專(zhuān)利名稱(chēng)：用于測(cè)定刷狀密封件的固有頻率的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
和
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于在壓力下和/或在模擬轉(zhuǎn)子干涉條件下測(cè)定刷狀密封部段的固有頻率的頻率測(cè)試設(shè)備及其方法。
刷狀密封件越來(lái)越多應(yīng)用于更加復(fù)雜的條件下，例如大型蒸汽和氣體渦輪機(jī)以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，以便在靜止部件和旋轉(zhuǎn)部件之間起密封作用。刷狀密封件通常包括多根由陶瓷或金屬材料制成、從一塊或多塊背襯板上伸出而末尾為自由端的刷毛。按常規(guī)，刷狀密封件在待密封的部件之間延伸，例如從靜止部件上伸出而這時(shí)刷毛的自由端通常與旋轉(zhuǎn)部件接合。此外，按照常規(guī)，刷毛的近端置于一對(duì)背襯板之間并且焊接于背襯板上。正如所指出的那樣，背襯板通常固定于靜止部件，例如環(huán)繞著蒸汽渦輪機(jī)中的轉(zhuǎn)子的膜片上。刷毛通常與轉(zhuǎn)子的半徑偏移一定角度并沿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向從背襯板上延伸，以便使得刷毛的自由端與轉(zhuǎn)子接合并與轉(zhuǎn)子形成密封。實(shí)際上，刷毛包括多根沿著旋轉(zhuǎn)部件的表面形成接合的懸臂梁。在靜止部件和旋轉(zhuǎn)部件之間起密封作用的刷狀密封件按常規(guī)還由刷狀密封部段形成。例如，可以設(shè)有六個(gè)弓形的密封部段，每個(gè)部段大約延伸60°并且端對(duì)端地排列以便形成環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)部件的完整的360°密封。
應(yīng)當(dāng)理解，惡劣的流動(dòng)條件帶來(lái)了使刷狀密封件的一個(gè)或多個(gè)固有頻率受到激勵(lì)的危險(xiǎn)。如果一個(gè)刷狀密封件在使用過(guò)程中在共振頻率上受到激勵(lì)，刷毛就可能會(huì)因高周疲勞而在其焊接的近端附近并沿其自由長(zhǎng)度折斷。由于這種現(xiàn)象的存在，通常要在振動(dòng)臺(tái)上對(duì)刷狀密封部段進(jìn)行測(cè)試以便確定密封件的固有頻率，當(dāng)各種頻率被掃過(guò)時(shí)利用頻閃觀測(cè)儀來(lái)測(cè)定刷狀密封部段的固有頻率。然而，由于在密封件中刷毛一個(gè)靠一個(gè)地組裝起來(lái)，因而刷毛彼此之間的摩擦?xí)沟盟蠲芊饧墓逃蓄l率在不同的工作壓力下，也就是密封件的相對(duì)兩側(cè)的區(qū)域之間的壓差下發(fā)生變化。就是說(shuō)，當(dāng)壓力載荷增加時(shí)，彼此接合并組裝在一起的刷毛就會(huì)增大密封剛度，從而改變密封件的固有頻率。
刷狀密封件的固有頻率不僅在不同壓力載荷下發(fā)生變化，而且也隨轉(zhuǎn)子干涉而變化。就是說(shuō)，施加于刷狀密封件與轉(zhuǎn)子之間的力也會(huì)改變密封件的固有頻率。因此，就需要用于在壓力載荷和/或轉(zhuǎn)子干涉條件下測(cè)試刷狀密封部段以便測(cè)定它們的固有頻率的設(shè)備和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，為刷狀密封件預(yù)備的可以加壓至選定的工作壓力水平的壓力容器被安裝于掃過(guò)所感興趣的頻率范圍的振動(dòng)臺(tái)上。刷狀密封部段，優(yōu)選只有小的弓形部段，被安裝于壓力容器中。一個(gè)具有模擬轉(zhuǎn)子的半徑的元件安裝在壓力容器中從而使刷狀密封部段與該元件形成模擬的密封，當(dāng)刷狀密封件處于使用中時(shí)刷毛的遠(yuǎn)端與該元件接合。密封件設(shè)置于壓力容器中以便使得密封件相對(duì)兩側(cè)的區(qū)域處于不同的壓力下。在壓力容器中設(shè)有觀察口，以便使用例如頻閃觀測(cè)儀在振動(dòng)臺(tái)掃過(guò)感興趣的各個(gè)頻率時(shí)測(cè)定刷毛的固有頻率。
