CN108533334A - 涡轮机吸引式面密封组合件 - Google Patents

Abstract

在涡轮机的可旋转部件与不可旋转部件之间的涡轮机的高压区域与低压区域之间的吸引式面密封件包括气体轴承可旋转表面和不可旋转表面，不可旋转表面安装在不可旋转部件上的环形滑块上。回缩构件使环形滑块回缩远离可旋转部件且使不可旋转表面回缩远离可旋转表面，且包括轴向设置在滑块与不可旋转发动机部件之间的沿圆周隔开的非卷曲弹簧。

Description

涡轮机吸引式面密封组合件

技术领域

本发明大体上涉及转子与定子组合件之间的吸引式面密封件，且更确切地说，涉及具有回缩弹簧的吸引式面密封件。

背景技术

吸引式面密封件通过限制高压区与低压区之间的流动而最小化例如压缩空气或燃烧气体的流体的泄漏。吸引式面密封件通过补偿转子与定子之间可能存在的间隙的变化来控制泄漏。已公开供用于旋转机械中的此类密封件，旋转机械包括但不限于用于产生动力以及用于飞机和船舶推进的燃气涡轮发动机。

经由燃气涡轮发动机密封组合件的流体泄漏可能会显著增大燃料消耗且不利地影响发动机效率。此外，流体泄漏可能引起其它组件损坏和/或增大总体发动机维护成本。由于密封组合件的位置和/或操作环境，至少一些已知密封组合件可能随时间推移而劣化。

吸引式面密封件的一些实施例将转子配置为朝向相反的可旋转第一密封元件与不可旋转第二密封元件。所述可旋转第一密封元件附接到转子或为转子的整体部分。同样，此类密封件通常具有支撑所述不可旋转第二密封元件的定子，所述不可旋转第二密封元件附接到滑块或为滑块的整体部分。通常为螺旋弹簧的回缩弹簧用来在低功率条件或无功率条件期间分离所述旋转第一第二密封元件与所述非旋转第二密封元件或使其回缩。所述不可旋转第二密封元件安装在由定子支撑的滑块上。此类吸引式面密封件的实例公开于通用电气公司(General Electric Company)在印度提交的档案号为279249和280429的专利申请中，所述专利申请转让给受让人通用电气公司且以引用的方式并入。档案号279249标题为“抗锥旋吸引式面密封件(ANTI-CONING ASPIRATING FACE SEAL)”，且在印度于2016年4月14日以序列号2016/41013072提交。档案号280429标题为“吸引式面密封齿配置(ASPIRATING FACE SEAL TOOTH CONFIGURATION)”，且在印度于2016年5月11日以序列号2016/41016504提交。

颁予Brauer等人的在2004年1月13日发布且标题为“具有轴向延伸密封齿的吸引式面密封件(Aspirating Face Seal with Axially Extending Seal Teeth)”的第6,676,369号美国专利公开一种燃气涡轮发动机吸引式面密封件，所述燃气涡轮发动机吸引式面密封件包括可旋转发动机部件和不可旋转发动机部件以及其间的泄漏路径。围绕中心线的环形大体平面的可旋转及不可旋转气体轴承表面(gas bearing face surface)分别以可操作方式与可旋转发动机部件及不可旋转发动机部件相关联。径向内齿圈和外齿圈跨越所述泄漏路径轴向延伸远离所述可旋转气体轴承表面和不可旋转气体轴承表面中的第一个且朝向气体轴承表面中的第二个。辅助密封件包括跨越泄漏路径从所述可旋转和不可旋转气体轴承表面中的第二个朝向可旋转和不可旋转气体轴承表面中的第一个径向延伸的环形限流器齿。卷曲弹簧用来分离气体轴承表面。

已知密封设计还包括从定子轴向跨越气坝且从气坝径向向内延伸的吸引器齿，其中吸引器齿具有与转子隔开且在转子附近的尖端。还值得指出的是，吸引式面密封件技术使用例如“空气轴承”、“气坝”和“气流”的短语，其中应理解，词“空气”用来描述密封件的工作流体。吸引式面密封件的工作流体可以包括但不限于压缩空气、燃烧气体和/或蒸气。注意，吸引式面密封件为非接触式密封件，原因在于所述密封件的第一部分与第二部分并不意欲触碰，而可能在短时间周期期间经历摩擦。

滑块具有滑动界面以引导安装在定子或支撑件上的非旋转密封部件。这些界面允许非旋转密封部件轴向平移，但防止刚性主体在径向方向上运动或在周向方向上旋转。这些滑动界面还允许少量倾斜以适应密封件的旋转部分与非旋转部分之间的未对准。这些滑动界面会经受磨损。需要减少或消除滑动界面的磨损。

发明内容

一种涡轮机吸引式面密封组合件包括吸引式面密封件，所述吸引式面密封件可操作用于限制高压空气在发动机的不可旋转部件与所述发动机的可旋转部件之间从所述发动机的相对较高压力区域泄漏到所述发动机的相对较低压力区域。所述可旋转发动机部件与所述不可旋转发动机部件分别包括气体轴承可旋转表面和不可旋转表面，所述不可旋转表面在轴向上可滑动地安装在所述不可旋转发动机部件上的环形滑块上，且回缩构件用于使所述环形滑块回缩远离所述可旋转部件且使所述不可旋转表面回缩远离所述可旋转表面。所述回缩构件包括多个沿圆周隔开的非卷曲或至少部分扁平的弹簧，且所述弹簧中的每一个轴向设置在所述滑块与所述不可旋转发动机部件之间。

所述弹簧中的每一个可以大体上平坦或为片簧，且包括第一末端和第二末端以及其间的中间部分，所述第一末端与所述第二末端分别安装或附接到在所述不可旋转部件及所述滑块上或附接到所述不可旋转部件及所述滑块上的第一安装凸耳或突片及第二安装凸耳或突片。所述第一末端可以安装在托架上，所述托架安装到所述第一安装凸耳或突片上或附接至所述第一安装凸耳或突片。

