在径向向外运动的情况下，次级密封件行为类似具有减小的对向外座运动的阻力的软而长的悬臂。
[0037]图9为根据本发明的实施例的具有相邻密封装置节段12之间的多个搭叠垫片72的覆膜密封件组件70。多个搭叠垫片72设置成以便重叠密封件组件70中的相邻次级密封件34。搭叠垫片72中的各个包括与成角度地附接到彼此的第一垫片74和第二垫片76。在一个实施例中，搭叠垫片72中的各个为附接(硬焊)到一个节段的次级密封件的弯曲金属垫片，使得其延伸至相邻节段的次级密封件上。弯曲垫片74，76的夹角构造成符合在沿两个相邻次级密封件34的直线之间形成的角度。对于搭叠垫片72中的各个，第一垫片74附接到次级密封件24中的一个，且第二垫片76为延伸垫片，该延伸垫片构造成在密封件组件70的相邻次级密封件上自由地滑动。此延伸垫片预计在加压下闭合，且减小相邻次级密封件34之间的节段间隙泄漏。
[0038]密封件组件70相对于转子13组装(如图1中所示)，使得存在各座板14与转子13之间和各相邻座板14之间的空隙。相邻节段12的次级密封件34在它们之间也具有空隙(除了由如图9中所示的搭叠垫片72覆盖时之外)，以避免节段连结。在加压时，流体在前波纹弹簧30 (其在宽度上比密封节段14，24短)附近流动，且对前腔38 (图1中所示)加压。来自相邻节段12的次级密封件34与花键密封件和/或搭叠垫片70 —起形成用于定子界面元件24与座板14之间的流体流的阻力通路。由于各次级密封件34形成与相应座板的线接触，故存在经过座与次级密封件之间的该线接触的相对小的泄漏，和跨过花键密封件和搭叠垫片70的布置的小的泄漏。低压流体在后波纹管32附近流动(图2中所示)，以形成次级密封件34、花键和/或搭叠垫片70布置后方的低压。因此，跨过密封件组件70的压降跨过次级密封件34、花键和/或搭叠垫片70的布置而发生。密封件的加压导致座板14朝转子移动，且取决于其初始组件空隙，各节段12的座板12覆在流体膜(3/1000到5/1000英寸厚)上，从而以空气静力模式操作。
[0039]图10示出了根据本发明的实施例的密封装置节段12中的另一个后端口 52。在该实施例中，一个或更多个后端口 52为直的端口或周向成角度端口，以用于允许从多个迷宫齿16后方直接至密封装置节段12的下游腔的流体流。一个或更多个后端口 52的第一端开口可位于后座区段28的面对迷宫齿16后侧的第一边缘处。如该实施例中所示，一个或更个后端口 52的第二端开口可位于座板14的后座区段的第二边缘处，从而将流体流从多个迷宫齿16的后方直接地引导至密封装置节段12的下游腔。
[0040]图11示出了根据本发明的实施例的密封件组件10中的座-转子曲率。密封件组件10还以空气动力操作模式操作。当转子-座板间隙开始减小(例如，在导致空隙变化的热瞬变事件期间)时，薄流体膜51开始累积附加压力。在该实施例中，座板14的曲率半径故意加工成大于转子半径。结果，当转子-座板间隙变得小(通常小于1/1000英寸)时，流体膜51沿旋转方向单调地汇聚或汇聚-发散。流体楔形式的该流体膜引起附加压力积累。薄膜的物理性质从液体动压轴颈轴承或箔带轴承中得到良好的理解，且可使用适合的流体流模型来模拟。基本原理为沿旋转方向的流体膜厚度中的任何负梯度将使流体膜中的压力增大至高于其边界压力。由薄流体膜引起的附加压力挤压波纹弹簧30，32，从而使座板14沿径向向外移动，且保持转子免于接触座板14。在该意义上，转子的任何向外位移由每个密封装置节段12上的座板14跟踪。
[0041]在如图12中所示的另一个实施例中，薄流体膜由于旋转方向上的座板14上的一个或更多个瑞利梯级60，62的存在而生成附加力。如图所示，前座区段26包括第一瑞利梯级60，且后座区段28包括第二瑞利梯级62。应当注意的是，多个前端口 50和一个或更多个后端口 52也用作冷却端口的目的，以带走附加的热，该附加的热可在密封操作的薄膜空气动力模式中生成。
[0042]两个座区段(S卩，前座区段26和后座区段28)的存在允许(围绕周向轴线)沿两个方向生成空气动力力矩。例如，如果座板14倾斜使得后座区段28的后缘比前座区段26的前缘更接近转子，则后座区段28将生成比前座区段26大的空气动力，且所得的空气动力力矩将校正座的倾斜。类似地，前座区段26允许在前座区段26更接近转子的情况下校正空气动力倾斜。总体上，具有与转子或一个或更多个瑞利梯级60，62失配的曲率的两个座板区段布置允许自动校正密封行为，其可不但校正径向空隙变化，还校正密封件中的前后倾斜。
