CN116428021B - 柱塞密封装置和密封方法 - Google Patents

Abstract

在一些实施例中，本文提供的装置可用于密封间隙，例如燃气涡轮发动机喷嘴襟翼和侧壁之间的间隙。用于密封这种间隙的装置可以是柱塞密封件，其包括柱塞、保持元件、导向销和偏置元件。柱塞包括密封边缘和致动边缘，该致动边缘具有形成在其中的至少一个凹槽和开口。偏置元件和导向销的一部分嵌套在凹槽中。保持元件将柱塞锚定到保持元件。保持元件还将柱塞密封件锚定到外壳。当安装在间隙中时，外壳接合襟翼并且柱塞接合侧壁。偏置元件处于压缩状态并将导向销推入致动边缘，以将柱塞推向侧壁并密封间隙。

Description

柱塞密封装置和密封方法

技术领域

本技术领域通常涉及用于密封可移动部件和固定结构之间的间隙的动态密封件，更具体地，涉及可用于燃气涡轮发动机排气喷嘴的动态密封件。

背景技术

燃气涡轮发动机，例如用于为飞行器提供动力的燃气涡轮发动机，可包括涡轮下游的排气喷嘴。排气喷嘴可以包括定位在喷嘴侧壁之间的可移动襟翼。襟翼可以经由一系列联动装置来致动，以控制喷嘴内的二维区域，从而引导和加速来自发动机的核心空气流，以达到推力的目的。襟翼和侧壁之间的间隙可以产生通道，例如，由于喷嘴核心和围绕喷嘴的周围环境之间的压力梯度，核心空气可以流过这些通道。核心空气从喷嘴核心泄漏到周围环境可能会降低发动机的推力和效率。

附图说明

图1是根据一些实施例的示例性燃气涡轮发动机排气喷嘴组件的透视图。

图2是沿图1的线2-2截取的图1的喷嘴组件的横截面图。

图3是从喷嘴组件的后端截取的图1的喷嘴组件的端视图。

图4是沿图1中线4-4截取的图1的喷嘴组件的一部分的放大横截面图。

图5是根据一些实施例的柱塞密封件的俯视图。

图6是图5的柱塞密封件的仰视图。

图7是安装在外壳中的图5的柱塞密封件的横截面透视图。

图8是安装在间隙中的柱塞密封件和外壳的横截面的示意图。

图9是图5的联接在一起的两个柱塞密封件之间的接口的顶侧的横截面透视图。

图10是图8所示柱塞的透视图。

图11A是图5所示的柱塞密封件的端部的替代实施例。

图11B是图5所示的柱塞密封件的端部的另一个替代实施例。

图12是根据一些实施例的使用柱塞密封件密封间隙的方法的流程图。

附图中的元件是为了简单和清楚而示出的并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸和/或相对定位可能相对于其他元件被夸大以帮助理解各种实施例。同样，在商业上可行的实施例中有用或必要的常见但被充分理解的元件通常不被描述以促进对这些不同实施例的更通畅的视图。

具体实施方式

为了消除或减少襟翼和侧壁之间的间隙的尺寸以及密封喷嘴核心内的核心空气，密封组件可以定位在襟翼和侧壁之间。在一些情况下，衬里可以经由一个或多个吊架结构安装到侧壁。当侧壁包括侧壁衬里时，密封组件可以定位在襟翼和侧壁衬里之间，使得密封组件靠着侧壁衬里进行密封而不是直接密封到侧壁上。

在喷嘴的操作期间，襟翼可以相对于侧壁在一个或多个方向上移动。因此，用于襟翼和侧壁之间的间隙的密封组件可能需要促进滑动运动。例如，密封组件可能需要促进密封组件沿侧壁滑动，同时仍保持襟翼和侧壁之间的密封。

除了适应沿侧壁的滑动运动之外，密封组件可能还需要适应襟翼与侧壁和/或侧壁衬里之间的间隙尺寸的动态变化。例如，侧壁衬里可能由于喷嘴内的压力和温度变化而变形或移动。此外，尽管通常是固定的，但侧壁也可以朝向或远离襟翼偏转或偏移。这种变形会影响襟翼与侧壁和/或侧壁衬里之间的间隙的尺寸。因此，密封组件可能需要适应襟翼与侧壁和/或衬里之间的间隙尺寸的变化。

柱塞密封件可用于密封襟翼与侧壁和/或侧壁衬里之间的间隙。柱塞密封件可以通过三个滑动接触工作：接触外壳、接触侧壁和/或衬里以及接触相邻的柱塞密封件。然而，柱塞密封件可能会提供与侧壁和/或衬里的刚性接口，从而导致较差的贴合性，并因此可能导致更多的泄漏。柱塞密封件还可能涉及仔细平衡，以便柱塞在整个缩回深度和反作用力、摩擦和压力载荷的跨度范围内保持接触。此外，柱塞密封件可包括相对于柱塞偏移具有较长缩回深度的柱塞，从而产生包装约束。

因此，仍然需要一种柱塞密封件，其能够通过控制或禁止核心空气在喷嘴处流向周围环境来更有效和高效地密封动态间隙，同时提高与动态表面的贴合性，降低结合的风险，并减少柱塞密封件的深度。

