專利名稱：透平壓氣機的密封方法和結(jié)構(gòu)以及采用它的激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法和密封結(jié)構(gòu)，用于防止不良物質(zhì)沿壓氣機的驅(qū)動軸移動到壓氣機上的葉輪上，還涉及一種氣體激光設(shè)備，它包括一種用來使激光氣體沿激光設(shè)備的流動通路流動的壓氣機。
從受讓人自己的美國專利No.4，817，111中知道，在一快速軸向流動氣體激光器中采用一透平式壓氣機，用來使激光氣體在一封閉環(huán)中以接近在激光氣體中的聲速的速度經(jīng)過激光管循環(huán)。透平式壓氣機的葉輪可旋轉(zhuǎn)地被支撐在壓氣機驅(qū)動軸上。被潤滑的軸承可旋轉(zhuǎn)地支撐驅(qū)動軸。為避免來自軸承的潤滑劑和大氣對激光氣體的污染，在葉輪和軸承之間的壓氣機驅(qū)動軸周圍設(shè)置一流體密封，以防止?jié)櫥瑒┖痛髿庋仳?qū)動軸移動到葉輪上。
公布在美國專利No.4，817，111上的已知密封結(jié)構(gòu)包括一碳化鎢配合環(huán)，它在軸承和葉輪之間的位置上密封地安裝在驅(qū)動軸上，隨驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動。一對帶有低摩擦滑動表面的，環(huán)形的、間隔放置的、靜止的碳元件分別位于配合環(huán)的兩側(cè)，而且彈簧使其可屈服地偏向配合環(huán)。與靜止的碳元件相鄰的配合環(huán)的每個表面上都有一螺旋槽。槽從靜止元件的徑向外表面的位置向環(huán)和元件的相對的接觸表面之間的位置延伸。
當(dāng)向密封施加密封氣體時，壓氣機驅(qū)動軸與在其上面的配合環(huán)的轉(zhuǎn)動使在環(huán)表面上的螺旋槽抽取環(huán)與使元件和環(huán)移開一點距離的靜止元件之間的密封氣體。密封氣體可以和所使用的激光氣體相同，以略大于大氣壓力的壓力把此種氣體施加到流體密封上去，以便在驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動期間，密封氣體通過配合環(huán)與靜止元件的相對表面間的小間隙以及沿著對朝著葉輪方向移動的潤滑劑和大氣起密封作用的驅(qū)動軸流動。允許流向激光器方向的密封氣體作為補充氣體進(jìn)入激光器。
除了前述的動態(tài)密封之外，例如當(dāng)驅(qū)動軸不轉(zhuǎn)動，如在降低激光器中氣體壓力期間，該已知流體密封也提供一個靜態(tài)密封。通過使配合環(huán)的表面與靜止碳元件的相對表面緊密連觸，而用“0”型圈分別使這些部件與軸和密封架密封而實現(xiàn)靜態(tài)密封。這些即在壓氣機驅(qū)動軸的動態(tài)又在其靜態(tài)條件下密封的已知流體密封相對地費線，并且在例如不純的氣體和流體和顆粒的一定條件下會產(chǎn)生穩(wěn)定性問題。這樣就需要一個用以避免不良物質(zhì)沿壓氣機驅(qū)動軸移動到壓氣機葉輪上的改善的密封結(jié)構(gòu)和方法，它們可克服先前技術(shù)的不足。
本發(fā)明的一個目的是為壓氣機提供一個改善了的密封方法和結(jié)構(gòu)，用來防止不良物質(zhì)沿其所在的驅(qū)動軸移動到壓氣機的葉輪上去，并且提供一使用該壓氣機的激光器，其中密封結(jié)構(gòu)和方法與已知方法的密封結(jié)構(gòu)相比更可靠，價格更低。
