件110和任何类型的旋转构件120之间在任何期望的位置上使用可缩进的密封系统。应当显而易见的是，前述仅涉及本申请的某些实施例，而且本领域普通技术人员可作出许多改变和改良，而不偏离所附权利要求及其等效方案所限定的本发明的大体精神和范围。
权利要求
1.一种用于在涡轮发动机(10)的高压侧(135)和低压侧(145)之间使用的可缩进的密封系统(100)，包括 定位在固定构件(Iio)的槽口(140)中的密封件(130)； 定位在所述密封件(130)的周围的压力平衡穴(220);以及 与所述压力平衡穴(220)和所述高压侧(135)处于连通的管道(230)。
2.根据权利要求I所述的可缩进的密封系统(100)，其特征在于，所述密封件(130)朝向旋转构件(120)。
3.根据权利要求I所述的可缩进的密封系统(100)，其特征在于，所述密封件(130)包括刷式密封件(130)。
4.根据权利要求3所述的可缩进的密封系统(100)，其特征在于，所述刷式密封件(130)包括多个刚毛(170)。
5.根据权利要求I所述的可缩进的密封系统(100)，其特征在于，所述密封件(130)包括定位在所述固定构件(Iio)的凹槽(190)内的上部凸缘(150)。
6.根据权利要求I所述的可缩进的密封系统(100)，其特征在于，所述密封件(130)包括定位在所述固定构件(Iio)的周围的一个或多个弹簧(200)。
7.根据权利要求I所述的可缩进的密封系统(100)，其特征在于，所述密封件(130)包括定位在所述固定构件(Iio)的所述槽口(140)的成对的钩(180)之间的颈部(160)。
8.根据权利要求7所述的可缩进的密封系统(100)，其特征在于，所述压力平衡穴(220)定位在所述颈部(160)内。
9.根据权利要求7所述的可缩进的密封系统(100)，其特征在于，所述压力平衡穴(220)定位在所述成对的钩(180)中的一个内。
10.根据权利要求I所述的可缩进的密封系统(100)，其特征在于，所述管道(230)包括通过所述密封件(130)的凸缘(150)的凸缘管道(230)。
11.根据权利要求I所述的可缩进的密封系统(100)，其特征在于，所述管道(230)包括沿着所述密封件(130)的凸缘(150)的凸缘凹槽(250)。
12.根据权利要求I所述的可缩进的密封系统(100)，其特征在于，所述管道(230)包括沿着所述固定构件(110)的钩(180)的钩凹槽(300)。
13.根据权利要求I所述的可缩进的密封系统(100)，其特征在于，所述密封件(130)包括迷宫密封件(320)。
14.根据权利要求13所述的可缩进的密封系统(100)，其特征在于，所述迷宫密封件(320)包括一个或多个迷宫齿(330)。
15.一种减小密封件(130)的颈部(160)和涡轮(10)的固定构件(110)的钩(180)之间的接触表面(210)处的摩擦的方法，包括 将压力平衡穴(220)定位在所述接触表面(210)的周围； 使所述压力平衡穴(220)内的压力和所述密封件(130)的高压侧(135)均衡；以及 响应于所述涡轮(10)的瞬态运行，沿着所述接触表面(230)移动所述密封件(130)。
全文摘要
本发明涉及可缩进的密封系统。因而本申请提供了一种用于在涡轮发动机(10)的高压侧(135)和低压侧(145)之间使用的可缩进的密封系统(100)。可缩进的密封系统(100)可包括定位在固定构件(110)的槽口(140)中的密封件(130)、定位在密封件(130)的周围的压力平衡穴(220)，以及与压力平衡穴(220)和高压侧(135)处于连通的管道(230)。
文档编号F01D11/02GK102777217SQ20121015826
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者G·克伦, K·S·沙, O·萨穆德拉拉, S·库马 申请人:通用电气公司