CN101052833A - 自由浮动波纹管 - Google Patents

Abstract

一种密封系统适用于气体流动系统。该密封系统具有两个密封面以及在密封面之间弹性偏压的纵向可压缩密封件。该密封件具有波纹管构造以及与所述密封面密封接触的相对端，使得所述密封件的至少一端在保持所述密封接触的同时自由地相对于所述对应密封面进行移动。该密封系统尤其适用于将发动机与排放部件密封。

Description

自由浮动波纹管

技术领域

本发明涉及密封件。尤其地，本发明涉及用于控制从喷气式发动机排出的排放气体的流动的密封件。

背景技术

许多类型的飞行器使用涡轮机提供飞行所需的动力。例如，旋翼式飞行行具有驱动旋转翼的涡轮机。在这种飞行器中，涡轮发动机稳固地固紧至旋翼式飞行器的机架，排放系统可连接至发动机的排放端从而按照需要重新导向排放气体。只要排放系统的重量比较轻，那么发动机可支承额外的负载。因为排放系统直接地连接至发动机，所以排放系统与发动机之间的密封比较简单。对于该接头的主要考虑在于对排放系统进行的支承。

在排放系统的近期进展中，排放系统的重量变得更大，该系统除了其他优势外还能够减小通过红外设备观看到的飞行器的热量特征。这种排放系统使得飞行器更加难于使用红外设备定位和跟踪，这在军事应用方面具有重要意义。

由于具有红外抑制功能的排放系统的重量有所增加，所以排放系统不再具有足够轻的连接至发动机使发动机能够支承的重量。代替地，排放系统必须直接地安装至机架。因为发动机和排放系统安装至机架的不同部分，并且因为机架在使用时会产生弯曲，所以排放系统和发动机不再相对固定。排放系统可相对于发动机的输出端在三维方向中运动。因此，在发动机和排放系统中，强调在发动机与排放系统之间进行刚性连接。

当尝试将排放系统装配至发动机以及为接头中的轴向和径向移动作准备时，会产生若干问题。这些问题来自于必须适应的相对运动、环境的高温以及对充分密封的需要。第一个问题是从诸如指状密封(finger seal)的密封件中产生泄漏，这样无法充分地密封排放气体。第二个问题是当尝试使用可适应足够径向运动的迷宫式接头或者绳索密封(rope seal)时密封件具有较大的直径。第三个问题是如果使用复杂的结构来适应运动，那么这种密封件的重量较大，但是这种密封件能够提供充分的密封。第四个问题是密封件的维护；使用周期需要越长越好，并且理想情况下只产生被动失效。

虽然在将排放系统密封至涡轮发动机的领域已经有了明显的进步，但是仍然存在明显的缺点。

发明内容

需要一种排放密封件，该密封件可在严格的排放环境中提供良好的密封，同时可以保持轻重量、低外形、持久性并且可被动失效。

因此，本发明的目的是提供一种排放密封件，该密封件可在严格的排放环境中提供良好的密封，同时保持轻重量、低外形、持久性并且可被动失效。

这一目的通过提供适用于气体流动系统的密封系统而实现。该密封系统具有两个密封面以及在密封面之间弹性偏压的纵向可压缩密封件。该密封件具有波纹管构造以及与所述密封面密封接触的相对端，使得所述密封件的至少一端在保持所述密封接触的同时自由地相对于所述对应密封面进行移动。该密封系统尤其适用于将发动机与排放部件密封。

本发明带来明显的优势，包括：(1)对于接头在极高温环境下产生明显的径向和轴向移动时实现非常好的密封；(2)比较低的重量；(3)比较低的物理外形；(4)更长的使用寿命；以及(5)被动失效，从而在超过使用寿命后确保安全。

其他目的、特征和优势将在随后的说明书中清楚明了。

附图说明

本发明的新颖特征在所附的权利要求中进行说明。但是，本发明的本身以及优选实施方式以及其他目的和优势将参照下述详细说明并结合附图得到最清楚的理解，其中：

图1是由涡轮发动机提供动力的具有红外减弱功能排放系统的旋翼式飞行器；

图2是图1的飞行器的发动机和排放系统的横截面剖视图；

图3是图2中所示的排放密封件的局部细节视图；

图4是图2所示的排放密封件的轴向视图；

图5是图2所示的排放密封件的部件的轴向分解视图。

具体实施方式

本发明描述下述发现，包括波纹管和表面密封件的自由浮动密封件可为气体流动系统中的部件之间的低泄漏率作准备同时允许各部件的彼此相对的明显纵向和横向运动。该密封件尤其适合用在高温环境，诸如涡轮发动机与分离支承的排放系统之间的经受彼此相对的轴向和径向移动的排放密封。