利用這種方案，可以確定橫過(guò)密封件的預(yù)定工作壓差下刷狀密封件的固有頻率。另外，通過(guò)調(diào)整朝向或遠(yuǎn)離刷毛遠(yuǎn)端的元件徑向表面，可以改變刷毛與模擬轉(zhuǎn)子之間的干涉水平。因此，可以在不同的壓力和/或刷毛與模擬轉(zhuǎn)子之間的干涉配合的條件下確定刷狀密封部段的固有頻率。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，刷狀密封件的固有頻率測(cè)試設(shè)備包括一個(gè)帶有安裝件的外殼，以及一個(gè)承載于該安裝件上的弓形的刷狀密封部段。刷狀密封部段包括一塊背襯板上載有的多根刷毛，刷毛從該背襯板上自由伸出，而末尾為刷毛遠(yuǎn)端。外殼中的一個(gè)元件具有一用于與刷毛遠(yuǎn)端接合的弓形表面，并且與刷狀密封部段一起在各自處于不同壓力下的密封件相對(duì)兩側(cè)的兩個(gè)區(qū)域之間限定密封。外殼所帶的一個(gè)連接件將外殼聯(lián)接于振動(dòng)器上，該振動(dòng)器使外殼和安裝在其中的刷狀密封部段通過(guò)一頻率范圍振動(dòng)以便確定刷狀密封部段在不同壓力載荷下的固有頻率。另外，刷狀密封部段也可以包括一對(duì)背襯板上載有的多根刷毛，刷毛從該對(duì)背襯板上自由伸出，末尾為刷毛遠(yuǎn)端。另外，刷狀密封部段也可以包括一對(duì)背襯板上載有的多根刷毛，刷毛從該對(duì)背襯板上自由伸出，而末尾為刷毛遠(yuǎn)端。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，公開(kāi)了用于測(cè)定刷狀密封部段的固有頻率的方法，這種刷狀密封部段具有多根安裝于至少一塊背襯板上的刷毛，刷毛從該對(duì)背襯板上自由伸出，并且末尾為刷毛遠(yuǎn)端，這種方法包括如下步驟，將刷狀密封部段放置于壓力容器中并使刷毛遠(yuǎn)端沿著元件接合，以便與其限定位于各自在不同壓力下的密封件相對(duì)兩側(cè)的區(qū)域之間的密封，橫過(guò)密封件提供壓差，以及通過(guò)一頻率范圍振動(dòng)壓力容器以便測(cè)定刷狀密封部段在壓差下的固有頻率。
在本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，公開(kāi)了用于測(cè)定刷狀密封部段的固有頻率的方法，這種刷狀密封部段具有多根安裝于至少一塊背襯板上的刷毛，刷毛從該對(duì)背襯板上自由伸出，并且末尾為刷毛遠(yuǎn)端，這種方法包括如下步驟，將刷狀密封部段放置于一固定件中并使刷毛遠(yuǎn)端沿著一元件接合，以便與其限定一定大小的干涉，以及測(cè)定刷狀密封部段在刷狀密封部段與元件之間存在一定大小的干涉的條件下的固有頻率。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的刷狀密封件的固有頻率測(cè)試設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的部件分解透視圖。
具體實(shí)施例方式
在圖中，所示為一個(gè)壓力容器或外殼10，它具有側(cè)壁12、相對(duì)的端壁14和16、頂壁18和底壁20。各個(gè)壁確定了一個(gè)外殼，可以按照已知的常規(guī)方式對(duì)該外殼加壓。在壓力容器內(nèi)設(shè)置有一個(gè)安裝件，該安裝件優(yōu)選包括一對(duì)位于端壁16上的安裝托架或安裝夾具22。托架22在外殼中夾住刷狀密封部段24，以便進(jìn)行測(cè)試。如圖所示，刷狀密封件24包括一對(duì)背襯板26和28，多根刷毛30位于這對(duì)背襯板26和28之間。刷毛通常位于背襯板之間，并且在其近端附近焊接于背襯板上，而刷毛從背襯板之間自由延伸，末尾為刷毛遠(yuǎn)端32。應(yīng)當(dāng)理解，刷狀密封部段24可以包括一塊背襯板，盡管優(yōu)選兩塊背襯板。
