CN101787903A - 涡轮叶片天使翼压缩密封 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种用于涡轮叶片(100)的天使翼密封(105)。天使翼密封(105)可包括具有正弦形状的外边缘(120)的第一翼(110)以及位于其上的多个翼齿(130)。

Description

涡轮叶片天使翼压缩密封
技术领域
本申请大致涉及燃气涡轮发动机，以及更具体地说涉及一种具有带有正弦形状的天使翼压缩密封(angel wing compression seal)的涡轮叶片。
背景技术
降低通过轮空间的次级冷却空气泄漏可增加总的涡轮性能和效率。密封机构应有效地密封在旋转部件诸如叶片、轮叶、轮盘以及隔片和固定部件诸如喷嘴、翼片和隔膜之间。具体地，流过涡轮的热气应当被防止“吸入”或泄漏到附接到转子的旋转部件以及附接到涡轮壳的固定部件之间的轮空间内。
轮空间腔可加压以提供从轮空间到气路的正流出。天使翼类型密封也可用来通过限制通过其泄漏可能发生的间隙来降低这个流出。这些密封还产生压力损失“迷宫/密封齿”机构以进一步减少轮空间空气的流出。
天使翼类型设计的缺点是气路压力分布可能圆周地变化，尤其在叶片的下游。为了防止吸入，轮空间压力应超过在峰压位置发现的压力。然而，当前的天使翼构造通常仅提供始终接近一致的环压力(annular pressure)。在低气路压力位置，诸如旋转翼型的吸入侧或凹侧下游，可能存在更高的压力梯度，其可驱动轮空间空气的高流出。这样的高流出可使可利用冷却空气防止更高压力区域下游吸入的能力缺乏或减少。
因此希望改进密封机构以便降低通过轮空间的次级冷却空气损失。冷却气流损失的减少将改善总的燃气涡轮性能和效率。
发明内容
因此本申请提供一种用于涡轮叶片的天使翼密封。该天使翼密封可包括具有正弦形状的外边缘的第一翼以及位于其上的多个翼齿。
本申请进一步提供一种减少涡轮叶片冷却空气损失的方法。该方法可包括将天使翼密封定位在叶片周围，在天使翼密封上提供正弦形状的外边缘以及将叶片旋转使得正弦形状的外边缘产生与叶片产生的压力分布基本同相的压力分布。
本申请进一步提供一种用于涡轮叶片的天使翼密封。该天使翼密封可包括具有正弦形状的外边缘的上部翼，定位在上部翼上的多个翼齿，以及由翼齿限定的间隙。
通过阅读结合若干附图和权利要求的下列详细描述，本领域普通技术人员将清楚本申请的这些和其它特征和改进。
附图说明
图1是显示涡轮的一部分的横截面的局部示意图。
图2是已知涡轮叶片的透视图。
图3是如本文介绍的具有天使翼密封的涡轮叶片的透视图。
图4是图3具有天使翼密封的涡轮叶片的俯视平面图。
图5是如本文介绍的具有天使翼密封的涡轮叶片的备选实施例的透视图。
图6是图5具有天使翼密封的涡轮叶片的俯视平面图。部件列表
  10燃气涡轮11转子12转动轮14隔片   100叶片105天使翼密封110上部翼120正弦形状的外边缘
  16螺栓18第一级喷嘴20第二级喷嘴22第一级叶片24第二级叶片26翼型28平台30柄部32柄部槽34盖板36楔形榫38天使翼密封40挡气件42箭头44轮空间45天使翼主体46顶端48上部翼根表面50下部翼根表面52上部密封体表面54下部密封体表面56上部天使翼58下部天使翼   130翼齿140顶端150上部根表面160间隙200叶片205天使翼密封210上部翼220正弦形状的外边缘230翼齿240顶端250上部根表面260间隙270间隙齿
具体实施方式
现在参考附图，在若干附图中相同的标号指的是相同的元件，图1显示燃气涡轮10的截面。燃气涡轮10包括转子11，转子11具有轴向间隔的转动轮12以及通过多个圆周间隔、轴向延伸的螺栓16将一个与另一个连接的隔片14。涡轮10包括具有喷嘴的各种级，例如，第一级喷嘴18和第二级喷嘴20，带有多个圆周间隔的定子轮叶。在喷嘴18、20之间并且和转子11一起旋转的是多个转动轮叶，例如，第一级叶片22和第二级叶片24。
参考图2，各叶片22、24可包括安装在柄部30的平台28上的翼型26。柄部30可具有柄部槽32，其具有整体形成的盖板34和用于与转动轮12连接的楔形榫36。叶片22、24可为整体的铸件。其它部件和涡轮构造可在这里使用。
叶片22、24可包括多个轴向凸出的天使翼密封38。天使翼密封38可与成形在相邻的喷嘴18、20上的多个挡气件(lands)40协作，以便限制流过其的热气的吸入。热气路径可由箭头42指示。天使翼密封38限制流进入轮空间44。
天使翼密封38可包括天使翼主体45，在末端的向上翻转(upturn)或顶端46，上部和下部翼根表面48、50，以及上部和下部密封体表面52、54。上部和下部密封体表面52、54大致可为从根表面48、50延伸到顶端46的线性表面。上部体表面52可为关于转子11的旋转轴线同心的弓形表面。如图所示，叶片22、24的各侧可具有上部天使翼56和下部天使翼58。可使用天使翼密封38的其它构造和相似结构。
图3和4显示如本文介绍具有天使翼密封105的叶片100的实施例。在这个示例中，天使翼密封105包括既具有正弦形状的外边缘120，又具有多个翼齿130的上部翼110。如图所示，正弦形状的外边缘120从一个叶片100连续地流到下一个。正弦形状的外边缘120的幅度和频率可变化。翼齿130可从顶端140延伸到叶片110的上部根表面150。翼齿130可进一步沿着顶端140延伸。翼齿130同样可从一个叶片100连续地流到下一个。如图所示，翼齿130可具有弯曲的形状，并且是间隔开的以便在其之间形成齿间隙160。翼齿130和齿间隙160的形状可变化。翼齿130的深度同样可变化。
外边缘120的正弦形状和翼齿130的结合产生与绕叶片100的气路压力分布相符合和相反的反复性的环压力形式。具体地，由天使翼密封105产生的这个正弦压力分布可以与由旋转叶片100产生的压力分布的频率同相。这些压力分布因此可为同步的，以便提供更一致的总体压力梯度。这样一致的压力梯度能够导致轮空间冷却空气中相当少的泄漏。而且，平均轮空间压力可被降低，以便提供较少的驱动冷却空气泄漏的流出的压力梯度。
具有在其上的翼齿130的独特形状的上部翼110给天使翼密封105提供与叶片100的旋转方向有关的倾斜角度。具体地，天使翼密封105提供前向的外边缘120，使得冷却空气的相对速度可降低，而空气的静态压力由于天使翼密封105在空气上做的功而增加。天使翼密封105因此可以处理周向的压力梯度并且，因此，可降低次级冷却损失。因此可以获得总的循环效率改善。天使翼密封105可用于任何类型的涡轮。天使翼密封105可用在离散的位置，以便阻止局部高气路压力的区域，或者天使翼密封105可以更广地使用。
图5和6进一步显示如本文介绍的叶片200的实施例。在这个实施例中，叶片200可包括相似于上述天使翼密封105的天使翼密封205。在这个示例中，叶片200可包括带有具有正弦形状的相似外边缘220的上部翼210。上部翼210还包括多个翼齿230。翼齿230同样从顶端240延伸到上部根表面250，并且沿着顶端240延伸。翼齿230可形成在其之间的齿间隙260。然而，在这个示例中，齿间隙260包括在其之间的间隙齿270。间隙齿270从一个翼齿230延伸到下一个。间隙齿270进一步限制通过的冷却流。可在这里使用相似设计。
应当清楚上述仅涉及本申请的某些实施例，在不背离由权利要求及其等价物限定的本发明总体的精神和范围的情况下，本领域技术人员能够做出许多改变和修改。