所述弹簧可以被布置或定向成用于在所述滑块接触或摩擦所述可旋转部件的情况下使所述滑块回缩。所述弹簧可以是片簧，该片簧包括第一末端和第二末端以及其间的大体上平坦且平直的中间部分，所述第一末端与所述第二末端可以分别安装或附接到第一安装凸耳或突片及第二安装凸耳或突片，所述第一安装凸耳或突片及第二安装凸耳或突片在所述不可旋转部件及所述滑块上或附接至所述不可旋转部件及所述滑块，且所述弹簧可以在所述可旋转部件的转子方向上围绕所述可旋转部件的中心线旋转轴线弹动(clock)。

所述片簧可以具有在所述第一末端和所述第二末端以及所述中间部分中的恒定高度。

所述片簧中的每一个可以包括在所述第一末端和所述第二末端中的螺栓孔，且所述第一末端和所述第二末端的厚度大于所述中间部分的厚度。所述密封组合件可以进一步包括在所述中间部分与所述第一末端和所述第二末端之间的厚到薄过渡区段。

所述片簧可以包括为菱形的所述第一末端和所述第二末端，所述第一末端和所述第二末端的高度大于所述中间部分，且所述第一末端和所述第二末端以及所述中间部分具有均一厚度。

所述片簧可以包括在所述中间部分中的带槽或栅格结构，所述带槽或栅格结构包括在所述中间部分中的狭槽，且所述中间部分的高度可以大于所述第一末端和所述第二末端。

所述片簧可以包括所述中间部分为楔形且具有可变高度，且所述第一末端和所述第二末端以及所述中间部分具有均一厚度。

所述密封组合件的实施例可以包括所述片簧中的每一个具有第一末端和第二末端以及其间的中间部分，所述第一末端和所述第二末端以及所述中间部分与第一安装凸耳或突片和所述不可旋转部件集成且成整体，且所述第一安装凸耳或突片在所述不可旋转部件上或附接到所述不可旋转部件。所述密封组合件可以进一步包括从所述第二末端向后延伸且位于所述第二末端中的螺栓孔径向向外处的定位突片。

所述中间部分的一些实施例可以包括S形自由状态形状以及连接到轴向向后弧形区段的轴向向前弧形区段和其间的反曲点。

所述弹簧可以是发夹式弹簧，其中所述中间部分为双支腿U形中间部分，该双支腿U形中间部分包括连接到所述第一末端的沿圆周延伸的前第一支腿和连接到所述第二末端的沿圆周延伸的后第二支腿。U形弯曲部设置在所述第一支腿与所述第二支腿之间且连接所述第一支腿与所述第二支腿。所述第一末端和所述第二末端可以包括分别通过第一S形弯曲部及第二S形弯曲部连接到所述第一支腿及所述第二支腿的第一平坦部分和第二平坦部分。

所述密封组合件可以具有双支腿U形中间部分，双支腿U形中间部分包括轴向隔开的径向向前延伸的第一支腿和径向向后延伸的第二支腿，U形弯曲部设置在所述第一支腿与所述第二支腿之间且连接所述第一支腿与所述第二支腿，所述第一安装凸耳或突片从所述不可旋转部件径向向外延伸且附接到所述不可旋转部件，且所述第二安装凸耳或突片从所述滑块径向向外延伸且附接到所述滑块。所述第一安装凸耳或突片与所述第二安装凸耳或突片可以对准。

所述密封组合件可以包括辅助密封件，所述辅助密封件与在所述低压区域中的所述环形滑块的环形径向内滑块表面和在所述高压区域中位于所述环形滑块径向向外处的所述回缩构件密封接合。

所述密封组合件可以包括安装在所述可旋转部件上的密封齿载体上的环形曲径主要密封齿和环形曲径起动器密封齿，所述环形曲径主要密封齿和所述环形曲径起动器密封齿被设计且能操作以分别密封地接合所述不可旋转部件上的对应可磨耗主要密封焊盘和起动器密封焊盘。

所述密封组合件可以包括安装在所述不可旋转部件上的环形曲径主要密封齿和安装在所述可旋转部件上的密封齿载体上的环形曲径起动器密封齿。

具体地，本申请技术方案1涉及一种涡轮机吸引式面密封组合件，包括：吸引式面密封件，其能操作用于限制高压空气在发动机的不可旋转部件与所述发动机的可旋转部件之间从所述发动机的相对较高压力区域泄漏到所述发动机的相对较低压力区域，所述可旋转发动机部件与所述不可旋转发动机部件分别包括气体轴承可旋转表面与不可旋转表面，所述不可旋转表面在轴向可滑动地安装在所述不可旋转发动机部件上的环形滑块上；回缩构件，其用于使所述环形滑块回缩远离所述可旋转部件且使所述不可旋转表面回缩远离所述可旋转表面，所述回缩构件包括多个沿圆周隔开的非卷曲弹簧，且所述弹簧中的每一个轴向设置在所述滑块与所述不可旋转发动机部件之间。

本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的密封组合件，所述弹簧中的每一个为片簧，所述片簧包括第一末端和第二末端以及其间的大体上平坦且平直的中间部分，所述第一末端与所述第二末端分别安装或附接到在所述不可旋转部件和所述滑块上或附接到所述不可旋转部件和所述滑块的第一安装凸耳或突片及第二安装凸耳或突片。

