CN101503970A

CN101503970A - 检查口塞装置

Info

Publication number: CN101503970A
Application number: CNA2009100066440A
Authority: CN
Inventors: H·G·小巴拉德
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2029-02-06
Also published as: US20090202340A1; CN101503970B; DE102009003422B4; CH698468A2; CH698468B1; JP5132591B2; JP2009185812A; DE102009003422A1; US8047769B2

Abstract

本发明提供了一种检查口塞装置(100)，用于密封在多腔室燃气涡轮发动机中的三个或多个相对安置的检查口。检查口塞装置(100)的实施例包括盖子(126)和端－端相联的至少两根轴。第一轴(102)包括联接到盖子(126)上的第一端部(102a)以及具有第一密封塞(106)的第二端部(102b)，其中，第一密封塞(106)包括凹部。第二轴(104)包括在该凹部内联接到第一密封塞(106)上的第三端部(104a)以及具有第二密封塞(108)的第四端部(104b)。第一轴(102)和第二轴(104)分别还包括第一偏压机构(114)和第二偏压机构(116)，用于在已安装检查口塞装置(100)时保持在第一密封塞(106)和第二密封塞(108)处的密封。

Description

检查口塞装置

技术领域

[0001]本发明所公开的主题大体涉及在间隔开的壁中的相对孔口的多腔密封，并且更具体地涉及密封燃气涡轮发动机的检查入口。

背景技术

[0002]燃气涡轮发动机在非常高的温度和压力环境下运转。这些发动机通常具有带有间隔开的壁的多个壳体，这些壁具有相对安置的孔口以便***任一类型的检查装置如光学孔径仪、接近探针或激光探针，用于检查或间歇地通向燃气通路构件以及用于监测发动机。在检查完成之后，需要将这些检查口塞上或密封，从而在发动机运转时，防止经由检查口的泄漏。过去，密封表面局限于具有最多三个工作压力的一个或两个密封表面，例如，外部工作压力、中间工作压力和气路工作压力。然而，在新型发动机中，同时密封的表面数目可包括三个或三个以上的密封表面。

[0003]此外，燃气涡轮发动机在不同的壳体中具有不同的温度，这就导致壳体有差异的热增长，从而引起在壳体的间隔开的壁上相对安置的孔口未对准。使孔未对准的另一个因素是由不同腔室内的压力变化、机械负载变化以及温度变化所引起的各个表面相对于彼此的径向、轴向以及周向运动。如果未适当地密封检查口，则在间隔开的壁上的多个孔口未对准就可导致泄漏，这会导致发动机的总效率降低，发动机构件的降级或损坏，并且如果热气体泄漏到发动机外部，则会有可能危害人员安全。

发明内容

[0004]鉴于上述问题，提供了一种检查口塞装置用于密封在燃气涡轮发动机中的多个相对的壁之间的孔口。

[0005]在本发明的一个实施例中，检查口塞装置作为可移除的塞装置，可包括限定第一凹部的盖子。具有相对的第一端部和第二端部的第一轴在其第一端部处容纳在盖子的第一凹部中。第一轴的第二端部包括具有第二凹部的第一密封塞。第一偏压机构联接到第一轴的第一端部上，并且偏压第一轴以在远离第一凹部的径向上向外延伸。具有相对的第三端部和第四端部的第二轴在其第三端部处容纳在第一密封塞的第二凹部中。第二轴的第四端部包括第二密封塞。第二偏压机构联接到第二轴的第三端部上，并且偏压第三轴以在远离第三凹部的径向上向外延伸。