本發(fā)明的壓氣機達(dá)到這個和其它目的，它包括一圍繞壓氣機驅(qū)動軸的密封結(jié)構(gòu)，用于在壓氣機工作期間驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動時，還在壓氣機和激光器運行之前的降壓期間內(nèi)，當(dāng)驅(qū)動軸靜止時防止不良物質(zhì)沿驅(qū)動軸移動到葉輪上。密封結(jié)構(gòu)包括第一密封，用于至少在軸旋轉(zhuǎn)期間圍繞驅(qū)動軸密封，以及第二密封，包括一最好取彈性囊形式的柔性密封元件，選擇性地移動該元件，使其與驅(qū)動軸接觸或脫離接觸，用于在降低激光器壓力期間，當(dāng)驅(qū)動軸靜止時，密封驅(qū)動軸，從而防止不良物質(zhì)沿驅(qū)動軸的運動。
根據(jù)本發(fā)明的公開的最佳實施例，第二密封與第一密封之間留有一定間隔，并獨立于第一密封。提供裝置用來向柔性密封元件施加增壓流體以使其移動，與驅(qū)動軸接觸。具體地說，向囊施加增壓氣體，使彈性囊彈性地膨脹，與驅(qū)動軸接觸。第二密封還最好包括用于向柔性密封元件施加真空的裝置，以在驅(qū)動軸開始轉(zhuǎn)動時，保證其與驅(qū)動軸脫離接觸。
做為這種結(jié)構(gòu)的一個結(jié)果，在對激光器抽氣期間，當(dāng)壓氣機驅(qū)動軸不轉(zhuǎn)動時，第一密封不需要在靜態(tài)條件下形成真空密封和氦密式密封。反之，第一密封可以包括隔開的環(huán)密封、迷宮式密封或其它類型的有漏密封，在把激光器中的氣體壓力降到所需要的低真空水平期間，當(dāng)軸靜止時，第二密封對軸形成可靠的氣密性密封。在使用中，在使激光器中的壓力降到所需的真空壓力之后，壓氣機驅(qū)動軸開始旋轉(zhuǎn)，第一密封繞驅(qū)動軸形成可靠的密封，防止不良物質(zhì)移動到葉輪上并污染激光氣體。
根據(jù)本發(fā)明最佳實施例的第一密封是一真空壓力密封，在該密封中可繞驅(qū)動軸保持真空壓力，用于密封，以防止?jié)櫥瑒?、大氣和其它雜質(zhì)侵入葉輪和被其壓縮的激光氣體中去。壓氣機/氣體激光設(shè)備還包括一真空壓力源以及一個使真空壓力源與第一密封連接起來的流體通道。
當(dāng)?shù)诙芊獾哪遗蛎洉r，在降壓和抽空激光腔期間，最好對第一密封施加真空壓力。在使用最好是隔開的環(huán)密封件的有漏的第一密封的情況下，向第一密封施加的真空抽空第一密封，并且由于在隔開的環(huán)下面向密封內(nèi)泄漏的結(jié)果，幫助抽空激光腔。
繼續(xù)抽空激光腔，直至得到所需要的腔真空壓力為止。然后，透平壓氣機啟動，同時囊排氣收縮。然后向激光腔充以激光氣體，直到得到一小于大氣壓力但大于第一密封中的真空壓力的氣體壓力為止。以比激光腔內(nèi)部壓力低的壓力繼續(xù)向第一密封施加真空。
激光器壓力降低之后囊的膨脹使在囊和隔開的環(huán)之間的在隔開的環(huán)形密封件的壓氣機電動機一側(cè)的壓力增加到大氣壓力。然后，大氣在第一密封的一個隔開的環(huán)下流動，并進(jìn)入保持真空壓力的密封。即，漏進(jìn)第一密封的大氣和其它雜質(zhì)被在第一密封中保持真空壓力的真空泵抽去。與前述美國專利No.4，817，111中的已知密封結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的氣體激光設(shè)備、壓氣機、以及防止不良物質(zhì)移動到氣體激光設(shè)備中的壓氣機葉輪上去的方法改善了軸密封的性能，并且減少了用于密封的氣體量。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，第一密封包括一流體密封，其中以高于大氣壓力的壓力引入密封氣體，以防止不良物質(zhì)沿驅(qū)動軸移動到葉輪和激光氣體中。
當(dāng)把下面的說明與只為示意性的目的示出的本發(fā)明的兩個實施例的附圖聯(lián)系起來時，從這些說明中，本發(fā)明的這些和其它目的、特點和優(yōu)點是可以變得更清楚。


