用於密封組件的抗錐變轉子的製作方法
2023-05-15 02:25:41
用於密封組件的抗錐變轉子的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於密封組件的抗錐變轉子(10)和一種用於調整這種轉子的方法。所述轉子(10)的一個實施例包括轉子座(12)、轉子頭(16)和置於所述轉子座和所述轉子頭之間的軸向延伸的腹板(20)，其中，所述腹板(20)包括由設置在所述腹板中的圓周槽(30a,30b)限定的軸向和徑向腹板區域(22,24,26)。所述轉子座(12)可以包括密封表面和內直徑表面，並且所述內直徑表面包括具有錐部的通道。
【專利說明】用於密封組件的抗錐變轉子
【技術領域】
[0001]本發明一般地涉及用於密封組件的轉子，包括適用於燃氣渦輪發動機的轉子。
【背景技術】
[0002]安裝在旋轉軸上的轉子通常被夾緊，以抵抗高轉矩負荷並且保持安裝在軸上的部件的閉合。因為安裝表面可能並不是一致的、剛性的或與軸的軸線完全成直角，所以作為夾緊力的結果，可將扭曲變形傳遞至轉子面。這種扭曲變形通常被稱為「錐變(coning)」。然而，為了正確的或適當的操作，轉子面應該保持為平的並且在若干氦光帶內與軸成直角。除了夾緊引入的扭曲變形之外，軸的旋轉和來自密封環組件的對轉子的加熱可額外地造成不希望的轉子扭曲變形。
【發明內容】
[0003]本發明公開了 一種抗錐變轉子和一種包括抗錐變轉子的密封組件。轉子的一個實施例包括轉子座、轉子頭和置於轉子座和轉子頭之間的軸向延伸的腹板(web)，其中，該腹板包括由至少一個圓周槽限定的軸向和徑向腹板區域。在另一實施例中，轉子座包括密封表面和包含通道的內直徑表面，所述通道具有錐部。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0004]現在將參照附圖作為示例描述本發明的實施例。
[0005]圖1示出根據本發明一實施例的抗錐變轉子的截面圖。
[0006]圖2示出根據一實施例的抗錐變轉子的截面圖，該實施例在密封組件環境中大體示出。
[0007]圖3示出根據本發明一實施例的抗錐變轉子的截面圖。
[0008]圖4示出根據本發明一實施例的抗錐變轉子的透視圖。
[0009]圖5示出在圖4的截面V-V處所看到的抗錐變轉子的透視截面圖。
【具體實施方式】
[0010]下面將詳細參照本發明的實施例，這些實施例的示例在本文中描述並且在附圖中示出。儘管可結合實施例描述本發明，但是應當理解的是並不意圖將本發明限於這些實施例。相反，本發明意在涵蓋變型、修改以及等同方案，所述變型、修改以及等同方案可包括在所附的權利要求書限定的本發明的精神和範圍內。
[0011]在圖1中大體示出根據本發明的一個實施例的抗錐變轉子10。轉子總體可為環形的結構並且可具有轉子座12，所述轉子座12適配成或構造成與轉子軸14連接或接合，所述轉子軸14可繞著具有中心線(CJ的軸線旋轉。
[0012]在一實施例中，可包括轉子面18的轉子頭16通過軸向延伸的腹板20連接至轉子座12。該軸向腹板設置在轉子頭16和轉子座12之間，並且(例如而不限於)從截面上看可以具有「S」或「鵝頸」類型的形狀。如圖1中大體示出的，軸向的或軸向定向的夾緊力(CF)可施加至轉子座12的前部和後部。應注意的是，對於一些應用，施加至轉子座的期望的夾緊力(CF)可高達40，OOOlbs.(18143.695kg.)，並且對於某些應用甚至可高達90，OOOlbs.(40823.313kg.)或更多。夾緊力(CF)可引起轉子面18—定程度的扭曲變形，這可造成轉子面18關於旋轉軸線不成直角和/或轉子面18的密封表面的翹曲。