[0006]在本发明的另一个实施例中，涡轮发动机可包括可移除的塞装置，其至少密封在发动机外壁中的第一检查口、在发动机的中间壁中与第一检查口大致相对的第二检查口以及在发动机的最内壁中与第二检查口大致相对的第三检查口，且其中，第二检查口和第三检查口包括锥形的密封表面。该塞装置可包括密封第一检查口的盖子，其中，盖子包括至少在第一轴和第二轴处限定第一凹部的环形卡圈(collar)。具有相对的第一端部和第二端部的第一轴在其第一端部处容纳在盖子的第一凹部中。第二端部包括限定第二凹部的第一密封塞。第一偏压机构联接到第一轴的第一端部上，并且偏压第一轴以从第一凹部向外延伸，使得第一密封塞受偏压而与第二检查口成密封关系。具有相对的第三端部和第四端部的第二轴在其第三端部处容纳在第一密封塞的第二凹部中。第二轴的第四端部包括第二密封塞。第二偏压机构联接到第二轴的第三端部上，并且偏压第二轴以从第二凹部向外延伸，使得第二密封塞受偏压而与第三检查口成密封关系。

附图说明

[0007]根据下列详细说明并结合附图，本发明的上述及其它优点将更为明显，附图中相同的参考标号表示相似的部件，且其中：

[0008]图1示出了根据本发明实施例的处于扩大构造中的检查口塞装置的截面图；

[0009]图2A至图2C示出了根据本发明实施例的检查口塞装置的截面图，该检查口塞装置安装在燃气涡轮发动机中，并经受不同类型的位移，例如可能为围绕燃气涡轮发动机中心线的径向位移、轴向位移以及周向位移；以及

[0010]图3示出了根据本发明实施例的检查口塞装置的一部分的截面图。

零件清单

100-检查口塞 300-检查口塞

102-第一轴 302-最内轴

102a-第一端部 302a-第一端部

102b-第二端部 302b-第二端部

104-第二轴 304-后续轴

104a-第三端部 304a-第三端部

104b-第四端部 306-最内密封塞

106-第一密封塞 308-后续密封塞

108-第二密封塞 310-最内孔口

110-第一颈部 312-后续孔口

112-第二颈部 314-分离块

114-第一偏压机构 316-第一凹部

116-第二偏压机构 320-最内壁

118-第一肩部 322-后续壁

120-第二肩部 324-保持部分

122-第一保持件 326-周向公差

124-第二保持件 328-偏压机构

126-盖子 330-肩部

126a-环形卡圈 332-颈部

128-第一凹部 334-线接触

130-第二凹部 336-面接触

202-外壁 338-下部

204-中间壁 340-最上部

206-最内壁 342-下端

208-第一孔口 344-槽

210-第二孔口 345-渐缩部分

212-第三孔口

214-第一线接触

216-第二线接触

具体实施方式

[0011]附图示出了本发明的实施例，并因此按照本发明的实施例来描述本发明。

[0012]图1示出了具有两根轴向轴即第一轴102和第二轴104的检查口塞100装置的截面图。在本发明的实施例中，检查口塞100为可移除的塞装置。两根轴即第一轴102和第二轴104中的各轴均分别具有轴向相对的端部：第一端部102A和第二端部102B；以及第三端部104A和第四端部104B。检查口塞100包括具有环形卡圈126A的盖子126，以及位于环形卡圈126A内的第一保持件122。盖子126的环形卡圈126A连同第一保持件122一起形成第一凹部128，用以容纳第一轴102的第一端部102A。第一轴的第二端部102B包括第一密封塞106。在本发明的实施例中，第一密封塞106为半球形密封塞。第一密封塞106以第一线接触的形式与由相应的燃气涡轮壁的锥形面所形成的孔口形成密封接合。

[0013]第一密封塞106包括第二保持件124，其中，第一密封塞106和第二保持件124形成第二凹部130，用以容纳第二轴104的第三端部104A。与第一轴102的第二端部102B相似，第二轴104的第四端部104b包括第二密封塞108。在本发明的一个方面，第二密封塞108可为半球形密封塞。第二密封塞108以第二线接触的形式与通过相应的燃气涡轮壁的锥形面所形成的孔口形成密封接合。

