[发明专利]适用于有大平移的流体环形密封系统

说明书

技术领域

本发明通常涉及一种由密封圈和转轮组成的环形密封系统，其中转轮可相对于密封圈作大幅度的轴向平移。具体来说，本发明包括多个位于转轮圆周外、沿转轮旋转方向平行或倾斜设置的液压槽。进一步地，液压槽包括多个独立设在转轮周面上的凹槽组。每个凹槽组均包括至少两个凹槽，不管密封圈与转轮相对位置如何，凹槽都可以单独或共同对密封圈内径施加一个流体举力。

背景技术

外壳包含很多应用，有些外壳带有多个贯穿有旋转件的内腔，并且其中某个内腔还需要通过密封方法与另一个内腔相隔离。例如，在燃气涡轮机的应用中，就必须将外壳润滑舱中的润滑油和毗邻油封的液体或气体分割开来。这点在旋转轴经常从润滑油这侧穿到流体那侧时，显得尤其关键。在飞机发动机中，油盘油封用于将外围的高压大气区，例如煤气区，与气压较低的潮湿油盘区，如润滑油区，分割开来。油盘油封可以防止润滑油从低压油舱中漏出，并最大限度地降低热气从高压区流入潮湿油舱的速度。

润滑油从润滑油侧泄漏并进入煤气侧，会对设备性能造成不利影响。在飞机发动机的案例中，润滑油从油封外漏进入高温煤气侧，可能会导致石油焦化或发动机起火。更具体地说，当飞机使用的是油基润滑剂时，石油与煤气的混合可能会导致石油焦化，或使石油副产品被加热到高温状态，从而改变石油的化学成分，对燃气涡轮机造成不利。石油焦化还会污染油封的表面，并阻止润滑舱内的轴承正常润滑。因此，不仅仅是在飞机发动机中，在类似应用中，将润滑油密封在润滑舱内并使其无法从旋转轴周围的油封处泄漏，同样是很重要的。此类应用中的油封可以包括环形密封或面型密封；不过，上述案例一般使用的是环形轴封。

环形密封一般是指一种被广泛应用的密封设备，特别是在飞机发动机领域上应用更多。图1a和图1b示出了一种设于转轮2旁边的标准密封装置1，密封装置1的两侧分别是低压区3和高压区4。该密封装置1将密封圈6固定在转轮2周围，该密封装置1包括密封外壳5、扣环7、后板8、多个设于密封圈6周围的压缩弹簧9、螺旋弹簧10、空腔43以及抗旋转插销14。设于密封圈6上的支撑垫片11与转轮20可在密封半径15内构成环形密封，该支撑垫片11可包括一个底部封闭的内孔槽26和孔槽挡板13，从而提高密封性能。设于密封圈6上的第二表面12可在密封外壳5上进行表面密封。

图2a和图2b分别是一个标准环形垫片16的表面视图和内径视图。多个环形垫片16可组成一个密封圈6。每个环形垫片16主要由碳和/或石墨制成，并被环绕在转轮2周围，由此构成一个连续的相对静止的密封圈6。每个环形垫片16包括一个舌片17和一个接合片18，该接合片18用于将两个相邻的环形垫片16接合起来，以防止泄漏。相关技术公开的密封圈6在其内径上设有一个或多个底部封闭的凹槽或类似结构。相关技术并没有沿图1a所示的转轮2的圆周外表面上设置这种凹槽。

目前，大多数环形密封都是图1a、1b、2a、2b所示的环形密封的变种，主要用于解决低压液体舱和高压气体舱之间的密封需求。举一个例子，发明人波普在公开号为5145189的美国专利中公开了一种带浅槽的密封圈，该密封圈可以将高压气体重新引入到多个较深的排气槽中。在另一个例子中，发明人黄某在公开号为6145843的美国专利中公开了一种带浅槽的密封圈，该密封圈利用加压舱使流体进入高压区。

在密封圈内径上设置凹槽会带来一些问题，特别是在性能更高的涡轮发动机中问题更多。首先，密封圈通常由碳石墨组成，容易造成表面磨损，从而损坏浅层液压槽。其次，上述发动机的内部结构和运行环境经常会导致转轮沿发动机的轴向作大幅平移。例如，在一些应用中由转轮引起的轴向平移的幅度可能有四分之一英寸。由于传统的凹槽都排列在轴向位置上，转轮和密封圈之间的大幅相对移动，将使凹槽内的液体不受控制地排出凹槽。其结果会使凹槽对转轮所施加的流体举力减少或消失。举力的强度不够大，更容易使转轮和密封圈发生接触。而任何这种接触都会磨损密封圈的内径表面，并随着时间的推移降低凹槽的深度和性能。

根据以上讨论显而易见，现有技术不包括一种环形密封，使得转轮既可以大幅轴向平移，又不会影响密封系统性能。现有技术也不能解决内径上带凹槽的密封圈的性能问题。

因此，需要提供一种环形密封，实现当转轮出现大幅移位时，密封圈和转轮间的举力不受影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种转轮大幅平移时密封圈和转轮间的举力不受影响的环形密封。