然而，根據本發明，通過引入細長的並且柔性的軸向腹板區域22、24和/或徑向腹板區域26，可減小、甚至顯著地減小這樣的扭曲變形，所述軸向腹板區域22、24和/或徑向腹板區域26可由至少一個軸向延伸的圓周槽30所限定。在本文中，術語「槽」意在包含各種結構或構型，在所述結構或構型中去除了材料或者沒有材料。在所示出的實施例中，設置了兩個槽30。以30a標示的槽示出為從轉子的前部方向形成在腹板20中，而以30b標示的槽示出為從相反的(後部)方向形成在腹板20中。然而，(在前側和/或後側)可引入各種形式或構型的更多的槽(不論尺寸是相同、更小或更大，或者形狀相同或不同)以進一步影響和/或減小扭曲變形。此夕卜，如圖1中大體示出的，作為實施例，第一軸向延伸的圓周槽(從轉子的前部部分或後部部分形成至腹板中，例如30a)可定位在與另一軸向延伸的圓周槽(從轉子的前部部分或後部部分處形成至腹板中，例如30b)(例如，距座部12的底部)不同的徑向距離/位置處一而且，在這樣的槽之間的跨距可形成徑向腹板區域(例如，徑向腹板區域26)。
[0013]特別地，包括軸向延伸的腹板20能夠允許轉子座12移動(例如，以合理的程度來回地移動)，同時對轉子頭16和因此對轉子面18的預期的定位或「垂直度」具有減小的或零功能影響。對於一些應用，通過經由圓周槽引入細長的和柔性的軸向和徑向腹板區域，可顯著地減小關於轉子面18的不希望的扭曲變形的量。
[0014]可通過例如有限元分析技術完成腹板20、槽30和轉子10的構型或幾何形狀的最優化，這種最優化可基於預期的或期望的操作條件來「調整」設計。此外，本發明的實施例通過分別圍繞腹板20中的前部和後部軸向腹板區域22、24鉸接，從而允許慣性力的徑向平衡。對於一些實施例，例如圖1中所示出的實施例，前部軸向腹板區域22(例如由槽形成，例如槽30b)和後部軸向腹板區域24 (例如由槽形成，例如槽30a)的尺寸和形狀可以是相似的，對於其他實施例，這些區域的尺寸(例如，腹板空間內的開口體積)、形狀或尺寸和形狀兩者可構造為完全不同。應注意的是，以軸向方向(即，大體上平行於轉子軸14，例如沿著在腹板20中的腹板區域26)延伸腹板20可大大減小或防止轉子面18的軸向撓曲，尤其是與包括減小扭曲變形的特徵(其更多地為「徑向」性質)的常規設計相比較。
[0015]圖2大體上示出抗錐變轉子70的一個實施例的剖面圖，所述抗錐變轉子70是在例如為密封環組件60的密封組件環境中大體示出的。所示的轉子70包括轉子座74和具有轉子面78的轉子頭76。在操作期間，密封環80可緊密靠近轉子面78放置，這可導致在密封環80和轉子面78相對旋轉期間產生粘性熱或摩擦熱。熱的產生可引起或建立穿過轉子頭76的溫度梯度，這會造成轉子70 —定程度的熱扭曲變形。軸向延伸的腹板20可以尤其是通過形成通向轉子座的更複雜的或更曲折的路徑，來幫助使扭曲變形最小化(包括在使用/動態條件下)，這繼而可以更好地將轉子頭76保持在更等溫的條件。
[0016]圖3大體示出根據本發明一實施例的抗錐形轉子組件100的截面圖。所述組件100包括轉子座112和具有轉子面110的轉子頭116。如大體上所示出的，軸向的或軸向定向的夾緊力/負荷(CF)可施加至轉子座112的前部和後部。對於常規轉子座，夾緊力(CF)可導致轉子面110的扭曲變形，這會造成轉子面與旋轉軸線不成直角和/或與轉子面110相關聯的密封表面的翹曲。座112還可包括至少一個成角度的、錐形的和/或彎曲的部分(例如，在圖3中大體示出的1281; 1282和1283)。在座112中包括一個或更多的部分1281;1282和1283可提供各種期望的結構和/或操作特性。