圖1是本發(fā)明第一個實施例的氣體激光設(shè)備的原理圖;
圖2是圖1中激光設(shè)備的兩級兩側(cè)進(jìn)氣回?zé)崾酵钙綁簹鈾C的局部剖示示意圖，示意性地示出在葉輪與支持驅(qū)動軸的軸承之間圍繞壓氣機驅(qū)動軸的密封結(jié)構(gòu);
圖3是一個放大的局部剖面圖，該圖沿壓氣機驅(qū)動軸的縱向中心軸線CL取下，表示圍繞著壓氣機驅(qū)動軸的密封結(jié)構(gòu);
圖4是貫穿壓縮機軸密封結(jié)構(gòu)的囊密封的橫截面圖，該圖沿著圖3中的線Ⅳ-Ⅳ得到;以及圖5是與圖3類似的本發(fā)明第二個實施例的密封結(jié)構(gòu)圖。
現(xiàn)在參照附圖，在圖1中示意性示出的本發(fā)明的氣體激光器1包括一個激光管或其它結(jié)構(gòu)2，為激光氣體的快速軸向流動限定一個流動通路，至少兩個電極3和4，被安排用于電激發(fā)在設(shè)備中流動的氣體以使氣體在激光管中產(chǎn)生激光，以及一個使氣體流過激光管的透平式壓氣機5。
壓氣機5最好是一個在受讓人的美國專利No.4，817，111中所公開的類型的回?zé)崾酵钙綁簹鈾C，該壓氣機被改進(jìn)，以包括本發(fā)明改善了的密封結(jié)構(gòu)18，用于沿壓氣機的驅(qū)動軸密封。該密封結(jié)構(gòu)18被用來代替公開在美國專利No.4，187，111上的先前技術(shù)的用于壓氣機驅(qū)動軸的流體密封。
用在激光設(shè)備1中的激光氣體可以是任何合適的激光氣體。在公開的實施例中，它是約有80%的氦、20%的氮，以及含有少量二氧化碳?xì)獾幕旌蠚怏w。激光管2和壓氣機5成為設(shè)備的主封閉環(huán)6的一部分，以使激光氣體通過氣體激光管和壓氣機循環(huán)。在主封閉環(huán)6內(nèi)透平壓氣機的兩側(cè)還分別設(shè)置熱交換器7和8，以冷卻循環(huán)氣體。
以與封閉環(huán)6保持流體連通的方式設(shè)置真空泵9，用于在壓氣機和激光器的運行準(zhǔn)備中降低封閉環(huán)6中的氣體壓力，并保持在氣體激光器的運行期間所需要的如在50至200乇范圍內(nèi)的壓力的必要的低壓。還按與封閉環(huán)6有選擇的連通方式設(shè)置混合氣體腔10，用以提供和更換環(huán)6中的激光氣體。
在圖2中示意性示出的透平式壓氣機5是一個兩級回?zé)崾綁簹鈾C，其中壓氣機的第一和第二級分別位于單葉輪10的兩側(cè)。來自熱交換器7的氣體通過入口11進(jìn)入葉輪一側(cè)的環(huán)形通道，以便被位于葉輪10一側(cè)的葉片12壓縮。然后被壓縮的氣體經(jīng)過流道13到第二級，在那里，當(dāng)它流進(jìn)在葉輪的第二個、相對一側(cè)上的環(huán)形通道時被葉輪的葉片進(jìn)一步壓縮，此后，它流過出口14，以使取道熱交換器8，經(jīng)過激光管2進(jìn)行循環(huán)。
安裝葉輪10，以便在壓氣機驅(qū)動軸16的對應(yīng)加工成形的端部15上轉(zhuǎn)動。軸承將驅(qū)動軸16可旋轉(zhuǎn)地支撐在壓氣機內(nèi)，17為其中之一。在電動機經(jīng)由驅(qū)動連結(jié)裝置帶動的壓氣機和激光的運行期間，驅(qū)動軸以高速旋轉(zhuǎn)。電動機和驅(qū)動連結(jié)裝置沒有被示出，但可按美國專利No.4，817，111所示的那樣配置它們。
