申请/专利权人：通用电气公司

申请日：2018-05-31

公开（公告）日：2021-01-12

公开（公告）号：CN108979742B

主分类号：F01D11/02(20060101)

分类号：F01D11/02(20060101)

优先权：["20170531 US 15/609464"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.01.12#授权;2019.01.04#实质审查的生效;2018.12.11#公开

摘要：本申请公开了一种涡轮机抽吸面密封组件，该组件包括在涡轮机的可旋转和不可旋转部件之间的涡轮机的高压区域和低压区域之间的抽吸面密封件。抽吸面密封件包括气体轴承可旋转和不可旋转表面、安装在可旋转部件上的可操作为密封地接合不可旋转部件上的可磨耗起动器密封接触区的起动器齿以及起动器密封接触区的可磨耗涂层或其他可磨耗材料中的环形凹穴。可磨耗材料可以位于延伸到不可旋转部件的径向面向内的凹槽中。凹穴可以从圆筒形径向外部可磨耗表面径向向外延伸至凹穴底部，凹穴底部包括沿着不可旋转部件的薄可磨耗材料层凹槽表面。凹穴可以从环形前向凹槽侧表面轴向向后延伸到可磨耗涂层内。凹穴可以通过可磨耗材料轴向地界定。

主权项：1.一种涡轮机抽吸面密封组件，包括：抽吸面密封件，其围绕中心线轴线划定界限并且能操作用于限制高压空气流在涡轮机的不可旋转部件与所述涡轮机的可旋转部件之间的结合处从所述涡轮机的相对较高压力区域泄漏到涡轮机的相对较低压力区域，所述可旋转部件与所述不可旋转部件分别包括气体轴承可旋转表面与不可旋转表面；起动器齿，所述起动器齿安装在所述可旋转部件上，并且设计和可操作为密封地接合所述不可旋转部件上的相对应的可磨耗起动器密封接触区；以及环形凹穴，所述环形凹穴位于所述可磨耗起动器密封接触区的可磨耗涂层或其他可磨耗材料中。

全文数据：涡轮机抽吸面密封组件技术领域[0001]本发明大体上涉及转子与定子组件之间的抽吸面密封件，且更具体地说，涉及用于抽吸面密封起动器齿的可磨耗密封接触区（sealland。背景技术[0002]抽吸面密封件通过限制高压区与低压区之间的流动而最小化例如压缩空气或燃烧气体的流体的泄漏。抽吸面密封件AFS通过补偿转子与定子之间可能存在的间隙的变化来控制泄漏。己公开供用于旋转机械中的此类密封件，旋转机械包括但不限于用于发电以及用于飞机和船舶推进的燃气涡轮发动机。[0003]经由燃气涡轮发动机密封组件的流体泄漏可能会显著增大燃料消耗且不利地影响发动机效率。此外，流体泄漏可能引起其它组件损坏和或增大总体发动机维护成本。由于密封组件的位置和或操作环境，一些已知密封组件可能随时间推移而劣化。[0004]抽吸面密封件的一些实施例被构造为相对地面朝向可旋转第一密封元件和不可旋转第二密封元件。所述可旋转第一密封元件附接到转子或为转子的整体部分。同样，此类密封件通常具有支撑所述不可旋转第二密封元件的定子，所述不可旋转第二密封元件附接到滑块或为滑块的整体部分。通常为螺旋弹簧的回缩弹簧用来在低功率条件或无功率条件期间将所述非旋转第二密封元件从所述旋转第一密封元件分离或从其回缩。所述不可旋转第二密封元件安装在由定子支撑的滑块上。此类抽吸面密封件的实施例公开于通用电气公司（GeneralElectricCompany在印度提交的档案号为2了9249和280429的专利申请中，所述专利申请转让给受让人通用电气公司且以引用的方式并入。档案号279249标题为“抗锥旋抽吸面密封件ANTI-CONINGASPIRATINGFACESEAL”，且在印度于2016年4月14日以序列号201641013072提交。档案号280429标题为“抽吸面密封齿配置ASPIRATINGFACESEALTOOTHCONFIGURATION”，且在印度于2016年5月11日以序列号2016410165〇4提交。[0005]在2004年1月13日授予Brauer等人，名称为“具有轴向延伸密封齿的抽吸面密封件AspiratingFaceSealwithAxiallyExtendingSealTeeth”的第6,676,369号美国专利公开了一种燃气涡轮发动机抽吸面密封件，所述燃气涡轮发动机抽吸面密封件包括可旋转发动机部件和不可旋转发动机部件以及其间的泄漏路径。围绕中心线划定界限的环形大体平面的可旋转与不可旋转气体轴承表面gasbearingfacesurface分别以可操作方式与可旋转发动机部件与不可旋转发动机部件相关联。径向内齿圈和外齿圈跨越所述泄漏路径轴向延伸远离所述可旋转气体轴承表面和不可旋转气体轴承表面中的第一个且朝向气体轴承表面中的第二个。辅助密封件包括跨越泄漏路径从所述可旋转和不可旋转气体轴承表面中的第二个朝向可旋转和不可旋转气体轴承表面中的第一个径向延伸的环形限流器齿。卷曲弹簧用来分离气体轴承表面。[0006]现有的密封件设计包括安装在可旋转发动机部件上的起动器齿。起动器齿是环形迷宫式密封齿，其被设计并可操作为密封地接合相应的可磨耗起动器密封接触区。起动器密封件可磨耗接触区通常是在轴向滑动地安装在环形不可旋转的发动机部件上的环形滑块的内表面上的可磨耗涂层。[0007]还值得指出的是，抽吸面密封件技术使用例如“空气轴承”、“气坝”和“气流”的短语，其中应理解，词“空气”用来描述密封件的工作流体。抽吸面密封件的工作流体可以包括但不限于压缩空气、燃烧气体和或蒸气。注意，抽吸面密封件为非接触式密封件，在于所述密封件的第一部分与第二部分或者可旋转密封元件与不可旋转密封元件并不意欲触碰，而可能在短时间周期期间经历摩擦。[0008]空气轴承接触的一个潜在原因是转子起动器齿与滑块可磨耗接触区或涂层之间的侵蚀性摩擦。