專利名稱：用于回轉式機械的旋轉密封元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有工作介質流動通道和繞轉軸沿周向延伸的旋轉密封元件的回轉式機械。本發明尤其涉及一種由多個疊層環形成的密封元件。它特別適用于在氣體渦輪發動機中阻止氣體工作介質從工作介質流動通道的邊緣泄漏。
回轉式機械的一個實例是氣體渦輪發動機。這種氣體渦輪發動機帶有沿軸向貫穿發動機而延伸的轉子裝置。定子裝置沿周向繞轉子裝置延伸。氣體工作介質所用的流動通道穿過發動機而延伸，該通道穿過轉子裝置和定子裝置并由這兩個裝置上的元件限定。
轉子裝置通常包括一轉盤和多個轉動葉片，所述葉片穿過工作介質流動通道沿徑向向外延伸。定子裝置包括一外殼和定子葉片或支桿陣列，所述定子葉片或支桿穿過工作介質流動通道沿徑向向內延伸。在轉子裝置的轉盤和定子裝置的支桿之間提供有密封裝置，以形成工作介質流動通道的邊界。
具有這種結構的一個實例可如專利權人為Stripinis和Walsh、發明名稱為“用于回轉式機械的定子裝置”的美國專利第5,152,666號所示。密封裝置用相鄰的序號148和152表示。該密封裝置包括一個面朝內部的、沿周向延伸的密封棱。該密封棱安裝在定子裝置上并且在圓周上連續。一旋轉密封元件繞機器的轉軸Ar沿周向延伸。該旋轉密封元件包括一個周向連續的支撐元件和多個從支撐元件沿徑向向外延伸的密封元件。
旋轉密封元件由多個疊層環構成，這些環在環間位置上均帶有傾斜的過渡臺階。最外部的環可稱為凸棱環，而支撐環可稱為基座環。隨著密封元件向外延伸，在垂直于圓周方向的方向上環變細。這就是通過減小密封元件的質量來減小密封元件中的應力。每一旋轉密封元件均沿周向連續。結果是，當密封元件繞轉軸Ar旋轉時，各環承受很大的圓周應力。
在工作狀態下，旋轉密封元件會與密封棱摩擦，從而磨蝕密封元件并在接觸區產生熱量。由此產生的熱應力和機械應力加上由于轉子裝置高速旋轉而產生的很大的圓周應力使得構件在承受周期循環應力后生成裂紋。該周期循環應力是機械應力和熱應力作用的結果，所說的機械應力和熱應力是在使發動機從Seal Level Take Off狀態(高轉速，高溫)加速以及使發動機在運行之后減速至怠速和停機狀態的過程中產生的。裂紋向內迅速擴張，并且當其一旦從上游側延伸到密封元件的下游側后，該裂紋會迅速擴張。這部分歸因于當裂紋向內擴張時圓周應力作用到裂紋的破裂點上。
圓周應力提供一定的使裂紋增長的能量。該能量與作用的圓周應力成正比。對于每一種材料，都有一種與周期循環疲勞相關的臨界系數，該系數用臨界應力強度系數(Kic)表示。Kic表示裂紋前鋒的應力強度，在該裂紋前鋒處，裂紋的增長變得很不穩定，并且經少數幾次循環后，構件就會發生破裂。Kic的單位是磅每平方英寸及二分之一次方英寸(psiin)。
另一重要的系數是瞬時K(ki)。Ki是裂紋的實際應力強度系數。它與應力、幾何因數、裂紋尺寸均相關。一旦ki超過kic，則超過了臨界應力強度系數，裂紋增長就會變得不穩定而且迅速。裂紋將快速增長并穿過下部支撐元件而擴張，使支撐元件伴隨著裂紋而斷損，并損壞下游的旋轉元件。結果是一旦在旋轉刃邊中開始形成裂紋，刃邊僅能持續一段壽命并且必需更換。如果在常規的檢查間隔中沒有發現裂紋，裂紋將會擴張至下部的支撐元件中，從而造成有害的影響。
因此，在本申請代理人指引下工作的科學家和工程師們試圖設計一種密封元件并提供一種裝置，所說的密封元件能當密封元件中一旦產生裂紋時延長其壽命，所述裝置用于在各密封元件上的不同的過渡面處延緩裂紋增長，以保證即使在一次檢測中沒有發現裂紋，也能夠在嚴重損壞之前的常規檢查中發現密封元件上的裂紋。