即在壓氣機驅(qū)動軸為靜止時的抽氣期間，也在軸隨著壓氣機和激光器的運行而轉(zhuǎn)動期間，為避免由諸如大氣以及軸承潤滑劑等不良物質(zhì)沿驅(qū)動軸向葉輪的移動對激光氣體造成的污染，根據(jù)本發(fā)明這樣定位密封結(jié)構(gòu)18，以便在圖2中示意性示出的軸承17與葉輪10中間的軸上的位置上完全圍繞軸16。從詳圖3、4看出，密封結(jié)構(gòu)18包括第一密封19，用于至少在軸的動態(tài)條件下在驅(qū)動軸的周圍密封。密封19取真空壓力密封的形式，在其中保持真空壓力，以便從密封中抽去漏進(jìn)密封中的氣體，這樣，就可避免大氣、潤滑劑或其它不純凈物質(zhì)進(jìn)入葉輪。在激光腔體降壓期間以及在下面將要討論的壓力機和激光器運行期間，在第一密封內(nèi)最好保持真空壓力。
密封結(jié)構(gòu)18還包括第二密封20，用于在激光器降壓期間，在軸的靜態(tài)條件下圍繞驅(qū)動軸密封。沿驅(qū)動軸16軸向地旋轉(zhuǎn)密封20，并使其在軸承17的方向上與第一密封19留有一定間隔。第二密封20包括一個取彈性囊形式的柔性密封元件21，在其放松的條件下，在軸外，徑向有間隙地設(shè)置該元件，以便它不干涉軸的轉(zhuǎn)動。囊完全包圍軸。它可以被選擇性地移動以與壓氣機驅(qū)動軸16密封接觸或脫離密封接觸。當(dāng)囊接觸靜態(tài)的軸時，它對軸形成氣密的密封，以防止不良物質(zhì)沿驅(qū)動軸的移動。最好在降低激光器中的氣體壓力期間形成密封。
通過氣體通道22和閥23，向彈性囊21的徑向外側(cè)施加增壓的囊密封氣體，以使囊膨脹而使其移動與驅(qū)動軸16密封接觸。囊密封氣體的壓力為例如20～25磅/平方英尺(1.4～1.75千克/平方公分)。閥23還允許囊和通道22與增壓密封氣體斷開，并使它們與孔24相連，以排放增壓密封氣體，從而通過膨脹的囊的彈性收縮使彈性囊移動，與驅(qū)動軸脫離密封接觸。還可調(diào)節(jié)閥23，將氣體通道22和囊連接到由真空泵9造成的真空上去，以降低囊內(nèi)部的壓力，從而輔助囊從與驅(qū)動軸的密封接觸狀態(tài)縮回。囊密封氣體可以是與激光氣體一樣的氣體，只不過兩種氣體的壓力不同。
通過打開位于第一密封和真空泵9之間的氣體通道50中的閥25，在第一密封中建立和保持真空。在下面將討論的激光器運行期間，在第一密封19中保持的真空壓力最好低于激光器中的氣體壓力。
在公開的最佳實施例中，第二密封20的環(huán)狀，U型囊21的彈性材料是橡膠。具體地說，囊是由硬度為60丟洛(Duro)的氟橡膠制造。在如圖3所示的其放松的、非膨脹狀態(tài)，從壓氣機驅(qū)動軸16的外圍表面向外有間隙地放置囊的徑向內(nèi)表面27，驅(qū)動軸16的外周表面是由一個與軸16壓配的淬火襯套28構(gòu)成的。
在沿軸的軸線CL上，囊的寬度W1為1/2英寸(12.7毫米)。當(dāng)經(jīng)由氣體通道22，環(huán)形腔50以及閥23，通過向囊的外表面29施加增壓的囊密封氣體而使囊膨脹時，囊的橡膠彈性地膨脹，以致其徑向內(nèi)表面27在沿軸的軸線CL的1/4英寸(6.35毫米)長度上，完全圍繞軸的圓周，與驅(qū)動軸16的襯套28密封接觸，以防止諸如大氣和潤滑劑等不良物質(zhì)沿驅(qū)動軸的運動。
最好在用真空泵9抽氣降低在激光器的主封閉環(huán)6中的氣體壓力過程中，壓氣機軸不轉(zhuǎn)動的時候造成囊密封。在公開的實施例中，囊21的橡膠厚度為1/16英寸(1.59毫米)。如果需要，在軸不工作的任何時候，軸都可以被密封20密封。
U形囊21的腿被支撐在密封結(jié)構(gòu)的環(huán)狀囊保持架30上。囊保持環(huán)32和多個螺紋緊固件33依次將保持架30夾持在主密封環(huán)31上，其中螺紋緊固件33通過在保持環(huán)32、囊、以及囊保持架上互相對準(zhǔn)的孔伸進(jìn)主密封環(huán)31的螺紋孔中，以密封地夾緊U形囊的腿，從而使得當(dāng)在囊的外表面29上施加增壓囊密封氣體時，有可能保持這些氣體。在上面談到的示出的實施例中，為使囊的徑向內(nèi)表面27與軸接觸的限定在囊保持環(huán)32和主保持環(huán)31之間的環(huán)狀開口的寬度是1/4英寸(6.35毫米)。
