CN101881187A - 密封套 - Google Patents

Abstract

密封套，用于发电机，包括限定环形腔的外壳。轴向负载弹簧和密封环在环形腔内使得轴向负载弹簧偏压密封环。

Description

密封套

技术领域

本发明涉及密封件，且更具体地涉及用于起动机-发电机的密封套。

背景技术

由气轮机提供动力的飞机通常包括机械驱动的附属齿轮箱，该齿轮箱连接诸如电动起动机-发电机之类的附属系统。密封套通常位于起动机-发电机内来为使附属齿轮箱和起动机-发电机相互连接的轴结构提供旋转密封。

尽管在正常运行过程中密封套是有效的，但密封套必须能经受由机组人员启动的起动机-发电机从附属齿轮箱的机械分离。可响应于例如起动机-发电机故障而执行所述的由机组人员启动的机械分离，如果不分离，该起动机-发电机故障将成为附属齿轮箱和发动机上的阻力。

发明内容

根据本发明的示例性方面的用于发电机的密封套包括限定环形腔的外壳。轴向负载弹簧和密封环在环形腔内使得轴向负载弹簧偏压密封环。

根据本发明的示例性方面的用于密封套的密封套件，密封套具有限定了环形腔的外壳，该密封套件包括：可插入到环形腔内的轴向负载弹簧，可插入到环形腔内的密封环，使得该密封环被轴向负载弹簧偏压，和能邻近环形腔安装的保持环，使得能克服轴向负载弹簧的偏压将密封环保持在环形腔内。

根据本发明的示例性方面的发电机包括限定旋转轴线的主转子。沿着旋转轴线从主转子延伸的输入轴。分离离合器，其可选择性地操作以沿着旋转轴线将第一轴部从所述输入轴的第二轴部分开，第一轴部限定轴凸缘。密封套包括限定了环形腔的外壳。轴向负载弹簧和密封环在环形腔内使得轴向负载弹簧偏压密封环，从而使得密封环由轴向负载弹簧偏压以与轴凸缘接触。

根据本发明的示例性方面的安装发电机输入轴的方法包括将密封套安装到发电机，使得密封套的环形腔内的密封环被偏压以与通向发电机的输入轴的轴凸缘接触。

附图说明

各种特征将从所公开的非限定性实施例的以下具体描述变得对本领域技术人员来说显而易见。伴随具体描述的附图可被简要描述如下：

图1是气轮机的起动机-发电机的总体等距截面视图；

图2是带有根据本发明的密封套的起动机-发电机的正视图；

图3是密封套的立体图；

图4是密封套的分解图；

图5A是沿图2中的线5-5获取的密封套的截面视图；

图5B是图5A的局部放大图；

图6是起动机-发电机的截面视图；

图7是接合密封套的输入轴部分的等距视图；和

图8是图示了防旋转槽的密封环的正视图。

具体实施方式

图1示意性地图示了诸如气轮机的用于推进的涡轮发动机10。虽然在所公开的非限定性实施例中讨论了用于推进的涡轮发动机，但应当理解的是本发明还适用于其它的涡轮发动机构造，例如包括用于动力产生的汽轮机、喷气涡轮机、低旁路涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机等。

气轮机10支撑附属的齿轮箱12，齿轮箱12安装到发电机14上，发电机14用于起动涡轮发动机10或在由涡轮发动机10驱动时产生电流。发电机14例如可以是包括在主定子绕组18的附近旋转的主转子组件16的可变频发电机(VFG)或可变频起动机发电机(VFSG)。当主转子组件16旋转时，在主定子绕组18内产生电压。发电机14可另选地包括或还包括在公共轴26上的诸如励磁系统22和DC系统24的其它系统。这种类型的VFG可特别适用于飞机应用。

密封套28(图2)安装到发电机14上来为轴26提供旋转密封，轴26使附属的齿轮箱12和发电机14相互连接。用紧固件F将密封套28可去除地安装到发电机14上以便于替换(图3)。

参照图4，密封套28通常包括外壳30、密封环32、轴向负载弹簧34、垫圈35、O型环36和保持环38。密封环32、轴向负载弹簧34、垫圈35和O型环36都安装在环形腔40内，环形腔40限定了腔内径40ID和腔外径400D，环形腔40围绕由外壳30限定的轴开口44(图5A和5B)。环32、轴向负载弹簧34、垫圈35和O型环36经常作为套件一起提供，这便于密封套28的修理。

参考图5A和5B，密封环32包括由密封环突出部42限定的密封表面32S。密封表面32S为轴部26A的轴凸缘26F的旋转提供界面(图6)，轴凸缘26F在密封表面32S上旋转，同时密封环32保持在旋转静止位置。在所公开的非限定性实施例中，密封环32可由METCAR制造，METCAR是由位于美国纽约的Ossining金属化碳公司(Metallized CarbonCorporation of Ossining)制造的一系列固态、无油、自润滑材料的商标名。