刷狀密封部段24在壁16的內(nèi)表面附近被密封夾具22夾住。一對(duì)端支承件34和36也由端壁16承載，它們密封著部段24的端部。端支承件34末尾缺少刷毛遠(yuǎn)端，以便使得能夠通過(guò)形成于側(cè)壁12中的觀察口38觀察刷毛遠(yuǎn)端。端支承件36具有弓形上表面，基本與刷毛遠(yuǎn)端的半徑一致。應(yīng)當(dāng)理解，刷狀密封部段24形成了另外為環(huán)形的刷狀密封件的一個(gè)弓形部段。外殼還包括一個(gè)通過(guò)端壁16與環(huán)境壓力相通的出口40。
元件42具有半徑，也就是說(shuō)具有一個(gè)模擬轉(zhuǎn)子表面的弓形表面44，該元件沿頂壁18的下側(cè)被支承住。弓形表面與刷毛30的遠(yuǎn)端32相接合。這樣，元件42就伸入外殼中并且其弓形表面44與刷狀密封件的遠(yuǎn)端32接合。利用這種接合方案，在端支承件34和36基本密封好經(jīng)受測(cè)試的部段的情況下，就在通過(guò)刷毛遠(yuǎn)端與表面44的接合而形成的密封的相對(duì)兩側(cè)的區(qū)域之間產(chǎn)生了壓差。利用上述結(jié)構(gòu)方案，使刷狀密封部段24位于外殼中而刷毛遠(yuǎn)端32靠近出口40，從而使得在一側(cè)存在一個(gè)環(huán)境壓力區(qū)域，而靠近在其相對(duì)一側(cè)的壓力容器的剩余部分中存在一個(gè)較高壓力區(qū)域。這樣，通過(guò)對(duì)壓力容器加壓，就可使得刷毛一側(cè)的區(qū)域所處的壓力高于刷毛的相對(duì)另一側(cè)的區(qū)域所處的壓力，后一個(gè)區(qū)域通過(guò)出口40與大氣相通。經(jīng)過(guò)測(cè)試的設(shè)備的不同部分在兩個(gè)區(qū)域之間發(fā)生的泄漏現(xiàn)象既不明顯，也不會(huì)造成不利影響。為了進(jìn)行測(cè)試，只需要橫過(guò)兩個(gè)區(qū)域之間的密封保持預(yù)定壓差即可。
元件42可以相對(duì)于頂板進(jìn)行調(diào)節(jié)以便根據(jù)需要使得弓形表面44可以更大程度或更小程度地與刷毛遠(yuǎn)端32接合；就是說(shuō)，通過(guò)朝向或遠(yuǎn)離經(jīng)受測(cè)試的部段34的刷毛遠(yuǎn)端調(diào)整元件42，可以對(duì)刷狀密封部段和與其形成密封的轉(zhuǎn)子之間的實(shí)際干涉進(jìn)行模擬。例如，可以利用墊片43來(lái)調(diào)整這種干涉。也可以利用其他裝置，例如螺釘調(diào)節(jié)裝置來(lái)使表面44朝向和遠(yuǎn)離刷毛遠(yuǎn)端32移動(dòng)。
可以按照常規(guī)方式利用頻閃觀測(cè)儀來(lái)確定刷毛的固有頻率。另外，頂壁和前壁18和14各自可以包括由透明材料形成的觀察口以便可以在刷毛經(jīng)受測(cè)試時(shí)進(jìn)行觀察。此外，在壓力容器10的各個(gè)壁上可以設(shè)置有不同的連接件50以便可按照不同方位將壓力容器連接于振動(dòng)臺(tái)上。這樣，至少側(cè)壁、下壁和端壁上具有用于將容器10固定于振動(dòng)臺(tái)上的連接件50，因此頻率測(cè)試過(guò)程可以按照三個(gè)主要的正交方向進(jìn)行。
為了利用測(cè)試設(shè)備，壓力容器被安裝于振動(dòng)臺(tái)上。弓形的刷狀密封部段44通過(guò)夾具22夾在容器的后壁16上，并位于端支承件34和36之間。在元件42已固定于頂壁18上的情況下，將頂壁固定于壓力容器上并使元件42的弓形表面44與刷毛的遠(yuǎn)端接合。元件42通過(guò)使用例如不同的墊片，就可以在使用過(guò)程中對(duì)弓形表面44與刷毛遠(yuǎn)端之間的干涉進(jìn)行調(diào)整，以便模擬對(duì)其一個(gè)部段進(jìn)行測(cè)試的刷狀密封件與轉(zhuǎn)子之間的實(shí)際干涉情況。在除了開(kāi)口40以外壓力容器保持封閉的情況下，對(duì)容器進(jìn)行加壓，從而在密封部段34的相對(duì)兩側(cè)的區(qū)域之間提供壓差。