在為開始運行激光器的準(zhǔn)備中，開動真空泵9，降低激光器中的氣體壓力。這時，通過操縱閥23向囊施加囊密封氣體，以便如上面討論的那樣，使囊膨脹，與驅(qū)動軸密封接觸。在如下所述的降壓期間，在第一密封19中也保持真空壓力。在激光腔中達(dá)到示意性地小于8乇的所需要的低壓后，透平壓氣機5啟動。在壓氣機軸開始轉(zhuǎn)動時，通過操縱閥23，排出作用囊21上的增壓氣體，使囊收縮。這些操作可以手動地完成，或通過諸如一個適當(dāng)編程的微處理器的電控制器自動地完成。
圖示的實施例中的第一密封19包括兩個隔開的環(huán)密封件41，它們被設(shè)計得在密封件和驅(qū)動軸外表面之間具有問隙。在軸轉(zhuǎn)動和靜止的時候此間隙都存在，并且它允許氣體從兩個方向沿驅(qū)動軸進(jìn)入密封，其方向取決于在抽氣和運動激光器的期間保持在密封中的真空的位置。在圖示的實施例中的密封19中，在軸和每個環(huán)形密封件41之間使用0.01英寸(0.254毫米)的間隙。
第一密封19還包括一個鋁制的環(huán)狀金屬隔板34，借助于被主密封環(huán)31中的孔容納并伸進(jìn)隔板34中的開口36的多個定位銷35，使其圍繞驅(qū)動軸16，靜止地固定在主密封環(huán)31上。借助于把蓋板和主密封環(huán)連接起來的螺紋緊固件38，蓋板37沿軸向?qū)⒔饘俑舭?4壓在緊靠主密封環(huán)31的位置上。金屬隔板34有多個徑向沿伸的通孔39，以通過帶有閥25的氣體通道26，從真空泵9向密封傳遞真空壓力。即，通過在密封和真空泵之間的由通孔39形成的流體通道，與通孔39連通的環(huán)狀腔40，通過多個在主封閉環(huán)內(nèi)加工成的進(jìn)氣通道26，以及在泵和腔40之間其中帶有閥25的流體通道50，真空泵9將密封19抽空。
與驅(qū)動軸外表面相鄰的隔板34的徑向內(nèi)端也被定位，使其在驅(qū)動軸的上面具有間隙。隔板位于在分別隔開的環(huán)形密封件41、41之間的密封件的中央，以使由于真空泵9通過通孔39連續(xù)抽氣而形成的真空能被保持。
位于環(huán)狀金屬隔板34兩邊的隔開的環(huán)狀密封件41，其每一個都由兩片碳石墨材料制成，它們共同圍繞驅(qū)動軸，同時具有前面所述的小間隙。由鉻鎳鐵合金600(Inconel600)制成的拉伸彈簧42繞在每個石墨環(huán)上。通過在密封環(huán)和相鄰的蓋板37之間以及其與主密封環(huán)31之間延伸的定位銷43，使石墨環(huán)不隨驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動。主密封環(huán)31、蓋板37、第二密封20的囊保持架30和囊保持環(huán)32，其每一件最好由鋁制成。密封20的這些和其它部件的組件由未示出的螺紋緊固件安裝在透平機架44上，該螺紋緊固件通過主密封環(huán)上的孔45延伸至透平機架44的螺紋孔內(nèi)。
當(dāng)?shù)诙芊獾哪遗蛎洉r，在激光腔的降壓和抽空期間，最好向第一密封施以真空壓力。由于使用最好為隔開的環(huán)形密封件的有漏的第一密封，向第一密封施加的真空抽去第一密封中的氣體，并且由于來自激光器的氣體從隔開的環(huán)的下面漏到密封中去，向第一密封施加的真空還幫助抽空激光腔。