可通过用分离离合器D(在图1和6中示意性地示出)使轴部26A和26B之间轴向分开而分离轴26，分离离合器D分开配合的轴向齿29A、29B(图7)。当轴26在分离离合器D(在图1和6中示意性地示出)处被机械地分离时，申请人确定轴部26A可快速地轴向移动，该移动方式产生冲击负载。快速移动被施加到密封套28，密封套28此时可能使密封环附着(bind)或沉降(bottom out)在其它密封套硬件上。这可能在密封环内施加不期望的负载，这些负载可能导致密封环突出部破裂。本文公开的密封套28和特征使密封环32上的应力最小化，从而借此减少或消除与分离事件相关的冲击负载作用。

轴向负载弹簧34沿着由轴开口44限定的轴线A偏压垫圈35和密封环32。在所公开的非限定实施例中，轴开口44限定2.0英寸(50mm)的直径尺寸S。

密封环尾部46由密封环尾部内径46ID和密封环尾部外径460D限定。密封环尾部内径46ID将O型环36限制在密封环尾部46和密封环尾部内径46ID之间。轴向负载弹簧34将垫圈35偏压在密封环尾部46上以将O型环36限制在其中。保持环38被安装在腔40附近以确保密封环32被保持在腔40内并借此在从发电机14上去除密封套28时维持密封套28作为单个的单元。

密封环外径320D包括密封环外径阶梯表面48，该表面邻近腔外径400D。控制密封环外径320D到腔内径40ID的间隙以产生在密封环外径320D上的接触，使得密封环内径32ID不接触腔内径40ID。在所公开的非限定实施例中，密封环外径阶梯表面48和该间隙允许腔40内的不对准角度X为1.9度。即，如果密封环32倾斜或偏离中心线A，那么密封环外径320D将接触腔外径400D同时密封环内径32ID不接触腔内径40ID。这阻止了作用在密封环32上的会以其它方式通过附着在密封环内径32ID上而引起的拉伸载荷。这种接触增加了寿命，因为密封环32在压缩方面通常强于拉伸方面。

密封环突出部42还限定密封环内径阶梯表面50，密封环内径阶梯表面50向腔内径40ID的内部径向延伸但小于尺寸S以限定为延伸的密封表面32S。密封表面32S被制造成没有划痕和缺口。密封环突出部42以及密封表面32S由密封环突出部内径42ID和密封环突出部外径420D限定以足够大的截面，该截面显著地减小了应力梯级。截面320D到32ID、46ID到460D、和46ID到槽52是足够大的。槽52的大小也被形成为阻止460D上的机械加工痕迹。所有这些特征之间的混合(半径)显著地减小了应力梯级。

在一个非限定性尺寸实施例中，密封环突出部内径42ID的直径尺寸在2.0和2.2英寸(51-56mm)之间而密封环突出部外径420D的直径尺寸在2.3和2.7英寸(58-69mm)之间。在非限定性尺寸实施例中，密封环突出部外径尺寸D和密封环突出部内径尺寸d之间的比率在1.1∶1和1.5∶1之间。

密封环32的深度32D和腔40的深度40D之间的尺寸Z被限定成阻止密封环32沉降在除轴向负载弹簧34之外的任何部件上。在一个非限定性尺寸实施例中，在密封环突出部42和外壳面56之间的深度尺寸Z的最小值是0.03英寸(0.762mm)。

参照图8，密封环32限定多个防旋转槽52，这些防旋转槽52与倒圆的突片54相互作用，这些倒圆的突片54从腔外径400D向内延伸。在所公开的非限定性实施例中，四个防旋转槽52围绕密封环32的周长等距地设置。应当理解，也可以另选地提供任何数量的防旋转槽52。

防旋转槽52限定了整圆弧以减少应力梯级。用光滑表面抛光工艺对防旋转槽52进行抛光，使得表面没有缺口。即，防旋转槽52限定了密封环32内的光滑表面光洁度以减小应力梯级。防旋转槽52的长度还允许密封环32在分离事件中随输入轴凸缘26F移动以阻止附着和应力。防旋转槽52还减小了密封环32的重量以进一步减少冲击负载。

大量的测试已经证明了密封环32的坚固性。

应当理解的是，本申请的密封套28不限于与特定类型的旋转机器结合使用。因此，虽然为了便于解释而将本发明描写和描述为在起动机-发电机中使用，但是应当理解的是，它也可以在许多其它机器中使用，这些机器包括但不限于，气轮机、辅助动力单元、涡轮增压机、增压器、空气循环机器、交流发电机、电动机、发电机、集成恒速驱动发生器和各种类型的齿轮箱。

应当理解的是，诸如“前”、“后”、“上”、“下”、“在......上”、“在......下”等的相对位置术语都参考车辆的正常运行姿态且不应被理解成其它的限定性。

应当理解的是，在所有附图中相同的参考数字表示相应的或相似的元件。还应当理解的是虽然在图示的实施例中公开的特定的部件设置，但其它设置也可以从此受益。

虽然示出了、描述了并要求保护了特定的步骤顺序，但应当理解的是，除非另有说明，否则可以以任何顺序，单独地或组合地，执行这些步骤，且仍将从本公开受益。

前面的描述本质上是示例性的而非由其中的限制所限定。虽然本文公开了各种非限定性实施例，但本领域技术人员会认识到根据上述教导的各种变型和变化都将落入所附权利要求的范围。因此应当理解的是，在所附权利要求的范围内，可以以不同于所特别描述的方式实现本发明。因此，应当研究所附权利要求以确定真实范围和内容。

