CN106796141B - 用于燃气涡轮发动机中的光学传感器的密封系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于涡轮发动机的光学传感器的密封系统（20），密封系统（20）使密封件泄漏物从密封件（22、24）转移并且排离密封件（22、24），从而避免湿空气通过密封件（22、24）被吸入。密封系统（20）可以包括内和外光学壳体（26、28），具有定位在内和外光学壳体（26、28）之间的第一和第二密封件（22、24），第一和第二密封件（22、24）径向地隔开内和外光学壳体（26、28）。密封系统（20）可以包括一个或多个泄漏物歧管（30），一个或多个泄漏物歧管（30）定位在第一和第二密封件（22、24）之间并且容纳一个或多个歧管环（32）。歧管环（32）可以定位在第一和第二密封件（22、24）之间并且与第一和第二密封件（22、24）接触，以使得第一和第二密封件（22、24）能够形成双密封。歧管环（32）还可以被构造成在空气泄漏通过密封系统（20）之前捕获已经渗漏经过第一密封件（22）的泄漏空气并且通过外光学壳体（28）中的一个或多个排放口（34）来排出该泄漏空气。

Description

用于燃气涡轮发动机中的光学传感器的密封系统

技术领域

本申请涉及涡轮发动机、密封技术以及光学传感器，并且更具体地，涉及一种用于光学传感器的密封系统。

背景技术

在涡轮发动机中，为了安全并且确保最佳的发动机运行，光学传感器（例如用于在涡轮机的燃烧区域中进行火焰扫描的那些光学传感器）需要能够对火焰进行探测。当前，例如图1所示，用于密封此类光学传感器的各种已有的技术和方法通常允许湿空气从涡轮机的燃烧区域少量泄漏以泄漏经过用于光学传感器的光学屏障。透镜容纳壳体10可以可拆除地附接到透镜支撑件12并且可以使用单个压力密封件14来进行密封。密封件14常常易于发生泄漏。湿空气的泄漏可以允许在涡轮机的光学传感区域内发生凝结，并且所述凝结常常导致在光纤上形成小液滴或湿气，所述光纤将光信号传送到光学传感区域的信号处理器。所述小液滴或湿气可以导致传送到信号处理器的光信号的恶化，并且作为结果，当该系统错误地确定存在熄火的情况而实际上真实情况相反的时候，会导致涡轮发动机的误中断（false trip）。涡轮发动机的误中断通常导致在实质上无法满足用户、损失实质收益、损失涡轮机可用性以及损失生产率。而且，当前的技术和方法还常常有失效的倾向。此外，通常用于处理蒸汽问题的电加热方式需要使复杂性得到增大并且需要实质的费用。因此，需要一种更加牢固耐用的系统为光学传感器或火焰探测装置提供改进的密封。

发明内容

公开了一种用于涡轮发动机的光学传感器的密封系统，所述密封系统使密封件泄漏物从密封件转移并且排离密封件，从而避免湿空气通过所述密封件被吸入。所述密封系统可以包括内和外光学壳体，具有定位在内和外光学壳体之间的第一和第二密封件，第一和第二密封件径向地隔开内和外光学壳体。所述密封系统可以包括一个或多个泄漏物歧管，一个或多个泄漏物歧管定位在第一和第二密封件之间并且容纳一个或多个歧管环。歧管环可以定位在第一和第二密封件之间并且与第一和第二密封件接触，以使得第一和第二密封件能够形成双密封，其中，第一密封件接合内和外光学壳体并且第二密封件接合内和外光学壳体。歧管环还可以被构造成在空气泄漏通过所述密封系统之前捕获已经渗漏经过第一密封件的泄漏空气并且通过外光学壳体中的一个或多个排放口来排出该泄漏空气。歧管环还可以被构造成在泄漏物歧管内形成内泄漏物捕获腔室或外捕获腔室，或者形成内泄漏物捕获腔室和外泄漏物捕获腔室二者。

在至少一个实施例中，用于光学传感器的密封系统可以包括外光学壳体和内光学壳体，外光学壳体具有大体上管状的外构造，内光学壳体定位在外光学壳体中的内腔室内。所述密封系统还可以包括第一密封件和第二密封件，第一密封件在内光学壳体和外光学壳体之间延伸，第二密封件在内光学壳体和外光学壳体之间延伸并且与第一密封件侧向地隔开。一个或多个排放口可以延伸通过外光学壳体。歧管环定位在内光学壳体和外光学壳体之间并且围绕内光学壳体周向地延伸，其中，歧管环可以包括一个或多个泄漏口，一个或多个泄漏口径向地向外延伸通过歧管环。在至少一个实施例中，内光学壳体可以是光学部件并且歧管环可以定位在光学部件和外光学壳体之间。