参考图1-4，示出了产生核心空气流的燃气涡轮发动机12。喷嘴组件10位于燃气涡轮发动机12的后方，以控制排出的核心空气的影响。喷嘴组件10包括安装成用于在两个相对的对应侧壁16之间相对于彼此移动的上襟翼14和下襟翼14。间隙42位于襟翼14的外边缘和侧壁16之间。在没有密封件的情况下，该间隙42可以允许空气低效地排放到周围环境中。

如图5-10所示，当安装在间隙42中时，柱塞密封件50控制或甚至防止该核心空气从喷嘴核心22排放到周围环境44中。柱塞密封件50包括柱塞52、保持元件54、导向销56和偏置元件58。柱塞52包括密封边缘60和致动边缘62。致动边缘62具有形成于其中的至少一个凹槽70和开口72。偏置元件58和导向销56的一部分嵌套在柱塞52的凹槽70中，从而减小了柱塞密封件50的深度。偏置元件58围绕导向销56设置在保持元件54和柱塞52之间。保持元件54包括插入柱塞52中的开口72中以将柱塞52锚定到保持元件54的后扣76。

柱塞密封件50经由保持元件54联接到外壳82。当安装在间隙42中时，外壳82接合襟翼14，并且柱塞52的密封边缘60接合侧壁16，以密封间隙42。偏置元件58处于压缩状态，并将导向销56推入柱塞52的致动边缘62，以将柱塞52推向侧壁16并密封间隙42。当多个柱塞密封件50串联定位时，柱塞52使用双搭接接口联接在一起，这减少或者甚至防止空气在柱塞52周围沿多个方向偏移。

转向图1，燃气涡轮发动机12将废气(也称为核心空气)排放到喷嘴组件10中。喷嘴组件10可包括一个或多个襟翼14和一个或多个侧壁16。在该示例性实施例中，喷嘴组件10包括彼此相对定位的侧壁16和彼此相对定位的襟翼14。在一些实施例中，一个或多个侧壁16进一步包括经由一个或多个吊架20(未示出)安装到侧壁的衬里18。襟翼14相对于侧壁16是可移动的，侧壁16通常可以是固定的。通过一些方法，襟翼14可以由燃气涡轮发动机12在喷嘴组件10的前端30处枢转地支撑，例如通过诸如铰链24的旋转装置。

襟翼14和侧壁16限定喷嘴核心22，其限制离开燃气涡轮发动机12的核心空气。来自燃气涡轮发动机12的核心空气流过喷嘴核心22，以给燃气涡轮发动机12产生推力。核心空气可以从喷嘴组件10的前端30流过喷嘴核心22到后端32。喷嘴组件10的后端32限定了出口26，出口26的形状通常为矩形，用于将核心空气从喷嘴组件10中排出到周围环境44。在一些方法中，襟翼14可移动，以引导喷嘴核心22内的核心空气的流动和压力。例如，襟翼14可竖直移动，以调节喷嘴组件10的出口26的尺寸。

转向图2，燃气涡轮发动机12的发动机核心34位于喷嘴组件10的上游，使得核心空气从发动机核心34流入喷嘴核心22。如图2所示，在一些实施例中，喷嘴组件10的襟翼14被致动以改变喷嘴核心22的一个或多个横截面区域。以这种方式，喷嘴组件10是可变的二维喷嘴组件。襟翼14可以被致动，例如通过围绕铰链24枢转。喷嘴核心22包括第一横截面区域36、第二横截面区域38和第三横截面区域40。襟翼14控制第二横截面区域38和第三横截面区域40的尺寸。

在燃气涡轮发动机12的操作期间，襟翼14在喷嘴组件10的喷嘴核心22中产生压力梯度。例如，喷嘴核心22中的核心空气的压力从喷嘴核心22的前端30向后端32降低。也就是说，核心空气的压力从第一横截面区域36向第二横截面区域38再向第三横截面区域40降低。

转向图3，襟翼14和侧壁16之间的间隙42沿着襟翼14的长度(即，如图1所示，从喷嘴组件10的前端30到后端32)延伸。间隙42可以在一个或多个位置连续或中断。间隙42的尺寸可以在喷嘴组件10的操作期间动态变化。在操作期间，襟翼14沿图3所示的Y方向移动。例如，襟翼14的这种运动改变了喷嘴组件10的出口26的尺寸。另外，在操作期间，侧壁16可以沿图3所示的X方向移动。例如，喷嘴核心22中的核心空气的压力可促使侧壁16远离襟翼14，从而增加间隙42的尺寸。因此，当喷嘴核心22处于大气压力下时，比在喷嘴组件10的操作期间喷嘴核心22从发动机核心34接收空气时，间隙42可以更窄。除了侧壁16的运动之外，侧壁16的衬里18也可能在操作期间变形，导致衬里18沿X方向和Y方向中的一个或多个方向移动。例如，由于沿喷嘴核心22的温度和压力的变化，衬里18中的这种变形可能发生。柱塞密封件50(图3中未示出)安装在襟翼14和侧壁16之间的间隙42中。

