CN104024706A - 用于密封组件的抗锥变转子 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于密封组件的抗锥变转子(10)和一种用于调整这种转子的方法。所述转子(10)的一个实施例包括转子座(12)、转子头(16)和置于所述转子座和所述转子头之间的轴向延伸的腹板(20)，其中，所述腹板(20)包括由设置在所述腹板中的圆周槽(30a,30b)限定的轴向和径向腹板区域(22,24,26)。所述转子座(12)可以包括密封表面和内直径表面，并且所述内直径表面包括具有锥部的通道。

Description

用于密封组件的抗锥变转子
技术领域
本发明一般地涉及用于密封组件的转子，包括适用于燃气涡轮发动机的转子。
背景技术
安装在旋转轴上的转子通常被夹紧，以抵抗高转矩负荷并且保持安装在轴上的部件的闭合。因为安装表面可能并不是一致的、刚性的或与轴的轴线完全成直角，所以作为夹紧力的结果，可将扭曲变形传递至转子面。这种扭曲变形通常被称为“锥变(coning)”。然而，为了正确的或适当的操作，转子面应该保持为平的并且在若干氦光带内与轴成直角。除了夹紧引入的扭曲变形之外，轴的旋转和来自密封环组件的对转子的加热可额外地造成不希望的转子扭曲变形。
发明内容
本发明公开了一种抗锥变转子和一种包括抗锥变转子的密封组件。转子的一个实施例包括转子座、转子头和置于转子座和转子头之间的轴向延伸的腹板(web)，其中，该腹板包括由至少一个圆周槽限定的轴向和径向腹板区域。在另一实施例中，转子座包括密封表面和包含通道的内直径表面，所述通道具有锥部。
附图说明
现在将参照附图作为示例描述本发明的实施例。
图1示出根据本发明一实施例的抗锥变转子的截面图。
图2示出根据一实施例的抗锥变转子的截面图，该实施例在密封组件环境中大体示出。
图3示出根据本发明一实施例的抗锥变转子的截面图。
图4示出根据本发明一实施例的抗锥变转子的透视图。
图5示出在图4的截面V-V处所看到的抗锥变转子的透视截面图。
具体实施方式
下面将详细参照本发明的实施例，这些实施例的示例在本文中描述并且在附图中示出。尽管可结合实施例描述本发明，但是应当理解的是并不意图将本发明限于这些实施例。相反，本发明意在涵盖变型、修改以及等同方案，所述变型、修改以及等同方案可包括在所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围内。
在图1中大体示出根据本发明的一个实施例的抗锥变转子10。转子总体可为环形的结构并且可具有转子座12，所述转子座12适配成或构造成与转子轴14连接或接合，所述转子轴14可绕着具有中心线(CL)的轴线旋转。
在一实施例中，可包括转子面18的转子头16通过轴向延伸的腹板20连接至转子座12。该轴向腹板设置在转子头16和转子座12之间，并且(例如而不限于)从截面上看可以具有“S”或“鹅颈”类型的形状。如图1中大体示出的，轴向的或轴向定向的夹紧力(CF)可施加至转子座12的前部和后部。应注意的是，对于一些应用，施加至转子座的期望的夹紧力(CF)可高达40,000lbs.(18143.695kg.)，并且对于某些应用甚至可高达90,000lbs.(40823.313kg.)或更多。夹紧力(CF)可引起转子面18一定程度的扭曲变形，这可造成转子面18关于旋转轴线不成直角和/或转子面18的密封表面的翘曲。然而，根据本发明，通过引入细长的并且柔性的轴向腹板区域22、24和/或径向腹板区域26，可减小、甚至显著地减小这样的扭曲变形，所述轴向腹板区域22、24和/或径向腹板区域26可由至少一个轴向延伸的圆周槽30所限定。在本文中，术语“槽”意在包含各种结构或构型，在所述结构或构型中去除了材料或者没有材料。在所示出的实施例中，设置了两个槽30。以30a标示的槽示出为从转子的前部方向形成在腹板20中，而以30b标示的槽示出为从相反的(后部)方向形成在腹板20中。然而，(在前侧和/或后侧)可引入各种形式或构型的更多的槽(不论尺寸是相同、更小或更大，或者形状相同或不同)以进一步影响和/或减小扭曲变形。此外，如图1中大体示出的，作为实施例，第一轴向延伸的圆周槽(从转子的前部部分或后部部分形成至腹板中，例如30a)可定位在与另一轴向延伸的圆周槽(从转子的前部部分或后部部分处形成至腹板中，例如30b)(例如，距座部12的底部)不同的径向距离/位置处——而且，在这样的槽之间的跨距可形成径向腹板区域(例如，径向腹板区域26)。
特别地，包括轴向延伸的腹板20能够允许转子座12移动(例如，以合理的程度来回地移动)，同时对转子头16和因此对转子面18的预期的定位或“垂直度”具有减小的或零功能影响。对于一些应用，通过经由圆周槽引入细长的和柔性的轴向和径向腹板区域，可显著地减小关于转子面18的不希望的扭曲变形的量。
