CN1014350B - 分段刚性滑动密封件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配置在第一元件的基本平表面和基本上相对其平行运动的第二元件之间的密封组合件(10)，设有多个单独的密封件段。每个密封件段有一个刚性活片，活片一端和一个运动元件(14)铰接，另一端和另一元件(12)的一个平表面(12′)滑动接触，每个活片的轴向边缘和下一个相邻活片的轴向边缘繁密配合。这种密封组合件不仅可适应第一、二元件间的均匀错位，而且可适应热卷翘等造成的局部错位，密封组合件局部磨损时，可局部更换密封件段。

Description

本发明承接（美国）空军部合同，应用政府资金取得。政府对本发明享有一定权利。

本发明涉及两个相对运动元件之间的滑动密封件。

两相对运动元件之间的滑动密封装置已是众所周知，尤其适用于高性能燃气轮机排气喷管，其一个或多个活片在静止侧壁附近活动，引导废气，或改变喷管出口的截面积。这种滑动密封件必须能抵抗达到35磅/英寸²或以上的排气高压，并且还必须能耐受发动机和运转中的加力燃烧装置的4，000°F（2.200℃）以上的温度。

在试图提供这种喷管装置元件的滑动密封件时，遇到的一个复杂问题是在标称的平面侧壁和活动活片间，有不均匀的卷曲或其他错位发生。在不均匀的燃气静压和温度的影响下，现代轻质喷管装置的侧壁和活片，可能沿要求的密封线的长度，有不均匀的翘卷或弯曲，要求密封组件可以适应两元件间错位的局部变化。

先有技术中使用的连续密封的密封件，沿密封组合件的长度上必须相当柔软，以使组合件可以适应这种有差异的错位。这种对柔性的要求，和要求密封元件能抵抗压力负荷，并且在高温下变形微小是有矛盾的。这种要求通常显示需要有较厚的从而是有较大刚性的密封元件。先有技术的结构，例如颁发给纳许（Nash）的美国专利4，575，099号，试图使用铰接的连续密封元件对这些要求进行平衡。在使用任何连续密封元件时，元件沿要求的密封线适应错位变化的能力，和密封元件的柔性及 伴随的结构有关。需要的是取得一种滑动组合件，可用相当柔软的坚固密封元件，取得要求的滑动密封。

因此，本发明的一个目的是提供一种密封组合件，放在第一平面元件和可相对该平面元件运动的第二元件之间。

本发明的另一目的是提供一种密封组合件，可在第一及第二元件之间形成一条滑动密封线。

本发明又一目的是提供一种密封组合件，不仅可适应第一、二元件间的均匀差异错位，而且可适应如由热造成的卷翘等异常的局部错位。

本发明还有一个目的，是提供一种密封组合件，既长期耐磨而且局部磨损时可局部更换。

在本发明中，提供了一种密封组合件，在两相对运动的元件之间，形成气密滑动密封。这密封组合件沿两元件形成的一条密封线设置，有多个单个的相邻密封件段。

每一个密封件段包括有一个可旋转的活片，活片一端和运动元件绞接，活片另一端和另一元件的平表面滑动接触。每一密封件段的活片明确分开，分别旋转，因此，每一密封件段可因两元件的翘卷，弯曲或法向上的其他差动造成的局部间距变化，而随之反应。

本发明的分段的活片是刚性的，可容许使用截面较厚的活片，而有比先有技术领域中较薄的柔性密封件长很多的耐寿命，先有领术要求必须能沿密封线弯折，以适应两元件之间的不均匀错位。与每一密封件段活片相邻放置的一个弹簧，提供偏压力，推压活片使之和平表面接触。

通过将活片向密封线高压侧倾斜，密封组合件可成为一个装置，随燃气静压的增高，而增强活片和平表面之间的接触和密封力。由于设若干独立的活片和分段，各随元件间的错位局部反应，沿密封线的长度互相配合，形成一个集合的密封组合件和气密边界，因此，虽然第一二元件之间有不均匀的翘卷，而分段密封件可实现有效的局部密封。