参考图4，间隙42通常在襟翼14和侧壁16之间延伸。在喷嘴组件10中，侧壁16包括衬里18，该衬里18经由吊架20安装到侧壁16上。因此，间隙42在襟翼14和衬里18之间延伸。襟翼14还可以包括襟翼衬里46，襟翼衬里46位于襟翼14靠近喷嘴核心22的一端。襟翼衬里46或其部分可以延伸到间隙42中。

喷嘴组件10包括柱塞密封件50和定位在间隙42中的外壳82。外壳82安装到襟翼14并且柱塞密封件50由外壳82中的通道84接收。柱塞密封件50和外壳82桥接襟翼14和侧壁16之间的间隙42以密封间隙42。以这种方式，柱塞密封件50减少了从喷嘴核心22通过间隙42的核心空气流，这可能减少或影响从喷嘴核心22到围绕喷嘴组件10的周围环境44的核心空气流。

如图5和图6所示，柱塞密封件50包括柱塞52、保持元件54、至少一个导向销56和至少一个偏置元件58。

柱塞52包括密封边缘60和与密封边缘60相对的致动边缘62。柱塞52的顶表面52a限定第一密封面61a。柱塞52的密封边缘60限定第二密封面61b。柱塞52的致动边缘62包括至少一个定位器，例如凹槽70，以将至少导向销56放置或设置在沿着柱塞52的致动边缘62的特定点或位置。此外，柱塞52进一步包括形成在其中的开口72(图5中未示出)。开口72可以是空腔(例如柱塞的中空部分)、凹入部分或形成在柱塞52中的凹入表面，其构造成接收保持元件54的后扣76。可以设想，开口72可以穿过柱塞52的底壁一直延伸，以形成孔；然而，如图6所示，开口72仅穿过柱塞52的一部分延伸，以在柱塞52中形成凹入部分或空腔。开口72联接到致动边缘62中的间隙72a，使得保持元件的一部分可以延伸通过间隙72a将后扣76定位在开口72内。当组装柱塞密封件50时，后扣76可移动地保持在开口72内。柱塞52进一步包括第一端部64和第二端部65。第一端部64和第二端部65将密封边缘60连接到致动边缘62。第一端部64包括限定第一平台68的第一阶梯边缘66。类似地，第二端部65包括限定第二平台69的第二阶梯边缘67。第一阶梯边缘66构造成与第二阶梯边缘67配合。在一些方法中，柱塞52进一步包括在柱塞52中形成的一个或多个减重孔74(图5中未示出)，以减轻柱塞52的重量。减重孔74可以是形成在柱塞52中的空腔或凹入部分或凹入表面。可以设想，减重孔74可以形成在柱塞52的内部，然而，如图6所描述的，空腔形成在柱塞52的外表面中。

在一些方法中，柱塞52可以由诸如高温合金的金属制成。在其他方法中，柱塞52可以由聚合物基复合材料(PMC)和陶瓷基复合材料(CMC)中的至少一种制成。例如，柱塞52可由复合材料制成，例如碳纤维或玻璃纤维，包括聚酰亚胺或双马来酰亚胺(BMI)树脂。在一些方法中，柱塞52由设计为在大约350°F至大约2800°F的范围内操作的材料制成。可以设想，由PMC和/或CMC制成的柱塞52可以代替金属柱塞，同时减轻柱塞52的重量，仍然保持承受约350°F至约2800°F范围内的高设计温度的能力。还设想这种复合材料在操作期间可能磨损，以产生更紧密的密封。例如，当柱塞52的密封面(即，第一密封面61a和第二密封面61b)磨损时，可以设想它们可能更紧密地贴合密封接口的表面。此外，由于复合材料的性质，复合材料可以允许柱塞52的接口(例如，两个相邻柱塞52之间的接口)磨损并相互贴合，进一步减少柱塞密封件50周围的泄漏。另外，复合材料的使用可以提高柱塞52的密封边缘60的贴合性，例如，抵靠诸如侧壁16的弯曲或复杂表面。

保持元件54包括主体75、后扣76和至少一个罐78。在一些方面，保持元件54的主体75比柱塞52短，以稳定柱塞密封件50。后扣76可以被配置为由柱塞52中的开口72接收。在一些方法中，后扣76是板。板可以被定向成使得板的面与开口72的壁72b对齐，因此，板的面位于平行于开口72的壁72b的平面中。例如，形成为矩形板的后扣76(如图5和图6所示)可以允许柱塞52朝向和远离保持元件54的主体75移动，同时限制侧向移动。可以设想后扣76可以是矩形的，但是也可以是其他合适的形状，例如，取决于开口72的形状。保持元件54的部分54a联接到后扣76，并通过间隙72a延伸至开口72内的后扣76的至少一部分的位置。后扣76可以设计成允许柱塞52根据一定的自由度自由移动，同时也保持锚定在保持元件54上。此外，后扣76可能会阻止柱塞52释放到喷嘴核心22的流动路径中。

保持元件54的主体75进一步包括至少一个罐78。罐78是在主体75的与后扣76相对的一端上的圆柱形腔体。保持元件54的主体75还可以包括附接机构80，以将保持元件54锚定到外壳82(图5和图6中未示出)。附接机构80可以是任何合适的紧固件，例如普通螺母或螺母板和螺栓，从而可以容易地移除附接机构80。

