專利名稱：用于提供磁性密封的系統(tǒng)、方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有旋轉(zhuǎn)和靜止部件的機(jī)械，且更具體地，涉及用于提供磁性密封 的系統(tǒng)、方法和裝置。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)機(jī)械(例如用于動(dòng)力發(fā)生和機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的蒸汽渦輪機(jī)和燃?xì)鉁u輪機(jī))通常 是包括旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件的大型機(jī)械。在運(yùn)行中，此類旋轉(zhuǎn)機(jī)械依靠這些部件之間受 控的空氣流。例如，在渦輪機(jī)中，流過(guò)不同渦輪級(jí)的高壓空氣可以通過(guò)一系列靜止和旋 轉(zhuǎn)部件。當(dāng)通過(guò)某些靜止和旋轉(zhuǎn)部件時(shí)，例如從具有較高壓力的區(qū)域到具有較低壓力的 區(qū)域的空氣泄漏通常是不希望的。部分地由于此原因，可使用靜止和旋轉(zhuǎn)部件之間的密 封件。除了控制空氣泄漏，密封件還可用來(lái)將空氣流從一些部件(例如軸承套和轉(zhuǎn)子部 件)引開(kāi)并引向其它部件(例如吹掃腔)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的效率可取決于此類密封件防止空氣 泄漏以及在旋轉(zhuǎn)和靜止部件之間引導(dǎo)空氣流的能力。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中已經(jīng)使用了多種不同的密封件設(shè)計(jì)。這些密封件可包括“南瓜 齒(pumpkin teeth) ”密封件；迷宮式密封件；蜂窩式密封件以及毛刷密封件。這些設(shè)計(jì) 意圖最小化跨越部件的空氣泄漏并在部件之間引導(dǎo)空氣流。因?yàn)檫@些密封件可定位在旋 轉(zhuǎn)和靜止部件之間，所以此類密封件可與這些部件成物理接觸。當(dāng)機(jī)械運(yùn)行時(shí)，旋轉(zhuǎn)和 靜止部件之間的摩擦?xí)?dǎo)致密封件劣化。當(dāng)密封件磨損時(shí)，機(jī)械的效率會(huì)變差，且失效 的可能性會(huì)增加。因此，需要一種用于減少空氣泄漏并控制旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的空氣流的改善的密封 件。更具體地，需要用于提供磁性密封的系統(tǒng)、方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例可解決以上所述的一些或全部需要。本發(fā)明的某些實(shí)施例一般 地涉及用于提供磁性密封的系統(tǒng)、方法和裝置。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可提供一種用于在旋 轉(zhuǎn)機(jī)械中提供磁性密封的方法。該方法可包括將磁性密封件安裝到旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的第一部 件上。該方法還可包括與第二部件相關(guān)而定位該磁性密封件，從而限定該磁性密封件和 第二部件之間的間隙。該磁性密封件可包括第一磁性元件和適于響應(yīng)于逆著該磁性密封 件施加的力而調(diào)節(jié)的順應(yīng)性材料。該方法還可包括將第二磁性元件安裝到第二部件上， 以逆著該磁性密封件施加力。該方法還可包括響應(yīng)于由第二磁性元件施加的力而調(diào)節(jié)順 應(yīng)性材料以改變間隙。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，可提供一種用于提供磁性密封的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可 包括具有第一部件和第二部件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。磁性密封件可安裝到該第一部件上，并相對(duì) 于該第二部件定位，以限定磁性密封件和第二部件之間的間隙。該磁性密封件可包括第 一磁性元件和適于響應(yīng)于施加在該磁性密封件上的力而調(diào)節(jié)的順應(yīng)性材料。第二磁性元 件可安裝在第二部件上，并適于逆著磁性密封件而施加力，以便可以改變磁性密封件和第二部件之間的間隙。根據(jù)本發(fā)明的又另一個(gè)實(shí)施例，可提供一種用于提供磁性密封的裝置。該裝置 可包括具有第一磁性元件和順應(yīng)性材料的磁性密封件。該磁性密封件可為可操作的以安 裝到旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的第一部件上，并提供該磁性密封件和旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的第二部件之間的間 隙。第二磁性元件可為可操作的以安裝到旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的第二部件上，并逆著該磁性密封 件施加力。順應(yīng)性材料可為可操作的以響應(yīng)于由第二磁性元件施加的力而進(jìn)一步調(diào)節(jié)。由結(jié)合附圖所做的以下描述，本發(fā)明的其它實(shí)施例和方面將變得明顯。