Claims (10)

1.一种用于涡轮叶片(100)的天使翼密封(105)，包括：
第一翼(110)；
所述第一翼(110)包括正弦形状的外边缘(120)；以及
位于所述第一翼(110)上的多个翼齿(130)。
2.根据权利要求1所述的天使翼密封(105)，其特征在于，所述第一翼(110)包括上部翼(110)。
3.根据权利要求1所述的天使翼密封(105)，其特征在于，所述第一翼(110)包括顶端(140)和根表面(150)。
4.根据权利要求3所述的天使翼密封(105)，其特征在于，所述多个翼齿(130)从所述顶端(140)延伸到所述根表面(150)。
5.根据权利要求4所述的天使翼密封(105)，其特征在于，所述多个翼齿(130)进一步沿着所述顶端(140)延伸。
6.根据权利要求1所述的天使翼密封(105)，其特征在于，所述天使翼密封(105)还包括由所述多个翼齿(130)限定的间隙(160)。
7.根据权利要求6所述的天使翼密封(105)，其特征在于，所述间隙(160)包括位于所述间隙(160)中的间隙齿(270)。
8.根据权利要求1所述的天使翼密封(105)，其特征在于，所述天使翼密封(105)还包括多个叶片(100)，并且其中，所述正弦形状的外边缘(120)从第一叶片(100)连续地流到第二叶片(100)。
9.根据权利要求1所述的天使翼密封(105)，其特征在于，所述天使翼密封(105)还包括多个叶片(100)，并且其中，所述多个翼齿(130)从第一叶片(100)连续地流到第二叶片(100)。
10.一种减少涡轮叶片(100)冷却空气损失的方法，包括：
将天使翼密封(105)定位在所述叶片(100)周围；
在所述天使翼密封(105)上提供正弦形状的外边缘(120)；以及
使所述叶片(100)旋转，使得所述正弦形状的外边缘(120)产生与所述叶片(100)产生的压力分布基本同相的压力分布。
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