保持元件54可以焊接或铜焊到外壳82(未示出)，并且在一些方面，在这样的构造中，保持元件54被构造成能够移除柱塞52，使得柱塞密封件50需要时可拆卸。保持元件54可以由高温合金制成。在一些方法中，保持元件54由设计为在约350°F至约2800°F的范围内操作的材料制成。

至少一个导向销56包括头部56a和轴56b。在一些方法中，头部56a是圆形的。圆形的头部56a可以减少柱塞52上的磨损，例如，通过消除可能钻入柱塞52的角。相对于圆柱形的圆形的头部56a也可以在柱塞52的表面上保持更均匀的负载，例如，通过提供跨表面的负载而不是跨边缘的负载。导向销56可以由高温合金制成。在一些方法中，导向销56由设计为在约350°F至约2800°F的范围内操作的材料制成。

至少一个偏置元件58可以是任何弹性装置，其可以被按压或拉动并且在释放时返回到其先前的形状。偏置元件58可操作地联接到柱塞52和/或导向销56。可以设想偏置元件58可以以任何合适的方式与柱塞52和/或导向销56可操作地联接，以便自动地提供柱塞52的向外偏压。偏置元件58可以与导向销56相邻。在一些方法中，偏置元件58可以是弹簧，例如螺旋弹簧或波形弹簧。弹簧可以限定内部，并且在一些方法中，导向销56的至少一部分设置在弹簧的内部。偏置元件58可以由高温合金制成。在一些方法中，偏置元件58由设计为在约350°F至约2800°F的范围内操作的材料制成。

在一些实施例中，柱塞密封件50包括多个导向销，作为非限制性说明，包括两个导向销56。在两个导向销的示例中，两个导向销56可以沿着由柱塞限定的主体间隔开。在一个非限制性示例中，两个导向销56可以定位在柱塞52中的开口72的相对侧。在一些方法中，两个导向销56可以基本上平行。此外，作为进一步的非限制性实施例，对应的凹槽70可以包括在柱塞52的致动边缘62中，并且两个罐78可以位于保持元件54中，以接收两个导向销56。柱塞密封件50还可以包括相应数量的偏置元件58，其中一个偏置元件58围绕每个导向销56设置。可以设想，在开口72的每一侧以这种方式包括导销56可以提高柱塞52的稳定性。

当组装柱塞密封件50时，导向销56的头部56a由柱塞52的凹槽70接收。在非限制的示例中，偏置元件58围绕导向销56的轴56b设置。可以设想可以采用其他配置，其中偏置元件58定位成邻近导向销56。偏置元件58和导向销56的轴56b的第一部分由凹槽70接收。轴56b的第二部分由罐78接收。当被组装时，偏置元件58位于柱塞52和保持元件54之间。特别地，偏置元件58与导向销56的头部56a和保持元件54接触，当柱塞密封件50处于组装配置时，保持元件54压缩偏置元件58。保持元件54联接到柱塞52的致动边缘62。特别地，保持元件54的后扣76由柱塞52中的开口72接收，以将柱塞52锚定到保持元件54。保持元件54还经由附接机构80联接到外壳82(图5和图6中未示出)，以将柱塞密封件50锚定到外壳82(未示出)上。

如图5和图6所示，导向销56和偏置元件58凹入到柱塞52中。以这种方式，偏置元件58的总高度可以减小或增加，因此，柱塞密封件50的高度在组装配置时也可以基于给定的空间而减少或增加。偏置元件58设计的参数可以修改，以使所需的给定的力能够在密封总是被压力(如风扇的压力或喷嘴核心22的压力)所克服之前充分地密封穿过密封边缘60的间隙42。因此，柱塞密封件50可用于空间有限的应用中。

转向图7，柱塞密封件50安装或坐落在外壳82中。外壳82包括形成在其中的通道84。通道84构造成接收柱塞密封件50。外壳82构造成，例如经由附接机构80联接到保持元件54。在一些方法中，外壳82包括附接部86，其构造成将外壳82联接到附接机构80。如图7所示，在一个非限制示例中，附接部86是开口。螺栓或其他附接机构80可插入穿过开口，以将保持元件54联接到外壳82。

设想外壳82可以是分段的或连续的。此外，外壳82可构造成接收柱塞密封件50或一系列柱塞密封件50。

在操作中，柱塞密封件50安装在襟翼14和侧壁16之间的间隙42中(如图4所示)。当安装在间隙42中时，外壳82联接到襟翼14。在一些方面，外壳82可以与襟翼14成一体。例如，外壳82可以是襟翼14中的机加工整体槽。在其它方面，外壳82可以经由任何合适的机构或经由焊接或铜焊联接到襟翼14。