已經(jīng)像這樣總體地描述了本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖，這些附圖不一定按比例繪制，并且其中
圖1圖示了作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的一部分的靜止和旋轉(zhuǎn)部件。
圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于提供磁性密封的示例性系統(tǒng)。
圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于提供磁性密封的示例性系統(tǒng)。
圖4圖示了用于提供磁性密封的示例性裝置。
圖5圖示了用于提供磁性密封的示例性裝置。
圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于提供磁性密封的示例性方法。
部件列表
100系統(tǒng)
105迷宮式密封齒
110轉(zhuǎn)子葉輪
115蜂窩狀結(jié)構(gòu)
120定子
200系統(tǒng)
205靜止部件
210旋轉(zhuǎn)部件
220磁性密封件
225順應(yīng)性擋板
230密封磁體
235旋轉(zhuǎn)磁體
300系統(tǒng)
340壓力Pl
345壓力P2
350標(biāo)稱位置
355移位位置
400系統(tǒng)
405定子
410轉(zhuǎn)子葉輪
411冷空氣源
415間隙
420磁性密封件
425可折疊箔片結(jié)構(gòu)
426通風(fēng)通路
427通風(fēng)通路
430密封磁體
435旋轉(zhuǎn)磁體
500系統(tǒng)
515間隙
520磁性密封件
525可折疊箔片結(jié)構(gòu)
526通風(fēng)通路
527通風(fēng)通路
530密封磁體
535旋轉(zhuǎn)磁體
600方法
605塊
610塊
615塊
625塊
630塊
620塊
具體實(shí)施例方式下文將參考附圖更詳盡地描述本發(fā)明，附圖中顯示了本發(fā)明的示例實(shí)施例。然 而，本發(fā)明可以許多不同的形式實(shí)施，且不應(yīng)解釋為限于本文所展示的示例；相反，提 供這些實(shí)施例以便本公開(kāi)將向本領(lǐng)域技術(shù)人員傳遞本發(fā)明的范圍。貫穿全文相似的數(shù)字 指相似的元件。圖1圖示了作為系統(tǒng)100的一部分的靜止和旋轉(zhuǎn)部件。系統(tǒng)100可包括任何旋 轉(zhuǎn)機(jī)械，諸如燃燒型燃?xì)鉁u輪機(jī)、蒸汽型燃?xì)鉁u輪機(jī)、壓縮機(jī)等。在燃燒型燃?xì)鉁u輪機(jī) 中，可存在氣路，其以串行流的關(guān)系包括空氣進(jìn)口(或入口)、壓縮機(jī)、燃燒器、渦輪以 及氣體出口(或排放噴嘴)。在運(yùn)行中，燃燒氣體可以用在燃燒型燃?xì)鉁u輪機(jī)中來(lái)驅(qū)動(dòng)渦 輪段。就是說(shuō)，燃燒氣體可用來(lái)以相對(duì)高的速度使承載多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的多個(gè)轉(zhuǎn)子葉輪旋 轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子葉片圍繞各轉(zhuǎn)子葉輪軸向地隔開(kāi)。此類轉(zhuǎn)子葉輪可以可旋轉(zhuǎn)地附接到多個(gè)周圍 的非旋轉(zhuǎn)定子上，其中在轉(zhuǎn)子葉輪和周圍的定子之間可形成間隙。因?yàn)榇碎g隙內(nèi)的空氣泄漏可導(dǎo)致功率損耗，并會(huì)危害系統(tǒng)效率，所以期望的是 根據(jù)部件設(shè)計(jì)減小此間隙。同時(shí)，因?yàn)檫@些靜止和旋轉(zhuǎn)部件會(huì)移動(dòng)、震動(dòng)或由于熱效應(yīng) 而膨脹，所以維持最小凈空間隙也會(huì)是期望的。例如，在瞬態(tài)運(yùn)行期間，一個(gè)或多個(gè)部 件可相對(duì)于彼此移動(dòng)，意味著如果分開(kāi)這些部件的間隙太小，則部件會(huì)彼此接觸，導(dǎo)致部件損壞。因此，可能需要最小凈空間隙。盡管此凈空間隙的尺寸可通過(guò)對(duì)于旋轉(zhuǎn)和靜 止部件使用具有不同熱膨脹系數(shù)的材料來(lái)減小，但其不能完全減小。