当齿磨入涂层中时，摩擦产生的热导致滑块空气轴承表面变形。另外，起动器齿的摩擦力可防止或阻止滑动器回缩。这两个影响导致空气轴承接触。接触产生的热会跨越滑块空气轴承面产生大的热梯度，导致表面破裂。为了避免该问题，当封闭密封件时，起动器齿磨擦必须被最小化或消除。发明内容[0009]—种涡轮机抽吸面密封组件包括抽吸面密封件，所述抽吸面密封件围绕中心线轴线划定界限并且可操作用于限制高压空气流在涡轮机的不可旋转部件与所述涡轮机的可旋转部件之间的结合处从所述涡轮机的相对较高压力区域泄漏到发动机的相对较低压力区域。所述可旋转部件与所述不可旋转部件分别包括气体轴承可旋转表面与不可旋转表面。组件还包括安装在可旋转部件上的起动器密封齿设计并且可操作为密封地接合不可旋转部件上的相对应的可磨耗起动器密封接触区。组件还包括环形凹穴，环形凹穴位于可磨耗起动器密封接触区的可磨耗涂层或其他可磨耗材料中。[0010]起动器齿可以是环形迷宫式密封齿。组件进一步包括主要密封齿，起动器齿和主要密封齿是被设计且能操作以分别密封地接合所述不可旋转部件上的对应的可磨耗起动器和主要密封接触区的环形迷宫式密封齿。[0011]可磨耗涂层或可磨耗材料可以布置在径向向外延伸到不可旋转部件内的径向面向内的凹槽中。面向内的凹槽包括沿着不可旋转部件的径向面向内的圆筒形凹槽表面，径向面向内的凹槽包括从凹槽表面径向向内延伸并且轴向地界定可磨耗涂层或起动器密封接触区的环形前向凹槽侧表面和环形后向凹槽侧表面。环形凹穴可以从起动器密封接触区或可磨耗涂层的圆筒形径向外部可磨耗表面径向向外延伸至凹穴底部，凹穴底部包括沿着不可旋转部件环绕径向面向内的圆筒形凹槽表面的起动器密封接触区或可磨耗涂层的可磨耗材料的薄可磨耗材料层。环形凹穴可以从环形前向凹槽侧表面轴向向后延伸到可磨耗涂层或起动器密封接触区内。[0012]环形凹穴可以从起动器密封接触区或可磨耗涂层的圆筒形径向外部可磨耗表面径向向外延伸至凹穴底部，凹穴底部可以包括径向面向内的圆筒形凹槽表面的一部分。[0013]环形凹穴可以从起动器密封接触区或可磨耗涂层的圆筒形径向外部可磨耗表面径向向外延伸至凹穴底部并且由可磨耗涂层或起动器密封接触区的可磨耗材料轴向地界定。组件可以进一步包括凹穴的轴向间隔开的环形前侧与后侧之间的凹穴宽度，起动器齿的径向外尖端的尖端宽度，凹穴宽度大于尖端宽度。[0014]环形凹穴可以形成锥形并且具有远离环形前向凹槽侧表面轴向向后减小的锥形，以及环形凹穴中的涂层的厚度远离环形前向凹槽侧表面轴向向后增大。锥形环形凹穴可以从环形前向凹槽侧表面轴向向后延伸到起动器密封接触区或可磨耗涂层内。[0015]组件可以进一步包括轴向滑动地安装在不可旋转部件上的环形滑块、安装在滑块上的起动器密封接触区和不可旋转表面、用于使环形滑块回缩远离可旋转部件并且使不可旋转表面回缩远离可旋转表面的回缩构件以及主要齿。起动器齿和主要齿为环形迷宫式密封齿，被设计成且可操作以密封地接合对应可磨耗起动器密封接触区和主要密封接触区。主要齿可以位于可旋转部件上，滑块或主要齿上的主要密封接触区可以位于环形滑块和可旋转部件上的主要密封接触区上。回缩构件可以包括多个沿圆周间隔开的弹簧，且弹簧中的每一个轴向设置在滑块与不可旋转部件之间。[0016]起动器齿可以安装在可旋转部件上的密封齿载体上。[0017]技术方案1.一种涡轮机抽吸面密封组件，包括:抽吸面密封件，其围绕中心线轴线划定界限并且能操作用于限制高压空气流在涡轮机的不可旋转部件与所述涡轮机的可旋转部件之间的结合处从所述涡轮机的相对较高压力区域泄漏到发动机的相对较低压力区域，所述可旋转部件与所述不可旋转部件分别包括气体轴承可旋转表面与不可旋转表面；起动器齿，所述起动器齿安装在所述可旋转部件上，并且设计和可操作为密封地接合所述不可旋转部件上的相对应的可磨耗起动器密封接触区；以及环形凹穴，所述环形凹穴位于所述可磨耗起动器密封接触区的可磨耗涂层或其他可磨耗材料中。[0018]技术方案2.根据技术方案1所述的组件，进一步包括作为环形迷宫式密封齿的起动器齿。[0019]技术方案3.根据技术方案1所述的组件，进一步包括主要齿，所述起动器齿和主要齿为被设计且能操作以分别密封地接合所述不可旋转部件上的对应可磨耗起动器和主要密封接触区的环形迷宫式密封齿。[0020]技术方案4.根据技术方案3所述的组件，其中，布置在径向面向内的凹槽中的所述可磨耗涂层或所述可磨耗材料径向向外地延伸到所述不可旋转部件内，所述面向内的凹槽包括沿着所述不可旋转部件的径向面向内的圆筒形凹槽表面，所述径向面向内的凹槽包括环形前向凹槽侧表面和环形后向凹槽侧表面，所述环形前向凹槽侧表面和环形后向凹槽侧表面从所述凹槽表面径向向内延伸并且轴向地界定所述可磨耗涂层或所述起动器密封接触区。[0021]技术方案5.根据技术方案4所述的组件，进一步包括环形凹穴，所述环形凹穴从所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层的圆筒形径向外部可磨耗表面径向向外延伸至凹穴底部，并且所述凹穴底部包括沿着所述不可旋转部件环绕所述径向面向内的圆筒形凹槽表面的所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层的可磨耗材料的薄可磨耗材料层。[0022]技术方案6.根据技术方案求5所述的组件，进一步包括从所述环形前向凹槽侧表面轴向向后延伸到所述可磨耗涂层或所述起动器密封接触区内的环形凹穴。[0023]技术方案7.