連續(xù)抽空激光腔，直到達(dá)到所要的腔真空壓力為止。然后，透平壓氣機啟動，并且與此同時，囊放氣。然后向激光腔充以激光氣體，直至獲得小于大氣壓力但高于第一密封內(nèi)的真空壓力的氣壓為止。在激光器運行期間，以比激光腔內(nèi)的壓力較低的壓力連續(xù)向第一密封施以真空。盡管在這個公開的實施例中使用共同的真空泵將激光器和密封抽空，然而也可以使用分離的真空源。激光器抽氣之后囊的收縮使囊與隔開的環(huán)之間的在隔開的環(huán)形密封件的壓氣機電動機一側(cè)的壓力增加到大氣壓力。然后大氣在第一密封的一個隔開的環(huán)下面流動，并進(jìn)入密封，在這里大氣被抽掉，以避免它向前流到葉輪中并污染激光氣體。與前述的美國專利No.4，817，111的已知密封結(jié)構(gòu)相比，在根據(jù)本發(fā)明的氣體激光設(shè)備中，氣體激光設(shè)備、壓氣機以及防止不良物質(zhì)進(jìn)入壓氣機葉輪的方法改善了軸密封的性能，并減少了密封所使用的氣體量。
舉例來說，當(dāng)在降壓期間激光腔被抽到8乇的真空壓力時，透平壓氣機啟動，同時囊密封排氣。在激光器運行期間，通過對隔開的環(huán)形密封件連續(xù)抽氣，使隔開的環(huán)形密封件上的真空壓力保持在8乇水平。在囊與隔開的環(huán)之間的隔開的環(huán)形密封件的電動機一側(cè)，當(dāng)囊排氣時，壓力增加到大氣壓力。然后大氣在第一個隔開的環(huán)下面流動，并進(jìn)入密封的中央，此處的壓力為8乇，大氣從此處被抽出并通過真空泵排出。同時，在軸開始轉(zhuǎn)動時，開始向激光腔充激光混合氣體，直至得到85乇的壓力為止?，F(xiàn)在，由于激光腔運行在比在環(huán)狀金屬隔板34下面的隔開的環(huán)形密封件的中央的8乇壓力更大的壓力下，少量的激光混合氣體流經(jīng)隔開的環(huán)，并與大氣雜質(zhì)一起被抽去。
圖5表示本發(fā)明的第二個實施例。除去不使用如第一密封19那樣的真空壓力密封，而且通過流體管道50使第一密封與諸如高于大氣壓力1磅/平方英寸(0.070公斤/平方公分)壓力的激光氣體那樣的增壓氣體源相連，以在驅(qū)動軸周圍提供一個正的流體壓力之外，本發(fā)明與第一個實施例相同。由于第一密封的隔開的環(huán)不繞驅(qū)動軸緊密地密封，密封氣體會沿驅(qū)動軸移動并進(jìn)入激光器。所以，必須選擇與激光氣體一樣的或與之相兼容的增壓密封氣體。這樣，第一密封不僅做為一種阻止不良物質(zhì)向葉輪以及激光氣體運動的密封裝置，而且在激光器的運行中，也做為一種補充激光氣體的裝置起作用。在真空泵降壓以及抽激光腔真空的過程中，為使所需要的降壓的時間減到最小，最好不向第一密封供應(yīng)增壓密封氣體。但是，在囊排氣的同時或在此之前向第一密封施加增壓氣體，以防止在壓氣機開始動作的時候雜質(zhì)沿驅(qū)動軸侵入。
盡管我們已示出和說明了本發(fā)明的一種實施例，可以理解，本發(fā)明不受該實施例的限制，但允許有多種為熟悉這項技術(shù)的那些人所知道的改變和修正。
因此，我們不想被限制在這里所示出和說明的細(xì)節(jié)之內(nèi)，而是要涵蓋被所附的權(quán)利要求范圍所覆蓋的所有這些變化和修正。
權(quán)利要求
1.一種氣體激光設(shè)備，它包括限定激光氣體流動通路的裝置，用于激發(fā)在所述設(shè)備中沿所述流動通路流動的氣體以使所述氣體產(chǎn)生激光的裝置，以及一個用于使氣體沿所述氣路流動的壓氣機，所述壓氣機包括可繞一個軸線轉(zhuǎn)動的一個驅(qū)動軸，一個安裝在所述驅(qū)動軸上隨軸轉(zhuǎn)動的葉輪，所述葉輪在其上有多個葉片，用來壓縮氣體以使其沿所述流動通路流動，以及一圍繞所述驅(qū)動軸的一密封結(jié)構(gòu)，當(dāng)激光器正在運行，驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動期間，以及在激光器運行前由于在降低激光器中的壓力期間驅(qū)動軸為靜止時，該結(jié)構(gòu)用于防止不良物質(zhì)沿所述驅(qū)動軸移動到所述