CN103216274B - 具有轴向柔性臂的近流动路径密封件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于燃气涡轮机的近流动路径密封件。该近流动路径密封件包括基部、从基部延伸的一对臂、以及定位在一对臂之间的弯曲的凹入部。

Description

具有轴向柔性臂的近流动路径密封件

技术领域

本发明总体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及具有轴向柔性臂的近流动路径密封件（即，接近流动路径的密封件）。

背景技术

总体而言，燃气涡轮机包括主流动路径，主流动路径适用于将主工作流体，即，热燃烧气体限制在其中。邻近的涡轮机转子结构部件中可以设置有冷却流体，冷却流体独立于主工作流体。因此，密封装置可以用于保护转子部件不受直接暴露于主工作流体的影响，主工作流体对涡轮进行驱动。这种密封装置还防止冷却流体与主工作流体一起流走。然而，典型的密封装置可能由于泄漏而降低涡轮机的效率和性能。例如，密封装置（例如级间密封件）中的泄漏可能需要增加为了冷却目的而需要的寄生流体的量。使用寄生冷却流体降低了燃气涡轮发动机的总体性能和效率。

因此，期望一种特别是用于级间的改进的涡轮流动路径密封件。优选地，这种流动路径密封件可以在减少泄漏的同时有效地保护转子部件并且不牺牲总体燃气涡轮发动机效率和输出。

发明内容

因此，本发明提供一种用于燃气涡轮发动机中的近流动路径密封件。该近流动路径密封件包括基部、从基部延伸的一对臂、以及定位在一对臂之间的弯曲的凹入部。

本发明还提供一种用于燃气涡轮机的近流动路径密封件。该近流动路径密封件可以包括分离的基部、以叉形构造从分离的基部延伸的一对臂、以及定位在一对臂之间的弯曲的凹入部。

本发明还提供一种用于燃气涡轮机的近流动路径密封件。该近流动路径密封件可以包括基部、以平行取向从基部延伸的一对臂、以及定位在一对臂之间的弯曲的凹入部，其中第一臂高于第二臂。

通过阅读结合若干附图的如下详细描述以及所附权利要求，对于本领域普通技术人员而言，本发明的这些和其它的特征以及改进将变得显而易见。

附图说明

图1是燃气涡轮发动机的示意图，其中示出了压缩机、燃烧器、以及涡轮。

图2是具有已知的近流动路径密封件的涡轮的一部分的侧视图。

图3是可以如本说明书中所描述的近流动路径密封件的侧平面图。

图4是可以如本说明书中所描述的近流动路径密封件的备选实施例的侧平面图。

图5是可以如本说明书中所描述的近流动路径密封件的备选实施例的侧平面图。

图6是可以如本说明书中所描述的近流动路径密封件的备选实施例的侧平面图。

具体实施方式

现在参照附图，其中相似的附图标记在全部若干视图中表示相似元件，图1示出了可以如本说明书中所描述的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可以包括压缩机15。压缩机15对进入的空气流20进行压缩。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与加压燃料流30混合，并且点燃混合物以产生燃烧气体流35。尽管仅示出了一个燃烧器25，但是燃气涡轮发动机10可以包括任何数量的燃烧器25。燃烧气体流35接着被输送至涡轮40。燃烧气体流35驱动涡轮40以产生机械功。涡轮40中所产生的机械功通过轴45驱动压缩机15和外部负载50（例如发电机等）。

燃气涡轮发动机10可以使用天然气、各种类型的合成气、以及/或者其它类型的燃料。燃气涡轮发动机10可以是由Schenectady（NewYork）的GeneralElectricCompany提供的多种不同的燃气涡轮发动机中的任何一种，其中包括但不限于例如7系列或9系列重型燃气涡轮发动机等的那些燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机10可以具有不同的构造并且可以使用其它类型的部件。本说明书中也可以使用其它类型的燃气涡轮发动机。本说明书中还可以一起使用多种燃气涡轮发动机、其它类型的涡轮机、以及其它类型的发电设备。

图2示出了具有多个级55的一部分的涡轮40的示例。具体而言，第一叶片60和第二叶片65示为具有位于其间的喷嘴70。叶片60、65可以连接至轴45，以用于与轴45一起旋转。级间或者近流动路径密封件75可以围绕喷嘴70定位并且定位在叶片60、65中间。近流动路径密封件75可以从叶片60、65中的每一个叶片上的轴向突出部80延伸。近流动路径密封件75可以形成用于燃烧气体流35的外边界，以便防止燃烧气体流35通过其中迁移。