根据技术方案4所述的组件，进一步包括环形凹穴，所述环形凹穴从所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层的圆筒形径向外部可磨耗表面径向向外延伸到凹穴底部，所述凹穴底部包括所述径向面向内的圆筒形凹槽表面的一部分。[0024]技术方案8.根据技术方案7所述的组件，进一步包括从所述环形前向凹槽侧表面轴向向后延伸到所述可磨耗涂层或所述起动器密封接触区内的环形凹穴。[0025]技术方案9.根据技术方案4所述的组件，进一步包括环形凹穴，所述环形凹穴从所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层的圆筒形径向外部可磨耗表面径向向外延伸至凹穴底部并且由所述可磨耗涂层或所述起始器密封接触区的可磨耗材料轴向地界定。[0026]技术方案10.根据技术方案9所述的组件，进一步包括位于所述凹穴的轴向间隔开的环形前侧和后侧之间的凹穴宽度，所述起动器齿的径向外尖端的尖端宽度，所述凹穴宽度大于所述尖端宽度。[0027]技术方案11.根据技术方案9所述的组件，进一步包括凹穴底部，所述凹穴底部包括沿着所述不可旋转部件环绕所述径向面向内的圆筒形凹槽表面的所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层的可磨耗材料的薄可磨耗材料层。[0028]技术方案12.根据技术方案4所述的组件，进一步包括锥形的环形凹穴，所述环形凹穴具有远离所述环形前向凹槽侧表面轴向向后减小的锥形，所述环形凹穴中的所述涂层的厚度远离所述环形前向凹槽侧表面轴向向后增大。[0029]技术方案13.根据技术方案12所述的组件，进一步包括从所述环形前向凹槽侧表面轴向向后延伸到所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层内的锥形环形凹穴。[0030]技术方案14.根据技术方案2所述的组件，进一步包括:轴向滑动地安装在所述不可旋转部件上的环形滑块，所述起动器密封接触区和所述不可旋转表面安装在所述滑块上；回缩构件，其用于使所述环形滑块回缩远离所述可旋转部件且使所述不可旋转表面回缩远离所述可旋转表面;主要齿，所述起动器齿和主要齿为环形迷宫式齿，被设计成且可操作以密封地接合对应可磨耗起动器密封接触区和主要密封接触区，所述主要齿位于所述可旋转部件上以及所述主要密封接触区位于所述滑块上，或者所述主要齿位于所述环形滑块上以及所述主要密封接触区位于所述可旋转部件上;所述回缩构件包括多个沿圆周隔开的弹簧，所述弹簧中的每一个轴向设置在所述滑块与所述不可旋转部件之间。[0031]技术方案15.根据技术方案14所述的组件，其中，布置在径向面向内的环形凹槽中的所述可磨耗涂层或所述可磨耗材料径向向外延伸到所述不可旋转部件内，所述面向内的环形凹槽包括沿着所述不可旋转部件的径向面向内的圆筒形凹槽表面，所述径向面向内的环形凹槽包括从所述凹槽表面径向向内延伸并且轴向地界定所述可磨耗涂层或所述起动器密封接触区的环形前向凹槽侧表面和环形后向凹槽侧表面。[0032]技术方案16.根据技术方案15所述的组件，进一步包括环形凹穴，所述环形凹穴从所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层的圆筒形径向外部可磨耗表面径向向外延伸到凹穴底部，并且所述凹穴底部包括沿着所述不可旋转部件环绕所述径向面向内的圆筒形凹槽表面的所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层的可磨耗材料的薄可磨耗材料层。[0033]技术方案17.根据技术方案16所述的组件，进一步包括从所述环形前向凹槽侧表面轴向向后延伸到所述可磨耗涂层或所述起动器密封接触区内的环形凹穴。[0034]技术方案18.根据技术方案15所述的组件，进一步包括环形凹穴，所述环形凹穴从所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层的圆筒形径向外部可磨耗表面径向向外延伸到凹穴底部，所述凹穴底部包括所述径向面向内的圆筒形凹槽表面的一部分。[0035]技术方案19.根据技术方案18所述的组件，进一步包括从所述环形前向凹槽侧表面轴向向后延伸到所述可磨耗涂层或所述起动器密封接触区内的环形凹穴。[0036]技术方案20.根据技术方案15所述的组件，进一步包括环形凹穴，所述环形凹穴从所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层的圆筒形径向外部可磨耗表面径向向外延伸至凹穴底部并且由所述可磨耗涂层或所述起始器密封接触区的可磨耗材料轴向地界定。[0037]技术方案21.根据技术方案20所述的组件，进一步包括位于所述凹穴的轴向间隔开的环形前侧和后侧之间的凹穴宽度，所述起动器齿的径向外尖端的尖端宽度，所述凹穴宽度大于所述尖端宽度。[0038]技术方案22.根据技术方案20所述的组件，进一步包括凹穴底部，所述凹穴底部包括沿着所述不可旋转部件环绕所述径向面向内的圆筒形凹槽表面的所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层的可磨耗材料的薄可磨耗材料层。[0039]技术方案23.根据技术方案15所述的组件，进一步包括锥形的环形凹穴，所述环形凹穴具有远离所述环形前向凹槽侧表面轴向向后减小的锥形，所述环形凹穴中的所述涂层的厚度远离所述环形前向凹槽侧表面轴向向后增大。[0040]技术方案24.根据技术方案23所述的组件，进一步包括从所述环形前向凹槽侧表面轴向向后延伸到所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层内的锥形环形凹穴。