使用刚性活片允许使用较厚的耐用较久的密封元件，可提供显然超过先有技术的柔性密封元件的优点。元件或活片越厚，其结构比先有技术领域中有相当功能的密封件越坚固，从而减少因过压和过热状态所造成的密封损坏的机会。

此外，本发明密封组合件的分段设计，因为允许仅修理并更换已磨损或损坏了的活片和相关的段结构，所以便于将磨损的元件更新。与先有技术中的必须整个更换的连续密封件不同，本发明的密封组合件的单个元件，可随需要更换，而不牵涉相邻的密封段。本发明的上述的和其他的目的和优点，对于本领域的技术人员来说，在阅读下面的说明和权利要求书并参看附图之后便可清楚了解。

图1为本发明固定在一个可运动元件上的密封组合件的等角剖视图;

图2为本发明安装后的密封组合件，沿局部垂直于密封线的平面的剖视图;

图3为本发明一个密封件段的分解视图。

图1显示本发明的一个密封组合件10，它放在一个有大致平表面的第一元件和一个可相对于第一元件12运动（见箭头22）的第二元件12之间。密封组合件有若干单个的段16，18，20等等，共同形成一个密封线，建立第一及第二元件12，14之间的气密阻挡。

这种结构可在燃气轮机的排气喷管中看到，其第二元件14是改变发动机热排气流向用的活动调节片，其第一元件12为基本静止的侧壁，形成排气喷管通道的侧边缘。这种喷管装置中的密封组合件10，要求能防止元件12，14间的不利的泄漏，以防喷管的损耗和放在排气流路外侧的热敏结构的可能损坏。

从上文可见，与密封组合件10接触的元件12的表面，虽然基本上为平面，但由于高温排气的热效应，或者由于排气的高静压力使结构 变形，密封组合件10经常发生各种不均匀的表面错位。第一、二元件12，14之间的局部错位变化，可用本发明密封组合件10的分段结构来适应。

本发明密封组合件10具体段16的运转，可参照图2详细说明。图2为垂直于密封线24的剖视图。每一密封件段16和第二元件14固定，密封件段16的一个旋转活片26，其一端和一个绞链块28铰接，铰链块28用铆钉或其他固定装置固定在第二元件14上。活片26的另一端和第一元件12的平表面12′滑动接触，在二者之间形成滑动密封。密封组合件形成喷管内部32和喷管的较低压处部34之间的气密边界。

如图3所示，活片26一端有一根长销36放在铰链块28内，供二者作可旋转的连接。活片相对比先有技术中的连续密封件厚。在预期的运转条件和应力下基本没有柔性。从图2可见，第一及第二元件12，14间的垂直方向上的局部错位38，由相应密封段16的相应活片26的旋转所适应，分段密封组合件10设有若干独立的旋转活片26，其任一活片26随第一及第二元件12，14之间的局部错位38反应而作的旋转，不影响与之隔开的第二密封件段的运转。因此，分段密封组合件10使刚性密封元件或活片26，可取得与先有技术中连续密封件作用相同的集合密封，而材料和结构不必因为需要有纵向柔性而受限制。

本发明的密封组合件10的刚性活片26不仅较厚，比软性薄密封元件有较长期的固有耐磨性，而且格外为密封件设计者扩大材料选择的范围，这在先有技术的结构中则不可能达到。因此，不能适应重复弯折因而不适宜在先有技术领域中的连续密封装置中使用的耐热材料，可在本发明的密封组合件10中刚性活片26中使用，其各个活片不需为适应元件12，14间的差异错位而变形。

图3单独显示本发明密封段的铰链块28。铰链块28有第一及第二槽40、42，容纳活片26的铰链销36的相对两端。应注意整体的铰链销36， 只是将活片26和第二元件14作铰接安装的一种结构，利用活片26和铰链块28上的交错突耳（未示），和在其间插入的单独的铰链销（未示），也可取得相同的效果。

铰链块28还包括有一个成整体的止动件44，限制该铰接的活片26离开第二元件14的转动程度。当第一及第二元件12，14有不正常的分离时，止动件44可防止活片26的超旋转。元件12，14恢复正常的移位时，活片26和第一元件12倾斜接触，与之恢复所需的滑动接触。在第二元件14和活片26间设类似的止动件46，防止活片26“翻转”，以保证将活片26永远保持在要求的工作范围内。