总体而言，近流动路径密封件75可以包括一对臂：第一臂85和第二臂90。臂85、90可以从密封件基部95延伸。臂85、90以及密封件基部95可以形成基本“T”形构造。该“T”形构造沿轴向方向（即，轴45的方向）具有非常高的刚性，并具有相应高的轴向弹簧刚度（springrate）。

总体而言，近流动路径密封件75的臂85、90可以由于离心力而向外偏转并且接触叶片60、65，以提供密封。近流动路径密封件75还可能由于转子重力凹陷（gravitysag）而受到轴向载荷。可以通过围绕叶片60、65的摩擦载荷来抵抗该转子重力凹陷载荷。因此，近流动路径密封件75可以适用于通过产生比由转子重力凹陷载荷所引起的更多的摩擦载荷来“粘附”至叶片60、65。除了由离心力所产生的稳定的载荷条件，抵抗这种转子重力凹陷载荷还可能引起近流动路径密封件75的臂85、90上的交替的载荷条件。这样一来，该T形构造可以是相对刚性的并且可能需要巨大质量来适应这些冲突的力。

图3示出了可以如本说明书中所描述的近流动路径密封件100的示例。近流动路径密封件100包括一对臂：第一臂110和第二臂120。近流动路径密封件100还包括密封件基部130，密封件基部130的各侧上具有臂110、120。代替上文所述的T形构造，近流动路径密封件100可以包括“鸥形翼”构造140。鸥形翼构造140可以包括偏置基部150，即，第一臂110可以比第二臂120长。鸥形翼构造140还可以包括位于第一臂110与第二臂120之间的弯曲的凹入部160。弯曲的凹入部160可以延伸至基部130中。第一臂110可以具有第一厚度170，而第二臂120可以具有第二厚度180，其中第一厚度170大于第二厚度180，特别是在靠近基部130处。第一臂110和第二臂120可以具有在某种程度上相对于基部130成角度的构造190，其中第一臂110的端部高于第二臂120（或者反之亦然）。按照磅每英寸计算，鸥形翼构造140所具有的轴向刚性可以是上文所述的T形构造所具有的轴向刚性的大约一半。本说明书中可以使用其它的部件和其它的构造。

图4示出了可以如本说明书中所描述的近流动路径密封件200的备选实施例。近流动路径密封件200也包括第一臂110、第二臂120、以及基部130。在该示例中，近流动路径密封件200可以包括大体“圆柱形”构造210。圆柱形构造210也包括偏置基部220，即，第一臂110可以比第二臂120长。圆柱形构造210还可以包括一对偏置臂230，即，第一臂110可以定位在第二臂120的上方（或者反之亦然），其中弯曲的凹入部240围绕基部130定位在第一臂110与第二臂120之间。第一臂110可以具有第一厚度250并且第二臂120可以具有第二厚度260，其中第一厚度250大于第二厚度260，特别是在弯曲的倾斜部240附近。第一臂110和第二臂120可以具有大体平行构造270，其中臂110、120以大体平行但是彼此相反的方向延伸。按照磅每英寸计算，圆柱形构造210的轴向刚度可以是上文所述的T形构造的轴向刚度的大约四分之一。本说明书中可以使用其它的部件和其它的构件。

图5示出了可以如本说明书中所描述的近流动路径密封件300的进一步的备选实施例。近流动路径密封件300可以包括第一臂110、第二臂120、以及基部130。在该示例中，近流动路径密封件300可以包括大体“叉形”构造310。叉形构造310可以包括分离的基部320，其中弯曲的凹入部330深入地延伸至分离的基部320中。叉形构造的效果是当通过分离的基部320的弯曲的凹入部330而从臂340、350的远侧尖端向下观察时，第一叉形臂340和第二叉形臂350具有基本相对的半圆构造。第一臂340和第二臂350还可以具有成角度构造360，其中第一臂340的端部高于第二臂350的端部（或者反之亦然）。弯曲的凹入部330可以延伸至半圆接头370中。叉形构造310的轴向刚度可以像上文所述的T形构造的百分之几那样低。本说明书中可以使用其它的部件和其它的构造。