本申请技术方案3涉及根据技术方案2所述的密封组合件，其包括安装在托架上的所述第一末端，所述托架安装于所述第一安装凸耳或突片上或附接到所述第一安装凸耳或突片。

本申请技术方案4涉及根据技术方案2所述的密封组合件，其包括所述第一末端和所述第二末端以及所述中间部分中的恒定高度。

本申请技术方案5涉及根据技术方案2所述的密封组合件，其包括在所述第一末端和所述第二末端中的螺栓孔，且所述第一末端和所述第二末端的厚度大于所述中间部分的厚度。

本申请技术方案6涉及根据技术方案5所述的密封组合件，其包括在所述中间部分所述第一末端和所述第二末端之间的厚到薄过渡区段。

本申请技术方案7涉及根据技术方案2所述的密封组合件，其中：

所述第一末端和所述第二末端为菱形，

所述第一末端和所述第二末端的高度大于所述中间部分，且

所述第一末端和所述第二末端以及所述中间部分具有均一厚度。

本申请技术方案8涉及根据技术方案2所述的密封组合件，其包括在所述中间部分中的带槽或栅格结构，所述带槽或栅格结构包括在所述中间部分中的狭槽。

本申请技术方案9涉及根据技术方案8所述的密封组合件，其中：所述中间部分的高度大于所述第一末端和所述第二末端。

本申请技术方案10涉及根据技术方案2所述的密封组合件，其中：所述中间部分为楔形且具有可变高度，且所述第一末端和所述第二末端以及所述中间部分具有均一厚度。

本申请技术方案11涉及根据技术方案1所述的密封组合件，其中：所述板片弹簧中的每一个包括第一末端和第二末端以及其间的中间部分，所述第一末端和所述第二末端以及所述中间部分与第一安装凸耳或突片和所述不可旋转部件集成且成整体，且所述第一安装凸耳或突片在所述不可旋转部件上或附接到所述不可旋转部件。

本申请技术方案12涉及根据技术方案11所述的密封组合件，其包括从所述第二末端向后延伸且位于所述第二末端中的螺栓孔径向向外处的定位突片。

本申请技术方案13涉及根据技术方案2所述的密封组合件，其中：所述中间部分包括S形自由状态形状以及连接到轴向向后弧形区段的轴向向前弧形区段和其间的反曲点。

本申请技术方案14涉及根据技术方案1所述的密封组合件，其中：所述非卷曲弹簧为包括第一末端和第二末端以及其间的中间部分的发夹式弹簧，所述第一末端与所述第二末端分别安装或附接到在所述不可旋转部件及所述滑块上或附接到所述不可旋转部及所述滑块的第一安装凸耳或突片和第二安装凸耳或突片，所述中间部分为双支腿U形中间部分，包括连接到所述第一末端的沿圆周延伸的前第一支腿和连接到所述第二末端的沿圆周延伸的后第二支腿，以及U形弯曲部设置在所述第一支腿与所述第二支腿之间且连接所述第一支腿与所述第二支腿。

本申请技术方案15涉及根据技术方案14所述的密封组合件，其中：所述第一末端和所述第二末端分别包括通过第一S形弯曲部与第二S形弯曲部连接到所述第一支腿与所述第二支腿的第一平坦部分与第二平坦部分。

本申请技术方案16涉及根据技术方案14所述的密封组合件，其中：所述发夹式弹簧全部在相同周向方向上对准，其中所述弹簧中沿圆周邻近的第一弹簧的所述U形弯曲部面向所述沿圆周邻近的弹簧中的第二弹簧的所述第一末端和所述第二末端，或所述沿圆周邻近的弹簧在相反周向方向上对准，其中所述沿圆周邻近的弹簧的所述U形弯曲部面向彼此且在相反周向方向上。

本申请技术方案17涉及根据技术方案2所述的密封组合件，其中：所述中间部分为双支腿U形中间部分，包括轴向隔开的径向延伸的前第一支腿和径向延伸的后第二支腿，U形弯曲部设置在所述第一支腿与所述第二支腿之间且连接所述第一支腿与所述第二支腿，所述第一安装凸耳或突片从所述不可旋转部件径向向外延伸且附接到所述不可旋转部件，以及所述第二安装凸耳或突片从所述滑块径向向外延伸且附接到所述滑块。

本申请技术方案18涉及根据技术方案17所述的密封组合件，其中：所述第一安装凸耳或突片与所述第二安装凸耳或突片对准。

本申请技术方案19涉及根据技术方案1所述的密封组合件，其包括辅助密封件，所述辅助密封件与在所述低压区域中的所述环形滑块的环形径向内滑块表面和在所述高压区域中位于所述环形滑块径向向外处的所述回缩构件密封接合。

本申请技术方案20涉及根据技术方案19所述的密封组合件，其包括安装在所述可旋转部件上的密封齿载体上的环形曲径主要密封齿和环形曲径起动器密封齿，所述环形曲径主要密封齿和所述环形曲径起动器密封齿被设计且能操作以分别密封地接合所述不可旋转部件上的对应可磨耗主要密封焊盘和起动器密封焊盘。

本申请技术方案21涉及根据技术方案18所述的密封组合件，其包括安装在所述不可旋转部件上的环形曲径主要密封齿和安装在所述可旋转部件上的密封齿载体上的环形曲径起动器密封齿。

本申请技术方案22涉及根据技术方案1所述的密封组合件，其中所述弹簧被布置或定向成用于在所述滑块接触或摩擦所述可旋转部件的情况下使所述滑块回缩。

本申请技术方案23涉及根据技术方案22所述的密封组合件，其中所述弹簧为片簧，包括第一末端和第二末端以及其间的大体上平坦且平直的中间部分，所述第一末端与所述第二末端分别安装或附接到在所述不可旋转部件及所述滑块上或附接到所述不可旋转部件及所述滑块的第一安装凸耳或突片和第二安装凸耳或突片，且所述弹簧在所述可旋转部件的转子方向上围绕所述可旋转部件的中心线旋转轴线弹动。