[0017]在實施例中，通道120可設置(例如，機加工、鑄造或形成)在轉子座112的內直徑表面中或與其相連，並且可包括錐部(例如，如圖所示在錐角TA處的錐部)。通過包括這樣的通道和錐部，對於特定的或預期的應用而言，能夠顯著地或實質性地將轉子面錐變調節(或「調整」)至適當的或可接受的平面度。對於一些實施例，轉子和通道可構造成這樣:即，通道可基本提供彈簧作用，這繼而可減小或消除錐變並且提供改善的轉子密封。此外，通過調節通道深度CD和/或錐角TA，可調節和/或優化相關聯的轉子面110的平面度，並且特別是可去除或消除與靜態夾緊負荷相關的扭曲變形。即，對於某些實施例，通道120(其可包括錐部)可構造成這樣:即，在預期條件下(即，在裝配和/或操作期間)，轉子面110的密封表面對相關的夾緊負荷和/或環境基本不敏感(從操作/功能的角度)。
[0018]僅作為示例(並不限於此)，對於一些實施例，通道120可具有約0.250英寸±0.050英寸的最大通道深度(⑶的最大值)，以及約0.300英寸±0.050英寸的軸向長度146。此外，對於一些實施例，例如但不限於，與通道120相關聯的錐角TA可約為20° ±10°。對於一些實施例，特別是那些涉及更大的夾緊負荷的實施例，通道120的轉角區域(例如，125、126)可以是大致倒圓的(與比較尖銳相反)。除了其他益處(例如潛在地提高製造的容易性)以外，使這些通道部分「倒圓」可配置成還額外地幫助控制與轉子和組件相關聯的預期的應力。
[0019]對於一些應用，或如有需要，能夠將錐角TA改變為沿相反的方向(例如，錐部高點在轉子的後部而不是前部)。特別地，這樣的改變能夠沿相反的方向調節密封面錐變。可使用例如有限元分析技術來評估和預先確定初始的錐變和修正後的錐變。
[0020]對於此實施例，包括通道120的座部的內直徑表面可構造或「裁製(tailored) 」為使結構弱化至一定程度。這種期望的或意圖的「弱化」可允許預期的或意圖的夾緊力(CF)在靠近和/或接近轉子軸14處在轉子(匹配環)中產生彎矩。特別地，這種裁製構型可幫助避免將來自夾緊力(CF)的扭曲變形傳遞至相關聯的密封表面110。對於一些實施例，添加錐形通道可提供類似彈簧的作用，其可用於吸收或避免顯著程度的、或甚至基本全部的潛在有害的撓曲，這種撓曲否則可能從相鄰的部件(即，大體「L」形的套筒/墊片130)傳遞至密封表面110。
[0021]圖4和5分別大致示出了抗錐變轉子10的透視圖和截面圖。轉子10可包括一個或更多的前文所提到的類型的軸向延伸的圓周槽。在示出的實施例中，示出的轉子10包括兩個軸向延伸的槽30a和30b。如大體上示出的，抗錐變轉子10可另外包括通道120，該通道120還可包括錐部。通道120並不限於所公開的通道，其可以(例如但不限於)如同前面結合圖3中大體上示出的實施例所公開的通道那樣構造。
[0022]儘管已經公開了多個不同的實施例，但是應注意的是，對於給定的應用，可採用一個或多個所公開的特徵。例如對於一些情況，取決於條件(例如負荷條件)，能夠以結合的方式採用在本文中根據不同實施例所公開的多個公開的特徵的方面，並且可應對靜態的和動態的負荷條件兩者。例如(但不限於)，對於一些應用，轉子可構造成包括軸向延伸的腹板和通道120兩者，所述腹板置於轉子座和轉子頭之間，所述腹板包括由至少一個圓周槽30所限定的軸向腹板區域26和徑向腹板區域28 ;所述通道120位於內直徑50上，並且通道120具有錐形的構造。
[0023]在上文中，為了舉例說明和描述的目的已經給出了對本發明的具體實施例的描述。其意圖並不是排他性的或將本發明限於所公開的確切形式，而是根據上文的教導可以作出各種修改和變型。實施例的選擇和描述是為了解釋本發明的原理及其實際應用，因此使得所屬領域的其他技術人員能夠利用本發明和各種實施例，這些實施例具有適於所設想的特定用途的各種修改。其意圖在於，本發明的範圍由本文所附的權利要求書和它們的等同方案限定。
【權利要求】
