CN1103007C - 嵌套的桥式密封 - Google Patents

Abstract

一种密封件包括一个由圆周上的开口形成的间隙的密封环，和一个弧形桥，该桥沿圆周横跨过该间隙，并且嵌套在该密封环上。该桥包括一个支座端，它仅靠摩擦力与该密封环相联结从而限制那里的各种圆周方向的运动。该桥还包括一个与该密封环在间隙的另一侧相联接的滑动端，该处的摩擦力要比支座端小一些以便允许在那里能做各种圆周方向的运动。

Description

嵌套的桥式密封

背景技术

本发明涉及燃气涡轮发动机，更具体地讲，涉及其中的密封。

燃气涡轮发动机是一种含有各种定子和转子部件的装置，因此需要各种形式的密封来防止其中的热燃烧气体或者压缩空气产生不希望的泄漏。

轴向相接的定子部件最常使用的是一种轴向压缩式的密封环。该密封环可能是一个完整的360°结构，或它可能是在圆周方向的某一位置上有开口，从而消除其中的周向压力和应力。这个有开口的密封件沿径向是有弹性的，因此它可能随着相邻的定子自由地扩张而不受圆周方向的约束力或应力。密封环也是轴向有弹性的，在一开始时它可能在相接件之间沿轴向被压缩以便在其间起密封作用。

密封环有多种横截面结构，例如E型密封，W型密封。这些形状提供了所需的轴向弹性，从而沿密封环的周向可发挥良好的密封效果。然而，圆周方向的开口使该环断开并形成了一个尽管很小的泄漏点。

密封环的另一些形式包括一个横跨该圆周上间隙的圆周方向的弧段，用来减小或消除该处的泄漏。因为这种滑动式密封包括两个部件，所以相对地加工起来更复杂、成本更贵些。这个密封的弧段必须在任何时候都相配地连接在横跨过圆周间隙处的密封环上。该弧段通常用焊接的方式连接在环上，这就增加了设计的复杂性和花费，并且引入了相应的受热区域。该焊接接缝必然会使应力增加，而为了防止提供过大的应力势必不期望地降低滑动密封的寿命。

因此，希望通过改进滑动密封，来消除由于焊接或其它机械方式使应力等的增加，并且简化设计及其制造。

发明概述

一种密封装置包括一个带有由圆周方向开口形成的间隙的密封环。一个弧形桥横跨过该间隙并嵌套在密封环上。该桥包括一个仅靠摩擦力与密封环相连接的支座端，该端能限制它们之间不同的圆周方向的运动。该桥还包括一个在该间隙另一端与密封环相连接的滑动端，该端的摩擦力比支座端要小一些从而允许不同的圆周方向的运动。

附图的简要描述

根据优选的和典型的实施例，结合本发明的目的和优点，本发明在随后说明中将结合下面的附图进行更详细地说明：

图1是一个放大的，贯穿一个燃气涡轮发动机涡轮喷嘴的支撑的一部分的轴向截面视图，包括根据本发明典型实施例的一个嵌套的桥式密封；

图2是从图1中分离出来的桥式密封件的立体端视图；

图3是嵌套的桥和密封环的放大的，部分截面视图，即为图2中点划线部分标号为3所示的相应的圆周上的间隙。

图4是根据本发明的另一实施例所示的嵌套的桥式密封件的横截面图。

发明的详细描述

图1所示的是典型的一个飞机燃气涡轮发动机的高压涡轮喷嘴10的一部分，该发动机是采用本发明进行密封的。该喷嘴包括多个圆周方向以喷嘴叶片12为空隙的间隔，这里只画出了沿径向向内的部分，这些涡轮叶片旋转并且加速来自上游燃烧室(没有画出)的热的燃烧气体14。这些涡轮叶片是整体地连接在一个径向方向的内圈16上的，该内圈本身又固定在一个环状的支撑法兰18上。

为了使喷嘴内圈16与支撑法兰18密封地相联接，依照本发明优选实施例，一个环形、嵌套的桥式密封件20被弹性地沿轴向压缩在它们之间，从而减少和防止了沿半径方向的泄漏。

在如图1所示的密封件20的应用，仅仅是按常规所知道的在燃气涡轮发动机中众多应用的一种。本发明明确指出的是有关密封件20本身的改进，这并不排除该密封件在燃气涡轮发动机或其它装置中通常的使用。