[0014]此外，第一肩部118设置在第一轴102的第一端部102A处，用以为在第一凹部128中的第一轴102提供锁定机构。第一肩部118可包括从第一轴102径向延伸并且至少部分地围绕该第一轴102的环形圈。盖子126的第一保持件122通过与第一肩部118锁定的布置来防止第一轴102从第一凹部128中移出。第二轴104的第三端部104A同样地具有第二肩部120，其通过与第一密封塞106的第二保持件124接合来提供锁定机构，用以防止第二轴104从第二凹部130中移出。与第一肩部118相似，第二肩部120可包括从第二轴104径向延伸并且至少部分地围绕该第二轴104的环形圈。在本发明的实施例中，第一肩部118和第二肩部120在其远端处具有弧形表面，以便于第一轴102相对于盖子126的离轴运动或径向运动。尽管间隙能提供运动，但是接触面的形状使得第一轴102在间隙范围内保持与第一保持件122同心。第一轴102容许围绕该接触面的中心旋转。第一轴102的第一端部102A还包括从第一肩部118延伸的第一颈部110。第二轴104的第三端部104A同样地包括第二颈部112，其从第二肩部120伸出以便于第二轴104相对于第一轴102的离轴运动。在本发明的实施例中，第一颈部110和第二颈部112为截头圆锥体的形状，以便于轴102和104分别相对于盖子126以及彼此之间的离轴运动。截头圆锥体形状指的是平截头圆锥体的形状，即朝向轴的端部渐缩。

[0015]第一偏压机构114可联接到第一轴102的第一端部102A的第一肩部118和/或第一颈部110上，用以使第一肩部118沿向外的径向方向远离第一凹部128延伸。第二偏压机构116同样地可联接到第二轴104的第三端部104A的第二肩部120和/或第二颈部112上，用以使第二肩部120沿向外的径向方向远离第二凹部130延伸。在本发明的一个实施例中，第一偏压机构114和第二偏压机构116可包括弹簧、伸缩管、波纹或波形弹簧中的至少一种，或任意其它适合的偏压装置如力位移装置或恒力装置，例如气动活塞。当塞100未安装时，偏压机构114和116工作使第一轴102和第二轴104以一种伸长的同轴方式可伸缩地延伸。此外，第一偏压机构114可具有比第二偏压机构116更大的刚度，用以防止第二偏压机构116影响第一密封塞106及其相应孔口之间的密封。

[0016]在本发明的实施例中，检查口塞100包括成一定排列的多根轴，用以密封形成在具有多于三个间隔开的对置壁的燃气涡轮发动机上的孔口。多根轴中的各轴与第一轴102和第二轴104相似，均具有轴向相对的端部，其中多根轴中的各轴上的一个端部具有密封塞且其另一端部容纳在由上述轴的密封塞所形成的凹部中。用于该多根轴的保持件、肩部以及偏压装置与如图2A所述的第一轴102和第二轴104相类似。

[0017]图2A示出了安装在燃气涡轮发动机内的图1中的检查口塞100的截面。通常，在燃气涡轮发动机中可存在多个相对的平行和不平行的壁以及相应的腔室。诸如光学孔径仪或激光探针的检查装置需要穿过壁之间的孔口，用以在腔室之间延伸。壁例如可以是用于内部压缩机、燃烧室、涡轮壳体、风道等的。一旦检查装置已移除，则需要塞住这些壁之间的检查口，用以防止在发动机运行时从一个腔室至另一个腔室的任何泄漏。

[0018]图2A示出了本发明的实施例，其结合有三个如此间隔开的相对的壁：外壁202；中间壁204；以及最内壁206。图1中的检查口塞100用于同时密封分别由外壁202、中间壁204以及最内壁206所形成的第一孔口208、第二孔口210以及第三孔口212。

[0019]盖子126安装在外壁202上，用以通过任意适合的构件如螺栓连接法兰、O型圈、螺钉等来密封第一孔口208。第一密封塞106与形状为圆锥形的第二孔口210形成第一线接触214。在本发明的实施例中，第一密封塞106为半球形密封塞。形成在第一密封塞106与中间壁204之间的第一线接触214密封第二孔口210。为了形成线密封，第一密封塞106包括具有半球形的凸体，并且第一孔口208包括具有锥形面的凹体。这样，一旦接触时，球形形状便可围绕其中心旋转且仍能保持线接触。第二密封塞108与形状为圆锥形的第三孔口212形成第二线接触216。在本发明的实施例中，第二密封塞108为半球形密封塞。由第二密封塞108和最内壁206所形成的第二线接触216密封第三孔口212。