[0041]技术方案25.根据技术方案14所述的组件，进一步包括安装在所述可旋转部件上的密封齿载体上的起动器齿。[0042]技术方案26.根据技术方案25所述的密封组件，进一步包括密封齿载体，所述密封齿载体包括位于所述可旋转部件上的环形凸缘和位于所述载体上的可旋转表面。[0043]技术方案27.根据技术方案4所述的组件，进一步包括:所述环形凹穴的尺寸设定成在所述抽吸面密封件的转变和闭合位置期间减小或消除起动器齿磨擦，转变是在操作期间所述主要齿作为穿过所述抽吸面密封件的流量计量特征接替所述起动器齿的情况，所述环形凹穴的尺寸设定成足够大以防止起动器密封齿的摩擦，并且足够小以防止在所述起动器齿向所述主要齿转变期间的过量泄漏。[0044]技术方案28.根据技术方案27所述的组件，进一步包括从所述主要密封接触区到所述凹穴的凹穴后端的第一轴向距离，所述第一轴向距离稍大于从所述主要密封接触区到所述起动器齿的第二轴向距离。[0045]技术方案29.根据技术方案28所述的组件，进一步包括所述第一轴向距离和第二轴向距离之间的大约0.035英寸的差异。[0046]技术方案30.根据技术方案14所述的组件，进一步包括:所述环形凹穴的尺寸设定成在所述抽吸面密封件的转变和闭合位置期间减小或消除起动器齿磨擦，转变是在操作期间所述主要齿作为穿过所述抽吸面密封件的流量计量特征接替所述起动器齿的情况，所述环形凹穴的尺寸设定成足够大以防止起动器密封齿的摩擦，并且足够小以防止在所述起动器齿向所述主要齿转变期间的过量泄漏。[0047]技术方案31.根据技术方案30所述的组件，进一步包括从所述主要密封接触区到所述凹穴的凹穴后端的第一轴向距离，所述第一轴向距离稍大于从所述主要密封接触区到所述起动器齿的第二轴向距离。[0048]技术方案32.根据技术方案31所述的组件，进一步包括所述第一轴向距离和第二轴向距离之间的大约0035英寸的差异。附图说明[0049]图1为具有包括带有凹穴的起动器齿焊盘可磨耗涂层的抽吸面密封件的第一示例性实施例的示例性燃气涡轮发动机的一部分的横截面示意图。[0050]图2为处于开放的发动机关闭位置的图1中所示出的抽吸气体轴承面密封件的放大的横截面示意图。[0051]图3为图2中所示出的抽吸气体轴承面密封件的定子部分的立体剖面示意图。[0052]图4是图2中所示出的抽吸气体轴承面密封件的横截面示意图，其中馈入孔在处于闭合位置时径向向内延伸穿过抽吸气体轴承面密封件的定子的后环。[0053]图5为作用于图4中所示出的抽吸气体轴承面密封件上的力的示意图。[0054]图5A为穿过图4中所示出的抽吸气体轴承面密封件的气流的示意图。[0055]图6为图4中所示出的滑块和抽吸气体轴承面密封件的横截面示意图。[0056]图7为图6中所示出的滑块的径向向内看的立体示意图。[0057]图8为围绕并且固定至图3中所示出的定子的环形凸缘的立体示意图。[0058]图9是图3中所示出的滑块的立体示意图。[0059]图10是滑块中的用于容纳从图3所示出的弹簧套的壳体向内延伸的舌部的凹槽的立体示意图。[0060]图11是安装到图3中所示出的凸缘上的弹簧套的壳体的立体示意图。[0061]图12为图2中所示出的抽吸气体轴承面密封件的可选择实施例的横截面示意图，在定子上具有油塞。[0062]图13为穿过图2中所示出的抽吸气体轴承面密封件的流的示例性横截面示意图。[0063]图14为图2中所示出的凹穴的第一可选择实施例的示意图。[0064]图15为图2中所示出的凹穴的第二可选择实施例的示意图。[0065]图16为图2中所示出的凹穴的第三可选择实施例的示意图。[0066]图17为具有安装在环形滑块上的主齿以及安装在抽吸气体轴承的可旋转部件上的起动器和偏转器齿的可替代抽吸气体轴承面密封件的横截面示意图。[0067]图18为处于闭合位置的图2中所示出并且凹穴尺寸太小的抽吸气体轴承面密封件的一个实施例的横截面示意图。[0068]图19为处于闭合位置的图2中所示出并且凹穴尺寸太大的抽吸气体轴承面密封件的另一个实施例的横截面示意图。[0069]图20为处于闭合位置的图2中所示出并且凹穴为所需尺寸的抽吸气体轴承面密封件的横截面示意图。[0070]图21为处于开口位置的图2中所示出的抽吸气体轴承面密封件的横截面示意图，其中起动器齿位于起动器齿接触区的正下方。具体实施方式[0071]图1到3示出了抽吸面密封组件I2的第一示例性实施例，其具有环形抽吸面密封件AFS16和辅助密封件18，所述辅助密封件在本说明书中说明为包括如图2中所示的活塞环20。面密封组件12被设计成用于控制高压区域48与低压区域46之间的泄漏或密封，例如在如图1中所示的燃气涡轮发动机1〇的涡轮机中可以发现的泄漏或密封。涡轮机包括但不限于可以用于油气行业的汽轮机、压缩机和涡轮压缩机，或类似设备。[0072]参考图1，涡轮机或燃气涡轮发动机10的示例性实施例围绕发动机10的中心线轴线8划定界限，且包括环形静止定子或不可旋转部件102以及旋转或可旋转部件104,所述环形静止定子或不可旋转部件连接到环形框架103,所述旋转或可旋转部件连接到至少部分地由后轴承108可旋转地支撑的转子105。框架103在本说明书中示出为围绕发动机10的中心线轴线8划定界限的环形涡轮机中心框架37。另外，不可旋转部件102为围绕燃气涡轮发动机10的中心线轴线8划定界限的静止环形部件。在本说明书中示出的实施例中，不可旋转部件102螺栓联接到框架1〇3,且可旋转部件104可旋转地连接于发动机10内以围绕中心线轴线8旋转。高压区域48位于低压区域46径向向外处，且不可旋转部件102在径向上位于高压区域48与低压区域46之间。