旋轉(zhuǎn)部件相對(duì)于靜 止部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)要求維持一些間隙。為了減小與旋轉(zhuǎn)機(jī)械中兩個(gè)部件(諸如旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉輪和靜止的定子)之間的凈 空間隙相關(guān)的空氣泄漏，可使用一個(gè)或多個(gè)密封件。在系統(tǒng)100中，可使用蜂窩型迷宮 密封件來(lái)改變靜止和旋轉(zhuǎn)部件之間的空氣流。迷宮密封件齒105可安裝在轉(zhuǎn)子葉輪110 上，并位于與安裝到定子120的一部分上的蜂窩結(jié)構(gòu)115的徑向相對(duì)處。系統(tǒng)100的蜂窩 型迷宮密封件可禁止轉(zhuǎn)子葉輪110和定子120之間的空氣流。在運(yùn)行期間，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉輪 110和定子120的表面結(jié)構(gòu)彼此接近(這可由熱膨脹和/或由發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)而引起)時(shí)，蜂 窩型迷宮密封件磨損。就是說(shuō)，當(dāng)兩個(gè)部件彼此接近時(shí)，它們可能彼此接觸，導(dǎo)致會(huì)使 蜂窩型迷宮密封件磨損的摩擦。當(dāng)蜂窩型迷宮密封件磨損時(shí)，系統(tǒng)100會(huì)失效。此外， 摩擦?xí)?dǎo)致系統(tǒng)100中的溫度升高，這會(huì)抑制系統(tǒng)100的性能。有時(shí)希望減輕這些效果 以及與常規(guī)系統(tǒng)100相關(guān)的故障的增加的實(shí)例。圖2和圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于提供磁性密封的示例性系統(tǒng)200 和300。系統(tǒng)200和/或300可為任何類型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的一部分，諸如壓縮機(jī)、渦輪機(jī) 或泵。在示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)200代表壓縮機(jī)，并且可包括第一部件和第二部件。例 如，第一部件可包括靜止部件205，其可圍繞第二部件，諸如旋轉(zhuǎn)部件210。靜止部件 205相對(duì)于旋轉(zhuǎn)部件210定位以在它們之間形成間隙215。旋轉(zhuǎn)部件210可橫向地安裝到軸上，并且可構(gòu)造成在由靜止部件205環(huán)繞的同時(shí) 旋轉(zhuǎn)。將會(huì)意識(shí)到旋轉(zhuǎn)部件210可為旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的任何旋轉(zhuǎn)部件，諸如但不限于，渦輪 葉輪、壓縮機(jī)葉輪、軸承組件或軸。間隙215可允許空氣在旋轉(zhuǎn)部件210和靜止部件205 之間軸向地流動(dòng)。將會(huì)意識(shí)到盡管在示例性實(shí)施例中間隙215關(guān)于旋轉(zhuǎn)部件210和靜止 部件205之間的徑向間隙而描述，但間隙215可包括在機(jī)械中可存在于該機(jī)械中的第一部 件和第二部件之間的任何間隙，諸如但不限于，徑向空隙、軸向空隙、線性空隙、非線 性空隙等。在該示例性實(shí)施例中，間隙215可表示徑向間隙，其可允許軸向空氣流動(dòng)。為 減少與間隙215相關(guān)的軸向空氣流動(dòng)，可提供磁性密封件220。該磁性密封件220可包括 順應(yīng)性材料和第一磁性元件。順應(yīng)性材料可包括諸如擋板或可折疊箔片的任何可變形結(jié) 構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，順應(yīng)性材料可安裝到靜止部件上，并且第一磁性元件可安裝到該 順應(yīng)性材料上。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一磁性元件和順應(yīng)性材料可一體結(jié)合以提供磁性 地順應(yīng)的結(jié)構(gòu)。在示例性系統(tǒng)200和300中，順應(yīng)性材料可包括擋板225。擋板225可包括適于 圍繞旋轉(zhuǎn)部件210順應(yīng)并減小間隙215的順應(yīng)性金屬片結(jié)構(gòu)。第一磁性元件(諸如密封 磁體230)可安裝到擋板225上；并且諸如旋轉(zhuǎn)磁體235的第二磁性元件可安裝到旋轉(zhuǎn)部 件210上。密封件230和旋轉(zhuǎn)磁體235可為任何類型的磁體，諸如永久性磁體、電磁體等。 永久性磁體可以居里點(diǎn)為特征。居里點(diǎn)限定一溫度，永久性磁體在該溫度下退磁。