柱塞密封件50插入外壳82的通道84中，以便通道84密封柱塞52周围的空间。柱塞密封件50安装在外壳82中，使柱塞52的底表面52b(见图6)暴露在压力环境中，如喷嘴核心22，并使柱塞52的顶表面52a(见图5)暴露于周围环境44。以这种方式，柱塞52的第一密封面61a，或其至少一部分，推靠通道84的表面。此外，柱塞52的第二密封面61b，或其至少一部分，推靠侧壁16。当插入外壳82时，柱塞密封件50和通道84限定柱塞52后面的空腔83。空腔83是至少部分地被柱塞52和外壳82包围的空间。特别地，外壳82的通道84和柱塞52的与第一密封面61a和第二密封面61b相对的表面限定空腔83。在操作中，空腔83暴露于喷嘴核心22的压力之下。图8进一步说明柱塞52如何接合外壳82和侧壁16，以密封间隙42并减少或防止空气从空腔83到周围环境44的偏移。

当柱塞密封件50定位在外壳82中时，保持元件54的至少一部分设置在空腔83内。特别地，保持元件54的部分54a设置在空腔83内并将定位柱塞52内的后扣76。在操作中，后扣76将柱塞52可移动地保持在保持元件54上。此外，罐78和导向销56(图7中未示出)的至少一部分设置在空腔83内。在一些方法中，在外壳82中有孔(图7中未示出)，该孔容纳罐78和导向销56，使得只有一部分罐78和导向销56伸入空腔83，使密封组件更紧凑。

为了将柱塞密封件50锚定到外壳82，柱塞密封件50的保持元件54经由附接机构80(未示出)联接到外壳82。当安装在间隙42中时，偏置元件58和导向销56位于保持元件54和柱塞52的致动边缘62之间。柱塞52的密封边缘60定位成邻近侧壁16。当柱塞密封件50安装在间隙42中时，导向销56的头部56a和保持元件54将偏置元件58保持在压缩状态。以这种方式压缩偏置元件58使偏置元件58对柱塞52的致动边缘62施加弹性力。偏置元件58的弹性力将柱塞52推向侧壁16以密封间隙42。

当侧壁16向柱塞52变形或移动时，侧壁16对柱塞52的密封边缘60施加力并将柱塞52推向保持元件54。侧壁16的这种运动变形也将柱塞52进一步推入外壳82并进一步压缩偏置元件58。当侧壁16变形或远离柱塞52移动时，偏置元件58减压，将柱塞52推向侧壁16。以这种方式，偏置元件58允许柱塞52对间隙42的尺寸的变化作出反应。

图8提供了示意图，说明了柱塞52的第一密封面61a和第二密封面61b如何与外壳82和侧壁16接合以密封间隙42。当安装在襟翼14和侧壁16之间的间隙42中时，外壳82中的通道84和柱塞52至少部分地限定了空腔83。空腔83和柱塞52的底表面52b都暴露于喷嘴核心22。保持元件54将柱塞52联接到外壳82。柱塞52和保持元件54的设计允许柱塞52移入和移出通道84。该设计还允许柱塞52推入通道84的顶壁。

第一密封面61a接合通道84的顶壁。第二密封面61b接合侧壁16。以这种方式，第一密封面61a和第二密封面61b减少或者甚至防止空气或其他气体从喷嘴核心22和空腔83偏移到周围环境44。

在图9中，示出了安装在外壳82中的两个柱塞密封件50之间的接口88。柱塞密封件50的柱塞52在接口88处联接在一起。接口88是双搭接接口。即，在接口88处，柱塞52在第一方向X和第二方向Y上搭接。特别地，在柱塞密封件50的柱塞52之间存在搭接接头，其在第一方向X上产生搭接。此外，柱塞52包括在第二方向Y上产生搭接的第一阶梯边缘66和第二阶梯边缘67。柱塞52在第一方向X上的搭接减少或甚至防止围绕柱塞52的空气或其他气体在第一方向X上，例如，从喷嘴核心22到周围环境44的偏移。类似地，第二方向Y上的搭接减少或甚至防止围绕柱塞52的空气或其他气体在第二方向Y上的偏移。例如，第二方向Y上的搭接减少或甚至防止空气或其他气体从空腔83向周围环境44的偏移。

图10示出了用于具有脊85'的柱塞密封件50的柱塞52'的另一个实施例。在一些方法中，脊85'可以接合外壳82中的凹槽。特别地，图10示出了柱塞密封件50的柱塞52'之间的接口88'。如上所述，柱塞52'包括具有第一阶梯边缘66'的第一端部64'和具有第二阶梯边缘67'的第二端部65'。第一阶梯边缘66'限定第一平台68'并且第二阶梯边缘67'限定第二平台69'。当两个柱塞52'联接在一起时，第一平台68'接合第二平台69'。以这种方式，第一平台68'和第二平台69'形成接口88'，以减少或防止围绕柱塞52'的空气或其他气体在第二方向Y上的偏移。在第二方向Y上密封柱塞52'，防止加压空气(或核心空气)从柱塞密封件50后泄漏到第二密封面61b'和周围环境44。

图11A和图11B示出了柱塞52的第一端部64的替代实施例。图11A描绘了阶梯端部64a。图11B描绘了阶梯端部64b。可以设想，阶梯端部64a或阶梯端部64b上的阶梯可以是单向的或双向的。单向阶梯包括沿X方向或Y方向之一的阶梯，并且双向阶梯包括沿X方向和Y方向的阶梯。图11A和图11B所示的实施例描绘了双向阶梯。阶梯的数量和方向可能取决于设计、密封表面和压力。阶梯之间的密封减少或防止整个组件(即一系列柱塞密封件50)的不同区段(即柱塞52)之间的泄漏。