本發明基于以下認識，即對于一定的裂紋尺寸，改變幾何因素(這將影響ki的值)可以降低裂紋增長速率，并抵消導致裂紋增長速率加大的裂紋尺寸的增加。利用這種幾何因素的改變，可以通過增加裂紋所穿過的材料的長度來實現減小裂紋前鋒每一單位面積上的應力。
如果存在從構件的一個自由側面延伸到構件的另一個自由側面的水平裂紋，就會很危險。這種裂紋被稱作“貫穿裂紋”。如果存在水平貫穿裂紋，則裂紋基本上只跨過一線性前鋒而在一個方向上增長。在一定應力作用下，等量的能量可使裂紋增長得更長，這是因為每一裂紋長度上的單位應力大于在裂紋前鋒較長情況下的單位應力。
本發明還基于以下事實，即通過采用幾何因素讓位于疊層密封元件的環間交界處的裂紋顯著彎曲，從而使該處的裂紋增長速率降低。因此如果裂紋彎曲或具有幾個擴張方向，則裂紋增長就會延緩，并迫使裂紋消耗能量以在幾個不同方向上擴張，而不是僅跨過一個裂紋前鋒。這就使得更大的面積分散構件中的能量，從而使裂紋增長緩慢。可取得這一現象所帶來的優點的一種方法是在疊層環間采用接合方式，以保證當裂紋垂直于表面延伸時，使裂紋向回彎曲以形成更長的裂紋前鋒。另外，疊層環之間的連接處構成了一個便于檢查的位置，用于判斷是否需要更換構件。
根據本發明，用于回轉式機械的可旋轉密封元件繞轉軸沿周向延伸，并具有繞一個沿周向延伸的平面而設置的一內環和一外環，外環在第一方向上延伸而遠離內環表面，并且其表面沿橫向延伸而遠離所述平面且與所述平面成一角度，即在密封元件的上游側面和下游側面處，該表面不會朝著所述平面向內延伸。
根據本發明，內環是基座，而外環是凸棱，它們均是繞一周向延伸平面對稱設置的，當裂紋前鋒穿過密封元件時，所述周向延伸平面穿過裂紋前鋒的前緣所在位置。
本發明的主要特征在于沿周向連續的密封元件。該密封元件包括支撐元件和多個層疊環。每一環均比它與支撐元件之間的環窄。在一實施例中，該元件由一外環和一內環組成。內環具有一相對于外環橫向延伸的表面，該表面傾斜且并不遠離外環向著支撐元件延伸。在一實施例中，外環帶有以預定角度向外部收斂的兩個側面。另一特征在于圓角半徑，該圓角從外環的一個側面向內環的表面延伸。內環表面向內環的側面延伸并且既可以是向著外環傾斜、也可以是垂直于環所圍繞的周向延伸平面。在一特定實施例中，外環高度與處于鄰近內環位置處的外環厚度之比小于或等于 。外環和內環之間的圓角半徑小于或等于外環厚度的三分之一，并且內環表面上的平面部分大于或等于圓角半徑的二分之一。
本發明的主要優點是由于相鄰環間交界處的幾何尺寸使形成的裂紋在環間交界處的多個橫向上擴張，使密封元件的周期循環疲勞壽命增長。本發明的另一優點是密封裝置的最短周期循環壽命可以預測，這是通過在疊層環間的交界處對裂紋增長擴張進行阻滯影響來實現的。這使得在構件周期循環壽命的各間隔中能夠進行檢查，同時當一次檢查沒有發現裂紋時，仍能保證裂紋不擴張到支撐元件。
圖1是軸向氣流式渦輪發動機的側視圖，該渦輪發動機被部分剖開，以表示其渦輪部分中的一部分構件。
圖2是圖1所示氣體渦輪發動機上的一部分的放大側視圖，并以剖視的形式表示出了多個沿圓周連續的旋轉密封元件。
圖3是本發明所述密封元件的一個實施例的側視圖。
圖4是圖3所示密封元件的替換實施例的側視圖。
圖5是圖3所示密封元件的替換實施例的側視圖。
圖6是帶有多個沿圓周延伸的密封元件的轉盤。
圖7是當本發明所述的一個實施例用于飛機氣體渦輪發動機中時，其裂紋增長深度與循環周期壽命之間的關系的曲線圖。
圖8是密封元件的預測循環疲勞壽命與內、外環間幾何結構之間的關系的曲線圖。