在图1中显示的是其安装位置并且在图2中单独画出来的密封件20是一个组合件，包括一个密封环22，其有由一个圆周方向上的开口限定的相应圆周上的间隙24，和一个弧形桥26，该桥沿圆周延伸并横跨环上的间隙24来防止此处的泄漏。如图1所示，密封环22有一个螺旋形的横截面，而桥26具有一个与之互补的螺旋形的横截面，当然，为了密封轴向联结的定子部件，该桥还可能采用任何传统的横截面形式。

更详细的描述如图2和图3所示，桥26包括一个基部或支座端28，该端在间隙24的一侧嵌套或沿圆周与密封环22交迭。该桥还包括一个相对的顶部或滑动端30，该端在间隙24的另一侧也嵌套或沿圆周与密封环22交迭。

根据本发明，桥26仅靠摩擦力与密封环22相接合，在支座端28摩擦力要大些，从而限制或防止该处各种圆周方向的运动，在滑动端30摩擦力要小些，这样该处可充分、无限制地允许各种圆周方向的运动。密封环22本身可以被设计成各种常用形式的密封连接件，只要为防止泄漏，其圆周方向的间隙24能被桥26封闭即可。这样，在环的间隙24处，桥26提供了一个滑动接合端，从而允许密封环22的不限制地膨胀和收缩以及同时使间隙24得到密封。

更有意义的是，环22和桥26之间不需要会增加设计的复杂性并在连接处带来不希望的应力增大的焊接，钎焊或者其它形式的机械连接。该桥和环仅仅是通过摩擦力，以嵌套式的结构简单地连接在一起的。

如图1所示，密封环22和桥26都有互补的径向对称的螺旋形横截面，并且，在相邻的内圈16和支撑法兰18之间的特殊形状的腔中，沿轴向方向上弹性地可被压缩。

密封环22和桥26每一个都有一对沿径向延伸并且沿轴向相反的呈镜对称的弯管32，该弯管共同形成了螺旋形横截面并且提供相邻的部件16、18接触时的密封表面。该弯管32形成了多个径向开口的狭槽或凹槽34，可使轴向有弹性地、可压缩的横截面发挥作用。由于螺旋形结构是一般的帽子形，因此密封件20轴向是柔性的，径向横截面上是刚性的。

如图1所示的嵌套式的密封环22和桥26，最好由基本一致的的螺旋形横截面嵌套在一起的薄规格的金属板形成。金属板是柔韧的，并且能很容易地利用普通的设备就形成图1所示的螺旋形。

如图2所示，该桥的支座端28沿圆周与密封环相交迭或嵌套，它比桥的滑动端30有更长的延伸，这样当径向扩展和收缩时，保证支座端有足够的摩擦而允许滑动端相对密封环滑动。

在一个优选实施例中，桥的支座端沿圆周与密封环相交迭的部分要大于四分之一圆周，并且桥的滑动端与密封环相交迭的部分小于四分之一圆周。因为桥26仅靠摩擦力与密封环相连接并嵌套在其上，所以在滑动端30不希望有过大的摩擦力，那样会妨碍密封环随着间隙24尺寸的增加和减小，相应地无限制的扩展和收缩。

在如图2所示的优选实施例中，桥26是另外一个完整的环，它有另外一个开口形成的一个桥的间隙36，更详细的描述如图3所示。在这种结构中，密封件20是一个两层结构，它的环22和桥26都是360°，但仍有相应的间隙24，36。

在这个两层结构中，桥的间隙36设置成与环的间隙24在一个四分之一圆周内相邻：如图所示的顺时针，或从那里开始的逆时针。这样，在两个间隙24，36之间滑动端30沿圆周的延伸是相对短的，确保了滑动端30和与之相联的密封环22之间的滑动运动不受限制。

同样的，桥的支座端28延伸超过至少四分之三及第四个四分之一圆周的一部分上，使支座端和密封环之间的摩擦力最大从而避免二者之间在操作中的各种圆周方向运动。在桥和密封环22之间仅有的圆周方向的微分运动发生在滑动端30处。