附图说明

图1为具有带有非卷曲回缩弹簧的吸引式面密封件的第一示范性实施例的示范性燃气涡轮发动机的一部分的横截面图。

图2为图1中所示意的吸引式气体轴承面密封件中的回缩片簧的剖示透视图。

图2A为图2中所示意的吸引式气体轴承面密封件中的回缩片簧定向的图解视图。

图3为具有恒定高度回缩片簧的图1中所示意的吸引式气体轴承面密封件的剖示透视图。

图4为栓接到图2中所示意的吸引式气体轴承面密封件的定子部分的片簧的第一周向末端的横截面图。

图5为处于密封位置的图4中所示意的吸引式气体轴承面密封件的横截面图。

图6为栓接到图2中所示意的吸引式气体轴承面密封件的滑块的回缩片簧的第二周向末端的横截面图。

图7为周向末端比在图2中所说明的末端之间延伸的弹簧中间部分厚的回缩片簧的实施例的透视图。

图8为菱形周向末端比在图2中所示意的末端之间延伸的弹簧中间部分宽的回缩片簧的实施例的透视图。

图9为具有图2中所示意的中间部分的带槽配置的回缩片簧的实施例的透视图。

图10为具有图2中所示意的中间部分的楔形配置的回缩片簧的实施例的透视图。

图11为与吸引式面密封件的不可旋转部件集成的图2中所示意的回缩板片弹簧的实施例的透视图。

图12为具有图2中所示意的中间部分的S形配置的回缩片簧的实施例的透视图。

图13为图2中所示意的非卷曲弹簧的发夹式弹簧实施例的透视图。

图13A为全部在相同周向方向上对准的图13中所示意的发夹式弹簧的布置的图解视图。

图13B为图13中所示意的发夹式弹簧的布置的图解视图，其中沿圆周邻近的弹簧在相反周向方向上对准，沿圆周邻近的弹簧的U形弯曲部面向彼此且在相反周向方向上。

图14为具有U形回缩弹簧的图2中所示意的吸引式气体轴承面密封件实施例的透视图。

图14A为图14中所示意的具有U形回缩弹簧的吸引式气体轴承面密封件实施例的横截面图。

图14B为具有前倾支腿的图14中所示意的U形回缩弹簧的透视图。

图14C为图14B中所示意的具有前倾支腿的U形回缩弹簧的横截面图。

图15为穿过处于部分打开位置的图2中所示意的吸引式气体轴承面密封件的流的图解横截面图。

图16为作用于图2中所示意的吸引式气体轴承面密封件上的力的图解。

图17为处于打开位置的图4中所示意的吸引式气体轴承面密封件和处于回缩位置的滑块的横截面图。

图18为替代吸引式气体轴承面密封件的横截面图，其中主要密封齿安装在环形滑块上，且起动器密封齿和偏转器密封齿安装在吸引式气体轴承的可旋转部件上。

图19为穿过处于部分打开位置的图18中所示意的吸引式气体轴承面密封件的流的横截面图。

图20为作用于图18中所示意的吸引式气体轴承面密封件上的力的图解。

具体实施方式

图1到3中说明吸引式面密封组合件12的第一示范性实施例，其具有环形吸引式面密封件16和辅助密封件18，所述辅助密封件在本文中说明为包括如图2中所示的活塞环20。密封组合件12被设计成用于控制高压区域48与低压区域46之间的泄漏或密封，例如在例如如图1中所示的燃气涡轮发动机10的涡轮机中可以发现的泄漏或密封。涡轮机包括但不限于例如可以用于油气行业的汽轮机、压缩机和涡轮压缩机，或类似设备。

参考图1，涡轮机或燃气涡轮发动机10的示范性实施例围绕发动机10的中心线轴线8，且包括环形静止定子或不可旋转部件102，所述环形静止定子或不可旋转部件耦合到环形框架1 03和至少部分地由后轴承108可旋转地支撑的旋转或可旋转部件104。框架103在本文中说明为围绕发动机10的中心线轴线8划定界限的环形涡轮机中心框架37。此外，不可旋转部件102为围绕燃气涡轮发动机10的中心线轴线8划定界限的静止环形部件。在本文中说明的实施例中，不可旋转部件102栓接到框架103，且可旋转部件104可旋转地耦合在发动机10内以围绕中心线轴线8旋转。高压区域48位于低压区域46径向向外处，且不可旋转部件102在径向上位于高压区域48与低压区域46之间。框架103将中间轴承107支撑于环形贮槽109中，所述环形贮槽由位于不可旋转部件102径向向内处的大体圆锥形贮槽部件66限定边界。

参考图1、4和5，吸引式面密封件16用于限制高压空气120在不可旋转部件102与可旋转部件104之间从相对较高压力区域48泄漏到相对较低压力区域46。高压空气120的泄漏分别在可旋转部件104与不可旋转部件102之间和气体轴承可旋转表面125与不可旋转表面124之间通过吸引式面密封件16。可旋转表面125和不可旋转表面124围绕发动机中心线轴线8划定界限且大体垂直于所述发动机中心线轴线8。发动机操作期间的非接触式密封经由形成于可旋转表面125与不可旋转表面124之间的空气轴承薄膜而获得，所述可旋转表面与所述不可旋转表面分别充当滑块轴承面与转子轴承面。

图4和5中所说明的吸引式面密封件16的实施例包括呈可旋转部件104上的凸缘形式的可旋转密封齿载体30。可旋转表面125在载体30上。主要密封齿34、起动器密封齿32和偏转器密封齿36安装在密封齿载体30上的可旋转表面125径向向外处。主要密封齿34和起动器密封齿32为环形曲径密封齿，被设计成且可操作以密封地接合位于且安装于环形滑块42上的对应可磨耗主要密封焊盘40和起动器密封焊盘38，所述环形滑块轴向滑动地安装在图2和3中所说明的环形不可旋转部件102上。环形滑块42包括中心环45以及分别从中心环45向前和向后延伸的环形前延伸部47和后延伸部51。

