用於渦輪機械同軸的軸之間密封的設備的製作方法
2023-09-18 22:03:35 2
用於渦輪機械同軸的軸之間密封的設備的製作方法
【專利摘要】本發明涉及用於渦輪機械的同軸的軸之間密封的設備(20)，其包括能夠通過與外軸(12)接觸而進行密封的環形密封件(23)，所述設備的特徵在於：它包括能夠潤滑所述環形密封件(23)和所述外軸(12)之間接觸區域的潤滑裝置。
【專利說明】用於渦輪機械同軸的軸之間密封的設備
[0001]本發明涉及渦輪機械和兩個同軸的旋轉軸之間密封系統的領域。
[0002]本發明更特別地涉及渦輪機械的兩個同軸的旋轉軸之間布置的動力學的密封設備。
[0003]在渦輪機械中，必需限定和分離封閉殼，該封閉殼圍繞兩個旋轉軸，諸如，例如高壓轉子和低壓轉子之間所提供的機械構件，諸如軸承或齒輪。在該封閉殼中，噴射油以潤滑和冷卻機械構件。封閉殼的絕緣特別地需要兩個旋轉軸之間的密封裝置。
[0004]已知在這種類型的應用中使用不接觸的密封設備。然而，迷宮類型的不接觸的密封設備需要高的空氣流動速率，並且有時它難以獲得期望的封閉增壓。而且，在封閉殼中產生空氣-油混合物，在排出空氣之前，這需要去油裝置。因此，難以獲得折衷，並且這些密封設備不總是允許獲得目的的性能。最後，這種類型的密封需要去油裝置的存在，所述去油裝置是昂貴的、體積大的和重的，因為要處理高油的空氣流動速率。
[0005]也已知使用碳密封甚或刷密封的有接觸的密封設備,或者軸間密封。然而,這些設備易碎，並且特別地在直接轉動階段，即在相對的軸向位移期間，在密封和鄰接的金屬環或玻璃板之間接觸的情況下，具有熱發散的高風險。
[0006]在該上下文中，本發明的目的是提供一種密封設備，適於與共轉或反轉的旋轉軸一起運轉，能夠使得上述問題被解決。
[0007]為此，本發明提供了用於在渦輪機械同軸的軸之間密封的設備，包括通過接觸外軸能夠進行密封的環形密封件，所述設備的特徵在於:它包括能夠潤滑所述環形密封件和所述外軸之間接觸區域的潤滑裝置。
[0008]因此，本發明的設備能夠使得有接觸的密封設備的優點(好的性能)與接觸的潤滑結合，允許排除接觸區域中的磨損或熱發散風險。
[0009]根據本發明的用於在渦輪機械的同軸的軸之間密封的設備也可以具有下面的一個或多個特徵，單獨或根據所有的技術可行的組合考慮所述特徵:
[0010]-通過彈性裝置和/或液壓裝置確保所述環形密封件和所述外軸之間接觸；
[0011]-通過與多個活塞配合的氣缸形成所述液壓裝置，以在所述環形密封件上施加應力；
[0012]-活塞與所述環形密封件是一體的；
[0013]-通過所述氣缸內液壓流體的離心進行施加在所述多個活塞上的液壓應力；
[0014]-所述多個活塞的部分或所有所述多個活塞具有出口，該出口能夠將液壓流體輸送到環形密封件和外軸之間的接觸區域；
[0015]-所述環形密封包括面向活塞的出口定位的出口；
[0016]-設備包括確保所述環形密封件和所述內軸之間密封的彈性段。
[0017]本發明的一個目的也是提供渦輪機械，其包括低壓轉子和高壓轉子，其特徵在於:它包括根據本發明的密封設備，以進行圍繞所述低壓軸和所述高壓軸之間機械構件的密封件的密封。
[0018]本發明的一個目的也是提供一種固定渦輪機械的兩個同軸的旋轉軸的方法，該渦輪機械包括根據本發明的密封設備，能夠進行圍繞所述兩個旋轉軸之間機械構件的封閉殼的密封，所述方法包括步驟:
[0019]-繞著所述內軸，固定外軸的第一部件，所述第一部件包括用於固定所述第一部件在外軸的主要部件上的裝置；
[0020]-在所述內軸上安裝所述密封設備；
[0021]-軸向地封閉外軸的所述第一部件；
[0022]-固定所述外旋轉軸的主要部件和內旋轉軸；
[0023]-固定外軸的所述第一部件和外軸的所述主要部件；
[0024]-軸向地去封閉所述第一部件；
[0025]-調整固定，以定位所述外軸在其運轉位置。
[0026]有利地，通過布置在所述外軸上第一帶圓齒的凸肋配合形成卡口系統的所述氣缸上布置的第二帶圓齒的凸肋，進行軸向封閉步驟。
