[發明專利]拱形結合環形密封件及具有該環形密封件的環密封系統

有效

• 申請號: 201511036015.4
• 申請日: 2015-12-15
• 公開（公告）號: CN105736701B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: G·P·海恩斯
• 申請（專利權）人: 凱登環形密封股份有限公司
• 主分類號: F16J15/16
• 分類號: F16J15/16;F16J15/26
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 葛飛

技術領域

本發明涉及一種拱形結合環形密封件，以及一種包括拱形結合環形密封件和軸的系統，并且，更具體地，涉及一種包括用于產生升力的結構的拱形結合環形密封件，以及一種包括用于產生升力的結構的拱形結合環形密封件和軸的系統。

背景技術

各種裝置已知用于形成可旋轉的軸(或安裝在可旋轉的軸上的套筒或轉輪)和靜止的殼體或圍繞軸的其它結構之間的密封。一些密封件與軸接觸，以最小化泄漏，并且可以稱之為“接觸周向軸密封件”。這些密封件包括一個或多個密封環，具有接觸旋轉套筒的內表面，并在旋轉時靠著套筒滑動。這種密封件可以由壓制和燒結碳石墨形成，以提供耐熱性和耐磨耗性，它們通常形成為多個可互連環段，從而便于在套筒周圍安裝。密封環通過合適的固定裝置保持在適當位置，并且包括這樣的環的密封件可以包括偏壓裝置，如周向或卡緊彈簧，用于將密封段保持在一起，以及多個軸向壓縮彈簧，以使密封段靠著靜止的殼體側向就位。

雖然接觸密封是持久的，并能夠承受高水平的熱和摩擦，與旋轉套筒的滑動接觸最終導致密封環磨損。碳環磨損的速率部分基于套筒和軸的相對速度，并且在一些高效率的噴氣發動機中，這樣的速度，表示為線速度，可超過600英尺/秒或約400公里/小時，對于延長的時間段。在這樣的速度下接觸產生的熱使密封環磨損，并且因此，環需要頻繁的維護和/或更換。更長的使用壽命和更高的熱效率的愿望，推動密封行業尋找周向接觸密封件的替代品。

固體襯套密封件是周向接觸密封件的一種替代。顧名思義，這些密封件是固體或整體的，并且它們通過保持軸和密封件之間的小的間隔或間隙避免磨損問題。然而，由于在使用過程中的熱膨脹和/或離心力，其上使用密封件的軸通常膨脹。為了避免損壞固體襯套密封件，密封件的內直徑必須足夠大，以保持從膨脹軸間隔開。這需要提供間隙，導致在啟動時相對大泄漏率，當軸較涼時。此外，如果間隙不夠大，當軸升溫并膨脹時，軸可能破裂或以其它方式損壞密封件。

接觸密封件的另一種替代是周向氣膜密封件。很像周向接觸密封件，該密封件包括一個或多個碳密封環，其在旋轉時并且在不旋轉時，向軸和套筒施加很輕的接觸力。輕接觸力由將高壓氣體通過間隙空間和銑削切口引導到相對面來實現。在接觸周向密封的情況下，環的外直徑在其整個寬度上暴露，而內直徑除了露出小的密封壩的寬度，在其整個寬度上暴露。這產生靠著旋轉套筒容納輕微的容納密封件的力的不平衡。以這種方式產生力平衡接觸被稱為靜壓密封，而靜壓密封可以在軸旋轉時和在軸靜止時都保持。

可替換地或另外地，動壓密封可以通過在密封環面向套筒的一側上形成凹部或切口來制造。當套筒旋轉時，通過旋轉套筒夾帶的空氣在這些切口中被壓縮，而隨著它在凹部之間的非凹陷“襯墊”上露出，其產生用于保持密封環和套筒分離的額外的壓力和氣流。周向氣膜密封件在共同未決的美國專利申請No.14/132,571，“雙向玻璃周向軸密封段即包括多個段的軸密封件”中公開，該申請的內容通過參考結合于此。周向氣膜密封件比周向接觸密封件產生更小的摩擦和更少的熱量，因此通常比接觸密封件持續時間更長，需要較少的維護并經歷更少的油冷卻效率損失。

密封件可以在更高的溫度和壓力下操作的需求日益增加。現代噴氣發動機的設計需要更強大的密封件，能以比以往更高的速度，溫度和壓力操作，而許多常規密封件在這些條件下迅速劣化。氣膜密封件在其與以設計范圍的頂端工作的旋轉軸一起使用時，特別容易受到損害。另外，不夠強大的密封件使發動機無法工作在其整個工作范圍，為了避免損壞軸密封件。

在高的速度和壓力下，旋轉軸趨向于摩擦和損壞密封件，盡管存在上面討論的切口。也就是說，該密封件不再能夠維持足夠的空氣膜，以支撐密封件，并且旋轉軸接觸到密封件。隨著磨損，徑向內密封面的幾何形狀變化，此后當軸停止旋轉，其掉回軸表面時，形成與軸表面的更低效的密封。反復使該軸/密封件的交界面承受極端條件不斷地破壞密封件的徑向內表面，并且當密封件內徑向表面的幾何形狀不再足以產生升力，并使密封件離開軸時，損壞的密封件可最終災難性地失效。

發明內容

這些和其它問題通過本發明的實施例解決，其中第一方面包括用于軸的環形密封件，該環形密封件包括多個弧形的環段，該多個環段中的每一個具有徑向外表面，徑向內表面，第一軸向側表面，第二軸向側表面，第一端和第二端。該環形密封件還包括保持該多個弧形環段為拱形結合結構的彈簧，并且該多個環段中的每一個的徑向內表面包括至少一個周向斜面，配置為軸在環形密封件內側旋轉時產生氣墊。