[發明專利]高溫密封系統

無效

• 申請號: 201280052956.5
• 申請日: 2012-08-22
• 公開（公告）號: CN103890320A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: T.L.斯蒂恩;E.J.魯吉羅;B.科拉蒂伊爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D11/02
• 分類號: F01D11/02;F16J15/453
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;胡斌

政府權利聲明

依據由(AFRL–WPAFB)授予的FA8650-09-D-2922?0002，在美國政府的支持下做出本發明。美國政府在本發明中享有某些權利。

技術領域

本公開大體而言涉及用于極端溫度環境中的材料和應用。

背景技術

存在許多高溫環境，其中采用基于碳的元素的元件不能持續操作。典型的基于碳的元素在大約和高于700華氏度(F)下遭遇某些嚴重降解。

更具體而言，滑動部件，諸如包括具有所需部件的活塞和轉子裝置的線性或往復式應用，越來越多地需要在極端環境中操作。

在一個示例中，流體動壓(hydrodynamics)面密封和流體動壓周向密封為最小化潤滑油泄漏的密封技術。流體動壓密封提供一種有吸引力的解決方案，因為它們主要以非接觸方式操作，因此增加了密封壽命和在緊湊軸向空間中的可靠性，同時維持嚴格的密封公差。流體動壓面密封以及流體動壓周向密封依靠在旋轉密封表面與靜態密封表面之間壓力分布的發展而生成盡可能小的操作間隙。必須在旋轉密封表面和靜態密封表面上維持良好的表面光潔度以便保持所需的壓力分布。盡管流體動壓密封在大部分操作中是非接觸的，但它們在轉子的啟動和停止期間經受滑動接觸。為了在整個接觸操作期間最小化磨損和熱裂，并且因此維持高效的流體動壓密封，密封部件通常由表現出優良的摩擦和磨損特征的材料制成。

通常由碳制成的傳統流體動壓密封件并不適合于在諸如超過700華氏度(F)的溫度下操作，因為在這樣的溫度下發生嚴重的降解氧化。這樣的嚴重降解氧化條件的一個示例在高馬赫渦輪航空發動機的燃氣渦輪油盤(sump)中出現。一旦密封件損壞，整個油盤便可能出現故障。

在另一應用中，具有以線性方式操作的活塞的發動機采用環和密封件，其具有如本文所指出的相同問題。

因此，需要一種用于操作的系統和方法，其允許增加溫度操作同時維持完整性和性能。

發明內容

在一個方面，本系統提供一種用于氧化環境中的密封系統，其包括轉子和密封定子。定子包括固體潤滑劑或表面處理，而轉子被硬化，或者定子被硬化，而轉子包括固體潤滑劑或表面處理。定子靠近轉子定位以提供密封。定子和轉子在高于700華氏度(F)的極端溫度下是穩固的(robust)，使得定子和轉子中的至少一個具有足以維持在定子與轉子之間的操作間隙的磨損率和表面粗糙度。

在一個方面，本發明提供一種用于氧化環境中的滑動系統，該滑動系統包括滑動部和密封部。密封部包括固體潤滑劑或表面處理，而滑動部被硬化，或者滑動部包括固體潤滑劑或表面處理，而密封部被硬化。密封部靠近滑動部定位以提供密封。密封部和滑動部在高于700華氏度(F)的溫度下是穩固的，使得密封部和滑動部中的至少一個具有足以維持在密封部與滑動部之間的操作間隙的磨損率和表面粗糙度。

附圖說明

當參看附圖來閱讀下文的詳細描述時，本系統的這些和其它特點、方面和優點將變得更好理解，在所有附圖中，相似的附圖標記表示相似的部件，其中：

圖1為根據本系統的實施例的流體動壓密封系統的側視截面圖；

圖2為圖1的系統的一部分的放大視圖；

圖3為根據一實施例的流體動壓面密封的操作的示意圖；

圖4描繪了盤在環上(disc-on-ring)的試驗設備；

圖5為列出了根據圖4的設備用于試驗的定子和轉子中所用的材料的表；

圖6為用于圖5的轉子和定子的試驗前和試驗后表面粗糙度的圖表；

圖7為用于圖5的轉子和定子的試驗前和試驗后重量變化的圖表；

圖8為圖5的材料在試驗期間的平均扭矩的圖表；

圖9列出了根據圖4的設備和圖5的材料用于試驗的列表數據；

圖10為在階段II試驗中試驗的定子和轉子的表；

圖11為圖10的轉子和定子的試驗前和試驗后表面粗糙度的圖表；

圖12為圖10的轉子和定子的試驗前和試驗后重量變化的圖表；

圖13為圖10的定子和轉子在試驗期間的平均扭矩的圖表；

圖14為圖10的定子和轉子的試驗結果的表；

圖15為根據本系統的實施例的活塞和氣缸的頂視圖；以及

圖16為圖15的系統的側視截面圖。

具體實施方式

根據本發明的原理，提供用于在極端條件下操作的系統和方法。一個示例為涂層或母體材料，其允許在極端環境下操作，特別是用于滑動元件。