泄漏物歧管可以至少部分地定位在内和外光学壳体之间。在至少一个实施例中，歧管环可以定位在泄漏物歧管内。泄漏物歧管可以是圆柱形的。歧管环可以具有一致的截面面积。在至少一个实施例中，排放口由多个孔形成。在另一实施例中，排放口可以由至少一个槽口或多个槽口形成。

在至少一个实施例中，歧管环可以具有凹形内表面。歧管环的凹形内表面可以围绕歧管环周向地延伸。歧管环可以具有凹形外表面。歧管环的凹形外表面可以围绕歧管环周向地延伸。歧管环的高压侧表面与第一密封件的侧表面接触并且该歧管环的低压侧表面与第二密封件的侧表面接触。如此，第一密封件受压抵靠内和外壳体以形成第一密封，并且第二密封件受压抵靠内和外壳体以形成第二密封，由此形成双密封。

在涡轮发动机的运行期间，空气流可能会从涡轮发动机的高压侧发生泄漏。所述密封系统可以允许空气流的较少的泄漏经过位于涡轮发动机的高压侧上的第一密封件。一旦泄漏的空气流经过了第一密封件，则空气被收集在泄漏物歧管的内或外泄漏物捕获腔室中。收集在内泄漏物捕获腔室中的泄漏空气可以流动通过歧管环的一个或多个泄漏口并且流动到泄漏物歧管的外泄漏物捕获腔室中。一旦空气流已经进入泄漏物歧管的外泄漏物捕获腔室，则可以经由一个或多个排放口使空气流通过外光学壳体排出，这使得跨过第一密封件的大气压力区得到维持。作为结果，可以防止跨过第一密封件的泄漏物进入到涡轮发动机的光学传感部分中并且防止产生导致涡轮发动机发生误中断的问题。

在下面的具体实施方式、附图以及所附权力要求中描述了用于密封光学传感器的系统的这些以及其他特征。

附图说明

图1是现有技术的密封系统的截面侧视图。

图2是根据本公开的实施例的用于密封光学传感器的系统的截面侧视图。

图3是在图2中的细节线3-3处取得的密封系统的截面侧视图的细节图。

图4是歧管环的透视图。

图5是歧管环的另一实施例的透视图。

图6是外光学壳体的外表面的局部图。

图7是外光学壳体的外表面的另一实施例的局部图。

图8是在图2中的细节线3-3处取得的密封系统的替代实施例的截面侧视图的细节图。

具体实施方式

如图2-8所示，公开了一种用于涡轮发动机的光学传感器的密封系统20，密封系统20使密封件泄漏物从密封件22、24转移并且排离密封件22、24，从而避免湿空气通过密封件22、24被吸入。密封系统20可以包括内和外光学壳体26、28，具有定位在内和外光学壳体26、28之间的第一和第二密封件22、24，第一和第二密封件22、24径向地隔开内和外光学壳体26、28。密封系统20可以包括一个或多个泄漏物歧管30，一个或多个泄漏物歧管30定位在第一和第二密封件22、24之间并且容纳一个或多个歧管环32。歧管环32可以定位在第一和第二密封件26、28之间并且与第一和第二密封件26、28接触，以使得第一和第二密封件26、28能够形成双密封，其中，第一密封件22接合内和外光学壳体26、28并且第二密封件24接合内和外光学壳体26、28。歧管环32还可以被构造成在空气泄漏通过密封系统20之前捕获已经渗漏经过第一密封件22的泄漏空气并且通过外光学壳体28中的一个或多个排放口34来排出该泄漏空气。歧管环32还可以被构造成在泄漏物歧管30内形成内泄漏物捕获腔室36或外泄漏物捕获腔室38，或者形成内泄漏物捕获腔室36和外泄漏物捕获腔室38二者。

如图2和3所示，用于密封光学传感器的密封系统20可以被构造成提供跨过光学部件40或其他类似材料的深度的双密封。密封系统20可以包括内光学壳体26，内光学壳体26定位在外光学壳体28中的内腔室42内。密封系统20可以包括第一密封件22和第二密封件24，第一密封件22在内和外光学壳体26、28之间延伸，第二密封件24在内和外光学壳体26、28之间延伸，第二密封件24与第一密封件22侧向地隔开。第一和第二密封件22、24可以由泄漏物歧管30隔开。泄漏物歧管30也可以由内和外光学壳体26、28来限定。密封系统20还可以包括歧管环32，歧管环32在内和外光学壳体26、28之间定位在泄漏物歧管30内。在至少一个实施例中，如至少在图8中示出的，内光学壳体26可以是光学部件40，并且歧管环32可以定位在光学部件40和外光学壳体28之间。歧管环32可以包括一个或多个泄漏口44，一个或多个泄漏口44径向地向外延伸通过歧管环32。