框架1〇3将中间轴承107支撑于环形贮槽109中，所述环形贮槽由位于不可旋转部件102径向向内处的大体圆锥形贮槽部件66限定边界。[0073]不可旋转部件102中的排放孔142位于抽吸面密封件16和辅助密封件18的上游或前方。排放管144连接至排放孔142并且与排放孔142流体连通。排放管144和排放孔142提供排放组件146以帮助防止油流入抽吸面密封件16内。[0074]参考图1、4和5,抽吸面密封件ie用于限制高压空气流120在不可旋转部件102与可旋转部件104之间从相对较高压力区域4S泄漏到相对较低压力区域46。高压AFS气流120分别在可旋转部件104与不可旋转部件1〇2之间和气体轴承可旋转表面125与不可旋转表面1¾之间通过抽吸面密封件I6。可旋转表面I25和不可旋转表面124围绕发动机中心线轴线8划定界限且大体垂直于所述发动机中心线轴线。在可旋转表面125与不可旋转表面124之间形成空气轴承薄膜，所述可旋转表面与所述不可旋转表面分别充当滑块轴承面与转子轴承面。[0075]图4和5中所示出的抽吸面密封件16的实施例包括可旋转密封齿载体30,可旋转密封齿载体30可以是可旋转部件104上的环形凸缘。可旋转表面125在载体30上。主要齿34、起动器齿32和偏转器齿36安装在密封齿载体3〇上的可旋转表面125径向向外处。主要齿34和起动器齿32为环形迷宫式密封齿，被设计成且可操作以密封地接合位于且安装于环形滑块42上的相对应的环形可磨耗的主要密封接触区40和起动器密封接触区38,所述环形滑块轴向滑动地安装在图2和3中所示出的环形不可旋转部件102上。环形滑块42包括中心环45以及分别从中心环45向前和向后延伸的环形前延伸部47和后延伸部51。[0076]主要齿34从密封齿载体3〇的前向载体延伸部邪轴向向前且稍微径向向外延伸。起动器密封接触区38从环形滑块42的环形后延伸部51径向面向内，且承载在所述环形后延伸部上。本说明书公开的示例性环形起动器密封接触区38包括设置在径向向外延伸到环形后延伸部51内的环形向内凹槽58中的可磨耗涂层56。环形向内凹槽58包括沿着不可旋转部件102的滑块42的环形后延伸部51的径向面向内的圆筒形凹槽表面59的轴向部分61。环形向内凹槽58包括从凹槽表面59径向向内延伸并且轴向地界定可磨耗涂层56或起动器密封接触区38的环形前部凹槽侧表面64和环形后部凹槽侧表面65。[0077]当抽吸面密封件I6闭合时，可磨耗涂层56或起动器密封接触区38中的环形凹穴60减少或消除起动器齿32与可磨耗涂层56或起动器密封接触区38之间的接触。减少或消除起动器齿接触可防止不希望的力作用在滑块42上并使热变形最小化，这减少了由于空气轴承摩擦引起的不可旋转表面124破裂的可能性。[0078]凹穴60从起动器密封接触区38或可磨耗涂层56的圆筒形径向外部可磨耗表面67径向向外延伸到凹穴底部62。凹穴60包括从凹穴底部62径向向内延伸的轴向间隔开的环形前侧52和后侧54。因此，凹穴60在轴向上由前侧52和后侧54界定并且由凹穴底部62径向向内界定。如图2所示，凹穴底部62可以是起动器密封接触区38的薄可磨耗材料层63或沿着不可旋转部件102围绕径向面向内的圆筒形凹槽表面59的可磨耗涂层56。在图2-5中示出的凹穴60的实施例从环形前凹槽侧表面64轴向向后延伸到起动器密封接触区38或可磨耗涂层56内。凹穴60沿着不可旋转部件102的滑块42的环形后延伸部51基本沿径向向内面向的圆筒形凹槽表面59的轴向部分61延伸。[0079]如图15所示，可选择地，凹穴60可以径向向外延伸至凹穴底部62,凹穴底部62可以是径向向内面向的圆筒形凹槽表面59的部分78。图15中示出的凹穴底部62沿着不可旋转部件102的滑块42的环形后延伸部51位于金属径向朝内表面59上。[0080]在图4和5所示的抽吸面密封件16的实施例中，主要密封接触区40包括环形滑块42的中心环45轴向向后的面并且被承载在环形滑块42的中心环45上。起动器密封接触区38定位在中心环45上的不可旋转表面124前面。不可旋转表面124安装在中心环45上。偏转器齿36从密封齿载体3〇的前向载体延伸部35轴向向前且稍微径向向内延伸。前向载体延伸部35从密封齿载体3〇向前延伸，且支撑主要齿34和偏转器齿36。起动器齿32大体上从密封齿载体3〇径向且大体上与发动机10的中心线轴线8正交地延伸。主要密封接触区40和起动器密封接触区38可以由可磨耗材料制成或包括可磨耗材料。可磨耗材料可以是蜂巢材料honeycombmaterial、例如镇石墨的热喷涂可磨耗材料，或其它可磨耗材料。[0081]不可旋转表面1M位于环形滑块42上的主要密封接触区40和起动器密封接触区38径向向内处，且大体上平行于可旋转部件104上的可旋转表面125。不可旋转表面124与可旋转表面125轴向隔开可变距离123。在高压区域48与低压区域46之间的压力差下，滑块42轴向向后移动，从而闭合不可旋转表面124和可旋转表面125。可变轴长环形气室69在滑块42与可旋转表面125之间轴向延伸。气体轴承空间1〇〇在不可旋转表面124与可旋转表面125之间轴向延伸。[0082]参考图3到图5,空气供给通路110延伸穿过环形滑块42的中心环45,且从高压区域48延伸到不可旋转表面124与可旋转表面125之间的气体轴承空间100。本说明书中说明的空气供给通路110的示例性实施例包括供给孔112,所述供给孔从高压区域48经由中心环45大体径向向内延伸到中心环45中的对应轴向延伸的喷孔114。喷孔114经由中心环45从供给孔112经由不可旋转表面124轴向延伸到气体轴承空间1〇〇。