作为备选，还可以使用分裂式（split）流动路径密封件380。除了分裂式基部390之外，分裂式流动路径密封件380可以与上文所述的近流动路径密封件300相似。分裂式基部390可以完全分为两个不同的半部的形式，即第一半部400和第二半部410，以便减少周围的应力。半部400、410接着可以根据需要连接。因此，第一臂110可以与第一半部400一起形成并且第二臂120可以与第二半部410一起形成。本说明书中可以使用其它的部件和其它的构造。

因此，本说明书中所描述的近流动路径密封件100、200、300提供轴向柔性臂110、120。轴向柔性臂110、120可以容许总体轴向偏转而不会由于转子重力凹陷载荷等而引起大的交替应力。臂110、120可以通过相应低的轴向弹簧刚度而呈轴向柔性。这样一来，近流动路径密封件100、200、300可以使得叶片界面处的滑移的风险以及相关的微动磨损故障降低。换句话说，接触应力可以降低，以便改进叶片界面的耐久性。较低的交替应力还可以增大高周疲劳故障等的安全余量。因此，近流动路径密封件100、200、300所需的质量可以相对较小。因此，本说明书中所描述的近流动路径密封件100、200、300在增加很少或者不增加部件成本的同时提供足够的密封和改进的总体耐久性。

应当显而易见的是，上文仅涉及本发明的某些实施例。本领域普通技术人员可以在不偏离由所附权利要求及其等同形式所限定的本发明的总体精神和范围的前提下在本说明书中进行多种改变和改型。

Claims (19)

1.一种用于燃气涡轮机的近流动路径密封件，所述近流动路径密封件定位在第一叶片和第二叶片中间，所述近流动路径密封件包括：

基部；

一对臂，所述一对臂包括第一臂和第二臂，所述一对臂从所述基部延伸；以及

弯曲的凹入部，所述弯曲的凹入部定位在所述一对臂之间；

其中，所述第一臂和所述第二臂由于离心力而向外偏转并且接触所述第一叶片和所述第二叶片。

2.根据权利要求1所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述近流动路径密封件包括鸥形翼构造。

3.根据权利要求2所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述第一臂比所述第二臂长。

4.根据权利要求2所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述第一臂比所述第二臂厚。

5.根据权利要求2所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述第一臂和所述第二臂包括成角度构造，其中所述第一臂比所述第二臂高。

6.根据权利要求1所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述近流动路径密封件包括圆柱形构造。

7.根据权利要求6所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述第一臂比所述第二臂长。

8.根据权利要求6所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述第一臂比所述第二臂厚。

9.根据权利要求6所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述第一臂和所述第二臂包括平行构造，其中所述第一臂比所述第二臂高。

10.根据权利要求1所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述近流动路径密封件包括叉形构造。

11.根据权利要求10所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述第一臂比所述第二臂长。

12.根据权利要求10所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述第一臂和所述第二臂包括成角度构造，其中所述第一臂比所述第二臂高。

13.根据权利要求10所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述第一臂包括第一叉形臂，并且所述第二臂包括第二叉形臂。

14.根据权利要求10所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述基部包括分裂式基部。

15.一种用于燃气涡轮机的近流动路径密封件，所述近流动路径密封件定位在第一叶片和第二叶片中间，所述近流动路径密封件包括：

分离的基部；

一对臂，所述一对臂包括第一臂和第二臂，所述一对臂以叉形构造从所述分离的基部延伸；以及

弯曲的凹入部，所述弯曲的凹入部定位在所述一对臂之间；

其中，所述第一臂和所述第二臂由于离心力而向外偏转并且接触所述第一叶片和所述第二叶片。

16.根据权利要求15所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述第一臂比所述第二臂长。

17.根据权利要求15所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述第一臂和所述第二臂包括成角度构造，其中所述第一臂比所述第二臂高。

18.根据权利要求15所述的近流动路径密封件，其特征在于，所述弯曲的凹入部包括半圆接头。

19.一种用于燃气涡轮机的近流动路径密封件，所述近流动路径密封件定位在第一叶片和第二叶片中间，所述近流动路径密封件包括：

基部；

一对臂，所述一对臂包括第一臂和第二臂，所述一对臂以平行取向从所述基部延伸，其中所述第一臂比所述第二臂高；以及

弯曲的凹入部，所述弯曲的凹入部定位在所述一对臂之间；

其中，所述第一臂和所述第二臂由于离心力而向外偏转并且接触所述第一叶片和所述第二叶片。