密封系统20还可以包括一个或多个排放口34，一个或多个排放口34延伸通过外光学壳体28，一个或多个排放口34与歧管环32中的泄漏口44一起为被捕获在泄漏物歧管30内的泄漏流体提供了排出通道。如图6和7所示，排放口34可以由多种构造形成，例如但是不限于可以是单个孔的单个排放口34、绕外光学壳体28周向地延伸几乎100%的孔、定位成行的或随机定位的多个排放口34或者其他适合的构造。排放口34还可以由一个或多个槽口形成，例如多个周向地延伸的槽口。在至少一个实施例中，一个或多个排放口34可以与歧管环32的中心线46对准。然而，在其他实施例中，排放口34可以定位在排放口34的其他区域上。排放口34可以如图2和3所示径向地向外延伸，或者可以与歧管环32的中心线46不正交地且不平行地延伸。

在至少一个实施例中，如图2所示，密封系统20的外光学壳体28可以具有大体上管状的外构造，然而，在其他实施例中，外光学壳体28可以具有其他构造或形状。外光学壳体28可以被构造成接收在内腔室42内的内光学壳体26。内光学壳体26可以包容光学传感装置48的各部分。例如，内光学壳体26可以包容光学部件40，光学部件40可以是但是不限于是玻璃透镜。透镜允许光经过密封系统50并且接触纤维光缆的纤维以便传送到一个或多个信号处理器50。信号处理器50可以用于基于从光纤接收的光学信号来帮助确定涡轮发动机201的燃烧区域中是否存在火焰。

密封系统20可以包括一对密封件22、24，密封件22、24在内光学壳体26和外光学壳体28之间延伸。如图2所示，第一密封件22可以与第二密封件24侧向地隔开。第一和第二密封件22、24可以围绕内光学壳体26周向地定位，并且可以定位成跨过光学材料40的深度。在至少一个实施例中，第一和第二密封件22、24可以由任何适合的材料形成并且可以包括填塞材料，该填塞材料例如但是不限于是浸渍石墨。第一和第二密封件22、24的填塞材料可以被构造成允许流体、气体或其组合的较少的泄漏在涡轮发动机的高压侧52上经过。

如图3所示，泄漏物歧管30可以定位在第一密封件22和第二密封件24之间。泄漏物歧管30可以定位在内光学壳体26的径向外侧。内光学壳体26的外表面和外光学壳体28的内表面也可以限定泄漏物歧管30的一部分。在另一实施例中，光学部件40的外表面和外光学壳体28的内表面可以限定泄漏物歧管30的一部分。在至少一个实施例中，泄漏物歧管30可以围绕内光学壳体26周向地延伸。

在至少一个实施例中，密封系统20的歧管环32可以定位在泄漏物歧管30内并且可以被用来保持第一和第二密封件22、24且受压抵靠外光学壳体28的侧向表面和抵靠内光学壳体26以形成双密封。歧管环32可以定位在内光学壳体26或光学部件40的径向外侧。歧管环32可以定位在内光学壳体26和外光学壳体28之间。在另一实施例中，歧管环32可以定位在光学部件40和外光学壳体28之间。如图2所示，在至少一个实施例中，歧管环32可以围绕内光学壳体26部分地或周向地延伸。在其他实施例中，歧管环32可以具有其他的、非圆柱形的形状。在至少一个实施例中，歧管环32可以具有一致的截面面积，并且在形状上可以是大体上圆柱形的。如图2所示，歧管环32可以具有沙漏形状，该沙漏形状部分地限定了内泄漏物捕获腔室36和外泄漏物捕获腔室38。在另一实施例中，如图8所示，歧管环32可以具有大体上矩形的形状，泄漏物歧管30定位在歧管环32的径向内侧和外侧。

歧管环32可以包括一个或多个泄漏口44，一个或多个泄漏口延伸通过歧管环32。歧管环32可以包括凹形内表面54和凹形外表面56。凹形的内和外表面54、56形成内和外泄漏物捕获腔室36和38，而同时使歧管环32的高压侧表面58和低压侧表面60分别延伸第一和第二密封件22、24的宽度，以接合第一密封件22的侧表面62和第二密封件24的侧表面64。如图4和5所示，歧管环32可以包括单个泄漏口44，单个泄漏口44可以是单个孔、绕歧管环32周向地延伸几乎100%的孔、定位成行或随机定位的多个泄露口44、一个或多个槽口或者其他合适的构造。在至少一个实施例中，一个或多个泄漏口44可以沿着歧管环32的中心线46定位。然而，在其他实施例中，泄漏口44可以定位在歧管环32的其他区域上。泄漏口44可以如图2和3所示径向地向外延伸，或者可以与歧管环32的中心线46不正交地且不平行地延伸。