圖9是當裂紋前鋒通過密封元件時裂紋前鋒的結構示意圖。
圖1是軸向氣流式回轉式機械10的側視圖。該回轉式機械包括一壓縮部分12、一燃燒部分14和一渦輪部分16。氣體工作介質的流動通道1 8經過發動機的各部分沿軸向延伸。定子裝置22經發動機沿軸向延伸并位于氣體工作介質的流動通道的外面，以界定所述流動通道。轉子裝置24設置在氣體工作介質的流動通道的內部。
圖2是圖1所示的渦輪部分16中的部分構件的放大圖。定子裝置22包括一外殼26和多個定子葉片28，該定子葉片28穿過氣體介質的流動通道沿徑向向內延伸。這些定子葉片通過多個沿圓周延伸并且在轉子裝置的徑向外部相互間隔的密封棱30而相連接。所述密封棱30在圓周方向上連續。
轉子裝置24包括轉盤32和多個轉動葉片34。轉動葉片穿過工作介質流動通道18沿徑向向外延伸并鄰近外殼。每一轉動葉片的末端均帶有多個密封刃邊36。在轉動葉片的末端，每一刃邊均沿圓周延伸一小段距離。鄰近的刃邊形成了沿圓周不連續且不承受圓周應力的、沿圓周延伸的密封。
轉子裝置24還包括一個可旋轉的密封元件38。該密封元件帶有沿軸向延伸的支撐元件42，該支撐元件42繞軸Ar沿周向延伸。支撐元件具有一表面44。密封元件帶有多個從支撐元件的表面向外延伸的疊層環，這些疊層環用環46、48和50來表示。支撐元件的厚度為Ts，這一厚度是在與鄰近環的支撐元件的表面相垂直的方向上測量的。
轉子裝置包括第二密封元件52。該第二密封元件帶有從轉盤32沿軸向延伸的第一支撐元件54和與第一支撐元件連接的第二支撐元件56。由于帶有密封元件38，所以密封元件帶有多個沿周向連續的疊層環。密封元件38和52與密封元件36相反，密封元件36沿周向不連續。
圖3是圖2所示可旋轉的密封元件38上的一部分的放大圖。可旋轉的密封元件帶有三個疊層環46、48和50。第一環繞軸Ar沿周向延伸。第一環從支撐元件42的表面44上沿第一方向Dirl向外延伸，并設置成圍繞沿周向延伸的平面P1的形式。在本實施例中該周向延伸平面是一對稱面。
第一環具有沿周向延伸的第一側面62和沿周向延伸并與第一側面平行的第二側面64。第一側面和第二側面到對稱面的距離相等。第一環還具有正對第一方向的第一表面66。第一表面與支撐元件的表面44之間的距離是H1，該高度H1是在第一方向上測量的。第一環上第一側面和第二側面之間的厚度是T1，該距離是在垂直于圓周方向的方向上測量的。該厚度T1是第一表面的延伸距離。
第一環上的第一側面和第二側面62、64均通過一半徑為R1的圓角而與支撐元件的表面44相連。圓角半徑R1小于或等于第一環厚度的三分之一(R1≤1/3T1)。支撐元件表面從第一環的第一側面62沿橫向延伸距離D1，并從第一環的第二側面64沿橫向延伸距離D2。距離D1和D2均等于或大于圓角半徑R1的二分一(D1、D2≥1/2 R1)。支撐元件的表面經過該距離D1和D2后并不沿與第一方向相反的方向延伸。在圖示實施例中，上述方向與方向D1垂直。在另外的實施例中，所述表面可以在第一方向上傾斜。支撐元件的厚度Ts大于或等于第一環厚度T1的二分之一。
第二環48繞軸Ar沿周向延伸并從第一環46的第一表面66向外伸出。第二環在第一方向上延伸并具有沿周向延伸的第一側面68和沿周向延伸并與第一側面平行的第二側面72。第二環48上第一側面和第二側面之間的厚度為T2，該厚度是沿垂直于圓周方向的方向測量的。第二環具有正對第一方向的第二表面74，第二表面74與第一表面66之間的距離是H2，該高度H2是在第一方向上測量的。第二環上的第二表面74的長度與鄰近第二表面處的厚度T2相等。