可通过例如有限元分析技术完成腹板20、槽30和转子10的构型或几何形状的最优化，这种最优化可基于预期的或期望的操作条件来“调整”设计。此外，本发明的实施例通过分别围绕腹板20中的前部和后部轴向腹板区域22、24铰接，从而允许惯性力的径向平衡。对于一些实施例，例如图1中所示出的实施例，前部轴向腹板区域22(例如由槽形成，例如槽30b)和后部轴向腹板区域24(例如由槽形成，例如槽30a)的尺寸和形状可以是相似的，对于其他实施例，这些区域的尺寸(例如，腹板空间内的开口体积)、形状或尺寸和形状两者可构造为完全不同。应注意的是，以轴向方向(即，大体上平行于转子轴14，例如沿着在腹板20中的腹板区域26)延伸腹板20可大大减小或防止转子面18的轴向挠曲，尤其是与包括减小扭曲变形的特征(其更多地为“径向”性质)的常规设计相比较。
图2大体上示出抗锥变转子70的一个实施例的剖面图，所述抗锥变转子70是在例如为密封环组件60的密封组件环境中大体示出的。所示的转子70包括转子座74和具有转子面78的转子头76。在操作期间，密封环80可紧密靠近转子面78放置，这可导致在密封环80和转子面78相对旋转期间产生粘性热或摩擦热。热的产生可引起或建立穿过转子头76的温度梯度，这会造成转子70一定程度的热扭曲变形。轴向延伸的腹板20可以尤其是通过形成通向转子座的更复杂的或更曲折的路径，来帮助使扭曲变形最小化(包括在使用/动态条件下)，这继而可以更好地将转子头76保持在更等温的条件。
图3大体示出根据本发明一实施例的抗锥形转子组件100的截面图。所述组件100包括转子座112和具有转子面110的转子头116。如大体上所示出的，轴向的或轴向定向的夹紧力/负荷(CF)可施加至转子座112的前部和后部。对于常规转子座，夹紧力(CF)可导致转子面110的扭曲变形，这会造成转子面与旋转轴线不成直角和/或与转子面110相关联的密封表面的翘曲。座112还可包括至少一个成角度的、锥形的和/或弯曲的部分(例如，在图3中大体示出的1281，1282和1283)。在座112中包括一个或更多的部分1281，1282和1283可提供各种期望的结构和/或操作特性。
在实施例中，通道120可设置(例如，机加工、铸造或形成)在转子座112的内直径表面中或与其相连，并且可包括锥部(例如，如图所示在锥角TA处的锥部)。通过包括这样的通道和锥部，对于特定的或预期的应用而言，能够显著地或实质性地将转子面锥变调节(或“调整”)至适当的或可接受的平面度。对于一些实施例，转子和通道可构造成这样：即，通道可基本提供弹簧作用，这继而可减小或消除锥变并且提供改善的转子密封。此外，通过调节通道深度CD和/或锥角TA，可调节和/或优化相关联的转子面110的平面度，并且特别是可去除或消除与静态夹紧负荷相关的扭曲变形。即，对于某些实施例，通道120(其可包括锥部)可构造成这样：即，在预期条件下(即，在装配和/或操作期间)，转子面110的密封表面对相关的夹紧负荷和/或环境基本不敏感(从操作/功能的角度)。
仅作为示例(并不限于此)，对于一些实施例，通道120可具有约0.250英寸±0.050英寸的最大通道深度(CD的最大值)，以及约0.300英寸±0.050英寸的轴向长度146。此外，对于一些实施例，例如但不限于，与通道120相关联的锥角TA可约为20°±10°。对于一些实施例，特别是那些涉及更大的夹紧负荷的实施例，通道120的转角区域(例如，125、126)可以是大致倒圆的(与比较尖锐相反)。除了其他益处(例如潜在地提高制造的容易性)以外，使这些通道部分“倒圆”可配置成还额外地帮助控制与转子和组件相关联的预期的应力。
对于一些应用，或如有需要，能够将锥角TA改变为沿相反的方向(例如，锥部高点在转子的后部而不是前部)。特别地，这样的改变能够沿相反的方向调节密封面锥变。可使用例如有限元分析技术来评估和预先确定初始的锥变和修正后的锥变。
对于此实施例，包括通道120的座部的内直径表面可构造或“裁制(tailored)”为使结构弱化至一定程度。这种期望的或意图的“弱化”可允许预期的或意图的夹紧力(CF)在靠近和/或接近转子轴14处在转子(匹配环)中产生弯矩。特别地，这种裁制构型可帮助避免将来自夹紧力(CF)的扭曲变形传递至相关联的密封表面110。对于一些实施例，添加锥形通道可提供类似弹簧的作用，其可用于吸收或避免显著程度的、或甚至基本全部的潜在有害的挠曲，这种挠曲否则可能从相邻的部件(即，大体“L”形的套筒/垫片130)传递至密封表面110。
图4和5分别大致示出了抗锥变转子10的透视图和截面图。转子10可包括一个或更多的前文所提到的类型的轴向延伸的圆周槽。在示出的实施例中，示出的转子10包括两个轴向延伸的槽30a和30b。如大体上示出的，抗锥变转子10可另外包括通道120，该通道120还可包括锥部。通道120并不限于所公开的通道，其可以(例如但不限于)如同前面结合图3中大体上示出的实施例所公开的通道那样构造。