隨后，振動(dòng)臺(tái)掃過(guò)感興趣的頻率范圍。當(dāng)振動(dòng)器頻率與密封部段的固有頻率匹配時(shí)，就可以通過(guò)不同的觀察口或通過(guò)由透明材料構(gòu)成的外殼的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁捕捉到刷毛的激勵(lì)情況。利用這種方案，就可以在壓力載荷下測(cè)定刷狀密封件的固有頻率，從而可以測(cè)定刷狀密封件受到預(yù)期壓力載荷作用時(shí)刷狀密封件的固有頻率。
另外，可以測(cè)量在不同徑向干涉情況下密封件的固有頻率。就是說(shuō)，刷狀密封件在與轉(zhuǎn)子接合時(shí)通常帶有特定大小的徑向力，在實(shí)際使用時(shí)該徑向力也會(huì)改變刷狀密封件的固有頻率。通過(guò)調(diào)整元件42以便象實(shí)際的刷狀密封件中那樣向刷毛遠(yuǎn)端施加類(lèi)似的徑向力，可以測(cè)定刷狀密封件在這種徑向載荷下的固有頻率。這一過(guò)程可以在帶有或不帶壓力載荷，即橫過(guò)密封件的壓差的情況下完成。
盡管只對(duì)本發(fā)明的某些優(yōu)選特征進(jìn)行了展示和描述，但對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以進(jìn)行許多改動(dòng)和變化。因此，應(yīng)當(dāng)理解，所附的權(quán)利要求書(shū)意欲覆蓋在本發(fā)明的真實(shí)精神范圍內(nèi)的所有這些改動(dòng)和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于刷狀密封件的固有頻率測(cè)試設(shè)備，其包括一帶有安裝件(22)的外殼(10)；一由所述安裝件(22)載有的弓形刷狀密封部段(24)，所述刷狀密封部段包括至少一塊背襯板(26)上載有的多根刷毛(30)，使刷毛從該背襯板上自由延伸出，并且終止于刷毛遠(yuǎn)端(32)；一位于所述外殼內(nèi)的元件(42)，其具有一用于與刷毛遠(yuǎn)端接合的弓形表面，所述元件與所述刷狀密封部段在分別處于不同壓力下的所述密封件的相對(duì)側(cè)上的兩個(gè)區(qū)域之間限定密封，以便在所述刷狀密封部段上加載壓差；以及一由所述外殼載有的連接件(50)，用于將外殼聯(lián)接于振動(dòng)器上，由此安裝在該振動(dòng)器中的外殼和刷狀密封部段可以振動(dòng)通過(guò)一頻率范圍，以便確定刷狀密封部段在所述壓差載荷下的固有頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，其包括由所述外殼載有的連接件(50)，以便使外殼繞著三根正交地相關(guān)的軸線振動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，其包括通過(guò)所述外殼的多個(gè)觀察口(38、18、14)，以便在所述頻率范圍內(nèi)和在所述壓差下確定刷毛的固有頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述元件可調(diào)整地安裝于所述外殼中，以便調(diào)整所述弓形表面與所述刷毛遠(yuǎn)端之間的干涉，由此可以在所述表面與所述刷毛遠(yuǎn)端之間的不同干涉的情況下確定刷狀密封部段的固有頻率。
5.一種用于刷狀密封件的固有頻率測(cè)試設(shè)備，其包括一帶有安裝件(22)的外殼(10)；一由所述安裝件載有并位于所述外殼內(nèi)的弓形刷狀密封部段(24)，所述刷狀密封部段包括一對(duì)背襯板(26、28)上載有的多根刷毛(30)，使刷毛從背襯板上自由延伸出，并且終止于刷毛遠(yuǎn)端(32)；一位于所述外殼內(nèi)的元件(42)，其具有一用于與刷毛遠(yuǎn)端接合的弓形表面，并且可以定位于所述外殼中，以便調(diào)整所述弓形表面與所述刷毛遠(yuǎn)端之間的干涉；以及一由所述外殼載有的連接件(50)，用于將外殼聯(lián)接于