葉輪上，所述密封結(jié)構(gòu)包括一個第一密封，用于至少在軸的轉(zhuǎn)動期間繞驅(qū)動軸密封，以及一個第二密封，包括一柔性密封元件，可使其選擇性地移動，與驅(qū)動軸接觸和脫離接觸，用以在驅(qū)動軸靜止時密封驅(qū)動軸，以防止不良物質(zhì)沿驅(qū)動軸移動，其中所述第一密封是一真空壓力密封，在其中，圍繞著所述驅(qū)動軸可以保持真空，用以防止不良物質(zhì)沿所述驅(qū)動軸移動到所述葉輪上，所述設(shè)備還包括一真空壓力源以及一使所述真空壓力源與所述第一密封連接起來的流體通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體激光設(shè)備，其中所述第二密封包括向所述流體柔性密封元件施加增壓流體以使其移動，與所述驅(qū)動軸密封接觸的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氣體激光設(shè)備，其中所述柔性密封元件取一彈性囊的形式，在向所述囊施加增壓流體的過程中，該囊彈性地膨脹，與驅(qū)動軸密封接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體激光設(shè)備，還包括一軸承，它支持所述驅(qū)動軸在沿所述驅(qū)動軸、距所述葉輪留有一定間隔的位置上轉(zhuǎn)動，所述密封結(jié)構(gòu)沿在所述軸承和所述葉輪中間的所述驅(qū)動軸上定位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種氣體激光設(shè)備，其中所述第二密封沿在所述軸承和所述第一密封之間的所述驅(qū)動軸上定位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體激光設(shè)備，其中所述真空低于在所述氣體激光設(shè)備中的激光氣體工作壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體激光設(shè)備，其中所述第二密封包括對所述柔性密封元件施加真空以在所述驅(qū)動軸開始轉(zhuǎn)動時移動它使其與所述驅(qū)動軸脫離接觸的裝置。
8.一種壓氣機，包括一可繞軸線轉(zhuǎn)動的驅(qū)動軸，一個安裝在所述驅(qū)動軸上與軸一起轉(zhuǎn)動的葉輪，所述葉輪在其上有用于壓縮氣體的多個葉片，以及一個圍繞所述軸的密封機構(gòu)，以在驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動期間和當(dāng)驅(qū)動軸靜止時防止不良物質(zhì)沿所述驅(qū)動軸移動到所述葉輪上，所述密封結(jié)構(gòu)包括第一密封，用于在軸轉(zhuǎn)動期間防止不良物質(zhì)沿所述軸移動到所述葉輪上，以及第二密封，它包括一個柔性密封元件，可使其選擇性地移動進(jìn)入或脫離與驅(qū)動軸的接觸，用來在驅(qū)動軸靜止時密封驅(qū)動軸，以防止不良物質(zhì)沿所述驅(qū)動軸移動到所述葉輪上，其中所述第一密封是一真空壓力密封，在其中，圍繞著所述驅(qū)動軸可以保持真空，用來防止不良物質(zhì)沿所述驅(qū)動軸移動到所述葉輪上，所述設(shè)備還包括一真空壓力源以及一使所述真空壓力源與所述第一密封連接起來的流體通道。