设置弹簧48或其他的推压装置，将活片26相对推离第二元件14，而和第一元件12的平表面12′作滑动密封接触，也属本发明的范围。

将活片26向高压空间倾斜，例如向图2中的空间32，本发明的密封组合件10便又提供另一种结构，其中，随着密封组合件10上的压力增高，活片26与第一元件12之间的接触和密封力也增大。空间32中的燃气静压，将活片26更有力地向外压在第一元件12上，随着该密封段16上的的燃气静压差变化，在每一密封件段的每个活片26上加力。于是这种结构提供了压力的反馈，有助于密封组合件10抵抗空间32中升高的压力。

本发明密封组合件10的另一特点，通过使用单个的分段16，18，20等取得，其密封组合件10的换件或更新，只需要将那些受到有害磨损或破损等的个别段修理。这对有密封组合件10的局部部分处在不均匀环境条件下，并/或有不均匀相对运动22的第一及第二元件特别有利。例如，具有密封线24的可旋转的第二元件14从活片枢轴向活片外缘伸展，当活片活动时，邻近活片外缘的分段，比邻进活片枢轴的相似分段，有大很多的滑过距离。本发明的密封组合件10，使磨损较快的外密封件可按需要更换，而不必如先有技术的密封组合件那样必须更换整个的连续密封元件。

本发明的密封组合件10，在相邻段16，18之间提供紧配合关系，便可以沿要求密封线24获得集合密封，以减少或消除其间的燃气或其他材料的泄漏。各个段16、18、20还可沿非直线密封线设置，如有需要，还可沿先有技术的连续密封元件的装置放置。在这种非直线的装置中，使各个密封段枢轴线和密封线24局部平行，作成若干差动元件，集合时形成非直线密封组合件10。

最后，沿要求密封线24的各密封段16，18，20的长度，随预期的局部翘卷，和第一及第二元件之间的错位变化的大小而定。在有活片14和与其邻近的固定侧壁12的燃气轮机转向排气喷管中，本发明的一个密封组合件10沿要求密封线24的最佳密封件分段长度为3.625英寸（9.2厘米）。准确的长度选择，要在局部变化程度及两元间12、14错位的大小，和安装维修大量单个密封件段16，18，20需增加多少劳动量之间进行平衡。

应注意，上文叙述并图示的密封组合件10，仅为本发明许多相当的实施方案之一，因此，除下文权利要求所作的具体限制外，不应理解为对发明的范围再加限制。

Claims (7)

1、一种配置在第一元件的基本平表面和基本上相对其平行运动的第二元件之间的密封组合件，包括沿要求的密封线配置的密封件，该密封件具有：

固定在运动的元件上的活片，可绕一根平行于要求密封线的轴线转动，

所述活片由所述轴线沿径向延伸，与平表面滑动接触，

其特征在于所述密封包括多个单独的密封件段，每个密封件段具有一个刚性活片，可绕一根局部平行于要求密封线的密封件段轴线转动，每个活片的轴向边缘和下一相邻活片的轴向边缘紧密配合。

2、如权利要求1所述之密封组合件，其特征为每一密封件段的轴向长度，决定于表面上预期的局部非平面弯曲的程度。

3、如权利要求1所述之密封组合件，其特征为每一密封件段中包含铰链块，铰链块具有一对相间隔的槽，以容纳并支持轴向伸展的销，而每个所述轴向销和相应的刚性活片成一体。

4、如权利要求3所述之密封组合件，其特征为铰链块具有成一体的止动件，配置在相应活片的旋转活动范围内，限制其活动范围。

5、如权利要求1所述之密封组合件，其特征为还装有弹簧装置，将各活片偏压在平表面上，不随沿密封线的燃气静压差而变化。

6、如权利要求4所述之密封组合件，其特征为弹簧装置具有多个弹簧，配置在各活片和移动元件之间，将各活片推向平表面。和第一平面元件滑动接触。

7、如权利要求1所述之密封组合件，其特征为每个刚性活片向着密封线的较高压侧倾斜。

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