CN101684736B - 用于涡轮机械的护罩 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于涡轮机械的护罩，更具体地，本发明涉及一种涡轮机械(2)，该涡轮机械(2)包括限定热气体路径(12)的外壳(4)和附接于该外壳(4)的护罩构件(48)。护罩构件(48)与外壳(4)间隔开以限定间隙。护罩构件包括具有第一钩状构件(90)的第一端(76)以及具有第二钩状构件(95)的第二端(77)，该第一钩状构件(90)设有第一密封表面(92)，该第二钩状构件(95)设有第二密封表面(97)。该第一密封表面(92)和该第二密封表面(97)中的至少一个密封表面包括多个迷宫式密封元件(110-116)，这些多个迷宫式密封元件(110-116)减少通过该间隙进入热气体路径(12)的空气泄漏。

Description

用于涡轮机械的护罩
技术领域
本发明的示例性实施例涉及涡轮机械技术，更具体地，本发明涉及用于涡轮机械的护罩(shroud)。
背景技术
燃气涡轮发动机包括具有多个叶片的容纳涡轮机转子的外壳。热气体从燃烧器穿过涡轮机喷嘴并沿着热气体路径前进，撞击涡轮机叶片来使涡轮机转子旋转。涡轮机包括护罩段，护罩段以环形阵列进行固定以形成与叶片的末端部分相邻的护罩。护罩段对外壳提供保护。此外，护罩段实质上限制气流经过叶片的末端部分而泄漏。
发明内容
根据本发明的一个示例性实施例，涡轮机械包括限定热气体路径的外壳，以及附接于该外壳的护罩构件。护罩构件与外壳间隔开以限定间隙。护罩构件包括具有第一钩状构件的第一端以及具有第二钩状构件的第二端，该第一钩状构件设有第一密封表面，该第二钩状构件设有第二密封表面。该第一密封表面和该第二密封表面中的至少一个密封表面包括多个迷宫式密封元件，这些多个迷宫式密封元件减少通过该间隙进入热气体路径的空气泄漏。
根据本发明的另一示例性的实施例，用于涡轮机械的护罩构件包括具有第一钩状构件的第一端以及具有第二钩状构件的第二端，该第一钩状构件设有第一密封表面，该第二钩状构件设有第二密封表面。该第一密封表面和该第二密封表面中的至少一个密封表面包括多个迷宫式密封元件，这些多个迷宫式密封元件减少通过该间隙进入热气体路径的空气泄漏。
附图说明
图1是包括根据本发明一个示例性实施例的内部护罩构件的涡轮机械的涡轮部分的部分截面视图；
图2是图1的内部护罩构件的侧面正视图；
图3是图1的内部护罩构件的透视图；以及
图4是图3的内部护罩的迷宫式密封部分的详细视图。
部件列表
2 涡轮机械
4 涡轮机外壳
6 燃烧室
8 涡轮机级
10 第一级喷嘴
12 热气体路径(HGP)
14 第二级喷嘴
20 转子盘
24 多个涡轮机叶片
30 基部(24)
32 翼型部(32)
34 第一端部
35 第二端部
45 护罩组件
48 内部护罩构件
50 外部护罩构件
53 主体部分(50)
55 安装元件
60 安装元件
63 钩状元件
64 钩状元件
73 主体部分
76 第一端
77 第二端
79 壁构件
82 第一内部表面
83 第二内部表面
90 第一钩状构件
92 第一密封表面
95 第二钩状构件
97 第二密封表面
99 凸缘
100 密封座
101 片状密封组件
106 迷宫式密封
110-116 多个迷宫式密封元件
117 第一排
120 间隙
121 间隙
124 第二排
130-132 间隙
具体实施方式
参考图1，根据本发明构建的涡轮机械一般地指示为2。涡轮机械2包括容纳燃烧室6和涡轮机级8的涡轮机外壳4。在示出的该示例性实施例中，涡轮机级8为第一级。来自燃烧室6的燃烧气体沿着热气体路径(HGP)12穿过第一级喷嘴10来到第二级喷嘴14。燃烧气体驱动转子盘20，转子盘20又驱动涡轮机轴(未示出)。更具体地，涡轮机级8包括安装于转子盘20上的多个涡轮机叶片，其中一个涡轮机叶片指示为24。每个涡轮机叶片24均包括基部30和具有第一端部34和第二端部35的翼型部32。沿着热气体路径12穿过的燃烧气体撞击在翼型部32上，导致转子盘20旋转。
涡轮机械2还包括具有内部护罩段或者构件48以及外部护罩段或者构件50的护罩组件45。如图2中最好地示出的，外部护罩构件50包括包含第一安装元件55和第二安装元件60的主体部分53。第一安装元件55和第二安装元件60将外部护罩构件50固定于涡轮机械外壳4。外部护罩构件50还被示出为包括用作与内部护罩构件48的接触面的第一钩状元件63和第二钩状元件64。在安装时，内部护罩构件48与限定间隙(未单独标记)的外部护罩构件50间隔开，冷却空气可穿过该间隙进入HGP。
现在将参考图3和图4来描述根据本发明的一个示例性实施例构建的内部护罩构件48。如所示的，内部护罩构件48由镍基超合金形成并包括具有通过壁构件79延伸到第二端77的第一端76的主体部分73。壁构件79包括第一或者内部表面82，以及第二或者外部表面83。内部护罩构件48还被示出为包括具有第一密封表面92的第一钩状构件90以及具有第二密封表面97的第二钩状构件95。第一钩状构件90从第一端76延伸，而第二钩状构件95从第二端77延伸。第一钩状构件90和第二钩状构件95与位于外部护罩构件50上的钩状元件63和64接合以保持内部护罩48。内部护罩构件48还包括具有容纳片状密封组件101的密封座100的凸缘99。片状密封组件101提供内部护罩构件48和外部护罩构件50之间的第一密封，该第一密封防止来自例如压缩机的冷却空气进入热气体路径12。在运行期间，在第一钩状构件90和外壳4之间存在由冷却空气压力产生的轴向负载导致的紧密的径向间隙。因而，典型地不需要第一钩状构件90和外壳4之间的附加密封。