图12是根据一些实施例的密封间隙的方法120的流程图，该间隙例如是可移动襟翼和固定结构之间的间隙。第一表面和第二表面限定间隙。在一些方法中，方法120可以采用柱塞密封件50来密封间隙。在一些实施例中，间隙是图4中所示的襟翼14和侧壁16之间的间隙42。

方法120包括122将柱塞密封组件定位在间隙内。柱塞密封组件包括外壳和柱塞密封件。外壳联接到限定间隙的第一表面。密封件包括具有致动边缘和密封边缘的柱塞。密封件进一步包括保持元件，该保持元件联接到外壳并且具有将柱塞锚定到保持元件的后扣。密封件进一步包括凹入柱塞内的导向销和围绕导向销设置的偏置元件。

方法120进一步包括124通过使密封边缘的至少一部分接触限定间隙的第二表面来密封间隙。方法120还包括126响应于第二表面远离第一表面的移动而使导向销朝向柱塞的致动边缘自动移动。方法120进一步包括128响应于第二表面朝向第一表面移动而使柱塞的致动边缘朝向导向销自动移动，以压缩偏置元件。在一些方法中，方法120还可以包括使用双搭接接口密封柱塞密封件的端部。

可以设想，本文所述的柱塞密封件可以安装在任何可移动和/或动态间隙中，例如，在任何形式的可移动和固定结构之间。

还可以设想，本文所述的柱塞密封件和密封方法可用于密封侧壁16和衬里18之间的间隙，或者当不使用衬里18时，密封侧壁16和襟翼14之间的间隙。

传统的柱塞密封件是金属的，结合保持装置，通常可以承受很大的重量。由于精密加工和公差，成本很高。本公开的方面允许使用高温聚合物基复合材料，例如碳或玻璃纤维，使用聚酰亚胺、双马来酰亚胺或陶瓷基复合材料，使结构重量相对较轻。这种重量轻的复合材料也可以很容易地加工，从而提高柱塞制造的简易性。此外，另一个好处包括密封接口将相互磨损并由于复合材料的性质而贴合并减少泄漏。双向双重叠搭接或单向阶梯为柱塞密封件提供了跨密封面和通过密封接口的额外密封能力。独特设计的后扣可以使柱塞密封件根据设计的自由度自由移动，但也可以保持在组件内。

此外，由金属制成的传统柱塞密封件可能在硬密封接口处发生泄漏。本公开的柱塞密封件的另一个优点是高温聚合物基复合材料或陶瓷基复合材料的使用产生了磨损关系，该磨损关系允许柱塞的密封接口相互磨损并贴合表面，以产生更紧密的密封，提高贴合性，减少泄漏。改进的贴合性可以扩大其中可以采用本文所述的柱塞密封件的结构设计空间，例如，允许在需要密封弯曲、不规则或更复杂表面而不是仅仅密封平坦表面的设计中使用。更进一步，改进的贴合性可以在使用寿命结束的状况下或密封接口扭曲的其他状况(例如，由于热机械应力)下，提高性能。

使用诸如聚合物基复合材料或陶瓷基复合材料的低模量材料也可以防止或以其他方式减少来自引起扭转的尖端稳定元件的结合。还可以设想，相对于金属，聚合物基复合材料或陶瓷基复合材料的磨损率可能较低。此外，本文所述的柱塞密封件允许确定的泄漏，这使得能够使用更小且更一致量的吹扫流并降低发动机吹扫流要求的不确定量。

术语“联接”、“固定”、“附接到”等既指直接联接、固定或附接，也指通过一个或多个中间部件或特征间接联接、固定或附接，除非本文另有说明。

除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用。

在本文整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言被应用于修饰可以允许变化而不导致与其相关的基本功能发生变化的任何定量表示。因此，由一个或多个术语(例如“约”、“近似”和“基本上”)修饰的值，不限于指定的精确值。在至少某些情况下，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度，或者用于构建或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在10％的裕度内。

本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：

一种密封组件，包括：密封件，所述密封件包括：柱塞，所述柱塞具有致动边缘和密封边缘，所述密封边缘与所述致动边缘相对；至少一个导向销，所述至少一个导向销具有邻近所述柱塞的第一部分；以及偏置元件，所述偏置元件设置成将所述至少一个导向销朝向所述柱塞的所述致动边缘偏压，所述柱塞的所述密封边缘移动以密封间隙。

根据前述条项中的任一项所述的密封组件，其中，所述柱塞的所述致动边缘包括形成在其中的开口，并且其中，所述密封件进一步包括保持元件，所述保持元件包括可移动地保持在所述开口内的后扣。

根据前述条项中的任一项所述的密封组件，其中，所述至少一个导向销的第二部分与所述保持元件可操作地相关联。

根据前述条项中的任一项所述的密封组件，其中，所述柱塞进一步包括形成在所述致动边缘中的至少一个定位器，并且其中，所述至少一个导向销的所述第一部分延伸到所述至少一个定位器的至少一部分中。

