專利名稱：C形密封環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)，尤其是指其中的密封件。
在燃?xì)廨啓C(jī)中，空氣在壓氣機(jī)中被壓縮，在燃燒室中和燃料混合，然后點(diǎn)火燃燒產(chǎn)生熱的燃燒氣體，燃燒氣體流入幾個(gè)透平級從而輸出能量。壓縮空氣處于燃燒室的周圍，并用來冷卻其襯套，壓縮空氣同樣也用來冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的其他零件。
由于燃?xì)廨啓C(jī)是由適當(dāng)配合在一起的固定部件組成，部件之間必須要有各種類型的靜密封以減少或防止壓縮空氣或熱的燃燒氣體不良的泄漏。密封件具有各種不同的橫截面結(jié)構(gòu)以專門密封各種不同的部件。例如，根據(jù)需要密封的各種具體情況，可以是W形、E形或簡單的圓形截面。
有些密封件呈全封閉的環(huán)形，或者是在某個(gè)位置有周邊開口以消除不良的圓周應(yīng)力。另一種類型的密封件是平直的片狀，放置在相互鄰接的部件之間的狹縫中。
密封件會(huì)承受在相互鄰接的部件之間的各種不同的熱位移，包括徑向位移、軸向位移或兩種方向的位移。相對徑向和軸向的偏移一般發(fā)生在燃燒室外襯的尾端和與之相互毗連的高壓燃?xì)鈬娮焱馊Φ那岸酥g。在燃燒室產(chǎn)生的燃燒氣體的高溫下，外襯徑向向外膨脹的程度要大于外圈。并且，兩個(gè)部件之間的軸向間隙也會(huì)在工作過程中相當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)大。
因此，在這個(gè)位置應(yīng)用某種形式的片狀密封，也就是說一種填補(bǔ)徑向狹縫的徑向片狀密封來調(diào)節(jié)各種徑向位移，一種填補(bǔ)軸向縫隙的軸向片狀密封來適于各種軸向位移。然而，由于這種片狀密封的截面形狀是直的并且在工作中會(huì)扭曲，其密封性能會(huì)打折扣。而且，一些密封件是分段的，因而會(huì)在各段之間密封性能會(huì)被破壞。
因此，需要提供一種效果更好的密封件來密封燃?xì)廨啓C(jī)固定零件之間不同徑向和軸向的位移產(chǎn)生的高偏移。
一種密封環(huán)，包括軸向相對的第一環(huán)和第二環(huán)，它們通過一與之共同延伸的腹板連接在一起，在如此連接成一體的密封環(huán)中有一周向開口；這兩個(gè)環(huán)截面呈弧形，帶有徑向的外密封面和內(nèi)密封面。腹板沿徑向位于外密封面和內(nèi)密封面之間。各環(huán)被置于相鄰部件的相應(yīng)的槽中，以在其間產(chǎn)生密封效果，容納由熱變形而產(chǎn)生的徑向和軸向位移。
依照較佳實(shí)施例及其進(jìn)一步的目的和效果，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更具體的描述。


圖1是燃?xì)廨啓C(jī)一部分的軸向剖面圖，含有一本發(fā)明實(shí)施例的位于燃燒室外襯和渦輪噴嘴外圈之間的密封。
圖2是圖1中所示的本發(fā)明實(shí)施例的環(huán)形密封的正面視圖。
圖3是圓圈3所指的安裝在外襯和外圈之間的密封的放大的軸向剖面圖。
圖4是圖3所示的環(huán)形密封的一部分的透視圖。
圖1所示是燃?xì)廨啓C(jī)10的一部分，它關(guān)于縱向或者說軸向的中心軸線12軸對稱。燃?xì)廨啓C(jī)包括一個(gè)多級的軸向壓縮室(圖中未示出)用來壓縮空氣14，空氣14被引導(dǎo)入一環(huán)形燃燒室16，并在其內(nèi)和燃料混合燃燒生成熱燃燒氣體18。燃燒室16位于一燃燒室殼體20里面，將燃?xì)?8排入下游的高壓透平噴嘴22。噴嘴22的下游是高、低壓力的透平級(未示出)，這些壓力級從燃?xì)庵形∧芰繛閴簹鈾C(jī)提供能量，最主要的還是為推動(dòng)飛行器前進(jìn)提供推動(dòng)力。
燃燒室16包括一徑向的外襯24，它形成燃燒氣體18徑向的外部邊界。噴嘴22包括一徑向的外圈26，它形成噴嘴內(nèi)部的燃燒氣體徑向的外部邊界，多個(gè)圓周布置的噴嘴葉片28自外圈26徑向向內(nèi)伸展形成燃燒氣體的通道。
燃燒室還包括環(huán)形的內(nèi)殼，它與噴嘴的環(huán)形內(nèi)圈相互接合，在燃燒氣體18從燃燒室進(jìn)入噴嘴時(shí)形成一徑向的內(nèi)部流道的邊界。