起动器密封焊盘38从环形后延伸部51径向面向内，且承载在所述环形后延伸部51上。主要密封焊盘40从环形滑块42的中心环45轴向面向后，且承载在所述中心环上。起动器密封焊盘38从中心环45上的不可旋转表面124向前凹入。不可旋转表面124安装在中心环45上。

主要密封齿34从密封齿载体30的前向载体延伸部35轴向向前且稍微径向向外延伸。偏转器密封齿36从密封齿载体30的前向载体延伸部35轴向向前且稍微径向向内延伸。前向载体延伸部35从密封齿载体30向前延伸，且支撑主要密封齿34和偏转器密封齿36。起动器密封齿32大体上从密封齿载体30径向且大体上与发动机10的中心线轴线8正交地延伸。主要密封焊盘40和起动器密封焊盘38可以由可磨耗材料制成或包括可磨耗材料。可磨耗材料可以是蜂巢材料、例如镍石墨的热喷涂可磨耗材料，或其它可磨耗材料。

不可旋转表面124位于环形滑块42上的主要密封焊盘40和起动器密封焊盘38径向向内处，且大体上平行于可旋转部件104上的可旋转表面125。不可旋转表面124与可旋转表面125轴向隔开可变距离123。在高压区域48与低压区域46之间的压力差下，滑块42轴向向后移动，从而闭合不可旋转表面124和可旋转表面125。可变轴长环形气室69在滑块42与可旋转表面125之间轴向延伸。气体轴承空间100在不可旋转表面124与可旋转表面125之间轴向延伸。

参考图3到5，空气馈入通路110延伸穿过环形滑块42的中心环45，且从高压区域48延伸到不可旋转表面124与可旋转表面125之间的气体轴承空间100。本文中说明的空气馈入通路110的示范性实施例包括馈入孔112，所述馈入孔从高压区域48经由中心环45大体径向向内延伸到中心环45中的对应轴向延伸的喷孔114。喷孔114经由中心环45从馈入孔112经由不可旋转表面124轴向延伸到气体轴承空间100。

穿过环形滑块42的中心环45的沿圆周隔开的第一排气通道96和第二排气通道98中的第一多个排气通道93和第二多个排气通道95提供气室69与低压区域46之间的压力连通，如图4中所示出。在高压区域48与低压区域46之间存在很大压力差时，第一排气通道96和第二排气通道98在发动机操作期间将气室69排气到低压区域46。第一排气通道96径向向内倾斜，且从气室69向前径向向内延伸。第二排气通道98从气室69经由环形滑块42的中心环45大体上径向向内延伸。

起动器密封齿32用于引发吸引式面密封件16的闭合。起动器密封齿32位于安装在可旋转部件104上的密封齿载体30上，且径向朝向不可旋转可磨耗起动器密封焊盘38延伸。此设计允许起动器齿在高径向偏移期间摩擦成可磨耗的，而非具有金属到金属触点。偏转器密封齿36用于帮助减小静止密封表面与旋转密封表面之间的气体轴承空间100和环形气室69中的内部压力累积。

图15说明在发动机操作期间在吸引式面密封件16部分地打开时流过吸引式面密封件16的各种空气流。主要密封齿34与起动器密封齿32之间和主要密封焊盘40与起动器密封焊盘38之间的相应间隙允许有空间来抽吸齿与焊盘之间的流。轴承流901从高压区域48经由空气馈入通路110进入不可旋转表面124与可旋转表面125之间的气体轴承空间100。轴承流901退出气体轴承空间100作为径向向外轴承流903和径向向内轴承流902。径向向外轴承流903通过第一排气通道96和第二排气通道98，且与径向向内轴承流902一起通过可旋转部件104与不可旋转部件102之间的间隙到达低压区域46。

密封流121在起动器密封齿32与起动器密封焊盘38之间且接着在主要密封齿34与主要密封焊盘40之间泄漏或流动。在吸引式面密封件16闭合时的发动机操作条件期间，主要密封齿34为空气流过吸引式面密封件16的主要限制。密封流121与轴承流901在环形气室69中合并，且合并的流作为分别通过第一排气通道96与第二排气通道98的轴向排气流904与径向向内排气流905退出吸引式面密封件16。合并的流接着通过可旋转部件104与不可旋转部件102之间的间隙到达低压区域46。

跨越主要密封齿34的主要密封流121和径向向外轴承流903由于跨越吸引式面密封件16从高压区域48到低压区域46的压降而作为射流进入气室69。主要密封流121退出主要密封齿34与大体上径向向内朝向第一排气通道96和第二排气通道98行进的主要密封焊盘40之间的间隙。径向向外轴承流903进入径向向外行进的气室69，且通过偏转器密封齿36朝向第一排气通道96和第二排气通道98重定向。径向向外轴承流903与主要密封流121合并成轴向排气流904和径向向内排气流905，所述轴向排气流与所述径向向内排气流从气室69分别经由第一排气通道96与第二排气通道98流到低压区域46。

偏转器齿36对径向向外轴承流903的重定向增大进入第一排气通道96和和排气通道98中的流量，从而引起较高排放系数(Cd)和较大有效通道面积。这样使得气室69中的气压趋近于低压区域46的气压。气室69与低压区域之间的压力类似性产生作用于滑块42上的更稳定的力均衡，从而导致空气轴承表面之间的更确定的操作间隙。Cd为用于找出流体通过的孔或通道的有效面积的标准工程比率，即，实际面积*Cd＝有效面积。完美的Cd＝1，但真实孔的Cd较低。