[0083]如图4所示，穿过环形滑块42的中心环45的沿圆周隔开的第一排气通道96和第二排气通道98中的第一多个排气通道93和第二多个排气通道95提供气室69与低压区域46之间的压力连通。在高压区域48与低压区域46之间存在很大压力差时，第一排气通道96和第二排气通道98在发动机操作期间将气室69排气到低压区域46。第一排气通道96径向向内倾斜，且从气室69向前径向向内延伸。第二排气通道98从气室69经由环形滑块42的中心环45大体上径向向内延伸。[0084]起动器齿32用于引发抽吸面密封件16的闭合。起动器齿32位于安装在可旋转部件104上的密封齿载体3〇上，且径向朝向不可旋转可磨耗起动器密封接触区38延伸。此设计允许起动器齿在高径向偏移期间摩擦成可磨耗的，而非具有金属到金属触点。偏转器齿36用于帮助减小静止密封表面与旋转密封表面之间的气体轴承空间1〇〇和环形气室69中的内部压力累积。[0085]图5A和图21示出了在发动机操作期间在抽吸面密封件16部分地打开时用于抽吸面密封件I6的各种空气流和齿间隙。主要齿34与起动器齿32之间以及主要密封接触区40与起动器密封接触区38之间的相应的主要齿间隙G1和起动器齿间隙G2允许有空间来抽吸齿与接触区之间的流。轴承流901从高压区域48经由空气供给通路110进入不可旋转表面i24与可旋转表面125之间的气体轴承空间100。轴承流901退出气体轴承空间100作为径向向外轴承流9〇3和径向向内轴承流902。径向向外轴承流9〇3通过第一排气通道96和第二排气通道98,且与径向向内轴承流902—起通过可旋转部件104与不可旋转部件102之间的间隙到达低压区域46。[0086]密封流121在起动器密封齿32与起动器密封接触区38之间且接着在主要密封齿34与主要密封接触区40之间泄漏或流动。在抽吸面密封件16闭合时的发动机操作条件期间，主要齿34为空气流过抽吸面密封件16的主要限制。密封流121与径向向外的轴承流903在环形气室69中合并，且合并的流作为分别通过第一排气通道96与第二排气通道98的排气流904离开抽吸面密封件16。合并的流接着通过可旋转部件104与不可旋转部件102之间的间隙到达低压区域46。[0087]跨越主要齿34的主要密封流121和径向向外轴承流903由于跨越抽吸面密封件16从高压区域48到低压区域46的压降而作为射流进入气室69。主要密封流121离开主要齿34与主要密封接触区40之间的主要齿间隙G1，大体上径向向内朝向第一排气通道96和第二排气通道98行进。径向向外轴承流903进入气室69,径向向外行进，且通过偏转器齿36朝向第一排气通道96和第二排气通道98重定向。径向向外轴承流903与主要密封流121合并成轴向排气流904和径向向内排气流905，所述轴向排气流与所述径向向内排气流从气室69分别经由第一排气通道96与第二排气通道98流到低压区域46。[0088]偏转器齿36对径向向外轴承流903的重定向增大进入排气通道96中的流量，从而引起较高排放系数CD和较大有效通道面积。此使得气室69中的气压趋近于低压区域46的气压。气室69与低压区域之间的压力类似性产生作用于滑块42上的更稳定的力均衡，这导致空气轴承表面之间的更确定的操作间隙。Cd为用于找出流体通过的孔或通道的有效面积的标准工程比率，即，实际面积*Cd=有效面积。完美的Cd=l，但对于真实孔的Cd较低。[0089]在较高功率操作期间，主要齿34限制AFS空气流120从相对较高压力区域48到相对较低压力区域46的流动，由此引起高压区域48与低压区域46之间的压力差的增大。高压区域48与低压区域46之间的高压力差作用于滑块42的在起动器齿32上游的区域上，从而导致净轴向力，所述净轴向力推动滑块42以及位于滑块42上的主要密封接触区40和起动器密封接触区38朝向可旋转部件104上的可旋转表面125以及主要齿M、起动器齿32和偏转器齿36。抽吸面密封件16在图12中示出为处于打开位置，且在图4中示出为处于闭合位置。[0090]图1到4中示出了用于在低功率条件或无功率条件期间使环形滑块42回缩远离可旋转部件104且使不可旋转表面丨24回缩远离可旋转表面1¾的回缩构件82。这使得气体轴承空间100和环形气室69轴向拉长，且使得滑块42上的主要密封接触区40从主要齿34回缩。[0091]参考图2-4,回缩构件82的示例性实施例包括设置在周向间隔开的盒85的弹簧腔室185内的多个周向间隔开的螺旋弹簧別。每个盒85包括围绕附接到环形不可旋转部件1〇2的弹簧腔室185的环形壳体187。环形壳体187的后端壁87可以附接至环形不可旋转部件102。如图9进一步所示，螺旋弹簧84的前端部19〇座靠在轴向前静止止动销86上，止动销80从轴向可平移环形滑块42径向向外延伸并附接到轴向可平移环形滑块42或作为其一部分。止动销86可以如本说明书所示地与轴向可平移环形滑块42一体地形成。如图3_4所示，设置在止动销86中的孔198中的插塞192延伸到腔室内并且锚定螺旋弹簧84。[0092]如图3-4所示，止动销86径向延伸穿过环形壳体187中的轴向延伸槽194进入弹簧腔室185内。这允许滑块42轴向平移并且允许螺旋弹簧84压缩和伸长，由此偏置滑块42。舌状物1的从壳体187径向向内延伸到滑块42中的凹槽200内。在相对于静态盒85的静态壳体187的轴向平移期间，该舌状物和凹槽布置有助于引导轴向可平移的滑块42。滑块42因此能够分别响应于轴向力和倾斜力矩而进行轴向平移和受限的万向运动。[0093]参照图2-4和图6-11，盒85连接或附接到环形不可旋转部件1〇2。本说明书所示出的密封件的示例性实施例包括围绕并固定到环形不可旋转部件i〇2的环形凸缘130。盒85附接至环形凸缘130。