稀土 磁體，諸如釤鈷磁體或釹磁體或類似磁體，具有相對(duì)高的居里點(diǎn)，意味著它們可承受相 對(duì)高的溫度。部分地由于此原因，在其中系統(tǒng)200包括一部分高溫渦輪級(jí)的一些實(shí)施例中，或在其中密封磁體230和/或旋轉(zhuǎn)磁體235暴露于高溫下的那些實(shí)施例中，可使用能 夠抵抗高溫的稀土磁體。旋轉(zhuǎn)磁體235可以構(gòu)造成逆著包括擋板225和密封磁體230的磁性密封件220而 施加力。在示例性系統(tǒng)200中，此構(gòu)造可包括相對(duì)緊靠密封磁體230而將旋轉(zhuǎn)磁體235安 裝到旋轉(zhuǎn)部件210上，并定向旋轉(zhuǎn)磁體235，以便旋轉(zhuǎn)磁體235的北極與密封磁體230的 對(duì)應(yīng)北極相對(duì)。在另一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)磁體235可安裝成以便旋轉(zhuǎn)磁體235的南極與密 封磁體230的對(duì)應(yīng)南極相對(duì)。以這些方式，旋轉(zhuǎn)磁體235和密封磁體230彼此排斥，并 且由于密封磁體230安裝在順應(yīng)性擋板225上，順應(yīng)性擋板225可響應(yīng)于排斥力而彎曲。 當(dāng)旋轉(zhuǎn)部件210處在運(yùn)動(dòng)中時(shí)，擋板225還可順應(yīng)與旋轉(zhuǎn)部件210相關(guān)的運(yùn)動(dòng)以維持間隙 215的尺寸而無(wú)需物理地接觸旋轉(zhuǎn)部件210，從而提供可與部件運(yùn)動(dòng)相符的密封表面。與 部件相關(guān)的此類運(yùn)動(dòng)可部分地為熱膨脹和/或振動(dòng)的結(jié)果。除了在瞬時(shí)事件期間提供可順應(yīng)的表面，旋轉(zhuǎn)磁體235和磁性密封件220可適于 在存在液體動(dòng)力時(shí)提供可順從的密封表面。液體動(dòng)力是當(dāng)某些形式的流強(qiáng)加在主體的表 面上時(shí)施加在主體上的力。在示例性實(shí)施例中，磁性密封件220還可適于在存在液體動(dòng) 力和/或瞬時(shí)事件的情況下提供可順從密封表面。參考圖3說(shuō)明，因?yàn)橄到y(tǒng)300可為壓縮機(jī)，在運(yùn)行期間，340處的壓力Pl和345 處的壓力P2可與靜止部件205和旋轉(zhuǎn)部件210相關(guān)。在壓縮機(jī)實(shí)施例中，345處的壓力 P2可相對(duì)比340處的壓力Pl大，意味著345處的壓力P2可以向下推在順應(yīng)性擋板225 上，以減小當(dāng)旋轉(zhuǎn)部件210圍繞軸旋轉(zhuǎn)時(shí)間隙215的尺寸。沒(méi)有旋轉(zhuǎn)磁體235，當(dāng)245處 的壓力P2足夠地大于240處的壓力Pl時(shí)，擋板225可朝旋轉(zhuǎn)部件235向下彎曲，導(dǎo)致 旋轉(zhuǎn)部件21和擋板225之間的物理接觸。在瞬時(shí)事件期間，諸如與熱膨脹相關(guān)的那些瞬 時(shí)事件，旋轉(zhuǎn)部件210可向靜止部件205延伸，使得旋轉(zhuǎn)部件210即使不也接觸靜止部件 205，也可再次接觸擋板225。通過(guò)逆著磁性密封件220施加力，旋轉(zhuǎn)磁體235可維持間隙215的尺寸以提供相 對(duì)一致的密封。在運(yùn)行中，當(dāng)與熱效應(yīng)和/或振動(dòng)相關(guān)的壓力梯度或物理膨脹導(dǎo)致旋轉(zhuǎn) 部件210靠近擋板225和靜止部件205時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁體235的排斥力可導(dǎo)致?lián)醢?25從350 處的標(biāo)稱位置調(diào)節(jié)至335處的移位位置。換句話說(shuō)，一旦旋轉(zhuǎn)部件210的非順應(yīng)表面相 對(duì)于擋板225的順應(yīng)表面移動(dòng)，則與密封磁體230和旋轉(zhuǎn)磁體235相關(guān)的磁性排斥力可使 所述順應(yīng)表面變形以阻止部件之間的接觸，并從而維持間隙215。至少以此方式，本發(fā)明的某些實(shí)施例可以采用磁性力來(lái)提供連續(xù)可變的密封表 面，該密封表面可不考慮振動(dòng)和/或熱膨脹而維持間隙215的尺寸。此外，由于間隙215 的尺寸可以維持，可不使用物理地接觸靜止部件205和旋轉(zhuǎn)部件210的密封件而控制軸向