第二環的第一側面和第二側面68、72均通過一半徑為R2的圓角而與第一環的第一表面相連。該圓角半徑R2小于或等于鄰近圓角R2處的第二環厚度T2的三分之一(R2≤1/3 T2)。第一環46的第一表面66從第一環46的第一側面62沿橫向延伸距離S1并從第一環的第二側面64沿橫向延伸距離S2。每一距離S1和S2均等于或大于圓角半徑R2的二分之一(S1、S2≥1/2 R2)。經過距離S1和S2的第一表面并不從第二環處沿與第一方向相反的方向延伸。
在替換實施例中，第二環可以是與支撐元件相嚙合的環。在這種實施例中，第二環將是內環而第三環將為外環。內環與支撐元件表面的關系可以象它與第一環表面的關系一樣。這種形式的實施例可如圖6中的密封元件38a所示。如圖6中的元件38b所示，另一實施例中可帶有多于三個的圓環。
第三環50繞軸Ar沿周向延伸并從第二環48的第二表面74沿第一方向向外伸出。第三環50具有沿周向延伸的第一側面76和沿周向延伸的第二側面78。第一側面和第二側面在向外的方向或第一方向上收斂，并且兩側面間的夾角范圍是七到十度(7°～10°)。該第三環具有正對第一方向的第三表面82。第三表面與第二表面之間的距離是H3，該高度H3是在第一方向上測量的。第三環上的第一側面和第二側面之間的厚度是T3，該厚度T3是在垂直于圓周方向的方向上并且鄰近第二表面測量的。高度H3與厚度T3之比小于或等于
(H3/T3≤1.5)。基于在摩擦中熱量傳遞的原因，在本技術領域中通常采用這一尺寸。第三環的第一側面和第二側面76、78均通過一半徑為R3的圓角而與第二環的第二表面相連。該圓角半徑R3小于或等于在鄰近第二表面處測量的第三環厚度T3的三分之一。第二環的第二表面74從第二環的第一側面68沿橫向延伸距離P1并從第二環的第二側面72沿橫向延伸距離P2。每一距離均等于或大于圓角半徑R3的二分之一。經過距離P1和P2后的第二表面并不沿與第一方向相反的方向延伸，因此并不遠離第三環。
在圖3用虛線所示的替換實施例中，第二表面74a可以在第一方向上向第三環延伸。
圖4是圖3所示密封元件38的替換實施例38’，它沿水平方向延伸，這時周向平面P11平行于轉軸Ar。在其它方面，圖4所示實施例與圖3所示的、具有上述H3和T3的關系、上述高度、厚度和圓角半徑以及環表面的平面之間的關系的實施例相同。
圖5是圖4所示的旋轉密封元件38”的替換實施例38”。密封元件所繞的周向延伸平面P12是傾斜的并與轉軸Ar成一角度。在其它方面，除了外部環的最外表面具有一個從該最外表面伸出的末端84以外，該實施例與圖3和圖4所示實施例相同，上述末端84具有一個與定子裝置上的沿周向延伸密封棱30平行的表面86。
圖6是轉子裝置24的替換實施例92的側視圖，為了清晰起見，該裝置剖去了部分結構。如圖所示，支撐元件94a、94b既可以是圓錐形又可以是圓柱形的。在任一種情況下，支撐元件的厚度Ts均是在垂直于支撐元件表面的方向上、靠近密封部分測量的。如圖6中各密封部分的不同實施例38、38a、38b所示，在每一密封部分上的圓環數目可以是二、三或四。如圖6所示，表面95a傾斜而偏離第一方向(這減小了幾何因素對減緩增長的影響)，表面95b朝著第一方向傾斜(這增加了幾何因素的影響)。
圖7是根據在旋轉試驗臺上進行的實際實驗而得到的、表示密封元件的裂紋深度與周期循環壽命之間的關系的曲線圖。曲線A表示在刃邊一側帶有斜面的結構。曲線B表示了本發明，即帶有不偏離第一方向傾斜的表面的結構。如曲線B所示，在同樣的裂紋深度下，本發明的周期循環壽命幾乎是具有大半徑的錐形結構的周期循環壽命的二倍(16,000次循環對照約8,000次循環)。