[0020]参看图2B，相对于发动机的中心线，发动机径向表示为源于发动机中心线的方向，发动机的周向表示为沿着如图2B所示的圆周和发动机轴的方向，且发动机的轴向表示为沿着如图2C所示的发动机中心轴线的方向。通常，检查口塞100在发动机径向上***，但可包括在发动机周向和发动机轴向上的方向分量。基本密封件是位于锥形承窝内的球状体；如先前在图2A中所示，该球状体可分别为第一密封塞106或第二密封塞108，且该锥形承窝可分别为第一孔口210或第二孔口212。如果较大压力处于带有球状体和锥形承窝的较大开口一侧，则在密封件上的压差可有助于提供密封力。相反而言，如果在锥形承窝的较小一侧上的压力较大，则应当施加足够的力到球状体上以保持密封。因此，需要足够的弹簧力和足够的发动机径向行程来维持与壁的径向位移相反的线接触。在壁之间相对的发动机径向位移、轴向或周向位移的情况下，密封利用足够的力来保持。这样的位移可为各壁202、204和206内温度变化(例如，从停止运行时的低温到运行期间的高温)、各腔内的压力变化、或由反作用力矩、剪切力、力偶、管道负载、定子管支承负载或这些负载的任意组合而引起在各壁202、204和206上施加变化的机械负载而造成的结果。

[0021]再次参看图2A，示出了本发明的实施例，其中，中间壁204和最内壁206可受到在图2B和图2C中所述各种负载所引起的在发动机径向上的位移。为了在发生发动机径向位移的情况下保持第一线接触214，第一偏压机构114阻止第一轴102在预定距离内向上移动。该预定距离取决于相对于第二偏压机构116的刚度的第一偏压机构114的刚度。例如，可期望第一偏压机构114的刚度大于第二偏压机构116的刚度，用以适应最内壁206和中间壁204朝向彼此的发动机轴向运动。

[0022]可以适应的在壁202、204和206之间的发动机周向位移和发动机轴向位移的程度是由第一保持件122与第一轴102的第一肩部118的初始位置之间存在的间隙来确定的。在第二保持件124和第二轴104的第二肩部120的初始位置之间存在的间隙同样地确定可在第二孔口210与第三孔口212之间予以适应的相对的未对准。可以适应的发动机轴向运动和周向运动的程度还取决于第一轴102和第二轴104的长度。第一轴102和第二轴104的长度越大，则可以适应的发动机轴向和周向的未对准就越大。

[0023]在本发明的实施例中，如图2A所示的检查口塞100为可移除的塞装置。如果是可移除的塞装置，则第二密封塞108的总直径应小于第二孔口210的最小的壁开口的总直径，并且第一密封塞106的总直径必须小于第一孔口208的最小的壁开口的总直径。这样，可以畅通无阻地***或移除检查口塞100。

[0024]图3示出了检查口塞装置300的一部分的截面图。在燃气涡轮发动机中，可具有多个相对的壁以及相应的腔室。图3示出了本发明的实施例，结合有两个这样相对的壁：最内壁320；以及后续壁322。检查口塞300包括多根轴，在图3中示出了其中的两根轴，即最内轴302和后续轴304。最内轴具有第一端部302a以及第二端部302b。为简化起见，检查口塞300的截面图仅示出了后续轴304的第三端部304a。最内轴302的第一端部302a包括最内密封塞306。最内密封塞306与最内孔口310形成线接触334，该最内孔口310为圆锥形状且由最内壁320形成。在本发明的实施例中，最内密封塞306可为半球形密封塞。由最内密封塞306所形成的线接触334密封最内孔口310。