在较高功率操作期间，主要密封齿34抑制空气120从相对较高压力区域48到相对较低压力区域46的流动，由此引起高压区域48与低压区域46之间的压力差的增大。高压区域48与低压区域46之间的高压力差作用于滑块42的在起动器密封齿32上游的区上，从而导致净轴向力，所述净轴向力推动滑块42以及位于滑块42上的主要密封焊盘40和起动器密封焊盘38朝向可旋转部件104上的可旋转表面125以及主要密封齿34、起动器密封齿32和偏转器密封齿36。吸引式面密封件16在图17中示出为处于打开位置，且在图4中说明为处于几乎闭合位置。

图1到4中示出用于在低功率条件或无功率条件期间使环形滑块42回缩远离可旋转部件104且使不可旋转表面124回缩远离可旋转表面125的回缩构件82。在低功率条件或无功率条件期间，滑块42和不可旋转表面124被回缩构件82偏置远离可旋转部件104上的可旋转表面125或旋转密封表面。这样使得气体轴承空间100和环形气室69轴向拉长，且使得主要密封齿34从滑块42上的主要密封焊盘40回缩。

参考图2到12，回缩构件82包括设置在不可旋转部件102与滑块42之间且围绕所述不可旋转部件和所述滑块的多个沿圆周隔开的非卷曲片簧84。弹簧84中的每一个包括第一末端202和第二末端204以及其间的中间部分206。第一末端202是通过安装在第一安装凸耳或突片210上或附接到所述第一安装凸耳或突片的托架208而安装，所述第一安装凸耳或突片在不可旋转部件102上或附接到所述不可旋转部件，如图5中所示。第二末端204安装在第二安装凸耳或突片214上或附接到所述第二安装凸耳或突片，所述第二安装凸耳或突片在第一安装突片210下游或后方处于滑块42上或附接到所述滑块，如图6中所示。

螺栓212和螺母216可以用来紧固或附接第一末端202与第二末端204。第一安装突片210和第二安装突片214可以分别与不可旋转部件102和滑块42集成且成整体。托架208包括轴向隔开的前条棒218和后条棒220。螺栓212和螺母216的前集合222将前条棒218和托架208附接或连接到不可旋转部件102上的第一安装突片210。螺栓212和螺母216的后集合224将弹簧84的第一末端202附接或连接到后条棒220。螺栓212和螺母216的第三集合230将弹簧84的第二末端204附接或连接到滑块42上的第二安装突片214。如图7到10中所示，螺栓212穿过弹簧84的末端中的螺栓孔213而设置。

弹簧84被定向成在轴向方向上是顺应性的，而在径向和周向方向上为刚性的。滑块的运动自由度等效于当前技术，但其不需要滑动界面，从而减少磨损。具有非卷曲弹簧84的回缩构件82减少元件数、消除磨损表面上的涂层、减少机械加工操作，且降低制造和维修成本。具有片簧84的回缩构件82消除需要严格容差的特征，且因此导致制造和维修成本降低。具有非卷曲弹簧84的回缩构件82简化组装过程，因为需要较少匀场。

回缩构件82和非卷曲弹簧84相对于气体轴承空间100中的轴承气流在环形滑块42和高压区域48中的吸引式面密封件16上游。回缩构件82和弹簧84相对于穿过吸引式面密封件16的轴承气流定位于辅助密封件18上游。包括非卷曲弹簧84的回缩构件82定位于前向延伸部47径向向外处，且辅助密封件18定位于前向延伸部47径向向内处。辅助密封件18与环形滑块42的环形径向内滑块表面21密封接合，且位于高压区域48与低压区域46之间的边界上。回缩构件82和非卷曲弹簧84位于环形滑块42径向向外处，且辅助密封件18位于环形滑块42径向向内处。回缩构件82和辅助密封件18的布置减少环形滑块42上的不可旋转表面124的偏转。

环形滑块42的中心环45被设计成由于图16中所示的作用于中心环45上的力而在分别如图4与5中所示如在气体轴承不可旋转表面124处测量的轴向回缩位置RP与密封位置SP之间移动。所述力由作用于表面上的相对低压区域46和高压区域48中的压力和回缩构件82的弹簧力引起。

参考图4，在起动发动机时，高压区域48中的压力开始上升，因为起动器密封齿32抑制空气120从相对高压区域48流动到相对低压区域46。低压区域46与高压区域48之间的压力差导致作用于中心环45上的闭合压力。所述压力抵抗来自回缩构件82的弹簧力以将中心环45和安装于其上的不可旋转表面124朝向气体轴承可旋转表面125推动。图16示意在发动机起动期间作用于吸引式面密封件16上的高压和低压闭合力以及所述闭合力如何克服弹簧力。参考图5，在发动机关断期间，高压区域48中的压力下降，且回缩构件82的弹簧84克服闭合力且使吸引式面密封件16回缩。图16中还示意来自可旋转表面125与不可旋转表面124之间的空气轴承中的高压空气的打开力。

可以使用许多型式和配置的片簧84。如图2和3中所示的片簧84的示范性实施例包括如轴向测量的厚度232、如沿中间部分206的圆周测量的长度234和如径向测量的高度236。中间部分206可以是弯曲、弧形或围绕中心线轴线8划定界限。中间部分206的高度236可能改变或不同于如图2中所示的第一末端202和第二末端204的高度236。这允许控制片簧84的应力和刚度。中间部分206的高度236可以与第一末端202和第二末端204的高度236相同，如图3中所示，因此，第一末端202和第二末端204以及中间部分206中的高度236是恒定的。在两个实施例中，厚度在末端以及其间的中间部分206中都是恒定的。

图7中所说明的片簧84的示范性实施例包括在第一末端202和第二末端204中大于中间部分206的厚度232。具有较厚末端的片簧可以被设计成驱使远离第一末端202和第二末端204中的螺栓孔213而弯曲，且减小螺栓孔应力。板片弹簧84的中间部分206与第一末端202和第二末端204之间的厚到薄过渡区段240减小弯曲应力，且可以用来控制弹簧刚度。如图7中所示的高、薄中间部分206提供径向刚度和轴向柔性。