Claims (21)

1.一种用于发电机的密封套，包括：

外壳，其限定了环形腔；

在所述环形腔内的轴向负载弹簧；和

在所述环形腔内的密封环，所述密封环由所述轴向负载弹簧偏压。

2.如权利要求1所述的密封套，其中所述密封环包括密封环突出部，该密封环突出部限定了密封环突出部内径和密封环突出部外径，所述密封环突出部内径向所述环形腔的环形腔内径的内侧径向延伸，而所述密封环突出部外径与所述环形腔的环形腔外径隔开以限定密封表面和密封环外径。

3.如权利要求2所述的密封套，其中所述密封环突出部内径和所述密封环突出部外径限定了所述密封环突出部外径和所述密封环突出部内径之间的比率在1.1∶1和1.5∶1之间。

4.如权利要求1所述的密封套，其中所述密封环包括密封环突出部，该密封环突出部限定了密封环突出部内径和密封环突出部外径，所述密封环突出部外径和所述密封环突出部内径之间的比率在1.1∶1和1.5∶1之间。

5.如权利要求1所述的密封套，其中所述密封环包括密封环外径，所述密封环外径限定了邻近环形腔外径定位的密封环外径阶梯表面。

6.如权利要求5所述的密封套，其中控制所述密封环外径阶梯表面到腔内径的间隙以在所述密封环内径接触所述环形腔内径前产生所述密封环外径上的与所述环形腔外径的接触。

7.如权利要求6所述的密封套，其中所述密封环外径阶梯表面的大小设计成提供允许的不对准。

8.如权利要求7所述的密封套，其中所述允许的预定不对准在所述环形腔内大约是2度。

9.如权利要求5所述的密封套，其中控制所述密封环外径阶梯表面到腔内径的间隙以仅在所述密封环外径上产生与所述环形腔外径的接触。

10.如权利要求1所述的密封套，其中所述密封环限定多个防旋转槽，这些防旋转槽与相应的多个突片相互作用，这些突片从所述环形腔外径向内延伸，所述多个防旋转槽的每一个都限定了整圆弧。

11.如权利要求1所述的密封套，还包括位于所述环形腔的内径、所述密封环和所述轴向负载弹簧之间的O型环。

12.用于密封套的密封套件，所述密封套具有限定了环形腔的外壳，包括：

轴向负载弹簧，其可插入到所述环形腔内；

密封环，其可插入到所述环形腔内以用所述轴向负载弹簧偏压所述密封环；和

保持环，其能邻近所述环形腔安装，以克服所述轴向负载弹簧的所述偏压将所述密封环保持在所述环形腔内。

13.如权利要求12所述的密封套件，还包括可位于所述环形腔的内径、所述密封环和所述轴向负载弹簧之间的O型环。

14.如权利要求12所述的密封套件，还包括可位于所述密封环和所述轴向负载弹簧之间的垫圈。

15.一种发电机，包括：

限定旋转轴线的主转子；

输入轴，其沿着所述旋转轴线从所述主转子延伸；

分离离合器，其可选择性地操作以沿着所述旋转轴线将第一轴部从所述输入轴的第二轴部轴向地分开，所述第一轴部限定轴凸缘；

密封套，其包括：

外壳，其限定了环形腔；

在所述环形腔内的轴向负载弹簧；

在所述环形腔内的密封环，所述密封环由所述轴向负载弹簧偏压以与所述轴凸缘接触。

16.如权利要求15所述的发电机，其中所述密封环包括密封环突出部，该密封环突出部限定了密封环突出部内径和密封环突出部外径，所述密封环突出部内径向所述环形腔的环形腔内径的内侧径向延伸，而所述密封环突出部外径与所述环形腔的环形腔外径隔开以限定密封表面和密封环外径。

17.如权利要求16所述的发电机，其中所述密封环突出部内径和所述密封环突出部外径限定了所述密封环突出部外径和所述密封环突出部内径之间的比率在1.1∶1和1.5∶1之间。

18.一种密封发电机输入轴的方法，包括：

将密封套至少部分地插入发电机部件，使得在所述密封套的环形腔内的密封环被偏压以与通向所述发电机部件的输入轴的轴凸缘接触；和

用至少一个紧固件将所述密封套固定在所述发电机上。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述密封环被保持在所述环形腔内以阻止所述密封环在所述环形腔内沉降。

20.如权利要求18所述的方法，还包括：

用保持环将所述密封环保持在所述环形腔内使得所述密封套在所述插入步骤中为单个单元。

21.如权利要求18所述的方法，还包括：

根据环形腔内径设计密封环外径阶梯表面的大小以在所述密封环内径将接触所述环形腔内径之前在所述密封环外径上产生与所述环形腔外径的接触。

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