由于燃燒室和噴嘴是各自獨(dú)立制作的部件，在燃?xì)廨啓C(jī)中它們必須裝配在一起并且適當(dāng)密封以防止壓縮空氣14或燃燒氣體18的泄漏。在工作中，一部分壓縮空氣14包圍殼體20里的燃燒室，其壓力大于里面的燃燒氣體。為了防止壓縮空氣14泄漏進(jìn)入燃燒室和噴嘴之間的燃?xì)饬鞯?，在外襯24和外圈26之間安裝一環(huán)形密封30。
如果沒有放置在外殼和外圈之間的環(huán)形密封30，發(fā)動(dòng)機(jī)10的建造和運(yùn)行都是很普通的。外襯和外圈的密封結(jié)合處承受由于在工作過程中熱燃燒氣體18產(chǎn)生的膨脹和收縮而引起的徑向和軸向的相對較高的偏移。因此，依照本發(fā)明，密封30用來適應(yīng)此位置較高的徑向和軸向的偏移，它是用一相對簡單而有效的設(shè)計(jì)來取得最大的密封效果。
通過圖2中單獨(dú)所示和圖3中的截面放大圖，高偏移密封環(huán)30得以更明確地描述。本密封環(huán)包括相對的第一環(huán)和第二環(huán)32、34，它們通過與之共同延伸的隔膜或腹板36相互連接成一體，在此連接成一體的密封環(huán)中有一圓周的缺口或開口并處于一集體環(huán)路中，如圖2所示。開口38在一定位置上阻止密封環(huán)的圓周伸展，從而防止產(chǎn)生不良的圓周應(yīng)力。
所述密封環(huán)可以在圖3和圖4中更加具體地說明。第一密封環(huán)32橫截面呈弧形，帶有徑向的第一外部和內(nèi)部密封面40、42，沿著密封環(huán)周邊伸展。相類似地，第二環(huán)34橫截面呈弧形，帶有徑向的第二外部和內(nèi)部密封面44、46，同樣沿著密封環(huán)周邊伸展。
腹板36在橫截面中沿徑向位于第一環(huán)和第二環(huán)的外和內(nèi)密封面之間，它具有減少的慣性彎矩以保持密封環(huán)的彈性，使其在工作過程中在外襯24和外圈26之間產(chǎn)生不同的徑向熱位移時(shí)扭曲。
例如，如圖4所示，第一環(huán)和第二環(huán)最好相互在軸向上向外凸出，同時(shí)又相互軸向地向內(nèi)凹進(jìn)，并且沿徑向并行排列或共同伸展。而且第一環(huán)和第二環(huán)軸向上是相互分開的，腹板36在它們之間伸展。
在圖4所示的最佳實(shí)施例中，腹板36和相對的兩個(gè)密封環(huán)的第一內(nèi)密封面和第二內(nèi)密封面42，46結(jié)合為一體，而兩環(huán)的外密封面40、44卻不結(jié)合在一起，被軸向伸展的腹板36簡單地軸向隔開。
在最佳實(shí)施例中，第一和第二環(huán)的截面上呈半圓形，而腹板36的軸向橫截面基本上是直的。第一環(huán)和第二環(huán)以及整個(gè)腹板最好是一層或多層的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的無孔金屬片的形式。圖4中所示是疊在一起的兩層或兩組金屬片，以使內(nèi)層可以跨越圖2所示的周向開口38伸展，從而與外層結(jié)合并跨接開口以提高密封效果，同時(shí)使得密封環(huán)30可以在圓周方向無阻礙地膨脹和收縮。
如圖3所示，帶有第一環(huán)和第二環(huán)32、34的密封環(huán)30安裝在外襯24和外圈26之間，第一環(huán)和第二環(huán)相互軸向平行并且相對發(fā)動(dòng)機(jī)中心線的半徑距離相等。腹板36最好徑向上位于第一和第二內(nèi)密封面42、46的外部，第一和第二外密封面40、44的內(nèi)部，減少密封環(huán)30的慣性彎矩以提供其撓性。
盡管有特殊的截面，然而密封環(huán)30是一除了圓周開口38之外的完整的密封環(huán)，并且在三個(gè)方向上自由活動(dòng)。本發(fā)明密封圈的呈部分環(huán)行軌道的軸向橫截面在適應(yīng)徑向和軸向兩個(gè)方向的不同的高偏移時(shí)提供了外襯和外圈之間的有效的密封，而不是主要靠密封本身限制這些不同的位移，并且沒有過載和應(yīng)力。
如圖3所示，可以更具體地看出，外襯24形成一燃燒氣體18通過的第一環(huán)形部件，并在其尾端有一軸向上的面對尾部的環(huán)座或凹槽48，它通過企口(tongue-and-groove)密封以滑動(dòng)接觸的方式容納第一密封環(huán)32。相類似地，外圈26形成一和外襯24同軸裝配的第二環(huán)形部件，它的前端有一沿軸向向前的第二環(huán)形座或槽50，它通過企口密封以滑動(dòng)接觸的方式容納第二密封環(huán)34。