根据前述条项中的任一项所述的密封组件，其中，所述定位器是凹槽。

根据前述条项中的任一项所述的密封组件，其中，所述密封件包括定位在所述开口的相对侧以稳定所述柱塞的两个导向销和对应于每个导向销的定位器。

根据前述条项中的任一项所述的密封组件，其中，所述柱塞由包括聚合物基复合材料和陶瓷基复合材料中的至少一种的材料制成。

根据前述条项中的任一项所述的密封组件，其中，所述偏置元件和所述至少一个导向销由包括高温合金的材料制成。

根据前述条项中的任一项所述的密封组件，其中，所述偏置元件是弹簧。

根据前述条项中的任一项所述的密封组件，其中，所述柱塞进一步包括形成在其中的至少一个减重孔。

根据前述条项中的任一项所述的密封组件，其中，所述至少一个导向销包括头部，所述头部具有邻近所述柱塞的所述致动边缘设置的圆形表面。

根据前述条项中的任一项所述的密封组件，进一步包括外壳，其中所述密封件的至少一部分坐落在所述外壳中。

一种燃气涡轮发动机喷嘴，包括：固定结构；可移动襟翼，所述可移动襟翼邻近所述固定结构；和密封组件，所述密封组件设置在所述固定结构和所述可移动襟翼之间，以密封所述固定结构和所述可移动襟翼之间的间隙，所述密封组件包括：外壳；和第一密封件，所述第一密封件坐落在所述外壳中，所述第一密封件包括：第一柱塞，所述第一柱塞具有第一致动边缘和与所述第一致动边缘相对的第一密封边缘，所述第一致动边缘包括形成在其中的开口和至少一个凹槽；保持元件，所述保持元件联接到所述外壳并具有接合所述开口以将所述第一柱塞锚定在所述密封组件内的后扣；至少一个导向销，所述至少一个导向销具有延伸到所述第一柱塞的至少一部分中的第一部分和与所述保持元件可操作地相关联的第二部分；以及偏置元件，所述偏置元件可操作地联接到所述保持元件和所述第一柱塞之间的所述至少一个导向销；其中，所述偏置元件将所述至少一个导向销推入所述第一柱塞的所述第一致动边缘中，以利用所述第一柱塞的所述第一密封边缘的至少一部分密封所述间隙。

根据前述条项中的任一项所述的燃气涡轮发动机喷嘴，其中，所述第一柱塞进一步包括第一端部，所述第一端部将所述第一致动边缘连接到所述第一密封边缘，所述第一端部具有第一阶梯边缘，所述第一阶梯边缘限定第一平台。

根据前述条项中的任一项所述的燃气涡轮发动机喷嘴，进一步包括：第二密封件，所述第二密封件坐落在所述外壳中，所述第二密封件包括：第二柱塞，所述第二柱塞具有第二致动边缘、与所述第二致动边缘相对的第二密封边缘以及将所述第二致动边缘连接到所述第二密封边缘的第二端部，所述第二端部具有构造成与所述第一阶梯边缘配合的第二阶梯边缘，所述第二阶梯边缘限定接合所述第一平台的第二平台。

根据前述条项中的任一项所述的燃气涡轮发动机喷嘴，其中，所述第一端部在搭接接头处与所述第二端部搭接。

一种密封间隙的方法，所述方法包括：将密封组件定位在所述间隙内，所述密封组件包括联接到限定所述间隙的第一表面的外壳和密封件，所述密封件包括具有致动边缘和密封边缘的柱塞、联接到所述外壳并具有将所述柱塞锚定到保持元件的后扣的所述保持元件、凹入所述柱塞内的导向销以及可操作地联接到所述导向销的偏置元件；和通过使所述密封边缘的至少一部分接触限定所述间隙的第二表面来密封所述间隙。

根据前述条项中的任一项所述的方法，进一步包括响应于所述第二表面远离所述第一表面移动而使所述导向销朝向所述柱塞的所述致动边缘自动移动。

根据前述条项中的任一项所述的方法，进一步包括响应于所述第二表面朝向所述第一表面移动而使所述柱塞的所述致动边缘朝向所述导向销自动移动，以压缩所述偏置元件。

应当理解，本领域技术人员在所附权利要求的原则和范围内，可以对本文描述和图示的零件和部件的细节、材料和布置进行各种改变，以解释可移动部件和固定部件之间的动态密封的性质。此外，虽然已经针对特定实施例描述了各种特征，但是应当理解，针对一个实施例描述的特征也可以与其他描述的实施例结合。

Claims (20)

1.一种密封组件，其特征在于，包括：

密封件，所述密封件包括：

柱塞，所述柱塞具有致动边缘和密封边缘，所述致动边缘具有形成在其中的至少一个凹槽，所述密封边缘与所述致动边缘相对；

至少一个导向销，所述至少一个导向销的至少一部分在所述柱塞的外部，所述至少一个导向销具有邻近所述柱塞的第一部分并且在所述至少一个凹槽内被接收，其中

所述至少一个导向销能够相对于所述柱塞的所述致动边缘平移；以及

偏置元件，所述偏置元件设置成将所述至少一个导向销朝向所述柱塞的所述致动边缘偏压，所述柱塞的所述密封边缘移动以密封间隙。

2.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，其中，所述柱塞的所述致动边缘包括形成在其中的开口，并且其中，所述密封件进一步包括保持元件，所述保持元件包括可移动地保持在所述开口内的后扣。