筒85可以使用从环形凸缘130径向向外延伸的凸耳132的对133来附接到环形凸缘130。盒85可以利用螺栓136螺栓连接到凸耳132,螺栓136通过穿过附接到盒85的耳状物140的耳状螺栓孔138并且穿过布置为穿过凸耳132的凸耳螺栓孔134设置。因此，盒85可以可移除地安装至环形不可旋转部件102。环形凸缘130在本说明书中说明为是连续的但可以分段。[0094]回缩构件82和螺旋弹簧84相对于气体轴承空间100中的轴承气流在高压区域48中的抽吸面密封件16和环形滑块42上游。回缩构件82和弹簧84相对于穿过抽吸面密封件16的轴承气流定位于辅助密封件18上游。包括螺旋弹簧84的回缩构件82定位于前向延伸部47径向向外处，且辅助密封件18定位于前向延伸部47径向向内处。辅助密封件18与环形滑块42的环形径向内滑块表面21密封接合，且位于高压区域48与低压区域46之间的边界上。回缩构件82和螺旋弹簧84位于环形滑块42径向向外处，且辅助密封件18位于环形滑块42径向向内处。回缩构件82和辅助密封件18的布置减少环形滑块42上的不可旋转表面124的偏转。[0095]环形滑块42的中心环45被设计成由于图5中所示出的作用于中心环45上的力而在分别如图2与4中所示如在轴向回缩位置RP与密封位置SP之间平移。所述力由作用于表面上的相对低压区域46和高压区域48中的压力和回缩构件82的弹簧力引起。[0096]参考图2,在起动发动机时，高压区域48中的压力开始上升，因为起动器齿32抑制AFS空气流120从相对高压区域48流动到相对低压区域46。低压区域46与高压区域48之间的压力差导致作用于中心环45上的闭合压力。所述压力抵抗来自回缩构件82的弹簧力以将中心环45和安装于其上的不可旋转表面124朝向气体轴承可旋转表面125推动。图5示出在发动机起动期间作用于抽吸面密封件16上的高压和低压闭合力以及所述闭合力如何克服弹簧力。参考图4，在发动机关断期间，高压区域48中的压力下降，且回缩构件82的弹簧84克服闭合力且使抽吸面密封件16回缩。图5中还示出来自可旋转表面125与不可旋转表面124之间的空气轴承中的高压空气的打开力。[0097]图13图示地说明穿过抽吸面密封件16的总气流模型，即高压AFS空气流120,用于在具有位于可磨耗涂层56中的环形凹穴6〇以及没有环形凹穴60的情况下吸引面密封件。实线表示穿过具有环形凹穴60的抽吸面密封件16的总气流。虚线表示穿过没有环形凹穴60的抽吸面密封件16的总气流。模拟结果表明，对于大的主要齿间隙70,构造A，起动器齿32是计量特征，并且AFS流保持在可接受的极限72内。[0098]当主要齿间隙70变小时，构造B在模型中），计量特征从起动器齿32转变至主要齿34。在构造B与C之间的转变区域74中，用于具有凹穴60的可磨耗涂层56的AFS流120与没有凹穴60的密封件相比稍微地增大。对于小的主要齿间隙70,构造D，AFS流对于具有凹穴60和没有凹穴60的两个可磨耗涂层56相同。[0099]起动器齿可磨耗凹穴60的尺寸被设定为在密封件计量特征从起动器齿32转变至主要齿34时确保AFS流120不超过可接受极限72。因此，对于密封功能没有影响。另外，凹穴60的尺寸被设定为减小或消除转变区域和闭合位置中的起动器齿磨擦。减小或消除起动器齿磨擦使不希望的滑块力和热变形最小，这使得空气轴承变形最小并且降低了空气轴承磨擦的风险。[0100]图14_16示出环形凹穴60和可磨耗涂层56的可选择构造。图14中示出具有U形凹穴60的第一可替代构造，U形凹穴60可以简化制造并且降低成本。U形凹穴60由可磨耗涂层56的可磨耗材料57或起动器密封接触区38轴向地界定。凹穴底部62可以包括起动器密封接触区38的耐磨材料57或沿着不可旋转部件102包围径向面向内的圆筒形凹槽表面59的可磨耗涂层56的薄可磨耗材料层63。在轴向间隔开的环形前侧52和后侧54之间的凹穴60的凹穴宽度PW大于起动器齿32的径向外尖端28的尖端宽度TW。[0101]图15中示出的是使起动器齿32上方的涂层56完全去除的第二可选择构造。不一定需要该区域中的涂层。凹穴60径向向外延伸至滑块42的环形后向延伸部51的金属径向内部表面59。[0102]图16中示出的是在涂层56中具有锥形凹穴60的第三可选择凹穴60。凹穴60的锥度76减小并且凹穴60中的涂层56的厚度T向后远离环形滑块42上的不可旋转表面124增加。凹穴60的锥度76减小并且凹穴60中的涂层56的厚度T向后远离环形前向凹槽侧表面64增大。锥度可能不会完全消除起动器齿的磨擦，但其降低严重性。[0103]参考图18,如果环形凹穴60太小，当抽吸面密封件16闭合时，环形凹穴60不会阻止起动器齿32摩擦。在这种情况下，从主要密封接触区40到凹穴60的凹穴后向端部的第一轴向距离n明显地小于从主要密封接触区40到起动器齿32的第二轴向距离X2。[0104]图19示出了太大并且在控制主要齿间隙G1的主要齿34作为流量计量特征接替之前允许起动器齿间隙G2变大的凹穴60。在这种情况下，从主要密封接触区40到凹穴后向端部的第一轴向距离XI明显大于从主要密封接触区40到起动器齿32的第二轴向距离X2。其中在主要齿间隙G1变小之前起动器齿间隙G2不明显变大的转变对于最小化通过抽吸面密封件16的流是重要的。[0105]图20示出凹穴60的理想尺寸的实施例。其在抽吸面密封件16闭合时足够大以防止起动器齿的摩擦，并且足够小以防止在起动器齿32向主要齿34的转变阶段的过量泄漏。在这种情况下，从主要密封接触区40到凹穴60的凹穴后向端部的第一轴向距离XI稍大于从主要密封接触区40到起动器齿32的第二轴向距离X2。