[发明专利]勺形流体动力密封装置

说明书

相关申请的交叉援引

本申请要求于2011年7月1提交的美国临时专利申请No.61/503,815的优先权，以引用方式将该文献的全部公开内容纳入本文。

技术领域

本发明总体上涉及流体动力端面密封装置。

背景技术

螺旋槽提升密封装置（也称为流体动力密封装置或流体动力端面密封装置）已经在工业气体压缩机行业领域中成功地使用了很多年。这种类型的密封装置的物理性质等是已知的并且已由文献所记载。

总体上，密封组件涉及高进口流体压力（例如，高气体密度）。高流体压力可位于密封组件的外径上或者密封组件的内径上，例如大体分别在图1A和图1B的密封组件截面示意图中示出的。所述密封组件可以任一方式构造。密封组件可以包括两个环，各环的端面彼此靠近。第一环可以是也被称作接合环（mating ring）或转子的旋转构件，其可绕着大致由两个部件共享的轴线旋转。第二环可以是也被称作密封环的静止构件，也可以仅能在轴向上移动。第一环可包含多个位于与第二环相邻的端面上的凹槽，如在图1-3中大体上示出的。可以是螺旋形的所述凹槽朝向第一环的低压侧开槽。凹槽可具有密封坝部段，该凹槽终止于该密封坝部段。在端部封闭的凹槽周围的密封效果能够提供对于工作流体（例如气体）的压缩，从而在凹槽区域中导致压力上升。压力的上升可以引起端面略微分离，这会允许增压流体（例如空气）漏出凹槽。以一些可确定的端面分离间隙大体上实现了在开启力与闭合力之间的稳态力平衡。所述密封装置可以非接触模式高于旋转速度阈值地起作用。

然而，当出于在低温大气（亚大气，sub-ambient atmosphere）——例如处于巡航高度的飞行器的外部环境中——产生水膜面密封（非接触）的目的而采用传统的流体动力凹槽技术时，工作流体进入浅的流体动力凹槽的能力可能由于气体的低密度和稀薄化而被削弱。由于工作流体（诸如气体）的实际体积随着周围系统压力降低而减小，由此形成的在旋转接合环和静止密封环之间的流体动力气膜会显著地减少。由于例如与（流体的）瞬态工况断续接触和流体的大的有害的剪切力，所以薄的流体动力空气膜可能不完全稳定并且可引起更多的热量产生。对于可能会遇到在旋转接合环和静止密封环之间的高表面速度（例如450英尺每秒或者更快）的航空航天应用，流体的气体动力可能进一步抑制工作流体进入流体动力凹槽。

此外，本发明解决了一个或多个上述挑战。

发明内容

一种流体动力端面密封装置，其可包括旋转的第一环和静止的第二环。所述旋转的第一环可包括内端面。静止的第二环可包括与旋转的第一环的内端面相邻的内端面。所述旋转的第一环的内端面可包括具有流体进口部分和流体动力产生部分的凹槽。所述凹槽的流体进口部分的深度可大于凹槽的流体动力产生部分的深度。所述流体进口部分具有一最小深度，该最小深度可构造成形成比在旋转的第一环周围的周围压力大的高压，而不在流体进口部分中产生流体动力或流体静力。

附图说明

现在将以示例方式参照所附附图描述本发明，其中在若干附图中相同的附图标记指代相同的部件，其中

图1A和图1B是传统流体动力端面密封装置的局部截面图。

图2是图1A所示的传统流体动力端面密封装置的局部正视图。

图3是图1B所示的传统流体动力端面密封装置的局部正视图。

图4A和图4B是根据本发明实施例的流体动力端面密封装置的剖视图。

图5是根据本发明一实施例的流体动力端面密封装置的局部正视图。

图6是根据本发明一实施例的勺形槽（scooping groove）的放大细节图，该图大致示出构造成在膜边界层中形成扰动并且允许工作流体重新定向的“限制区域”。

图7是大致示出了密封端面温度不随轴速变化而改变的图表。

具体实施方式

现在将更详细地参照本发明的实施例，其中的例子在本文中描述并且在附图中示出。尽管将结合实施例描述本发明，但将理解的是这些实施例不旨在将本发明限制于这些实施例。相反，本发明旨在涵盖可以包括在如权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的替代、变型以及等同方案。

参照图1A、图1B和图2，总体上示出了流体动力端面密封装置10的一些方面。如图1A所描绘的，流体动力端面密封装置10可包括第一环12和第二环14。也可被称作接合环或转子的第一环12，可绕着第一环12和第二环14共同享有的中心线16旋转。