图8中所示意的片簧84的另一示范性实施例包括菱形第一末端202和第二末端204，所述第一末端和所述第二末端相对宽或高以较之于如图7中所示的较小末端将弯曲应变扩散在大区上且减小螺栓孔213应力。这还使得片簧84能够具有均一厚度232，从而简化弹簧的制造且降低弹簧成本。

图9中所示的片簧84的带槽实施例包括大高度236中间部分206，其中带槽或栅格结构242可以被设计成增大径向刚度，同时维持低轴向刚度和低重量。中间部分206的高度236大于第一末端202和第二末端204的高度236。原本为实心的中间部分206中的带槽或栅格结构242的大小和布置可以用来调谐片簧84的刚度和振动响应。图10中所示的片簧84的楔形实施例在中间部分206中包括可变高度236，所述中间部分被设计成在滑块42朝向可旋转部件104上的可旋转表面125移动时，调谐第一末端202与第二末端204之间的预期行程范围上的径向和轴向刚度。

图11中所示的非圆锥形弹簧84的集成实施例包括与用于弹簧的支撑结构集成且成整体的片簧84，所述支撑结构在本文中所说明的实施例中为不可旋转部件102。集成式片簧84包括与第一安装凸耳或突片210集成且成整体的第一末端202。集成的安装凸耳或突片210与不可旋转部件102集成且成整体。第一末端202和第二末端204以及其间的中间部分206全部是集成且整体式的。第二末端204中的螺栓孔213用来将第二末端204安装或附接到在滑块42上或附接到所述滑块的第二安装凸耳或突片214。定位突片244从第二末端204向后延伸，且位于螺栓孔213径向向外处。定位突片244被设计成搁置在第二安装突片214上或与之交互，从而提供滑块同心性。集成式片簧84被设计成消除栓接接头、简化组装、减小重量且减少元件数。

图12中所示意的片簧84的S形实施例包括在第一末端202与第二末端204之间沿圆周延伸的S形中间部分206。S形中间部分206包括连接到轴向向后弧形区段252的轴向向前弧形区段250和其间的反曲点254。S形板片弹簧84用于对滑块42预加载而使其抵靠在本文中所说明的实施例中为不可旋转部件102的弹簧支撑结构，且提供起离力以在发动机关断之后使滑块42回缩。S形弹簧84示意为以实线示出的自由状态形状256，且其平直组合件安装条件形状258以短划线示意。

回缩构件82可以包括图13中所示的发夹式弹簧84。发夹式弹簧84包括在第一末端202与第二末端204之间沿圆周延伸的双支腿U形中间部分206。双支腿U形中间部分206包括连接到第一末端202的沿圆周延伸的前第一支腿260和连接到第二末端204的沿圆周延伸的后第二支腿262。U形弯曲部263设置在第一支腿260与第二支腿262之间且连接所述第一支腿与所述第二支腿。第一支腿260和第二支腿262可以大体上平坦。第一支腿260和第二支腿262可以是弯曲、弧形或围绕中心线轴线8划定界限。第一末端202安装在第一安装凸耳或突片210上或附接到所述第一安装凸耳或突片，所述第一安装凸耳或突片在不可旋转部件102上或附接到所述不可旋转部件。第二末端204安装在第二安装凸耳或突片214上或附接到所述第二安装凸耳或突片，所述第二安装凸耳或突片在滑块42上或附接到所述滑块。第一末端202和第二末端204包括分别通过第一S形弯曲部268和第二S形弯曲部270连接到第一支腿260和第二支腿262的第一平坦部分264和第二平坦部分266。第一平坦部分264和第二平坦部分266与其相应第一支腿260和第二支腿262径向隔开，且第一S形弯曲部和第二S形弯曲部帮助其定位。发夹式弹簧84被设计成消除滑块围绕发动机中心线轴线8的旋转。发夹式弹簧84可以允许减小第一安装凸耳或突片210和第二安装凸耳或突片214在径向方向上的螺栓凸缘高度。

图13A中图解说明发夹式弹簧84的第一示范性布置，所述发夹式弹簧全部在相同周向方向上对准，其中沿圆周邻近的弹簧中的第一弹簧的U形弯曲部263面向沿圆周邻近的弹簧中的第二弹簧的第一末端202和第二末端204。

图13B中图解说明发夹式弹簧84的第二示范性布置，其中沿圆周邻近的弹簧84在相反周向方向上对准，沿圆周邻近的弹簧的U形弯曲部263面向彼此且在相反周向方向上。

非卷曲弹簧84的U形实施例示于图14和14A中，且包括径向远离不可旋转部件102和滑块42延伸的双支腿U形中间部分206。U形中间部分206包括连接到第一末端202的径向延伸且大体上平直的前第一支腿260和连接到U形弹簧84的第二末端204的径向延伸的后第二支腿262。第一支腿260与第二支腿262轴向隔开，且U形弯曲部263设置在第一支腿260与第二支腿262之间且连接所述第一支腿与所述第二支腿。第一末端202安装在第一安装凸耳或突片210上或附接到所述第一安装凸耳或突片，所述第一安装凸耳或突片从不可旋转部件102径向向外延伸且附接到所述不可旋转部件。第二末端204安装在第二安装凸耳或突片214上或附接到所述第二安装凸耳或突片，所述第二安装凸耳或突片从滑块42径向向外延伸且附接到所述滑块。第一安装凸耳或突片210与第二安装凸耳或突片214优选地轴向对准。U形弹簧84被设计成提供高径向和周向刚度，同时维持低轴向刚度。