1.一種用於密封組件的抗錐變轉子，所述轉子包括: 轉子座； 轉子頭；以及 置於所述轉子座和所述轉子頭之間的軸向延伸的腹板，所述軸向延伸的腹板包括至少一個軸向延伸的圓周槽。
2.根據權利要求1所述的轉子，其中，所述腹板包括至少部分地由所述至少一個軸向延伸的圓周槽形成的至少一個軸向腹板區域和至少一個徑向腹板區域。
3.根據權利要求1所述的轉子，其中，所述至少一個軸向延伸的圓周槽從所述轉子的前部部分形成到所述腹板中。
4.根據權利要求1所述的轉子，其中，所述至少一個軸向延伸的圓周槽從所述轉子的後部部分形成到所述腹板中。
5.根據權利要求1所述的轉子，其中，至少一個軸向延伸的圓周槽從所述轉子的前部部分形成到所述腹板中，並且至少一個軸向延伸的圓周槽從所述轉子的後部部分形成到所述腹板中。
6.根據權利要求5所述的轉子，其中，從所述轉子的前部部分形成到所述腹板中的所述至少一個軸向延伸的 圓周槽和從所述轉子的後部部分形成到所述腹板中的所述至少一個軸向延伸的圓周槽相對於彼此設置在不同的徑向位置處。
7.根據權利要求5所述的轉子，其中，從所述轉子的前部部分形成到所述腹板中的所述至少一個軸向延伸的圓周槽和從所述轉子的後部部分形成到所述腹板中的所述至少一個軸向延伸的圓周槽具有不同的尺寸、不同的形狀，或者具有不同的尺寸和不同的形狀兩者。
8.根據權利要求1所述的轉子，其中，從截面上看，所述腹板具有大體上「S」形狀的構造。
9.根據權利要求1所述的轉子，其中，所述轉子座包括設置在所述轉子座的內直徑處的通道。
10.根據權利要求9所述的轉子，其中，所述通道包括錐部。
11.一種用於密封組件的抗錐變轉子，所述轉子包括: 轉子頭； 連接至所述轉子頭的轉子座； 所述轉子座包括內直徑表面； 其中，所述內直徑表面包括構造成與轉子軸相鄰的至少一個通道，所述通道包括錐部。
12.根據權利要求11所述的轉子，其中，所述通道具有至少一個倒圓的轉角區。
13.根據權利要求11所述的轉子，其中，錐角在約10度和約30度之間。
14.根據權利要求11所述的轉子，其中，所述通道具有在約0.2英寸和約0.3英寸之間的最大通道深度。
15.根據權利要求11所述的轉子，其中，所述通道具有在約0.25英寸和約0.35英寸之間的軸向長度。
16.根據權利要求11所述的轉子，其中，還包括置於所述轉子座和所述轉子頭之間的軸向延伸的腹板。
17.根據權利要求16所述的轉子，其中，所述腹板包括至少一個軸向腹板區域和至少一個徑向腹板區域。
18.根據權利要求17所述的轉子，其中，所述至少一個軸向腹板區域和所述至少一個徑向腹板區域由至少一個圓周槽限定。
19.根據權利要求11所述的轉子，其中，還包括至少一個圓周槽。
20.一種用於調整與轉子組件有關的轉子的方法，包括: 提供轉子，所述轉子包括: 轉子頭； 轉子座；以及 置於所述轉子頭和所述轉子座之間的軸向延伸的腹板，所述腹板包括至少一個軸向延伸的圓周槽； 修改所述至少一個軸向延伸的圓周槽的構造、位置或構造和位置兩者，以使所述轉子適配於至少一種操作環境。
21.根據權利要求20所述的方法，其中，所述修改包括修改至少一個圓周槽的幾何形狀。
22.根據權利要求20所述的方法，其中，所述轉子座具有內直徑，並且所述內直徑包括具有錐部的通道。
23.根據權利要求22所述的方法，其中，所述修改包括修改所述通道的幾何形狀。
24.根據權利要求23所述的方法，其中，修改幾何形狀包括修改所述錐部。
25.根據權利要求20所述的方法，其中，所述修改涉及有限元分析。
【文檔編號】F16J15/34GK104024706SQ201280063582
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年12月21日 優先權日:2011年12月22日
【發明者】G·M·貝拉爾, E·N·魯格裡 申請人:伊頓公司