参照图1，图中示出具有涡轮发动机13和排放系统15的旋翼式飞行器11。飞行器11具有机架17。发动机13和排放系统15的每个在用于结构支承的分离点处连接至机架17。飞行器11并不局限于旋翼式飞行器，正如涡轮可广泛地应用在其他类型的飞行器上诸如固定翼和斜旋翼飞行器那样。另外，下文公开的密封件可使用在排放系统15和发动机13可能经受明显的相对轴向和径向移动的任何地方。

现在参照图2和3，图中示出本发明的优选实施例。以剖面图示出的发动机13连接至排放系统15。发动机13具有连接至尾部防火壁的外部防热罩19。在防热罩19中，发动机的终端设置有除旋器管25。诸如开口环23的周向部件连接至除旋器管25。如图3所示，开口环23具有内周27和优选为沿周向的轴向面29。可选的流体导向装置可设置在开口环23附近。例如，衬垫31是圆柱形套管，沿着内周27轴向地朝向排放系统15延伸。

继续参见图2，排放系统15具有外衬垫33和内衬垫35。接合罐37连接至防热罩19并且邻近外衬垫33。尾部密封环39连接至内衬垫35。尾部密封环39具有优选为沿周向的轴向面41。

现在参照图3，皱折波纹管43位于尾部密封环39的轴向面41与开口环23的轴向面29之间。虽然波纹管43的一端可固定地相对于发动机13或排放系统15进行连接，但是波纹管43优选为自由浮动的沿周向的单元。凸缘45形成在波纹管43的每个轴向端部上，凸缘45形成为平行于轴向面29、39。波纹管43在轴向面29、41之间轻微地压缩从而在每个凸缘45与对应的轴向面29、41之间提供轴向压力。凸缘45和轴向面29、41配合以形成表面密封，从而防止排放气体在发动机13与排放系统15的接头处逸出。

继续参照图3，波纹管43的细节剖视图示出该波纹管如何关联于附近的部件。波纹管43在凸缘45之间具有皱折，这些皱折可轴向压缩并且允许凸缘45彼此相对地进行一些径向运动。轴向面29具有允许对应的凸缘45进行径向运动的径向厚度。挡止装置，诸如挡块49，位于轴向面29的内部，从而限制凸缘45的径向运动。另外，轴向面41所具有的径向厚度允许对应凸缘45与对应挡块49的径向运动，从而限制对应凸缘45的径向运动。因为在轴向面29与轴向面41之间的所有的径向运动都是相对的，所以径向厚度可以在轴向面29、41之间均匀分隔或者轴向面29、41之一可具有比另一个更大的径向厚度。如图所示，轴向面29的径向厚度稍微大于轴向面41的径向厚度。

同样从图3清楚可见的是衬垫31导引排放气体经过波纹管43的功能。随着排放气体从发动机13流至排放系统15，该流动沿着衬垫31的内表面进行，该衬垫的内表面延伸到波纹管43的长度的至少一部分，从而防止流体直接碰撞到波纹管43上。这样可减小波纹管43上的压力并且由此减小波纹管43周围的整体泄漏率。虽然在图中示出为圆柱形衬垫31，但是可使用各种类型的流体导向装置代替衬垫31从而限制波纹管43上的流体压力量。

如图所示，波纹管43的一个重要方面是如果凸缘45完全磨损，那么皱折47将接触轴向面29、41并且提供一些密封度。这公知为被动失效，因为密封有效性被逐渐减小，而不是密封件瞬时间完全失效。

现在参照图4，波纹管43和开口环23的轴向视图示出使用附着至衬垫31的对中缓冲垫53。虽然挡块49、51限制凸缘45的径向运动，但是对中缓冲垫53的位置限制凸缘45之间的皱折47的径向运动。缓冲垫53促使波纹管43朝向行程极限的中心运动并且尤其在发动机13水平定位时用于防止波纹管43的凹陷。