[0027]通過下面給出的本發明的參考附圖的示意性和非限制性目的的描述，本發明的進一步特徵和優點將變得更清楚，其中
[0028]圖1示意性地示例了根據本發明用於同軸的軸之間密封的設備的概觀，該設備定位在渦輪機械的內軸和外軸之間其環境中。
[0029]圖2示例了根據本發明的密封設備的詳細視圖，該密封設備能夠確保包括圖1中所示例的機械構件的封閉殼的密封。
[0030]圖3到圖10示意性地示例了用於在包括低壓旋轉軸和高壓旋轉軸的渦輪機械中安裝根據本發明的所述密封設備的方法的不同步驟。
[0031]圖11示例了一旦定位密封設備，用於組裝兩個旋轉軸的卡口系統的原理。
[0032]圖1表示定位在圍繞內旋轉軸11和外旋轉軸12之間所提供的機械構件16的封閉殼15的密封設備20的概觀。圖2圖1中所示例的封閉殼15和密封設備的更詳細的視圖。
[0033]在圖1和圖2中所示例的示例性實施方式中，內旋轉軸11是渦輪機械的高壓渦輪機轉子，並且外旋轉軸12是渦輪機械的低壓渦輪機轉子。
[0034]根據本發明的密封設備20包括:
[0035]-根據圖1中所示例的實施方式，固定到內軸11，並且更特別地固定到高壓轉子的軸頸13的氣缸21 ；
[0036]-由相對於內軸11同心地定位的環形密封所形成的密封裝置23；
[0037]-彈性裝置24，諸如，例如壓縮繩，能夠施加應力到密封裝置23上；
[0038]-分布在環形密封件23的圓周上的活塞22，布置在氣缸21和密封裝置23之間，這樣氣缸21所致動活塞施加應力到密封裝置23上；
[0039]-環形段25，能夠使液壓流體洩漏被限制在環形密封23和內軸11的軸頸13之間的環形密封件23的邊緣上。
[0040]根據如圖1和圖2中所示例的本發明的實施方式，環形段25布置在軸頸13端部中所提供的環形溝槽中。在這個有利的定位中，環形段25不需要特別的預應力，因為段在離心力的作用下膨脹，因此確保環形密封件23和軸頸13之間的密封。
[0041]運轉中，整個密封設備20以內軸11的速率旋轉。因此，環形段25所受到的僅有的摩擦應力是由於兩個旋轉軸之間相對的軸向位移而引起的，這不產生任何升溫。這些軸向位移在渦輪機械領域中通常稱為「直接轉動」，並且對應於渦輪機械的瞬時工作狀態階段高壓轉子和低壓轉子之間相對的軸向位移。
[0042]環形密封件23是金屬密封或碳密封。
[0043]環形密封件23具有多個環形分布的盲孔31，每個所述孔適於接收活塞22。孔的直徑適於與活塞22進行壓入配合連接，以固定和運動學上連接活塞22和環形密封件23。
[0044]環形密封件23的外壁36能夠接觸第一環形壁17a，後者形成外軸12的凸緣17的元件和限制封閉殼15，以對該封閉殼15進行密封；凸緣17包括第一環形壁17a和第二環形壁17b。
[0045]特別地當施加到活塞22上的油壓太低的時候，通過一旦運轉渦輪機械就由氣缸21中液壓流體的離心所致動的活塞22的壓力和通過定位在環形密封件23和氣缸21之間的彈性裝置24，諸如繩，環形密封件23的外壁36保持靠著環形凸緣17a，以確保渦輪機械的關閉階段期間密封件23和第一凸緣17a之間永久的接觸。
[0046]在氣缸21的下部提供集油器26，以確保永久的油儲存。該油儲存由專用的油供給，並且，例如通過如圖1到圖2中所示例的渦輪機械中應用範圍內的滾柱軸承的內環所輸送。
[0047]通過考慮下述，將調整活塞22的數量，以平衡環形密封件23上軸向應力:
[0048]-上遊和下遊空氣壓力；
[0049]-彈性裝置24的力；
[0050]-特別地通過段-環形密封件連接的摩擦所產生的對環形密封件23位移的阻力。
[0051]有利地，設計活塞22的尺寸，以確保在渦輪機械的所有運轉情況，包括瞬時期間下，環形密封件23和第一環形壁17a之間永久的接觸，並且以儘可能低地產生由於密封件23抵靠第一環形壁17a所引起的熱動力。
[0052]所有或部分的活塞22在它們的結構中具有縱向地穿過活塞22結構的孔，以形成內通道，該內通道能夠經由在活塞22端部所提供的噴射器，將來自於氣缸21的液壓流體流輸送到環形密封件23和環形凸緣17a之間接觸的區域。為此，形成盲孔31底部的壁具有面對活塞22的孔33的出口，該出口連通外壁36上所布置的環形溝槽35。