3.根据权利要求2所述的密封组件，其特征在于，其中，所述至少一个导向销的第二部分与所述保持元件可操作地相关联。

4.根据权利要求3所述的密封组件，其特征在于，其中，所述至少一个导向销的所述第一部分延伸到所述至少一个凹槽的至少一部分中。

5.根据权利要求4所述的密封组件，其特征在于，其中，所述密封件包括定位在所述开口的相对侧以稳定所述柱塞的两个导向销和对应于每个导向销的所述凹槽。

6.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，其中，所述偏置元件联接到所述至少一个导向销。

7.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，其中，所述柱塞由包括聚合物基复合材料和陶瓷基复合材料中的至少一种的材料制成。

8.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，其中，所述偏置元件和所述至少一个导向销由包括高温合金的材料制成。

9.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，其中，所述偏置元件是弹簧。

10.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，其中，所述柱塞进一步包括形成在其中的至少一个减重孔。

11.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，其中，所述至少一个导向销包括头部，所述头部具有邻近所述柱塞的所述致动边缘设置的圆形表面。

12.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，进一步包括外壳，其中，所述密封件的至少一部分坐落在所述外壳中。

13.根据权利要求12所述的密封组件，其特征在于，其中，所述外壳包括通道，所述通道接收所述至少一个导向销、所述偏置元件和所述柱塞的至少一部分。

14.一种燃气涡轮发动机喷嘴，其特征在于，包括：

固定结构；

可移动襟翼，所述可移动襟翼邻近所述固定结构；和

密封组件，所述密封组件设置在所述固定结构和所述可移动襟翼之间，以密封所述固定结构和所述可移动襟翼之间的间隙，所述密封组件包括：

外壳；和

第一密封件，所述第一密封件坐落在所述外壳中，所述第一密封件包括：

第一柱塞，所述第一柱塞具有第一致动边缘和与所述第一致动边缘相对的第一密封边缘，所述第一致动边缘包括形成在其中的开口和至少一个凹槽；

保持元件，所述保持元件联接到所述外壳并具有接合所述开口以将所述第一柱塞锚定在所述密封组件内的后扣；

至少一个导向销，所述至少一个导向销的至少一部分在所述第一柱塞的外部并且具有延伸到所述至少一个凹槽的第一部分和由所述保持元件接收的第二部分；以及

偏置元件，所述偏置元件可操作地联接到所述保持元件和所述第一柱塞之间的所述至少一个导向销；

其中，所述偏置元件将所述至少一个导向销推入所述第一柱塞的所述第一致动边缘中，以利用所述第一柱塞的所述第一密封边缘的至少一部分密封所述间隙。

15.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机喷嘴，其特征在于，其中，所述第一柱塞进一步包括第一端部，所述第一端部将所述第一致动边缘连接到所述第一密封边缘，所述第一端部具有第一阶梯边缘，所述第一阶梯边缘限定第一平台。

16.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机喷嘴，其特征在于，进一步包括：

第二密封件，所述第二密封件坐落在所述外壳中，所述第二密封件包括：

第二柱塞，所述第二柱塞具有第二致动边缘、与所述第二致动边缘相对的第二密封边缘以及将所述第二致动边缘连接到所述第二密封边缘的第二端部，所述第二端部具有构造成与所述第一阶梯边缘配合的第二阶梯边缘，所述第二阶梯边缘限定接合所述第一平台的第二平台。

17.根据权利要求16所述的燃气涡轮发动机喷嘴，其特征在于，其中，所述第一端部在搭接接头处与所述第二端部搭接。

18.一种密封间隙的方法，其特征在于，所述方法包括：

将第一密封组件定位在所述间隙内，所述第一密封组件包括联接到限定所述间隙的第一表面的外壳和密封件，所述密封件包括具有致动边缘和密封边缘的第一柱塞、联接到所述外壳并具有将所述第一柱塞锚定到保持元件的后扣的所述保持元件、凹入所述第一柱塞内的导向销以及可操作地联接到所述导向销的偏置元件，所述第一柱塞具有第一阶梯端部，所述第一阶梯端部具有第一方向上的第一阶梯和第二方向上的第二阶梯；

将第二密封组件定位在所述间隙内，所述第二密封组件具有第二柱塞，所述第二柱塞具有第二阶梯端部，所述第二阶梯端部具有所述第一方向上的第三阶梯和所述第二方向上的第四阶梯；

通过使所述密封边缘的至少一部分接触限定所述间隙的第二表面来密封所述间隙；和

通过重叠所述第一阶梯端部和所述第二阶梯端部来密封所述第一柱塞和所述第二柱塞之间的空间。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括响应于所述第二表面远离所述第一表面移动而使所述导向销朝向所述第一柱塞的所述致动边缘自动移动。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括响应于所述第二表面朝向所述第一表面移动而使所述第一柱塞的所述致动边缘朝向所述导向销自动移动，以压缩所述偏置元件。