振動(dòng)器上，由此安裝在該振動(dòng)器中的外殼和刷狀密封部段可以振動(dòng)通過(guò)一頻率范圍，以便確定刷狀密封部段在所述表面與所述刷毛遠(yuǎn)端之間的不同干涉情況下的固有頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，其包括由所述外殼載有的連接件(50)，以便使外殼繞著三根正交地相關(guān)的軸線振動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，其包括通過(guò)所述外殼的多個(gè)觀察口(38、18、14)，以便在所述頻率范圍內(nèi)確定刷毛的固有頻率。
8.一種測(cè)定刷狀密封部段的固有頻率的方法，該刷狀密封部段具有多根安裝于至少一塊背襯板(26)上的刷毛(30)，使刷毛從該背襯板上自由延伸出，并且終止于刷毛遠(yuǎn)端(32)，該方法包括如下步驟將刷狀密封部段(24)設(shè)置于壓力容器中，使刷毛遠(yuǎn)端(32)沿著元件(42)接合以便與該元件并且在分別處于不同壓力下的密封件的相對(duì)側(cè)上的區(qū)域之間限定密封，橫過(guò)所述密封件提供壓差；以及使壓力容器振動(dòng)通過(guò)一頻率范圍，以便測(cè)定刷狀密封部段在所述壓差下的固有頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，其包括將橫過(guò)密封件的壓差改變?yōu)榈诙翰?，使壓力容器振?dòng)通過(guò)一頻率范圍，以及測(cè)定刷狀密封部段在所述第二壓差下的固有頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，其包括調(diào)整所述刷毛遠(yuǎn)端(32)與元件(42)之間的干涉，并且測(cè)定密封件在所述壓差和所調(diào)整的干涉下的固有頻率。
11.一種測(cè)定刷狀密封部段(24)的固有頻率的方法，該刷狀密封部段具有多根安裝于至少一塊背襯板上的刷毛(30)，使刷毛從該背襯板上自由延伸出并且終止于刷毛遠(yuǎn)端(32)，該方法包括如下步驟將刷狀密封部段設(shè)置于一固定件中，使刷毛遠(yuǎn)端沿著一元件接合，該元件與該刷毛遠(yuǎn)端限定干涉量；以及在刷狀密封部段與元件之間的所述干涉量的情況下測(cè)定刷狀密封部段的固有頻率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，測(cè)定刷狀密封部段的固有頻率的步驟包括使固定件振動(dòng)通過(guò)一頻率范圍。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，其包括將刷狀密封部段與元件之間的干涉調(diào)整為與所述第一干涉量不同的第二干涉量；并且在刷毛與元件之間的所述第二干涉量的情況下測(cè)定刷狀密封部段的固有頻率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，測(cè)定刷狀密封部段的固有頻率的步驟包括使固定件振動(dòng)通過(guò)一頻率范圍。
全文摘要
刷狀密封部段(24)安裝于壓力容器(10)中并緊靠元件的弓形表面(44)，以便在處于不同壓力下的密封件相對(duì)兩側(cè)的區(qū)域之間提供密封。通過(guò)一頻率范圍振動(dòng)該容器，可以確定壓力載荷下刷狀密封件的固有頻率。另外，通過(guò)調(diào)整弓形表面與刷毛遠(yuǎn)端之間的干涉，同樣可以確定在不同干涉載荷下刷狀密封件的固有頻率。壓力容器具有安裝件(50)，用于將容器連接于振動(dòng)臺(tái)上，以便通過(guò)一頻率范圍振動(dòng)容器。
文檔編號(hào)F16J15/32GK1392935SQ01802955
公開(kāi)日2003年1月22日 申請(qǐng)日期2001年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月29日
發(fā)明者M·F·阿克斯特, M·德米羅格盧, H·R·薩沙, O·S·丁克 申請(qǐng)人:通用電氣公司