尽管已经公开了多个不同的实施例，但是应注意的是，对于给定的应用，可采用一个或多个所公开的特征。例如对于一些情况，取决于条件(例如负荷条件)，能够以结合的方式采用在本文中根据不同实施例所公开的多个公开的特征的方面，并且可应对静态的和动态的负荷条件两者。例如(但不限于)，对于一些应用，转子可构造成包括轴向延伸的腹板和通道120两者，所述腹板置于转子座和转子头之间，所述腹板包括由至少一个圆周槽30所限定的轴向腹板区域26和径向腹板区域28；所述通道120位于内直径50上，并且通道120具有锥形的构造。
在上文中，为了举例说明和描述的目的已经给出了对本发明的具体实施例的描述。其意图并不是排他性的或将本发明限于所公开的确切形式，而是根据上文的教导可以作出各种修改和变型。实施例的选择和描述是为了解释本发明的原理及其实际应用，因此使得所属领域的其他技术人员能够利用本发明和各种实施例，这些实施例具有适于所设想的特定用途的各种修改。其意图在于，本发明的范围由本文所附的权利要求书和它们的等同方案限定。

Claims (25)

1.一种用于密封组件的抗锥变转子，所述转子包括：
转子座；
转子头；以及
置于所述转子座和所述转子头之间的轴向延伸的腹板，所述轴向延伸的腹板包括至少一个轴向延伸的圆周槽。
2.根据权利要求1所述的转子，其中，所述腹板包括至少部分地由所述至少一个轴向延伸的圆周槽形成的至少一个轴向腹板区域和至少一个径向腹板区域。
3.根据权利要求1所述的转子，其中，所述至少一个轴向延伸的圆周槽从所述转子的前部部分形成到所述腹板中。
4.根据权利要求1所述的转子，其中，所述至少一个轴向延伸的圆周槽从所述转子的后部部分形成到所述腹板中。
5.根据权利要求1所述的转子，其中，至少一个轴向延伸的圆周槽从所述转子的前部部分形成到所述腹板中，并且至少一个轴向延伸的圆周槽从所述转子的后部部分形成到所述腹板中。
6.根据权利要求5所述的转子，其中，从所述转子的前部部分形成到所述腹板中的所述至少一个轴向延伸的圆周槽和从所述转子的后部部分形成到所述腹板中的所述至少一个轴向延伸的圆周槽相对于彼此设置在不同的径向位置处。
7.根据权利要求5所述的转子，其中，从所述转子的前部部分形成到所述腹板中的所述至少一个轴向延伸的圆周槽和从所述转子的后部部分形成到所述腹板中的所述至少一个轴向延伸的圆周槽具有不同的尺寸、不同的形状，或者具有不同的尺寸和不同的形状两者。
8.根据权利要求1所述的转子，其中，从截面上看，所述腹板具有大体上“S”形状的构造。
9.根据权利要求1所述的转子，其中，所述转子座包括设置在所述转子座的内直径处的通道。
10.根据权利要求9所述的转子，其中，所述通道包括锥部。
11.一种用于密封组件的抗锥变转子，所述转子包括：
转子头；
连接至所述转子头的转子座；
所述转子座包括内直径表面；
其中，所述内直径表面包括构造成与转子轴相邻的至少一个通道，所述通道包括锥部。
12.根据权利要求11所述的转子，其中，所述通道具有至少一个倒圆的转角区。
13.根据权利要求11所述的转子，其中，锥角在约10度和约30度之间。
14.根据权利要求11所述的转子，其中，所述通道具有在约0.2英寸和约0.3英寸之间的最大通道深度。
15.根据权利要求11所述的转子，其中，所述通道具有在约0.25英寸和约0.35英寸之间的轴向长度。
16.根据权利要求11所述的转子，其中，还包括置于所述转子座和所述转子头之间的轴向延伸的腹板。
17.根据权利要求16所述的转子，其中，所述腹板包括至少一个轴向腹板区域和至少一个径向腹板区域。
18.根据权利要求17所述的转子，其中，所述至少一个轴向腹板区域和所述至少一个径向腹板区域由至少一个圆周槽限定。
19.根据权利要求11所述的转子，其中，还包括至少一个圆周槽。
20.一种用于调整与转子组件有关的转子的方法，包括：
提供转子，所述转子包括：
转子头；
转子座；以及
置于所述转子头和所述转子座之间的轴向延伸的腹板，所述腹板包括至少一个轴向延伸的圆周槽；
修改所述至少一个轴向延伸的圆周槽的构造、位置或构造和位置两者，以使所述转子适配于至少一种操作环境。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述修改包括修改至少一个圆周槽的几何形状。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述转子座具有内直径，并且所述内直径包括具有锥部的通道。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述修改包括修改所述通道的几何形状。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，修改几何形状包括修改所述锥部。
25.根据权利要求20所述的方法，其中，所述修改涉及有限元分析。
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