[0043]在非限制性实例中，波纹弹簧30，32和次级密封件34(如图2中所示)两者由高温金属合金垫片如Inconel X750或Rene41形成。波纹弹簧30，32的两端硬焊到顶部界面元件24和座板14。次级密封件34悬臂连接(硬焊)到定子或顶部界面元件24，且能够在座板表面上自由地轴向滑动。在本实施例中，次级密封件34的自由端接触座板14 (如图所示)，且始终保持与座板14接触。在一个实施例中，在加压之前可存在次级密封件34与座板14之间的间隙(没有接触)，且该间隙将在加压时闭合，以形成次级密封件34与座板14之间的接触。在一个实施例中，座板14和定子界面件或顶部界面元件24为加工或铸造的。在一个实施例中，座板的径向最内表面可涂布有润滑涂层，如NASA PS302或NASA PS400，类似涂层，其可处理座板14与转子之间的意外摩擦。在另一个实施例中，与座板14对接的转子表面可涂布有碳化铬或氮化钛铝或类似涂层，以改善转子的硬度、耐腐蚀性和维持良好表面精整度的能力。
[0044]图13示出了根据本发明的实施例的转子-定子密封件组件80。在一个实施例中，转子-定子密封件组件80包括转子上的凹槽或槽口 82，其沿轴向或切向方向成角度，以用于在转子机械操作期间生成空气动力。在另一个实施例中，转子定子密封件组件80包括转子上的凹槽或槽口 84,其为鲱鱼鱼骨(herringbone)图案以用于在转子机械的操作期间生成空气动力。
[0045]此外，在一个实施例中，转子13的在前座26下方的一部分包括沿组合的轴向和切向方向定向的凹槽或槽口或凹穴82。此外，在该实施例中，转子13的在后座28下方的一部分包括鲱鱼鱼骨图案。在又一个实施例中，前座和后座26、28中的各个下方的转子13包括凹穴/凹槽/槽口，它们以纯粹轴向或组合的轴向和切向的凹槽或鲱鱼鱼骨图案定向。转子13上的凹槽可沿旋转方向或与旋转方向相反地对准。
[0046]图14为流程图100，其示出提供的制造密封件组件的方法中涉及的步骤。该方法包括在步骤101处提供多个密封装置节段，密封装置节段用于提供定位在静止壳体与转子中间的密封件组件。在步骤102处，该方法包括提供具有前座区段和后座区段的座板，前座区段和后座区段具有在它们之间面对转子的一个或更多个迷宫齿。在步骤104处，该方法包括将多个波纹弹簧或弯部连接到座板和连接到定子界面元件。该方法包括将多个波纹弹簧或弯部紧固或硬焊到定子界面元件和座板。进一步在步骤106处，该方法包括将花键密封件设置在定子界面元件中的凹槽或槽口内，以用于防止泄漏。在步骤108处，该方法还包括使次级密封件的一端与定子界面元件整体结合；和将次级密封件的第二端定位在多个波纹弹簧和座板附近。在一个实施例中，该方法还包括将次级密封件紧固或硬焊到定子界面元件。在另一个实施例中，该方法还包括利用润滑涂层来涂布座板的径向最内表面，该润滑涂层选自基于金属氧化物的涂层的集合，其包括由Nat1nal Aeronautics and SpaceAdministrat1n (NASA)开发的且称为 NASA PS304 或 NASA PS400 的等离子喷涂(PS)。在又一个实施例中，该方法还包括以润滑涂层和耐磨涂层涂布座板的径向最内表面，该润滑涂层选自石墨、类金刚石碳和六方氮化硼或类似的其它固体润滑剂的集合。此外，在另一个实施例中，该方法包括以选自碳化铬、氮化钛铝等的材料来涂布与座板对接的转子表面。
[0047]有利的是，本空气动力密封件组件是可靠、稳健的密封件，其用于旋转机械的具有大的压降和大的瞬变的若干位置中。密封件组件还是制造起来经济的。密封件的无接触操作使得它们对于大转子瞬变位置是有吸引力的。此外，本发明允许弹簧刚度和压力抵抗能力的独立控制，从而允许仍耐受高压降的顺应性密封件的设计。此外，本发明允许座板在空气静力操作中保持与转子平行，且在空气动力模式期间平行于转子地转移。本发明还包括改善的径向运动的可预测性(泄漏性能和稳健性的提高的可预测性