现在参照图5，波纹管43附近部件的局部分解视图示出各部件如何装配到一起。如图所示，开口环23可由栓接到一起的多个部件形成，从而实现有利于维修的方便的组装和拆卸。另外，衬垫31可栓接至开口环23的内周27，以便于更换。从图中清楚可见，接头罐37的直径大于开口环23、波纹管43和尾部密封环39，因此形成如图3所示的空间。

因为发动机13产生热量，所以当构造波纹管43时优选使用耐热材料。一个实例是Inconel，其可由片材滚制为圆柱，然后可在圆柱上形成皱折。最后，可形成凸缘45。Inconel公知具有高耐热性和高强度。可在该申请中使用其他类似的材料。另外，邻近的表面凸缘45和轴向面29、41上的涂层，诸如碳化铬可改善该系统的密封特性和磨损特性。

已经清楚地描述和图示了本发明的明显优势。虽然本发明采用有限数量的形式示出，但是其并不只局限于这些形式，可在不脱离本发明精髓的情况下进行各种变化和改进。

Claims (21)

1、一种用于气体流动系统的密封系统，该密封系统包括：

两个密封面；以及

在所述密封面之间弹性偏压的纵向可压缩的密封件，所述密封件具有波纹管构造以及与所述密封面密封接触的相对端；

其中，所述密封件的至少一端在保持所述密封接触的同时自由地相对于所述对应密封面进行移动。

2、根据权利要求1所述的密封系统，其中，所述密封件的至少一端形成为用于相对于所述对应密封面进行密封的面密封。

3、根据权利要求1所述的密封系统，其中，所述密封面通常是平行的。

4、根据权利要求1所述的密封系统，其中，所述波纹管至少局部地由金属材料形成。

5、根据权利要求1所述的密封系统，其中，所述密封件的每端在保持所述密封接触的同时自由地相对于所述对应密封面进行移动。

6、根据权利要求5所述的密封系统，其中，所述密封件的两端形成为用于相对于所述对应密封面进行密封的面密封。

7、根据权利要求1所述的密封系统，还包括：

适于保护所述密封件不受附近气体流动作用的流体导向装置。

8、根据权利要求1所述的密封系统，还包括：

设置在至少一个密封面上的挡止装置，用于限制所述密封件的对应端的横向移动。

9、根据权利要求1所述的密封系统，还包括：

用于限制所述波纹管相对于至少一个所述密封面进行横向移动的装置。

10、一种用于防止气体泄漏的密封系统，该系统包括：

两个密封面；以及

设置在所述密封面之间的纵向可压缩波纹管，所述波纹管是弹性偏压的，使得其相对端保持与所述密封面的密封接触；

其中，所述波纹管的每端滑动地接合所述对应密封面，同时允许所述密封面彼此相对地进行纵向和横向移动。

11、根据权利要求10所述的密封系统，其中，所述密封面通常是平行的。

12、根据权利要求10所述的密封系统，其中，所述波纹管至少局部地由金属材料形成。

13、根据权利要求10所述的密封系统，还包括：

适于保护所述波纹管免受附近气体流动作用的流体导向装置。

14、根据权利要求10所述的密封系统，还包括：

设置在每个密封面上的挡止装置，用于限制所述波纹管的对应端的横向移动。

15、根据权利要求10所述的密封系统，还包括：

用于限制所述波纹管相对于至少一个所述密封面进行横向移动的装置。

16、一种用于密封发动机与排放部件的密封系统，该密封系统包括：

与发动机相关联的第一密封面；

与排放部件相关联的第二密封面，所述第二密封面与所述第一密封面间隔开并且与所述第一密封面相对；

设置在所述第一和第二密封面之间的波纹管，所述波纹管是纵向可压缩的并且具有与每个对应密封面密封接触的相对端；

其中，所述波纹管的每端滑动地接合所述对应密封面，同时允许所述密封面彼此相对地进行纵向和横向移动。

17、根据权利要求16所述的密封系统，其中，所述第一和第二密封面通常是平行的。

18、根据权利要求16所述的密封系统，其中，所述波纹管至少局部地由金属材料形成。

19、根据权利要求16所述的密封系统，还包括：

适于保护所述波纹管免受附近气体流动作用的流体导向装置。

20、根据权利要求16所述的密封系统，还包括：

设置在每个密封面上的挡止装置，用于限制所述波纹管的对应端的横向移动。

21、根据权利要求16所述的密封系统，还包括：

用于限制所述波纹管相对于至少一个所述密封面进行横向移动的装置。

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