空氣流的量。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，系統(tǒng)200和/或300可包括用于確定與間隙215相關(guān) 的徑向空隙的尺寸的感應(yīng)裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，可改變擋板225以產(chǎn)生至少部分基于 旋轉(zhuǎn)磁體235的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)少量的電流，例如通過(guò)將傳導(dǎo)性電路和/或感應(yīng)線圈安裝 到擋板225上。該電路和/或線圈可適于感測(cè)由旋轉(zhuǎn)磁體235產(chǎn)生的磁通量，并且部分 地作為旋轉(zhuǎn)磁體235的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電流。由旋轉(zhuǎn)磁體235的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的電流的大小可由適當(dāng)?shù)母袘?yīng)裝置(諸如電傳感器)感測(cè)，并與間隙215的尺寸相關(guān)。適當(dāng)?shù)膫鞲醒b置可包括但不限于萬(wàn)用表、電表、 伏特計(jì)等。與間隙215的尺寸的關(guān)聯(lián)可由適于從傳感裝置接收電流信息的一個(gè)或多個(gè)處 理器執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中，間隙215的尺寸可由處理器至少部分地基于從傳感裝置接 收的電流信息而確定。在另一個(gè)實(shí)施例中，處理器可適于從傳感裝置接收信息，并至少 部分地基于由至少一個(gè)磁性密封件產(chǎn)生的電流而確定與間隙相關(guān)的空氣流量。處理器的 實(shí)施例可包括但不限于，ASIC，比較器，微分模塊，或其它硬件裝置。處理器還可包括 可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并可由處理器或其它處理裝置執(zhí)行的軟件或其它計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令， 以執(zhí)行以上所述的一個(gè)或多個(gè)操作。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可使用電磁體來(lái)替代以上所述的永久性磁體或與永 久性磁體結(jié)合使用。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)磁體235可為電磁體。為了逆著包括 擋板225和密封磁體230的磁性密封件220施加力，可向旋轉(zhuǎn)磁體235提供電流以磁化該 電磁體。隨著電流增加，逆著包括擋板225和密封磁體230的磁性密封件220施加的力 的量可相似地增加，從而增加擋板225的移位。隨著電流減少，逆著包括擋板225和密 封磁體230的磁性密封件施加的力的量可相似地減少，從而減少擋板225的移位。以這 些方式，通過(guò)改變向旋轉(zhuǎn)磁體235提供的電流的量，可增加或減少間隙215的尺寸，并且 調(diào)整通過(guò)間隙215的軸向空氣流的量。圖4和圖5示出了用于提供根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的磁性密封件的示例系統(tǒng)和 裝置400及500，其中實(shí)施例400和500可包括旋轉(zhuǎn)機(jī)械如渦輪機(jī)系統(tǒng)的一部分。和系 統(tǒng)200相似，系統(tǒng)400和500可包括靜止部件(例如定子405)和旋轉(zhuǎn)部件(例如轉(zhuǎn)子葉 輪410)。定子405可相對(duì)于轉(zhuǎn)子葉輪410定位以形成其特征為徑向空隙的間隙415和間 隙515。示例性系統(tǒng)400和500可構(gòu)造成在高溫下運(yùn)行，使得可向411處的定子405提供 冷卻空氣來(lái)調(diào)節(jié)定子405的運(yùn)行溫度。系統(tǒng)400和500還可包括一個(gè)或多個(gè)磁性密封件。例如，系統(tǒng)400可包括磁性密 封件420，該磁性密封件420包括可折疊的箔片425和密封磁體430?？烧郫B的箔片425 可相對(duì)地構(gòu)造成類似花托。在系統(tǒng)500中，該系統(tǒng)500包括磁性密封件520，磁性密封 件520包括可折疊的箔片525和密封磁體530，可折疊的箔片525可構(gòu)造成類似手風(fēng)琴狀 結(jié)構(gòu)。在兩個(gè)實(shí)施例中，可折疊的箔片425和可折疊的箔片525均可以構(gòu)造成響應(yīng)于由 411處的冷卻空氣源提供的壓力而向外調(diào)節(jié)。磁性密封件420和磁性密封件520還可適于 減小在411處提供的冷卻空氣的量逸出定子405，從而將定子405維持在相對(duì)較低的溫度 下，例如大約600-800° F。在示例性實(shí)施例中，可折疊的箔片425和可折疊的箔片525 可分別包括通路426，427，526和527，以部分地為了維持定子405內(nèi)相對(duì)恒定的空氣壓 力而改變和/或限制從定子405逸出的冷卻空氣的量。