圖8是表示周期循環壽命與用于一種氣體渦輪發動機的內、外環間連接體的表面結構的關系的無量綱比較曲線圖。對于環間的過渡斜面，當緩斜面改變成陡斜面(錐度、大圓角R、小圓角R)時，周期循環壽命會少量增長。采用小平面(平面＜1/2圓角R)可增長循環壽命。當平面接近與圓角半徑R的二分之一相等或大于它的數值時，循環周期壽命顯著增長。
圖9是當裂紋通過刃邊密封增長時裂紋在徑向擴張的示意圖。每一條線均表示當裂紋穿過構件時的裂紋推進前鋒。如圖所示，裂紋前鋒的前部邊緣沿周向對稱平面P1移動。
在氣體渦輪發動機的運轉過程中，轉子裝置以每分鐘數千轉的速度旋轉。在周向連續密封部分處會產生圓周應力。當密封部分與密封棱摩擦時，摩擦力會產生熱并在圓周應力上加以熱應力和機械應力。最終會在密封部分上形成裂紋。該裂紋通過最外面的環50(通常稱為凸棱環或凸棱)而擴張。當裂紋傳到環的上游(第一)側面76和下游(第二)側面78時，該裂紋擴張得非常非常快。裂紋經過外環(第三環50)而很快傳到外環與內環(第二環48)的交界處。
裂紋前鋒通常垂直于其橫穿的自由表面(側面76、78)。作為第二平面74的結果，在兩環交界處，裂紋前鋒呈明顯的橢圓形或圓形。這使裂紋在幾個方向上增長，在所述方向上可在比裂紋更長的長度上使拉伸能量分散，而所述拉伸能量會使裂紋增長。因此，幾何因素減小了裂紋增長速度，并提高了構件的周期循環壽命。當裂紋向下傳到第二(內)環48(見圖7，曲線B)時，裂紋前鋒最終會到達內環的上游側面和下游側面。在這種情況下，裂紋呈淺橢圓形(縮短了裂紋長度)并開始向支撐元件快速移動。如果有附加的環或第三環，則裂紋以同樣的方式繼續增長下去。
當裂紋傳到支撐元件時，裂紋再次橫穿靠近最內環的平面區域，引起裂紋再次呈橢圓形。裂紋前鋒以圓形迅速向下移動，因為它與平面相交并垂直于平面。因為裂紋前鋒是圓形，所以裂紋前鋒的深度約等于最內環厚度T1的二分之一。結果是，支撐元件的厚度大于內環厚度的二分之一并最好等于或大于內環厚度T1。這保證了裂紋不會從上表面延伸到支撐元件的下表面，避免了裂紋在上述方向上穿通。
在沿徑向相互鄰近的環的交界處，內環和外環(以及一定結構中的第三環)的幾何因素使裂紋前鋒呈現多維形狀。裂紋前鋒必然在上述所有方向上分散能量，從而降低裂紋前鋒增長的速率。這就在環交界處提供了一種簡單的檢測判別依據，并且當在檢測中沒有發現密封元件上存在裂紋時提供了一個安全裕度。例如如果裂紋前鋒沒有通過最外環和中環之間的第一交界處，則該結構可達到預測壽命。對于已到達位于第二環和第一環之間的下一交界處的裂紋前鋒，刃邊可達到另一預測壽命。不同之處在于，在這兩種檢測中無法發現裂紋。發現裂紋的結果是，可以拆下轉子裝置并進行有效修理而不會使盤嚴重損害。這使得在構件周期循環壽命的各間隔中能夠進行檢查，同時還確保了裂紋不擴張至最終的失效。
盡管參照上述詳細的實施例表示和描述了本發明，但應該理解到，在不脫離本發明權利要求的范圍和精神的情況下，本領域技術人員可做出多種變型。
權利要求