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種壓氣機，其中所述第二密封包括向所述柔性密封元件施加增壓流體以使其移動，與所述驅(qū)動軸密封接觸的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種壓氣機，其中所述柔性密封元件取一彈性囊的形式，在向所述囊施加增壓流體的過程中，該囊彈性地膨脹，與驅(qū)動軸密封接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種壓氣機，還包括一軸承，它支持所述驅(qū)動軸在沿所述驅(qū)動軸、距所述葉輪留有一定間隔的位置上轉(zhuǎn)動，所述密封結(jié)構(gòu)沿在所述軸承和所述葉輪中間的所述驅(qū)動軸上定位。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種壓氣機，其中所述第二密封沿在所述軸承和所述第一密封之間的所述驅(qū)動軸上定位。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種壓氣機，其中所述第二密封包括對所述柔性密封元件施加真空以在所述驅(qū)動軸開始轉(zhuǎn)動時移動所述密封元件，使其與所述驅(qū)動軸脫離接觸的裝置。
14.用于防止不良物質(zhì)沿壓氣機驅(qū)動軸移動到氣體激光設(shè)備中的壓氣機葉輪上的一種方法，其中所述葉輪上有多個葉片，用于壓縮激光氣體，使其沿氣體激光裝置的流動通路流動，所述方法包括在驅(qū)動軸靜止時，向一圍繞驅(qū)動軸的柔性密封元件施加流體壓力，以移動柔性密封元件，使其與驅(qū)動軸密封接觸，在所述流動通路中將氣體壓力降到所需要的真空壓力，所述與驅(qū)動軸密封接觸的柔性密封元件在所述降壓期間防止不良物質(zhì)沿所述驅(qū)動軸運動，以及移動柔性密封元件，使其與驅(qū)動軸脫離密封接觸，從而運行壓力機和激光器，并且其中所述方法包括至少在驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動期間向圍繞驅(qū)動軸的密封提供真空壓力，用以防止不良物質(zhì)沿所述驅(qū)動軸移動到所述葉輪上去。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述柔性密封元件取彈性物質(zhì)制成的囊的形式，施加的所述流體壓力使囊彈性地膨脹，與驅(qū)動軸密封接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述移動柔性密封元件使其與驅(qū)動軸脫離接觸的步驟包括向所述柔性元件施加真空壓力。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述真空壓力密封位于柔性密封元件和葉輪之間，并且在降低壓力期間也被用于幫助使所述流動通路中的壓力降到所需要的真空壓力。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在所述真空壓力密封中保持一真空壓力，該壓力低于所述激光器中的工作氣體壓力。
全文摘要
用于氣體激光設(shè)備中使氣體沿激光器的流動通路流動的一種透平式壓氣機，包括一圍繞驅(qū)動軸的密封結(jié)構(gòu)，用于防止不良物質(zhì)沿驅(qū)動軸移動到壓氣機葉輪上。密封結(jié)構(gòu)包括一第一密封，用于在軸轉(zhuǎn)動期間繞軸密封，以及第二密封，包括一彈性囊，該囊膨脹和收縮，以與驅(qū)動軸接觸或脫離接觸，一方面當(dāng)驅(qū)動軸靜止時，用于密封軸，另一方面，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時用于使囊從軸退回。
文檔編號F01D11/04GK1102911SQ9410715
公開日1995年5月24日 申請日期1994年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月4日
發(fā)明者C·J·尼爾森, W·Q·威爾遜, K·M·圖里奧 申請人:Prc公司