图14B和14C示出具有前倾第一支腿260的非卷曲弹簧84的替代U形实施例。此U形弹簧84包括连接前倾第一支腿260与平直径向延伸第二支腿262的U形中间部分206和U形弯曲部263。第一支腿260和第二支腿262分别连接到第一末端202和第二末端262。此实施例允许第一支腿与第二支腿之间的较大U形弯曲部263，这降低了U形弯曲部中的应力，且改善滑块42处于密封位置时的U形弹簧屈曲能力。

图18到20中所示出的吸引式面密封件16的替代实施例包括呈可旋转部件104上的凸缘形式的可旋转密封齿载体30。可旋转表面125在载体30上。主要密封齿34安装在环形滑块42上，而非如图1和3中所说明的实施例那样在可旋转部件104上的可旋转密封齿载体30。起动器密封齿32和偏转器密封齿36安装在密封齿载体30上的可旋转表面125径向向外处。

主要密封齿34和起动器密封齿32为环形曲径密封齿，被设计成且可操作以接合对应可磨耗主要密封焊盘40和起动器密封焊盘38。主要密封焊盘40从密封齿载体30轴向面向前且安装在所述密封齿载体上。主要密封焊盘40位于可旋转表面125和偏转器密封齿36径向向外处。主要密封齿34在后延伸部51与环形滑块42的中心环45之间径向地从环形滑块42轴向向后延伸。偏转器密封齿36从密封齿载体30轴向向后延伸。起动器密封齿32大体上从齿载体30径向且大体上与发动机10的中心线轴线8正交地延伸。

图2到12中所示出的非卷曲弹簧84可称为片簧，因为其具有在第一末端202与第二末端204之间沿圆周延伸的大体上平直中间部分206。图13中所示意的发夹式弹簧84在双支腿U形中间部分206中包括两个平直支腿。图14和14A中所说明的板片弹簧84的U形板片弹簧实施例包括径向延伸的平直前第一支腿260和后第二支腿262。

参考图2，弹簧84被布置或定向成在滑块接触或摩擦可旋转部件104的情况下使滑块42回缩，因此清除所述摩擦。在滑块42闭合(向后移动)时，片簧84在托架208处挠曲，从而使得滑块42围绕中心线轴线8在自后而前ALF视角来看逆时针CCW旋转。这又导致附接到滑块42的第二末端204移动得较接近于片簧84的第一末端202，所述第一末端是通过附接到不可旋转部件102的托架208而安装。

在滑块42回缩(向前移动)时，相反情况发生，且滑块42围绕中心线轴线8在自后而前ALF视角来看顺时针CW旋转。这又导致第二末端204移动远离片簧84的第一末端202。

图2A图解说明弹簧84相对于本文中说明为不可旋转部件102的支撑件的布置和定向。弹簧84在自后而前ALF视角上围绕中心线轴线8在本文中说明为顺时针CW方向的转子方向上弹动。

尽管本文中已描述被认为是本发明的优选和示范性实施例的实施例，但所属领域的技术人员从本文中的教示应显而易见本发明的其它修改，且因此，需要保证在所附权利要求书中，所有此类修改处于本发明的真实精神和范围内。因此，希望专利证书保证本发明在所附权利要求中加以限定和区分。

Claims (10)

1.一种涡轮机吸引式面密封组合件，包括：

吸引式面密封件，其能操作用于限制高压空气在发动机的不可旋转部件与所述发动机的可旋转部件之间从所述发动机的相对较高压力区域泄漏到所述发动机的相对较低压力区域，

所述可旋转发动机部件与所述不可旋转发动机部件分别包括气体轴承可旋转表面与不可旋转表面，

所述不可旋转表面在轴向可滑动地安装在所述不可旋转发动机部件上的环形滑块上，

回缩构件，其用于使所述环形滑块回缩远离所述可旋转部件且使所述不可旋转表面回缩远离所述可旋转表面，

所述回缩构件包括多个沿圆周隔开的非卷曲弹簧，且

所述弹簧中的每一个轴向设置在所述滑块与所述不可旋转发动机部件之间。

2.根据权利要求1所述的密封组合件，其特征在于：所述弹簧中的每一个为片簧，所述片簧包括第一末端和第二末端以及其间的大体上平坦且平直的中间部分，所述第一末端与所述第二末端分别安装或附接到在所述不可旋转部件和所述滑块上或附接到所述不可旋转部件和所述滑块的第一安装凸耳或突片及第二安装凸耳或突片。

3.根据权利要求2所述的密封组合件，其特征在于：其包括安装在托架上的所述第一末端，所述托架安装于所述第一安装凸耳或突片上或附接到所述第一安装凸耳或突片。

4.根据权利要求2所述的密封组合件，其特征在于：其包括所述第一末端和所述第二末端以及所述中间部分中的恒定高度。

5.根据权利要求2所述的密封组合件，其特征在于：其包括在所述第一末端和所述第二末端中的螺栓孔，且所述第一末端和所述第二末端的厚度大于所述中间部分的厚度。

6.根据权利要求5所述的密封组合件，其特征在于：其包括在所述中间部分所述第一末端和所述第二末端之间的厚到薄过渡区段。

7.根据权利要求2所述的密封组合件，其特征在于：

所述第一末端和所述第二末端为菱形，

所述第一末端和所述第二末端的高度大于所述中间部分，且

所述第一末端和所述第二末端以及所述中间部分具有均一厚度。

8.根据权利要求2所述的密封组合件，其特征在于：其包括在所述中间部分中的带槽或栅格结构，所述带槽或栅格结构包括在所述中间部分中的狭槽。

9.根据权利要求8所述的密封组合件，其特征在于：所述中间部分的高度大于所述第一末端和所述第二末端。

10.根据权利要求2所述的密封组合件，其特征在于：所述中间部分为楔形且具有可变高度，且

所述第一末端和所述第二末端以及所述中间部分具有均一厚度。