在一个示例性的发动机AFS设计中，第一轴向距离XI和第二轴向距离X2分别是0.395英寸和0.360英寸。对于其他应用，可以变化0.035英寸的差异，但是一般而言，确定凹穴60的第一轴向距离XI和第二轴向距离X2的大小是良好的起点。[0106]图17中所示出的抽吸面密封件16的可选择实施例包括呈可旋转部件104上的凸缘形式的可旋转密封齿载体30。可旋转表面125在载体30上。主要齿34安装在环形滑块42上，而非如图1-4中所示出的实施例那样在可旋转部件104上的可旋转密封齿载体30。起动器齿32和偏转器齿36安装在密封齿载体30上的可旋转表面125径向向外处。[0107]主要齿34和起动器齿32为环形迷宫式密封齿，被设计成且可操作以接合对应可磨耗主要密封接触区40和起动器密封接触区38。主要密封接触区40从齿载体30轴向面向前且安装在所述齿载体30上。主要密封接触区40位于可旋转表面125和偏转器齿36径向向外处。主要齿34在后延伸部51与环形滑块42的中心环45之间径向地从环形滑块42轴向向后延伸。偏转器齿36从密封齿载体30轴向向后延伸。起动器齿32大体上从齿载体30径向且大体上与发动机10的中心线轴线8正交地延伸。[0108]图21示出当抽吸面密封件16部分打开时起动器齿32与可磨耗起动器密封接触区38之间的起动器齿间隙G2。测量起动器齿间隙G2作为起动器密封齿32与可磨耗起动器密封接触区38之间的最小距离。[0109]尽管本说明书中已描述被认为是本发明的优选和示例性实施例的实施例，但所属领域的技术人员从本说明书中的教示应显而易见本发明的其它修改，且因此，需要保证在所附权利要求书中，所有此类修改处于本发明的真实精神和范围内。因此，希望美国专利证书保证本发明在所附权利要求中加以限定和区分。

权利要求：1.一种涡轮机抽吸面密封组件，包括：抽吸面密封件，其围绕中心线轴线划定界限并且能操作用于限制高压空气流在祸轮机的不可旋转部件与所述祸轮机的可旋转部件之间的结合处从所述祸轮机的相对•较高压;力区域泄漏到发动机的相对较低压力区域，所述可旋转部件与所述不可旋转部件分别包括气体轴承可旋转表面与不可旋转表面；起动器齿，所述起动器齿安装在所述可旋转部件上，并且设计和可操作为密封地接合所述不可旋转部件上的相对应的可磨耗起动器密封接触区；以及环形凹穴，所述环形凹穴位于所述可磨耗起动器密封接触区的可磨耗涂层或其他可磨耗材料中。2.根据权利要求1所述的组件，进一步包括作为环形迷宫式密封齿的起动器齿。3.根据权利要求1所述的组件，进一步包括主要齿，所述起动器齿和主要齿为被设计且能操作以分别密封地接合所述不可旋转部件上的对应可磨耗起动器和主要密封接触区的环形迷宫式密封齿。4.根据权利要求3所述的组件，进一步包括：布置在径向面向内的凹槽中的所述可磨耗涂层或所述可磨耗材料径向向外地延伸到所述不可旋转部件内，所述面向内的凹槽包括沿着所述不可旋转部件的径向面向内的圆筒形凹槽表面，所述径向面向内的凹槽包括环形前向凹槽侧表面和环形后向凹槽侧表面，所述环形前向凹槽侧表面和环形后向凹槽侧表面从所述凹槽表面径向向内延伸并且轴向地界定所述可磨耗涂层或所述起动器密封接触区。5.根据权利要求4所述的组件，进一步包括环形凹穴，所述环形凹穴从所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层的圆筒形径向外部可磨耗表面径向向外延伸至凹穴底部，并且所述凹穴底部包括沿着所述不可旋转部件环绕所述径向面向内的圆筒形凹槽表面的所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层的可磨耗材料的薄可磨耗材料层。6.根据权利要求5所述的组件，进一步包括从所述环形前向凹槽侧表面轴向向后延伸到所述可磨耗涂层或所述起动器密封接触区内的环形凹穴。7.根据权利要求2所述的组件，进一步包括：轴向滑动地安装在所述不可旋转部件上的环形滑块，所述起动器密封接触区和所述不可旋转表面安装在所述滑块上；回缩构件，其用于使所述环形滑块回缩远离所述可旋转部件且使所述不可旋转表面回缩远离所述可旋转表面；主要齿，所述起动器齿和主要齿为环形迷宫式齿，被设计成且可操作以密封地接合对应可磨耗起动器密封接触区和主要密封接触区，所述主要齿位于所述可旋转部件上以及所述主要密封接触区位于所述滑块上，或者所述主要齿位于所述环形滑块上以及所述主要密封接触区位于所述可旋转部件上；所述回缩构件包括多个沿圆周隔开的弹簧，所述弹簧中的每一个轴向设置在所述滑块与所述不可旋转部件之间。8.根据权利要求7所述的组件，进一步包括：布置在径向面向内的环形凹槽中的所述可磨耗涂层或所述可磨耗材料径向向外延伸到所述不可旋转部件内，所述面向内的环形凹槽包括沿着所述不可旋转部件的径向面向内的圆筒形凹槽表面，所述径向面向内的环形凹槽包括从所述凹槽表面径向向内延伸并且轴向地界定所述可磨耗涂层或所述起动器密封接触区的环形前向凹槽侧表面和环形后向凹槽侧表面。9.根据权利要求8所述的组件，进一步包括环形凹穴，所述环形凹穴从所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层的圆筒形径向外部可磨耗表面径向向外延伸到凹穴底部，并且所述凹穴底部包括沿着所述不可旋转部件环绕所述径向面向内的圆筒形凹槽表面的所述起动器密封接触区或所述可磨耗涂层的可磨耗材料的薄可磨耗材料层。10.根据权利要求9所述的组件，进一步包括从所述环形前向凹槽侧表面轴向向后延伸到所述可磨耗涂层或所述起动器密封接触区内的环形凹穴。

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