[0025]后续轴304的第三端部304a同样地包括后续密封塞308。后续密封塞308与后续孔口312形成面接触336，该后续孔口312为球形形状且由后续壁322形成。在本发明的实施例中，由于形成密封塞308的半球形形状，后续密封塞308可具有预期的面接触区域。这种接触构造可承受由后续密封塞308和后续壁322的相对运动所造成的较大磨损。

[0026]此外，由后续轴304的后续密封塞308和分离块314所形成的第一凹部316容纳最内轴302的第二端部302b。最内轴302的第二端部302b在邻近第二端部302b的最上部340的下端342处可以是渐缩形的，这样使得最上部340的半径比最内轴302的下部338的半径大。第二端部302b的最上部340容纳在第一凹部316内，而第一轴302的下部338容纳在分离块314内。分离块314安放在由后续密封塞308的内表面所限定的槽344内。分离块314具有围绕最内轴302的下部338的圆截面。形成为圆柱形部件的分离块314将无法组装到最内轴302上，应当经由其轴向中心线至少切成两半来进行组装。一旦组装到最内轴302上，分离块314就通过保持部分324而保持在第一凹部316的端部内。分离块314允许锁定装置操作，防止最内轴302从第一凹部316中移出。此外，最内轴302的第二端部302b具有肩部330，该肩部330可包括从最内轴302径向延伸并且至少部分地围绕该最内轴302的有角的圈。当最内轴302向外移动时，在第二端部302b的下端342处的渐缩部与分离块314的渐缩部分345相接合。

[0027]在本发明的实施例中，偏压机构328可在最内轴302的第二端部302b的肩部330和/或颈部332处联接到最内轴302上。在本发明的实施例中，偏压机构可包括弹簧、伸缩管、波纹或波形弹簧中的至少一种，或任意其它适合的偏压装置如力位移装置或恒力装置，例如气动活塞。再次参看图3，当检查口塞300组件从发动机上移除并且偏压机构使最内轴302向外完全伸出时，分离块314的渐缩部分345与下端342的渐缩部相接合，并且在分离块314与最内轴302之间由保持部分324所提供的公差也闭合或大致闭合，进而导致除组装该机构所需的周向公差326之外最内轴302和后续轴304相对于中心轴线同心。

[0028]在本发明的另一个实施例中，偏压机构为弹簧，其在安装了检查口塞装置并且发动机未运转时的初始状态下是受压的。最内壁320和后续壁322最初是相对于彼此固定的，并且之后在发动机运行期间相对于彼此移位。这样的位移是各壁内温度变化(例如，从停止运行时的低温到运行期间的高温)、各腔内的压力变化、或由反作用力矩、剪切力、力偶、管道负载、定子管支承负载或这些负载的任意组合而引起的在各壁上施加变化的机械负载而造成的结果。这些位移可导致最内壁320和后续壁322在同向或反向上受到如关于图2B和图2C所述的发动机径向位移。为了保持面接触336，偏压机构328使最内轴302向外移动，用以适应由发动机径向位移所造成的未对准。

[0029]在本发明的另一个实施例中，由于一种或多种上述位移，故图3中的后续壁312和最内壁310可经受发动机径向位移。为了保持面接触336，在发动机径向位移的情况下，偏压机构328阻止最内轴302在预定距离内向上移动。该预定距离可取决于相对于发动机径向位移程度的偏压机构328的刚度。

[0030]在本发明的又一个方面，由所述综合效应而引起的平面外位移可使最内孔口310相对于后续孔口312未对准。这样的发动机轴向位移或径向位移或两种位移的组合可利用偏压机构328结合最内轴302的长度而至少部分地受到调节。

[0031]本书面描述使用了实例来公开本发明，并且还允许本领域的任何技术人员实施本发明，包括制造和使用任何装置或***以及执行任何相结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它实例。这样的其它实例如果不具有不同于权利要求书面语言的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则认为这样的其它实例处于权利要求的范围内。

Claims

1.一种用于密封在发动机上的多个大致相对的检查口的检查口塞装置(100)，包括：

包括第一凹部的盖子(126)；

具有相对的第一端部(102a)和第二端部(102b)的第一轴(102)，其中，所述第一端部(102a)容纳在所述盖子(126)的第一凹部(128)中，且所述第二端部(102b)具有包括第二凹部(130)的第一密封塞(106)；

