CN103032107A - 带有成形密封轨嵌条的尖端围带组件 - Google Patents

带有成形密封轨嵌条的尖端围带组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及带有成形密封轨嵌条的尖端围带组件。本发明提供了用于与涡轮发动机(10)一起使用的尖端围带组件(100)。尖端围带组件(100)可包括围带(110)、定位在围带(110)上的密封轨(170)和将密封轨(170)附接至围带(110)的成形嵌条(190)。

Description

带有成形密封轨嵌条的尖端围带组件
技术领域
本申请及产生的专利大体涉及燃气涡轮发动机，并且更特别而言，涉及成形密封轨(rail)嵌条，其用于在涡轮叶片尖端围带组件上使用，用于以最小的重量和材料增加来减少应力。
背景技术
一般而言，燃气涡轮动叶常常包括其上附接有一体的尖端围带的翼型件。尖端围带附接至翼型件的外缘并且提供大致垂直于翼型件表面延伸的表面。尖端围带的表面区域有助于将涡轮排气保持在翼型件上，使得较大百分比的来自涡轮排气的能量可被转换成机械能，以致增加总体涡轮效率。尖端围带还为翼型件提供空气动力学阻尼和压挤(微振磨损)防护。
密封轨可作为相对于在其上流过的热气体的密封特征在尖端围带上使用。密封轨可使用嵌条(fillet)附接到围带上并且可在一端或两端上在Z-凹口交会处终止。然而，由在尖端围带上的悬垂材料和离心负载所导致的相对高温环境和弯曲应力可驱动在其中的蠕变(畸变)。具体而言，这些弯曲应力等可在Z-凹口交会处及他处导致局部高应力集中。使用更大的嵌条来附接密封轨可帮助减少这种Z-凹口应力，但是要以增加围带的悬垂质量为代价。
因此存在对改进的尖端围带组件的期望。这种改进的尖端围带组件可使用膨胀的嵌条以将密封轨附接至围带，以致减少在Z-凹口及他处的应力，但是同时仅增加少量的额外质量，以致改进动叶和在其中的构件的总体寿命。
发明内容
本申请和产生的专利因此提供用于与涡轮发动机一起使用的尖端围带组件。尖端围带组件可包括围带、定位在围带上的密封轨和将密封轨附接至围带的成形嵌条。
本申请和产生的专利还可提供用于与涡轮发动机一起使用的尖端围带组件。尖端围带组件可包括带有第一端Z-凹口和第二端Z-凹口的围带、定位在围带上的密封轨和在密封轨的第一侧上的第一成形嵌条以及在密封轨的第二侧上的第二成形嵌条。第一成形嵌条可包括在第一端Z-凹口周围的Z-凹口分段和在第二端Z-凹口周围的线性分段。
本申请和产生的专利还可提供用于与涡轮发动机一起使用的尖端围带组件。尖端围带组件可包括带有第一端Z-凹口和第二端Z-凹口的围带、定位在围带上的密封轨和在密封轨的第一侧上的第一成形嵌条以及沿相对取向在密封轨的第二侧上的第二成形嵌条。第一成形嵌条可包括沿第一端Z-凹口的方向膨胀的若干Z-凹口半径(radii)和在第二端Z-凹口周围的若干大致均匀线性半径。
当结合若干附图和所附权利要求阅读以下详细说明后，本申请及产生的专利的这些及其他特征和改进将对本领域技术人员显而易见。
附图说明
图1是燃气涡轮发动机的示意图。
图2是具有在其上的尖端围带的公知的涡轮动叶的侧视图。
图3是如可在本文中描述的尖端围带组件的俯视平面图。
图4是图3的尖端围带组件的第一侧的侧透视图。
图5是图3的尖端围带组件的第二侧的侧透视图。
部件列表
10   燃气涡轮发动机
15   压缩机
20   空气流
25   燃烧器
30   燃料流
35   燃烧气体流
40   涡轮
45   轴
50   负载
55   涡轮动叶
60   翼型件
65   尖端围带
70   密封轨
75   嵌条
100   尖端围带组件
110   围带
120   第一侧
130   第二侧
140   第一端Z-凹口
150   第二端Z-凹口
170   密封轨
190   嵌条
200   第一嵌条
210   第二嵌条
220   Z-凹口分段
230   Z-凹口半径
260   线性分段
270   线性分段半径
280   相对取向。
具体实施方式
现在参考附图，其中，贯穿若干附图，相同的数字参考相同的元件，图1示出了如可在本文中使用的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可包括压缩机15。压缩机15压缩引入的空气流20。压缩机15将压缩空气流20输送至燃烧器25。燃烧器25将压缩空气流20与压缩燃料流30混合并且点燃混合物以产生燃烧气体流35。虽然仅仅示出了单一燃烧器25，但是燃气涡轮发动机10可包括任意数量的燃烧器25。燃烧气体流35继而输送至涡轮40。燃烧气体流35驱动涡轮40以致产生机械功。在涡轮40中产生的机械功经由轴45驱动压缩机15和诸如发电机等的外部负载50。