[0053]這種布置因此允許液壓流體從氣缸21流到外壁36，因此通過在環形密封件23的圓周上形成油膜，確保接觸區域的永久潤滑。
[0054]接觸區域的潤滑也能夠確保環形密封件23和第一環形壁17a之間該區域的永久冷卻，因此防止密封設備20的提前磨損。
[0055]相對於環的旋轉軸線的盲孔31的徑向位置對應於氣缸21中活塞22插入的直徑。
[0056]特別地在由於瞬時期間直接轉動所引起的相對位移期間，通過活塞22和氣缸21之間存在的間隙離開活塞22的另一部分油洩漏，以確保兩個部件之間的潤滑。
[0057]所有的油都由於離心作用回收在圓錐形壁17c上，並且排放到封閉殼15的常規油回收系統，後者通過在封閉殼底部的連接回收泵的管道形成。
[0058]為了回收來自於甚至密封件/凸緣連接的段/密封件連接的可能的油洩漏，第一環形壁17a和第二環形壁17b形成油回收碗28。該回收碗28位於密封系統20的上遊。在該回收碗28的底部，第一環形壁17a在第一環形壁17a和圓錐形壁17c之間連接處包括至少一個孔29，能夠使得這些洩漏被再次引入到封閉殼15中。第二環形壁17b的內直徑(即，它的開口直徑)小於第一環形壁17a的內直徑，這樣一旦運轉渦輪機械，第二環形壁17b起液壓流體洩漏的回收屏罩的作用。有利地，該第二環形壁17b的內直徑應該根據環境的幾何學要求被最大可能地最小化。
[0059]圓錐形壁17c也具有帶圓齒的凸肋37。該凸肋37用於安裝階段和後面將詳述它。該帶圓齒的凸肋37因此在圓錐形壁17c的圓周上具有凹入部分，能夠使得油有效地流到該壁17c上。為了進一步改善油流到該壁上，帶圓齒的凸肋37的實心部分可以具有孔。
[0060]圖3至圖10示例了在包括高壓軸11和低壓軸12的渦輪機械中密封設備20的不同安裝步驟。
[0061]圖3示例了安裝方法的第一步驟，包括在外殼中安裝段25，該外殼用於高壓軸11的軸頸13的下遊部分中那端。
[0062]圖4示例了安裝方法的第二步驟，該第二步驟包括引入低壓渦輪機的凸緣17，後者包括環形壁17a和17b。該凸緣裝配有螺栓，該螺栓將使得低壓渦輪機的這部分與低壓渦輪機的模塊組裝在一起，以形成整個低壓軸。螺栓41通過螺母42和長方形孔43與凸緣17是一體的。
[0063]圖5示例了安裝方法的第三步驟，包括安裝密封設備20。
[0064]圖6示例了安裝方法的第四步驟。該方法的第四步驟包括定位機械構件16到高壓軸上。在所示例的實施方式中，機械構件16由與螺母裝置一體的軸承no 4所形成；組件由此形成高壓軸11的整個模塊。
[0065]圖7示例了根據本發明的安裝方法的第五步驟，包括通過「卡口」系統閉鎖凸緣17的位置。通過低壓軸12的凸緣17的圓錐形壁17c上所布置的帶圓齒的凸肋37以及通過氣缸21上所布置的帶圓齒的凸肋27形成該卡口系統。
[0066]圖1la和Ilb更精確地示例了通過兩個帶圓齒的凸肋37、27形成卡口閉鎖系統的原理(只有兩個齒被表示以簡化該圖)。
[0067]更精確地，圖1la表示系統的開鎖位置，其中低壓軸12的凸緣17相對於密封設備20軸向地可移動；圖1lb表不系統的閉鎖位置,其中凸緣17相對於設備20軸向地被阻擋。
[0068]因此，在該第五閉鎖步驟中，凸緣17軸向地位移，以接合在作為中心部件的氣缸21的帶圓齒的凸肋27中。一旦接合，凸緣17沿著其旋轉軸線的稍微旋轉能夠從開鎖位置切換到閉鎖位置，如圖1lb中所示例的，因為軸向地和徑向地保持凸緣17在它的適當位置。
[0069]在閉鎖位置中，壓縮彈性裝置24。
[0070]圖8示例了方法的第六步驟，包括在凸緣17上固定預先組裝和平衡的低壓渦輪機模塊到適當位置。為此，模塊具有孔，該孔使得模塊能夠經由螺栓41和螺母而被固定到凸緣17。因此，所組裝的模塊和凸緣形成整個低壓軸12。
[0071]圖9示例了第七步驟，包括通過在第五步驟的旋轉方向的相反方向上旋轉低壓軸12，開鎖卡口系統，然後通過軸向滑動從密封系統釋放低壓軸，以將它放入到適當位置(軸向位置)。一旦軸向地位移低壓軸12，彈性裝置24膨脹和使得環形密封件23能夠壓靠第一環形壁17a，如前所述，以確保一旦渦輪機械起動，也是在渦輪機械的關閉階段期間封閉殼15的密封。