外襯24和外圈26在第一和第二凹槽48、50處是軸向分開的，腹板36在它們之間軸向伸展。
在工作中基本上是通過第一內(nèi)密封面42與第一凹槽48周邊的底部接觸和通過第二內(nèi)密封面46與第二凹槽50周邊的底部接觸來產(chǎn)生密封效果。介于兩者之間的腹板36是無孔的，承受密封徑向的各種不同的壓力，提高第一和第二內(nèi)密封面42、46和它們的座之間的密封接觸效果。
此外，第一和第二外密封面40、44通過和凹槽48、50的頂部作用以用來進(jìn)行相應(yīng)的密封，正如需要的那樣。
各種由于膨脹和收縮引起的軸向的熱位移在圖3中用虛線示出，外圈26在軸向上的偏移用A表示。凹槽48、50的軸向尺寸和腹板36的軸向延伸用來保證第一環(huán)32和第二環(huán)34一直保持在各自的凹槽里處于密封接觸，不管外襯24和外圈26之間發(fā)生什么樣的軸向移動(dòng)。
各種徑向移動(dòng)(B向所指)也在圖3中通過虛線所示的外襯24的不同徑向位置得以說明。為了適應(yīng)兩個(gè)部件之間的不同的徑向偏移，密封環(huán)30可以徑向扭曲，而第一和第二環(huán)32，34在各自的槽48、50保持密封接觸。
由于密封30是一環(huán)形部件，必須提供足夠的扭曲撓性，以使在沒有過高的限制或扭曲的條件下而允許部件有較高的徑向偏移，過高的限制或扭曲會(huì)產(chǎn)生過高的應(yīng)力或塑性變形。軸對稱的環(huán)和介于其中的腹板36斷開了截面的圓周，以在提供較高軸向和徑向偏移能力的緊湊的布置中增加其扭曲撓性。如上所述，腹板36放置在各內(nèi)密封面和外密封面之間，使得徑向的慣性矩最小從而增加其彎曲和扭曲的撓性。
而且，腹板36截面上一般是徑向向內(nèi)凹進(jìn)的，以使外襯24和外圈26之間可以進(jìn)行各種不同的沒有阻礙的徑向位移。如圖3所示，腹板36在軸向橫截面上最好是直線，并且在其有一適當(dāng)彎曲半徑的中點(diǎn)彎曲成兩個(gè)平面，腹板的徑向內(nèi)面有一稍微小于180度的鈍角，這既增加了扭曲撓性又允許第一環(huán)和第二環(huán)32、34之間的各種不同的徑向位移，而腹板36并不和第一和第二凹槽48、50相應(yīng)的部分作用。
例如，在外襯24熱膨脹比外圈26大時(shí)，圖3中所示的第一環(huán)或者說左環(huán)32被推動(dòng)和外襯24一起徑向向外移動(dòng)，左環(huán)會(huì)在凹槽48中輕輕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，同時(shí)腹板36的左部向著左凹槽的底部位置靠近。相應(yīng)地，第二環(huán)或者說右環(huán)34也在此例中順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，同時(shí)腹板36的右部向著遠(yuǎn)離右凹槽的底部的方向移動(dòng)。此時(shí)，密封30通過腹板36彈性扭曲，使相對的兩個(gè)環(huán)32、34處于相對發(fā)動(dòng)機(jī)中心軸線不同半徑的位置。
外襯24和外圈26之間的環(huán)形密封30的應(yīng)用通過一緊湊的和相對簡單的構(gòu)造適應(yīng)各種不同的徑向和軸向位移所形成的高偏移。外襯24僅僅需要一個(gè)單一的軸向面向尾端的第一凹槽48，外圈26僅僅需要單一的軸向面向首端的第二凹槽50。具有雙重功能的環(huán)形密封30坐落在兩個(gè)凹槽里面以適應(yīng)各種不同的軸向位移和徑向位移，通過兩個(gè)密封環(huán)保持密封效果。
在各種軸向移動(dòng)的情況下，在保持密封時(shí)，密封環(huán)30在兩尾環(huán)之間有一半徑不變，只是在兩個(gè)凹槽里面簡單地軸向滑動(dòng)。此外同一構(gòu)造還允許密封環(huán)30彈性扭曲，以在發(fā)生不同的熱增長時(shí)，使第一和第二環(huán)32、34在各自的凹槽48、50里面被推動(dòng)到不同的徑向位置時(shí)徑向錯(cuò)開。