燃气涡轮发动机10可使用天然气、各种类型的合成气和/或其他类型的燃料。燃气涡轮发动机10可为由纽约州的斯卡奈塔第市的通用电气公司所提供的许多不同的燃气涡轮发动机中的任一种，包括但并不限于诸如7或者9系列的重型燃气涡轮发动机等的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机10可具有不同构型并且可使用其他类型的构件。其他类型的燃气涡轮发动机也可在本文中使用。多个燃气涡轮发动机、其他类型的涡轮及其他类型的功率生成装备也可在本文中一起使用。
图2示出了可与涡轮40一起使用的涡轮动叶55的示例。一般而言，涡轮动叶55包括翼型件60。翼型件60是有效构件，其拦截燃烧气体流35以将燃烧气体35的能量转换成切向运动。尖端围带65可定位在翼型件60的顶端。尖端围带65的大小和形状可改变。沿着尖端围带65的顶端定位的可为密封轨70。如上文所述地，密封轨70防止或者限制燃烧气体35通过在尖端围带65与环绕构件的内表面之间的间隙的通路。密封轨70的大小和形状可改变。密封轨70可经由成对的嵌条75附接至尖端围带65。嵌条75沿着尖端围带65的长度形状上大体为线性并且均匀的。其他构件及其他构型可在本文中使用。
图3至图5示出了如可在本文中描述的改进的尖端围带组件100的示例。类似于上文所述，尖端围带组件100可包括定位在翼型件60上的围带110。围带120可包括诸如压力侧的第一侧120和诸如吸力侧的第二侧130。同样地，尖端围带110可包括在前端上的第一端Z-凹口140和在尾端上的第二端Z-凹口150。(任一端可为前端或尾端。术语“压力侧”、“吸力侧”、“在前端”、“尾端”等用于与绝对定位对立地取向的目的)。许多冷却孔(未示出)可延伸通过围带110。围带110和Z-凹口140、150可具有任何期望的大小、形状或构型。在本文中可使用其他构件。
尖端围带组件100还可包括定位在围带110上的密封轨170。密封轨170可具有任何期望的大小、形状或构型。超过一个密封轨170可在围带110上使用。密封轨170可具有在其上的一个或多个切削齿(未示出)。切削齿可具有任何期望的大小、形状或构型。密封轨170可从第一端Z-凹口140延伸至第二端Z-凹口150并且可大致平行于第一侧120和第二侧130。
密封轨170可经由若干成形嵌条190附接到围带110。具体而言，在围带110的第一侧120上的第一侧嵌条200和在围带110的第二侧130上的第二侧嵌条210。各嵌条190可具有带有若干膨胀的Z-凹口半径230的Z-凹口分段220和带有若干大致均匀线性分段半径270的一个或多个线性分段260。Z-凹口分段半径230沿Z-凹口140、150的方向膨胀。成形嵌条190因此从线性分段260的均匀线性分段半径270过渡至在任一侧嵌条200、210上沿相对取向280在Z-凹口140、150周围的更大的Z-凹口分段半径230。在本文中可使用其他构型和构件。
具体而言，第一侧嵌条200因此具有以第一端Z-凹口140开始的线性分段260和在第二端Z-凹口150周围的Z-凹口分段220。Z-凹口分段220使膨胀的Z-凹口半径230朝第二端Z-凹口150延伸。同样地，第二侧嵌条210具有相反布置，即线性分段260在第二端Z-凹口150处开始并且延伸至在第一端Z-凹口140周围的Z-凹口分段220。在本文中还可使用其他的大小、形状和构型。
本文中所述的尖端围带组件100因此使用Z-凹口分段220的膨胀Z-凹口分段半径230以致减少在Z-凹口140、150周围的应力。同样地，成形嵌条190具有更小的线性分段260以致限制尖端围带组件100的总体质量的增加。尖端围带组件100因此通过在Z-凹口140、150周围减少的应力来提供改善的寿命。总体构件寿命因此可以以对几何结构相对小的调整而延长。本文中所述的成形嵌条190因此通过Z-凹口分段220的较大的大小和质量而几乎没有在他处的大小和质量增加，来减少了在Z-凹口140、150周围的局部蠕变，用于改善寿命。
应当显而易见的是，上文仅涉及本申请的及产生的专利的某些实施例。本领域技术人员可在本文中做出许多变化和修改，而不脱离由所附权利要求及其等价物所限定的本发明的总体精神和范围。