第一偏压机构(114)，其联接到所述第一轴(102)的第一端部(102a)上，并且偏压所述第一轴(102)以在远离所述第一凹部(128)的径向方向上向外延伸；

具有相对的第三端部(104a)和第四端部(104b)的第二轴(104)，其中，所述第三端部(104a)容纳在所述第一密封塞(106)的第二凹部(130)中，且所述第四端部(104b)具有第二密封塞(108)；以及

第二偏压机构(116)，其联接到所述第二轴(104)的第三端部(104a)上，并且偏压所述第二轴(104)以在远离所述第二凹部(130)的径向方向上向外延伸。

2.根据权利要求1所述的塞装置，其特征在于，所述第二密封塞(108)包括第三凹部，并且所述装置还包括具有相对的第五端部和第六端部的第三轴，其中，所述第五端部容纳在所述第二密封塞(108)的第三凹部中并且所述第六端部具有第三密封塞，以及第三偏压机构，其联接到所述第三轴的第五端部上，并且偏压所述第三轴以在远离所述第三凹部的径向方向上向外延伸。

3.根据权利要求1所述的塞装置，其特征在于，所述第一偏压机构(114)比所述第二偏压机构(116)产生更大的偏压力。

4.根据权利要求1所述的塞装置，其特征在于，所述第一轴(102)的第一端部(102a)包括第一颈部(110)和径向延伸的第一肩部(118)，且其中，所述第一偏压机构(114)在所述第一颈部(110)和所述第一肩部(118)处与所述第一轴(102)相接合。

5.根据权利要求6所述的塞装置，其特征在于，所述第一肩部(118)包括位于其远端的弧形表面。

6.根据权利要求1所述的塞装置，其特征在于，所述第二轴(104)的第三端部(104a)包括第二颈部(112)和径向延伸的第二肩部(120)，且其中，所述第二偏压机构(116)在所述第二颈部(112)和所述第二肩部(120)处与所述第二轴(104)相接合。

7.根据权利要求6所述的塞装置，其特征在于，所述第二轴(104)的第二颈部(112)为截头圆锥体形状，以允许所述第二轴(104)相对于所述第一轴(102)离轴运动。

8.根据权利要求1所述的塞装置，其特征在于，所述第一密封塞(106)和所述第二密封塞(108)为半球形形状。

9.根据权利要求8所述的塞装置，其特征在于，所述第一密封塞(106)比所述第二密封塞(108)具有更大的直径。

10.一种涡轮发动机，包括：

位于所述发动机的外壁(202)中的第一检查口(208)，位于所述发动机的中间壁(204)中与所述第一检查口(208)大致相对的第二检查口(210)，以及位于所述发动机的最内壁(206)中与所述第二检查口(210)大致相对的第三检查口(212)，且其中，所述第二检查口(210)和所述第三检查口(212)包括锥形的密封表面；

可移除的塞装置(100)，其密封所述第一检查口(208)、所述第二检查口(210)以及所述第三检查口(212)，所述塞装置包括：

密封所述第一检查口(208)的盖子(126)，其中，所述盖子(126)包括限定第一凹部(128)的环形卡圈(126)；

第一偏压机构(114)，其联接到所述第一轴(102)的第一端部(102a)上，并且偏压所述第一轴(102)以从所述第一凹部(128)向外延伸，使得所述第一密封塞(106)受偏压而与所述第二检查口(210)成密封关系；

具有相对的第三端部(104a)和第四端部(104b)的第二轴(104)，其中，所述第三端部(104a)容纳在所述第一密封塞(108)的第二凹部(130)中，且所述第四端部(104b)包括第二密封塞(108)，以及

第二偏压机构(116)，其联接到所述第二轴(104)的第三端部(104a)上，并且偏压所述第二轴(104)以从所述第二凹部(130)向外延伸，使得所述第二密封塞(108)受偏压而与所述第三检查口(212)成密封关系。