[0072]圖10示例了旋轉軸的最後位置以及密封設備20。
[0073]因此，根據本發明的設備能夠通過接觸進行的密封而確保兩個旋轉部件(例如，渦輪機械的高壓軸和低壓軸)之間有效和堅固的密封，提高良好的性能和接觸的永久潤滑，因此避免升溫風險和熱發散。
[0074]已經主要地使用渦輪機械的高壓軸和低壓軸描述了本發明；然而，本發明也適用於其他同軸的旋轉軸。
[0075]根據本發明的設備特別地適於與兩個反轉的旋轉軸使用；然而，本發明也適用於與兩個共轉的旋轉軸一起使用。
【權利要求】
1.用於渦輪機械的同軸的軸之間密封的設備(20)，其包括能夠通過與外軸(12)接觸而進行密封的環形密封件(23)，所述設備的特徵在於:它包括能夠潤滑所述環形密封件(23)和所述外軸(12)之間接觸區域的潤滑裝置。
2.根據前述權利要求的用於渦輪機械的同軸的軸之間密封的設備(20)，其特徵在於:通過彈性裝置(24)和/或通過液壓裝置(22、21)確保所述環形密封件(23)和所述外軸(12)之間的接觸。
3.根據前述權利要求的用於渦輪機械的同軸的軸之間密封的設備(20)，其特徵在於:通過與多個活塞(22)配合的氣缸(21)形成所述液壓裝置，以在所述環形密封件(23)上施加應力。
4.根據前述權利要求的用於渦輪機械的同軸的軸之間密封的設備(20)，其特徵在於:活塞(22)與所述環形密封件(23)是一體的。
5.根據權利要求3到4中一個權利要求的用於渦輪機械的同軸的軸之間密封的設備(20)，其特徵在於:通過所述氣缸(21)內液壓流體的離心進行施加在所述多個活塞上的液壓應力。
6.根據權利要求3的用於渦輪機械的同軸的軸之間密封的設備(20)，其特徵在於:所述多個活塞(22)的部分或所有所述多個活塞(22)具有出口(33)，該出口(33)能夠將液壓流體輸送到環形密封件(23)和外軸(12)之間的接觸區域。
7.根據前述權利要求的用於渦輪機械的同軸的軸之間密封的設備(20)，其特徵在於:所述環形密封件(23)具有面對活塞(22)的出口(33)所布置的環形溝槽(35)。
8.根據前述權利要求中一個權利要求的用於渦輪機械的同軸的軸之間密封的設備(20)，其特徵在於:它包括確保所述環形密封件(23)和所述內軸(11)之間密封的彈性段(25)。
9.渦輪機械，其包括低壓轉子(12)和高壓轉子(11)，其特徵在於:它包括根據權利要求I至8中一個權利要求的密封設備(20)，以進行圍繞低壓軸(12)和高壓軸(11)之間機械構件(16)的封閉殼(15)的密封。
10.一種固定渦輪機械的兩個同軸的旋轉軸(11、12)的方法，該渦輪機械包括根據權利要求I至8中一個權利要求的密封設備(20)，能夠進行圍繞所述兩個旋轉軸(11、12)之間機械構件(16)的封閉殼(15)的密封，所述方法包括步驟: -繞著所述內軸(11)，固定外軸的第一部件(17)，所述第一部件(17)包括用於固定所述第一部件(17)在外軸的主要部件上的裝置(41)； -在所述內軸(11)上安裝所述密封設備(20)； -軸向地封閉外軸(12)的所述第一部件(17)； -固定所述外旋轉軸(12)的主要部件和內旋轉軸(11)； -固定外軸的所述第一部件(17)和外軸(12)的所述主要部件； -軸向地去封閉所述第一部件(17)； -調整固定，以定位所述外軸在其運轉位置。
11.根據前述權利要求的固定渦輪機械的兩個同軸的旋轉軸(11、12)的方法，其特徵在於:通過布置在所述外軸(12)上第一帶圓齒的凸肋(37)配合形成卡口系統的所述氣缸(21)上布置的第二帶圓齒的凸肋(27)，進行所述軸向封閉步驟。
【文檔編號】F16J15/34GK104246146SQ201380018758
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年3月8日 優先權日:2012年4月5日
【發明者】阿諾德·吉恩-瑪麗·佩洛特, 瑟奇·雷內·莫雷爾 申請人:斯奈克瑪