Claims (13)

1. 一种用于与涡轮发动机(10)一起使用的尖端围带组件(100)，包括：
围带(110)；
在所述围带(110)上的密封轨(170)；以及
将所述密封轨(170)附接至所述围带(110)的成形嵌条(190)。
2. 根据权利要求1所述的尖端围带组件(100)，其特征在于，所述围带(110)包括在其中的一个或多个Z-凹口(140,150)。
3. 根据权利要求1所述的尖端围带组件(100)，其特征在于，所述围带(110)包括第一端Z-凹口(140)以及第二端Z-凹口(150)。
4. 根据权利要求3所述的尖端围带组件(100)，其特征在于，所述成形嵌条(190)包括在所述第一端Z-凹口(140)周围的Z-凹口分段(220)和朝向所述第二端Z-凹口(150)的一个或多个线性分段(260)。
5. 根据权利要求4所述的尖端围带组件(100)，其特征在于，所述Z-凹口分段(220)包括多个膨胀的Z-凹口半径(230)。
6. 根据权利要求5所述的尖端围带组件(100)，其特征在于，所述多个膨胀的Z-凹口半径(230)沿所述第一端Z-凹口(140)的方向膨胀。
7. 根据权利要求5所述的尖端围带组件(100)，其特征在于，所述一个或多个线性分段(260)包括多个大致均匀线性分段半径(270)。
8. 根据权利要求7所述的尖端围带组件(100)，其特征在于，所述多个膨胀的Z-凹口半径(230)大于所述多个大致均匀线性分段半径(270)。
9. 根据权利要求3所述的尖端围带组件(100)，其特征在于，所述Z-凹口分段(220)包括第一质量，所述一个或多个线性分段(260)中的每一个包括第二质量，并且其中，所述第一质量大于所述第二质量。
10. 根据权利要求3所述的尖端围带组件(100)，其特征在于，还包括第一侧嵌条(200)和第二侧嵌条(210)。
11. 根据权利要求10所述的尖端围带组件(100)，其特征在于，所述第一侧嵌条(200)包括在所述第一端Z-凹口(140)周围的Z-凹口分段(220)，并且所述第二侧嵌条(210)包括在所述第一端Z-凹口(140)周围的线性分段(260)。
12. 根据权利要求10所述的尖端围带组件(100)，其特征在于，所述第一侧嵌条(200)包括在第二端Z-凹口(150)周围的线性分段(260)，并且所述第二侧嵌条(210)包括在所述第二端Z-凹口(150)周围的Z-凹口分段(220)。
13. 根据权利要求10所述的尖端围带组件(100)，其特征在于，所述第一侧嵌条(200)和所述第二侧嵌条(210)包括相对取向(280)。
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