虽然图2和3示出了密封系统20的各种部件的具体示例构造，密封系统20可以包括部件的其他构造，该其他构造可以包括使用更多或更少数量的部件。例如，密封系统20被说明性地示出为包括一对密封件22、24、歧管环32、泄漏物歧管30、泄漏口44以及排放物出口34。然而，密封系统20可以包括更多数量的密封件22、24，歧管环32、泄漏物歧管30、泄漏口44、排放口34，或者在密封系统20中包括任何数量的任何其他部件。如此，密封系统20不受到本文所提供的描述或示例的限制。

在涡轮发动机的运行期间，空气流可能从涡轮发动机的高压侧52发生泄漏。密封系统20可以允许空气流的较少的泄漏经过位于涡轮发动机的高压侧52上的第一密封件22。一旦泄漏的空气流经过第一密封件22，则空气被收集在泄漏物歧管30的内或外泄漏物捕获腔室36、38中。收集在内泄漏物捕获腔室36中的泄漏空气可以流动通过歧管环32的一个或多个泄漏口44并且流动到泄漏物歧管30的外泄漏物捕获腔室38中。一旦该空气流已经进入泄漏物歧管30的外泄漏物捕获腔室38，则可以经由一个或多个排放口34使该空气流通过外光学壳体28排出，这使得跨过第一密封件22的大气压力区得到维持。作为结果，可以防止跨过第一密封件24的泄漏物进入到涡轮发动机201的光学传感部分48中并且防止产生导致涡轮发动机发生误中断的问题。

为了对该发明的实施例进行说明、解释和描述的目的而提供了上述内容。对这些实施例的修改和调整对于本领域的技术人员将是明显的，并且在不超出该发明的范围或精神的情况下可以对这些实施例作出修改和调整。

Claims (11)

1.一种用于光学传感器的密封系统（20），所述密封系统（20）包括：

外光学壳体（28），所述外光学壳体（28）具有大体上管状的外构造；

内光学壳体（26），所述内光学壳体（26）定位在所述外光学壳体（28）中的内腔室（42）内；

第一密封件（22），所述第一密封件（22）在所述内光学壳体（26）和所述外光学壳体（28）之间延伸；以及

第二密封件（24），所述第二密封件（24）在所述内光学壳体（26）和所述外光学壳体（28）之间延伸并且与所述第一密封件（22）侧向地隔开；

其特征在于，所述密封系统（20）还包括：

至少一个排放口（34），所述至少一个排放口（34）延伸通过所述外光学壳体（28）；以及

歧管环（32），所述歧管环（32）定位在所述第一密封件（22）和所述第二密封件（24）之间并且定位在所述内光学壳体（26）和所述外光学壳体（28）之间并且围绕所述内光学壳体（26）周向地定位，其中，所述歧管环（32）包括至少一个泄漏口（44），所述至少一个泄漏口（44）径向地向外延伸通过所述歧管环（32）。

2.如权利要求1所述的密封系统（20），其特征还在于泄漏物歧管（30），所述泄漏物歧管（30）至少部分地定位在所述内和外光学壳体（26、28）之间，其中，所述歧管环（32）定位在所述泄漏物歧管（30）内。

3.如权利要求2所述的密封系统（20），其特征在于，所述泄漏物歧管（30）是圆柱形的。

4.如权利要求1所述的密封系统（20），其特征在于，所述歧管环（32）具有一致的截面面积。

5.如权利要求1所述的密封系统（20），其特征在于，所述至少一个排放口（34）由多个孔形成。

6.如权利要求1所述的密封系统（20），其特征在于，所述至少一个排放口（34）由至少一个槽口形成。

7.如权利要求6所述的密封系统（20），其特征在于，所述至少一个排放口（34）是多个槽口。

8.如权利要求1所述的密封系统（20），其特征在于，所述歧管环（32）具有凹形内表面（54），其中，所述歧管环（32）的凹形内表面（54）围绕所述歧管环（32）周向地延伸。

9.如权利要求1所述的密封系统（20），其特征在于，所述歧管环（32）具有凹形外表面（56），其中，所述歧管环（32）的凹形外表面（56）围绕所述歧管环（32）周向地延伸。

10.如权利要求1所述的密封系统（20），其特征在于，所述歧管环（32）的高压侧表面（58）与所述第一密封件（22）的侧表面（62）接触，并且所述歧管环（32）的低压侧表面（60）与所述第二密封件（24）的侧表面（64）接触。

11.如权利要求1所述的密封系统（20），其特征在于，所述至少一个泄漏口（44）沿着所述歧管环（32）的中心线（46）定位。