將會(huì)意識(shí)到的是由于磁性密封件420和520可適于維持相對(duì)恒定的空氣壓力，因 此磁性密封件420和磁性密封件520也可適于將在411處提供的冷卻空氣引導(dǎo)至系統(tǒng)400 和500中的某些部件。這些部件可包括與磁性密封件420和520相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)部件。 例如，通路426，427，526和527可定位成將冷卻空氣引向旋轉(zhuǎn)磁體435和535。在一 些實(shí)施例中，諸如燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)磁體435和535可暴露于相對(duì)高的溫度下，并 且如果任其未冷卻的話，會(huì)變得被退磁。退磁可與磁性密封件420和520的故障相關(guān)。 部分地由于此原因，通路426，427，526和527可適于將冷卻空氣引導(dǎo)至旋轉(zhuǎn)磁體435和535，使得旋轉(zhuǎn)磁體435和535能夠在它們相關(guān)的居里點(diǎn)之下運(yùn)行，在居里點(diǎn)會(huì)發(fā)生退磁。在示例性系統(tǒng)400和500中，可折疊箔片結(jié)構(gòu)425和525也可構(gòu)造成響應(yīng)于由安 裝到轉(zhuǎn)子葉輪410上的旋轉(zhuǎn)磁體435和535所施加的力而向內(nèi)調(diào)節(jié)，直至達(dá)到平衡點(diǎn)。更 具體地，可折疊箔片425和可折疊箔片525可構(gòu)造成當(dāng)轉(zhuǎn)子葉輪410例如由于熱膨脹和/ 或振動(dòng)而向磁性密封件420蠕動(dòng)時(shí)從轉(zhuǎn)子葉輪410向內(nèi)調(diào)節(jié)。假設(shè)在411處提供的對(duì)應(yīng) 的空氣壓力向外推動(dòng)磁性密封件420和520，則系統(tǒng)400中由磁體430和435提供的，以 及系統(tǒng)500中由磁體530和535提供的相反的磁力將磁性密封件向內(nèi)推動(dòng)，直至獲得力的 平衡。在此平衡點(diǎn)處，系統(tǒng)400和500中的間隙415和間隙515的尺寸可相對(duì)維持。圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例用于提供磁性密封的示例性方法600。方 法600可在塊605處開(kāi)始，此處磁性密封件可安裝到旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的第一部件上。旋轉(zhuǎn)機(jī) 械可包括具有旋轉(zhuǎn)部件的任何機(jī)械，諸如渦輪機(jī)、壓縮機(jī)、泵等。第一部件可為靜止部 件(諸如定子)，靜止部件的一部分，旋轉(zhuǎn)部件(諸如轉(zhuǎn)子)，或旋轉(zhuǎn)部件的一部分。同 時(shí)，磁性密封件可包括第一磁性元件和順應(yīng)性材料。磁性密封件的示例實(shí)施例包括可包 括以上關(guān)于圖1到圖5所描述的那些第一磁性元件和順應(yīng)性材料。將會(huì)意識(shí)到第一磁性 元件可為任何磁性元件，如永久性磁體或電磁體。方法600可在塊610處繼續(xù)，此處第二磁性密封元件可安裝到旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的第二 部件上。該第二部件可包括旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的任何部件，例如旋轉(zhuǎn)部件或靜止部件。該第二 部件可相對(duì)于磁性密封件定位成安裝在第一部件上，以在第二部件和該至少一個(gè)磁性密 封件之間提供徑向間隙。此類徑向間隙，如圖2中的間隙215，可允許空氣在第一部件和 第二部件之間軸向地流動(dòng)，如以上關(guān)于圖2也描述的靜止部件205和旋轉(zhuǎn)部件210。第二磁性元件可為任何磁性元件，如永久性磁體或電磁體，并可構(gòu)造成在塊615 逆著磁性密封件施加力。在一個(gè)實(shí)施例中，第二磁性元件可為永久性磁體，并相對(duì)于也 可為永久性磁體的第一磁性元件構(gòu)造，以便第一磁性元件和第二磁性元件的極彼此相對(duì) 地定位。以這種方式，第二磁性元件可逆著磁性密封件施加力。在另一個(gè)實(shí)施例中，第 二磁性元件或第一磁性元件可為電磁體，并且向該電磁體提供電流以使得磁性元件能夠 逆著磁性密封件施加力。例如，在方法600的一個(gè)實(shí)施例中，如在可選塊620處所示， 第二磁性元件可為電磁體，并向該電磁體提供電流，以便第二磁體可逆著磁性密封件施 加力。再次，在此實(shí)施例中，電磁體的極可相對(duì)于第一磁性密封件定位，使得第二磁性 元件和第一磁性元件的極彼此相對(duì)。此類定位可通過(guò)物理布置或偏置提供給電磁體的電 流而達(dá)成。