这种两层的密封件20能很容易地利用普通的设备就制造出来，同时密封环22和桥26一开始就具有螺旋形横截面和末端的间隙24，36彼此对齐排列，然后施加适当的周向力使环和桥彼此相对地旋转以便环形分离端间隙24，36和完成一个环的彼此嵌套。然而，由于密封件20主要是受轴向压缩的，所以即使有很少的周向力施加到其上也可能会改变间隙24，36在圆周上的相对位置。

为了保持密封环22及其桥26之间的装配关系，仅靠摩擦力就足够了，同时为防止了不希望的应力产生，还允许密封件不受限制的进行径向扩展和收缩。而且由于环22和桥26是简单地嵌套在一起的，没有使用焊接，钎焊或有其它的机械突变点，所以最终的结构是相对简单以及没有将会影响最后密封件刚度的应力增加。

如以上所述，密封件20可能是任何一种的普通的横截面形式并且仍然可享有摩擦嵌套的好处。例如，图4所示的是密封件的另外一种实施例，标记为38，有一个普通形式的E或W型的横截面。尽管图4所示的密封件38的横截面形式与图1所示的密封件20的横截面形式略有不同，对应同样部件的同样的参考符号被使用，包括不同形式的镜对称弯管32和径向狭槽34确定的密封环22和桥26。

尽管对于图2所示的密封件20来讲，环的间隙24是被藏在桥26的里面，但是，对于图4所示的密封件38来讲，相应的环的间隙可能会露出来。一样的，图2所示的密封件20桥的间隙36是露出来的，而图4所示的密封件38的相应的桥的间隙，是被藏在密封环22的里面的。

然而，在这两个实施例中，密封环22确定的外层与内圈16和支撑法兰18的相应部分相配合。相反，相应的桥仅仅提供桥式的密封环和间隙24，并且通常不另外提供一个与联接的内圈16和法兰18在一起的密封件。

为了使密封发挥作用，密封环22和桥26也可以有其它的合适的截面形式，并且这两个部件仅靠摩擦力连接在一起，从而在操作中允许密封环不受限制的扩张和收缩。

以上对本发明最佳和典型的实施例进行了描述，对熟悉本领域专业人而言都能理解，其他有关的实施例也是属于本发明精神实质的范围内，同样，对所描述实施例作出这样或那样的改变都应理解为被包含在本发明的精神实质范畴内。

因此，本发明的这份专利申请文件所希望保护的内容如以下权利要求所述：

Claims (10)

1.一种密封件，它包括：

一个有螺旋形横截面的密封环，和其圆周上由一个开口形成的间隙；

一个弧形桥沿圆周横跨过该间隙，并且其具有一个与该密封环互补的螺旋形的横截面，该桥的支座端与该密封环在间隙的一侧嵌套，而相对的该桥的滑动端与该密封环在间隙的另一侧嵌套；以及

该桥与密封环仅靠摩擦力相联结，该桥的支座端与该密封环相交迭的部分约大于四分之一圆周，使该支座端有较大的摩擦力从而限制各种圆周方向的运动，而该桥的滑动端与该密封环相交迭的部分约小于四分之一圆周，使该滑动端的摩擦力要小些以便允许各种圆周方向的运动。

2.根据权利要求1所述的密封件，其特征在于，上述密封环和桥是对称的螺旋形横截面，并且是弹性地可压缩的。

3.根据权利要求2所述的密封件，其特征在于，上述密封环还包括一对弯管共同形成上述螺旋形的横截面并且提供联接部件的密封表面。

4.根据权利要求3所述的密封件，其特征在于，上述密封环和桥是由薄金属板以相同的螺旋形横截面嵌套在一起形成的。

5.根据权利要求4所述的密封件，其特征在于，上述桥包括一个环，其有由圆周方向开口形成的一个桥的间隙。

6.根据权利要求5所述的密封件，其特征在于，上述桥的间隙位于上述环的间隙的四分之一圆弧内。

7.根据权利要求2所述的密封件，其特征在于，上述桥包括一个环，其有由圆周方向开口形成的一个桥的间隙。

8.根据权利要求7所述的密封件，其特征在于，上述桥的间隙与上述环的间隙在圆周方向上是相邻的。

9.根据权利要求8所述的密封件，其特征在于，上述桥的间隙位于上述环的间隙的四分之一圆弧内。

10.根据权利要求9所述的密封件，其特征在于，上述密封环和桥包括多个实现所述可弹性地压缩的横截面的径向开口。

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