因此，有彈性的腹板36將第一環(huán)和第二環(huán)32、34橋接在一起以提供這種雙重的性能。腹板36最好放置在密封環(huán)的徑向內(nèi)端以使密封件的剛性最小，但是如果需要的話，腹板36可以將第一和第二外密封面44、46接合在一起，而不是采用前述的形式。
這里所描述的是被認(rèn)為關(guān)于本發(fā)明的較佳的實(shí)施例，對本發(fā)明所作的其它形式的修改對本領(lǐng)域人員是顯而易見的，因此這些包含在本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)精神里面的變換期望在所附的權(quán)利要求里面得到保護(hù)。
因此，希望通過專利保護(hù)的是下述權(quán)利要求所描述的發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種密封環(huán)，包括軸向相對的第一環(huán)和第二環(huán)，它們通過一與之共同延伸的腹板連接在一起，在如此連接成一體的密封環(huán)中有一周向開口；所述的第一環(huán)截面呈弧形，帶有徑向的內(nèi)密封面和外密封面；所述的第二環(huán)截面呈弧形，帶有徑向的內(nèi)密封面和外密封面；所述的腹板沿徑向布置在所述的第一環(huán)和第二環(huán)的外部和內(nèi)部密封面之間。
2.如權(quán)利要求1所述的密封環(huán)，其特征在于所述第一環(huán)和第二環(huán)軸向向外凸出并且相互軸向隔開，所述的腹板在兩者之間軸向伸展。
3.如權(quán)利要求2所述的密封環(huán)，其特征在于所述的腹板沿徑向位于所述的第一和第二內(nèi)密封面的外部和所述的第一和第二外密封面的內(nèi)部。
4.如權(quán)利要求3所述的密封環(huán)，其特征在于所述的腹板和所述的第一和第二內(nèi)密封面連接在一起。
5.如權(quán)利要求3所述的密封環(huán)，其特征在于所述的第一環(huán)和第二環(huán)是半圓形的。
6.如權(quán)利要求3所述的密封環(huán)，其特征在于所述的第一環(huán)和第二環(huán)以及腹板是金屬片。
7.如權(quán)利要求3所述的密封環(huán)，還包括用來引導(dǎo)氣流的第一環(huán)形部件，它有一面向軸向的第一環(huán)形凹槽以通過滑動(dòng)接觸的方式容納所述的第一環(huán)；還有一和所述的第一部件同軸布置的第二環(huán)形部件，它有一面向軸向的第二環(huán)形凹槽以通過滑動(dòng)接觸的方式容納所述的第二環(huán)。
8.如權(quán)利要求7所述的密封環(huán)，其特征在于所述的第一部件和第二部件在所述的第一凹槽和第二凹槽處軸向隔開，所述的腹板在兩者之間軸向伸展。
9.如權(quán)利要求8所述的密封環(huán)，其特征在于所述的腹板的截面徑向向內(nèi)凹進(jìn)，以使所述的第一和第二部件之間能夠無阻礙地進(jìn)行各種不同的徑向移動(dòng)。
10.如權(quán)利要求9所述的密封環(huán)，其特征在于所述的第一部件是用以引導(dǎo)熱燃燒氣體通過的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室外襯；所述的第二部件是和所述的外襯通過所述的環(huán)形密封環(huán)密封結(jié)合的燃?xì)廨啓C(jī)噴嘴外圈，此環(huán)形密封用來容納由于所述的燃燒氣體而在其間產(chǎn)生各種不同的徑向和軸向的位移。
全文摘要
一種密封環(huán)(30),包括軸向相對的第一環(huán)和第二環(huán)(32,34),它們通過一與之共同延伸的腹板(36)連接在一起,在如此連接成一體的密封環(huán)中有一周向開口。這兩個(gè)環(huán)截面呈弧形,帶有徑向的外密封面和內(nèi)密封面(40、42、44、46)。腹板(36)沿徑向位于外密封面(40,44)和內(nèi)密封面(42、46)之間。環(huán)(32、34)分別被置于相鄰部件(24、26)的相應(yīng)的槽中,以在其間產(chǎn)生密封效果并且容納由熱變形而產(chǎn)生的不同的徑向和軸向位移。
文檔編號(hào)F16J15/08GK1277651SQ99801547
公開日2000年12月20日 申請日期1999年8月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月2日
發(fā)明者E·H·拉姆佩斯 申請人:通用電氣公司