[发明专利]用于涡轮发动机的密封结构

说明书

本申请是2007年9月14日在中国专利局提交的申请号为200780038356.2（PCT/US2007/019981）、名称为“用于涡轮发动机的密封结构”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮发动机的密封结构，更具体地，涉及一种构造成（能）在无需大量拆卸发动机的情况下从发动机拆出的气封结构/油封结构。

背景技术

燃气涡轮发动机可用于工业应用，例如但不限于石油和天然气的传输、采集、储存、回收和升举中。在这些应用中，涡轮发动机通常位于海上或偏远位置，用户在工地外将发动机运送到制造厂以进行维护和/或修理的成本非常高。具体地，用户必须承受在运输、维护或修理以及停产方面的费用。因此，特别是在偏远位置或海上的用户位置处，能由涡轮发动机制造商进行现场修理和维护是有利的。

但是，涡轮发动机的常规结构不利于现场维护或修理，具体因为发动机最容易被磨损——因此最容易失效——的零部件都埋入/嵌入在发动机外壳内。因此，不拆卸发动机的至少是相当大的一部分——由于各种原因这在用户现场通常行不通——便不能接触到这些零部件。例如，海上石油平台会具有不利于拆卸的空间限制。另外，制造商将拆卸发动机所需的某些工具携带到用户现场也可能很困难和/或昂贵；或者由用户现场给出的空间限制可能不允许将这些工具带来。另外，涡轮发动机在工厂里通常是竖直地组装和拆卸。但是在实地，发动机一般水平布置，这使得拆卸不方便。这样，由于至少这些原因，涡轮发动机必须经常在现场外被运送到制造厂以进行修理和维护，这样效率低且成本高。

涡轮发动机一般在外壳内包括多个转动的机翼，该转动的机翼驱动（转动）一经发动机中心纵向延伸的轴向的轴。所述轴通常伸出发动机外壳以驱动其后的部件和/或系统，如泵等。另外，在所述轴的伸出部分上可通过一联接轴联接一附件传动变速器。

附件传动变速器可具有一个或多个齿轮并可用于向辅助系统如发电机、交流发电机、空调系统、气动系统、液压系统等提供动力。此外，在所述轴的伸出部分上还可联接有用于将所述轴安装到发动机上并承受来自所述轴的径向载荷和轴向推力载荷的轴承组件、用于将轴向载荷传递到所述轴承组件的推力环、以及前气封结构/油封结构，该前气封结构/油封结构密封在轴承组件内的润滑剂如油，防止油渗入压缩机中。涡轮发动机最容易磨损和失效的零部件包括轴承组件、推力环和前气封结构/油封结构。

为轴承室与压缩机室之间的隔气/油结构研发了各种密封设计。例如，授权给Arora等人的美国专利No.6,330,790（此后称作“‘790专利”）公开了一种在轴承室和压缩机室之间的迷宫式密封结构/复式密封结构。但是，拆出该密封结构需要大量拆卸该发动机。在此构型中，为拆出密封结构的可磨耗（即耐磨）部分，必须拆出进气壳体，因为密封结构比进气壳体中的开口大且位于该开口后面。这种大量拆卸使得密封结构的修理/更换不能在实地实行。因此，发动机必须被运输到配备有为支承和拆出大部件如进气壳体而设计的专用大型设备的修理点。还值得注意，在一些系统中，如在‘790专利中，前密封结构实际上是两个分离的密封结构。通常这些分离的密封结构具有不同的直径，即，呈阶梯式构型。具有两个分离的密封结构的设计会更昂贵（即，仅因为存在附加的部件），甚至更难修理/修理成本更高（即，因为为拆出两个密封结构需要更多地拆卸发动机）。

此外，一些涡轮发动机制造商已经研发出了各种系统，在所述系统中伸出的轴延伸穿过进气壳体，有时伸出进气壳体外，该轴由轴承组件支承，该轴承组件由单独的轴承壳体支承，该轴承壳体可紧固到进气壳体上。在这种构型中，可在不从发动机拆出进气壳体的情况下接触到轴承组件。但是，用单独的轴承壳体支承轴承组件不如用进气壳体支承轴承组件坚固，该进气壳体通常是大的、粗壮的结构。因此，为生产更易修理的发动机，具有这些构型的系统通常牺牲了轴支承件的坚固性。

本发明旨在克服一个或多个上述问题。

发明内容

一方面，本发明涉及一种涡轮发动机。该发动机可包括限定一压缩机室的主壳体和安装到该主壳体上的进气壳体。该发动机还可包括一转子，该转子包括设置在压缩机室内的压缩机部分和毂部分，该毂部分从压缩机室伸出、穿过进气壳体中的开口、进入由进气壳体限定的轴承室中。该发动机还可包括一密封结构，该密封结构在转子的毂部分和进气壳体之间的环形缝隙中安装在进气壳体中的开口内，所述密封结构可构造成在轴承室和压缩机室之间形成密封。所述密封结构构造成在进气壳体被安装在主壳体上的情况下（能）被从进气壳体中的开口拆出。