在塊625，方法600可繼續(xù)響應(yīng)于由第二磁性元件施加的力而調(diào)節(jié)包括磁性密封 件的順應(yīng)性材料。此調(diào)節(jié)可改變磁性密封件和第二部件之間的徑向空隙。在一個(gè)實(shí)施例 中，此調(diào)節(jié)可與確定第一部件和第二部件之間的軸向空氣流相關(guān)，如在可選塊630處所 示。例如，第一磁性元件和第二磁性元件可設(shè)計(jì)成對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的給定操作點(diǎn)維持最小 凈空間隙。在另一個(gè)實(shí)施例中，其中第一磁性元件和/或第二磁性元件是電磁體，可調(diào) 節(jié)提供給任一磁性元件的電流，以調(diào)節(jié)徑向空隙，并從而調(diào)節(jié)軸向空氣流。當(dāng)調(diào)節(jié)徑向 空隙時(shí)，可根據(jù)與旋轉(zhuǎn)機(jī)械相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)而確定該軸向空氣流。由于本發(fā)明的某些實(shí)施例可不需要與磁性密封件的物理接觸而維持與第一部件和第二部件相關(guān)的徑向空隙，本發(fā)明的某些實(shí)施例可解決與在機(jī)械運(yùn)行期間彼此摩擦或 形成接觸的密封件相關(guān)的特定的問(wèn)題。更特別地，本發(fā)明的某些實(shí)施例可提供比在常規(guī) 系統(tǒng)中提供的那些密封件劣化更少并且密封更好的密封件。改善的密封性能是本發(fā)明的 至少一個(gè)技術(shù)效果。改善的耐久性是本發(fā)明的至少另一個(gè)技術(shù)效果。此外，由于本發(fā)明的某些實(shí)施例可無(wú)需任何相關(guān)的摩擦而提供第一部件和第二 部件之間的密封表面，因此本發(fā)明的此類實(shí)施例可改善一些部件的使用壽命。沒(méi)有磁性 密封件和密封表面之間的摩擦，降低了與密封件以及其對(duì)應(yīng)的密封表面相關(guān)的熱效應(yīng)。 與降低的熱效應(yīng)相伴而至的是對(duì)于與這些密封表面相關(guān)的一個(gè)或更多部件減小的熱剖 面。對(duì)于一個(gè)或更多部件減小的熱剖面可導(dǎo)致部件以及旋轉(zhuǎn)機(jī)械的更長(zhǎng)的使用期限。對(duì) 于旋轉(zhuǎn)機(jī)械和機(jī)械部件改善的使用壽命期限是本發(fā)明的其它的技術(shù)效果。本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到本文所述的本發(fā)明的許多改型和其它實(shí)施例，屬于這些 改型和其它實(shí)施例的這些發(fā)明具有在前述描述和相關(guān)附圖中所示的教導(dǎo)的益處。因此， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理會(huì)的是本發(fā)明可以以許多形式實(shí)施，并且不限于以上描述的實(shí)施 例。因此，將會(huì)理解的是本發(fā)明不限于所公開(kāi)的具體實(shí)施例，并且改型和其它實(shí)施例意 在包括在所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。盡管本文采用了具體的用語(yǔ)，但它們僅以普通的 且描述性的意義使用，而不是用于限制目的。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括將至少一個(gè)磁性密封件(220)安裝到旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的第一部件(205)上，其中所述至少 一個(gè)磁性密封件(220)包括第一磁性元件(230)和順應(yīng)性材料(225)；將第二磁性元件(235)安裝到旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的第二部件(210)上，其中所述第二部件 (210)相對(duì)于所述第一部件(205)定位，以在所述第二部件(210)和所述至少一個(gè)磁性密 封件(220)之間提供間隙(215)，并且其中所述第二磁性元件(235)可操作以逆著所述至 少一個(gè)磁性密封件(220)施加力；以及調(diào)節(jié)所述順應(yīng)性材料(225)以響應(yīng)于由所述第二磁性元件(235)施加的力而改變所述 間隙(215)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將至少一個(gè)磁性密封件(220)安裝到旋轉(zhuǎn) 機(jī)械中的第一部件(205)上包括將至少一個(gè)磁性密封件安裝到以下至少其中一個(gè)中的第一部件上渦輪機(jī)，壓縮機(jī)或泵。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將第二磁性元件(235)安裝到所述旋轉(zhuǎn)機(jī) 械中的第二部件(210)上包括將第二磁性元件安裝到以下至少其中一個(gè)上渦輪機(jī)葉輪，壓縮機(jī)葉輪，軸承組 件，或軸。