再根据所示的示例性的实施例，内部护罩构件48包括设置在第二密封表面97上的迷宫式密封106。迷宫式密封106包括多个沟槽或者迷宫式密封元件110-116。迷宫式密封元件110-112布置成第一排117，第一排117沿着第二密封表面97纵向地延伸。迷宫式密封元件110-112沿着与穿过预冲击腔(未单独标记)的空气流相切的方向延伸，该预冲击腔在外部护罩构件50和内部护罩构件48之间延伸。按照这种方式，冷却气流穿过冲击板(未单独标记)并流过内部表面82，以便冷却内部护罩构件48。在任何情况下，迷宫式密封元件110-112均是不相邻的，即迷宫式密封元件110-112沿着第二密封表面97彼此间隔开，形成多个间隙120和121。类似地，迷宫式密封元件113-116布置成沿着第二密封表面97纵向地延伸的第二排124，与第一排117平行。通过这种布置，迷宫式密封元件113-116也沿着与穿过外部护罩构件50的空气流相切的方向延伸。迷宫式密封元件113-116沿着第二密封表面97彼此间隔开，形成多个间隙130-132。实际上，迷宫式密封元件110-112和迷宫式密封元件113-116相对于彼此改变位置，使得间隙120和121与间隙130-132不对准。迷宫式密封元件110-112和迷宫式密封元件113-116的非连续性产生了湍流，该湍流实质上限制冷却空气进入热气体路径12。即，迷宫式密封将来自预冲击腔的泄漏减少了差不多10％-18％。
在这一点上应当理解：根据该示例性实施例密封元件的数目可以变化。另外，排的数目可以变化而不脱离本发明的范围。还应当理解：尽管仅示出在第二密封表面上，但是迷宫式密封还可以设置在第一密封表面上。最后，内部护罩构件能够由包括模制和机械加工的各种技术形成。
总之，本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他的示例具有与权利要求的字面语言没有差别的结构元件或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言基本无差别的等同结构元件，那么这些示例意在属于权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种涡轮机械(2)，包括：
限定热气体路径(12)的外壳(4)；
附接于所述外壳(4)的护罩构件(48)，所述护罩构件(48)与所述外壳(4)间隔开以限定间隙，所述护罩构件(48)包括具有第一钩状构件(90)的第一端(76)和包含第二钩状构件(95)的第二端(77)，所述第一钩状构件(90)设有第一密封表面(92)，所述第二钩状构件(95)设有第二密封表面(97)，所述第一密封表面(92)和所述第二密封表面(97)中的至少一个密封表面包括多个迷宫式密封元件(110-116)，该多个迷宫式密封元件(110-116)减少通过该间隙进入热气体路径(12)的空气泄漏；
其中，所述多个迷宫式密封元件包括形成于所述第一密封表面和第二密封表面中的一个中的多个槽，所述多个槽包括第一多个不连续的槽和第二多个不连续的槽，其中所述第二多个不连续的槽与所述第一多个不连续的槽相互偏置开以便形成二者之间面对面的位置改变。
2.根据权利要求1所述的涡轮机械(2)，其特征在于，所述多个槽沿着所述第一密封表面(92)和所述第二密封表面(97)中的一个密封表面纵向地延伸。
3.根据权利要求1所述的涡轮机械(2)，其特征在于，所述多个槽包括布置成第一排(117)的所述第一多个不连续的槽(110-112)以及布置成第二排(124)的所述第二多个不连续的槽(113-116)，所述第一排(117)沿着所述第一密封表面(92)和所述第二密封表面(97)中一个密封表面延伸，所述第二排(124)沿着所述第一密封表面(92)和所述第二密封表面(97)中一个密封表面延伸，所述第一排(117)与所述第二排(124)平行。
4.根据权利要求1所述的涡轮机械(2)，其特征在于，所述护罩构件(48)包括内部护罩段。
5.一种用于涡轮机械(2)的护罩构件(48)，包括：
主体部分，其包括包含第一钩状构件的第一端和包含第二钩状构件的第二端，所述第一钩状构件设有第一密封表面，所述第二钩状构件设有第二密封表面，所述第一密封表面和所述第二密封表面中的至少一个密封表面包括多个迷宫式密封元件，该多个迷宫式密封元件减少进入热气体路径的空气泄漏；其中，所述多个迷宫式密封元件包括形成于所述第一密封表面和第二密封表面中的一个中的多个槽，所述多个槽包括第一多个不连续的槽和第二多个不连续的槽，其中所述第二多个不连续的槽与所述第一多个不连续的槽相互偏置开以便形成二者之间面对面的位置改变。
6.根据权利要求5所述的护罩构件，其特征在于，所述多个槽沿着所述第一密封表面和所述第二密封表面中的一个密封表面纵向地延伸。
7.根据权利要求5所述的护罩构件，其特征在于，所述多个槽包括布置成第一排的所述第一多个不连续的槽和布置成第二排的所述第二多个不连续的槽，所述第一排沿着所述第一密封表面和所述第二密封表面中的一个密封表面延伸，所述第二排沿着所述第一密封表面和所述第二密封表面中的一个密封表面延伸，所述第一排与所述第二排平行。
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