1.一種用于回轉式機械的旋轉密封元件，它圍繞機器的轉軸Ar沿周向延伸，該密封元件帶有繞一個沿周向延伸的平面設置的多個環，所說的旋轉密封元件包括一個內環，它繞軸Ar沿周向延伸，并在第一方向上從密封元件向外伸出，該內環帶有沿周向延伸的第一側面，沿周向延伸并與第一側面間隔的第二側面，正對第一方向的第一表面，其高度為Hi，該高度是在第一方向上測量的，第一側面和第二側面之間的厚度為Ti，該厚度是在垂直于圓周方向的方向上測量的；一個外環，它繞軸Ar沿周向延伸，并在第一方向上從內環的第一表面向外伸出，該外環帶有沿周向延伸的第一側面，沿周向延伸的第二側面，正對第一方向的第二表面，它與第一表面間的距離為H0，該高度H0是在第一方向上測量的，第一側面和第二側面之間的厚度為T0，該厚度是在垂直于圓周方向的方向上測量的；其特征在于，外環的第一側面和第二側面均通過半徑為R0的圓角而與內環的第一表面相連，并且內環的第一表面從內環的第一側面沿橫向延伸距離S1、從內環的第二側面沿橫向延伸距離S2，且經距離S1和S2后并不沿與第一方向相反的方向遠離外環延伸。其中第一環和第二環之間交界處的幾何形狀影響穿過環的徑向裂紋的擴張速率。
2.如權利要求1所述的旋轉密封元件，其特征在于，S1和S2均等于或大于圓角半徑R0的二分之一。
3.如權利要求1所述的旋轉密封元件，其特征在于，圓角半徑R0小于或等于外環厚度T0的三分之一。
4.如權利要求2所述的旋轉密封元件，其特征在于，圓角半徑R0小于或等于外環厚度T0的三分之一。
5.一種用于回轉式機械的旋轉密封元件，它圍繞機器的轉軸Ar沿周向延伸，該密封元件帶有繞一個沿周向延伸的平面設置的多個環，所說的旋轉密封元件包括一個繞軸Ar沿周向延伸的支撐元件，該支撐元件具有一表面；一個內環，它繞軸Ar沿周向延伸，并在第一方向上從支撐元件的表面向外伸出，該內環帶有沿周向延伸的第一側面，沿周向延伸并與第一側面間隔的第二側面，正對第一方向的第一表面，它與支撐元件間的距離為高度Hi，該高度Hi是在第一方向上測量的，第一側面和第二側面之間的厚度為Ti，該厚度是垂直于圓周方向測量的；一個外環，它繞軸Ar沿周向延伸，并在第一方向上從內環的第一表面向外伸出，該外環帶有沿周向延伸的第一側面，沿周向延伸的第二側面，正對第一方向的第二表面，它與第一表面間的距離為H0，該高度H0是在第一方向上測量的，第一側面與第二側面之間的厚度為T0，該厚度是垂直于圓周方向測量的；其特征在于，內環的第一側面和第二側面均通過半徑為Ri的圓角而與支撐元件的表面相連，其中支撐元件的表面從位于內環的第一側面的圓角半徑處橫向延伸距離D1、從位于內環的第二側面的圓角半徑處橫向延伸距離D2；其中，外環的第一側面和第二側面均通過半徑為R0的圓角而與內環的第一表面相連，并且內環的第一表面從內環的第一側面沿橫向延伸距離S1、從內環的第二側面沿橫向延伸距離S2，且經距離S1和S2后并不沿與第一方向相反的方向遠離外環延伸；其中第一環和第二環之間交界處的幾何形狀影響穿過環的徑向裂紋的擴張速率。
6.如權利要求5所述的旋轉密封元件，其特征在于，距離S1和S2均等于或大于圓角半徑R0的二分之一。
7.如權利要求5所述的旋轉密封元件，其特征在于，圓角半徑R0小于或等于外環厚度T0的三分之一。
8.如權利要求6所述的旋轉密封元件，其特征在于，圓角半徑R0小于或等于外環厚度T0的三分之一。
9.如權利要求5所述的旋轉密封元件，其特征在于，橫向延伸距離D1和D2均等于或大于圓角半徑Ri的二分之一，并且經距離D1和D2后的支撐元件表面并不遠離第一環而延伸。
10.如權利要求5所述的旋轉密封元件，其特征在于，支撐元件的厚度為Ts，該厚度是在垂直于支撐元件的方向上測量的，支撐元件的厚度Ts大于內環厚度Ti的二分之一。
11.如權利要求10所述的旋轉密封元件，其特征在于，支撐元件的厚度Ts大于或等于內環厚度Ti。
12.如權利要求5所述的旋轉密封元件，其特征在于，高度H0與厚度T0之比小于或等于 (H0/T0≤1.5)。
13.如權利要求5所述的旋轉密封元件，其特征在于，外環的第一側面和第二側面向外部收斂且兩側面之間的夾角范圍是七到十度。