4.如權(quán)利要求1所述的方法或如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述順應(yīng)性 材料(225)包括以下的至少其中一種擋板，可折疊箔片，或可變形結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將第二磁性元件(235)安裝到所述旋轉(zhuǎn)機(jī) 械中的第二部件(210)上包括將永久性磁體安裝到所述旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的第二部件上。
6.如權(quán)利要求5所述的方法或如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二磁 性元件(235)包括以下材料的至少其中一種釤，鈷，釹，鐵或硼。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括由所述至少一個(gè)磁性密封件(220)至少部分地基于與所述第二部件(210)相關(guān)的旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流；以及至少部分地基于由所述至少一個(gè)磁性密封件(220)產(chǎn)生的所述電流確定與所述間隙 (215)相關(guān)的空氣流。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，安裝到所述第二部件(210)上的所述第二 磁性元件(235)是電磁體，并且所述方法還包括向所述第二磁性元件(235)提供電流，以逆著所述至少一個(gè)磁性密封件(220)施加力。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法還包括調(diào)節(jié)向所述第二磁性元件(235)提供的所述電流以改變所述間隙(215)。
10.—種系統(tǒng)，包括包括第一部件(205)和第二部件(210)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械；至少一個(gè)磁性密封件(220)，其安裝到所述第一部件(205)上并相對(duì)于所述第二部 件(210)定位，以在所述第二部件(210)和所述至少一個(gè)磁性密封件(220)之間提供間隙(215)，其中所述至少一個(gè)磁性密封件(220)包括第一磁性元件(230)和順應(yīng)性材料 (225)；第二磁性元件(235)，其安裝到第二部件(210)上，且可操作以逆著所述至少一個(gè)磁 性密封件(220)施加力，其中所述順應(yīng)性材料(225)可操作以響應(yīng)于由所述第二磁性元件 (235)施加的力而調(diào)節(jié)，從而改變所述第二部件(210)和所述至少一個(gè)磁性密封件(220) 之間的所述間隙(215)；至少一個(gè)傳感器，其可操作以測(cè)量電流，并聯(lián)接到所述至少一個(gè)磁性密封件(220) 上，其中所述至少一個(gè)磁性密封件(220)可操作以至少部分地基于與所述第二部件(210) 相關(guān)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電流；以及至少一個(gè)處理器，其可操作以從所述至少一個(gè)傳感器接收電流信息，并至少部分地 基于由所述至少一個(gè)磁性密封件(220)產(chǎn)生的電流而確定與所述間隙(215)相關(guān)的空氣 流。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例可提供用于提供磁性密封的系統(tǒng)、方法和裝置。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可提供具有磁性密封件的一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括具有第一部件和第二部件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。磁性密封件可安裝到該第一部件上，并相對(duì)于該第二部件定位，以提供磁性密封件和第二部件之間的間隙。該磁性密封件可包括第一磁性元件和適于響應(yīng)于由第二磁性元件施加在該磁性密封件上的力而調(diào)節(jié)的順應(yīng)性材料。該第二磁性元件可安裝到第二部件上，以便可以響應(yīng)于由第二磁性元件施加在磁性密封件上的力而改變磁性密封件和第二部件之間的間隙。
文檔編號(hào)F01D11/02GK102022141SQ20101029456
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者A·J·加西亞-克雷斯波, G·C·利奧塔 申請(qǐng)人:通用電氣公司