14.如權利要求1所述的旋轉密封元件，其特征在于，外環的第一側面和第二側面向外部收斂且兩側面之間的夾角范圍是七到十度。
15.一種用于回轉式機械的旋轉密封元件，它圍繞機器的轉軸Ar沿周向延伸，該密封元件帶有繞一個沿周向延伸的平面設置的多個環，所說的旋轉密封元件包括一個繞軸Ar沿周向延伸的支撐元件，該支撐元件具有一表面且其厚度為Ts，該厚度是在垂直于支撐元件的方向上測量的；一個第一環，它繞軸Ar沿周向延伸，并在第一方向上從支撐元件向外伸出，所說的第一環帶有沿周向延伸的第一側面，沿周向延伸并與第一側面平行的第二側面，正對第一方向的第一表面，它與支撐元件間的距離為高度H1，該高度H1是在第一方向上測量的，第一側面和第二側面之間的厚度為T1，該厚度是垂直于圓周方向測量的；一個第二環，它繞軸Ar沿周向延伸，并在第一方向上從第一表面伸出，該第二環帶有沿周向延伸的第一側面，沿周向延伸并與第一側面平行的第二側面，正對第一方向的第二表面，它與第一表面之間的距離為H2，該高度H2是在第一方向上測量的，第一側面和第二側面之間的厚度為T2，該厚度T2是垂直于圓周方向測量的；一個第三環，它繞軸Ar沿周向延伸，并在第一方向上從第二表面伸出，該第三環帶有沿周向延伸的第一側面，沿周向延伸的第二側面，第一側面和第二側面向外部收斂且兩側面之間的夾角范圍是七到十度；正對第一方向的第三表面，它與第二表面之間的距離為H3，該高度H3是在第一方向上測量的，第一側面和第二側面之間的厚度為T3，該厚度T3是垂直于圓周方向且鄰近第二表面測量的；其特征在于，第一環的第一側面和第二側面均通過半徑為R1的圓角而與支撐元件的表面相連，該圓角半徑R1小于或等于第一環厚度T1的三分之一，其中支撐元件的表面從位于第一環的第一側面的圓角半徑處沿橫向延伸距離D1、從位于第一環的第二側面的圓角半徑處沿橫向延伸距離D2，每一距離均等于或大于圓角半徑R1的二分之一，并且經距離D1和D2后并不遠離第一環延伸，其中支撐元件的厚度Ts大于或等于第一環的厚度T1；其中第二環的第一側面和第二側面均通過半徑為R2的圓角而與第一環的第一表面相連，該圓角半徑R2小于或等于第二環厚度T2的三分之一，并且第一環的第一表面從第一環的第一側面沿橫向延伸距離S1、從第一環的第二側面沿橫向延伸距離S2，每一距離均等于或大于圓角半徑R2的二分之一，并且經距離S1和S2后并不沿與第一方向相反的方向遠離第二環而延伸；其中高度H3與厚度T1之比小于或等于
(H3/T3≤1.5)，其中第三環的第一側面和第二側面均通過半徑為R3的圓角而與第二環的第二表面相連，該圓角半徑R3小于或等于第三環厚度T3的三分之一，該厚度T3是在鄰近第二表面的位置上測量的，第二環的第二表面從第二環的第一側面沿橫向延伸距離P1、從第二環的第二側面沿橫向延伸距離P2，每一距離均等于或大于圓角半徑R3的二分之一，并且經距離P1和P2后并不沿與第一方向相反的方向遠離第三環而延伸。
全文摘要
一種旋轉密封元件(38)至少由兩個沿圓周連續的環(48，50)形成。所述環在向外的方向上的厚度T2、T3逐漸減小。各種結構細節均有助于提高周期循環疲勞壽命水平。在一個特定的實施例中，該密封元件帶有平面(74)，所述平面(74)在環間交界處從所述側面向內延伸。
文檔編號F16J15/48GK1155917SQ95194708
公開日1997年7月30日 申請日期1995年8月17日 優先權日1994年8月24日
發明者加里·P·皮特斯, 羅伯特·加若德·約翰納斯·斯特 申請人:聯合技術公司