CN103291378B - 用于涡轮发动机的密封件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于旋转式装置的密封件和生产该密封件的方法。在一个方面中，用于涡轮发动机(10)的密封件包括：密封体(38)，其配置在涡轮发动机叶片(22，24)的基部处；和翼部分(46)，其从所述密封体轴向地延伸。翼部分具有与发动机的中心线(C)大致平行的第一部分(52，54)和成角度的上翻部分。第一部分在密封体和成角度的上翻部分之间延伸。发动机中心线和成角度的上翻部分之间的角度(A)为在大约0度和大约90度之间。

Description

用于涡轮发动机的密封件
技术领域
本发明大体涉及旋转式机械，并且更具体地涉及天使翼(angel wing)密封件。
背景技术
与涡轮发动机一起使用的转子组件包括成排的周向隔开的转子叶片。各转子叶片(有些时候称作为“动叶”)包括翼型件(airfoil)，其包括沿着前缘和后缘连接在一起的压力侧和吸力侧。各动叶从动叶平台径向向外地延伸。各动叶典型地包括燕尾件，其从在平台和燕尾件之间延伸的柄部径向向内地延伸。燕尾件用来将转子叶片联接到转子盘或转子轴。
在旋转部分(诸如动叶)和燃气涡轮的静止部分之间限定的叶轮空隙腔室可利用冷却空气吹扫，以将叶轮空隙和转子的温度维持在期望温度范围内，并且以阻止热气体路径吸入腔室内。提供密封件以密封叶轮空隙腔室。至少某些已知转子叶片包括“天使翼密封件”，其远离叶片大体轴向地延伸，以通过与从燃气涡轮中的固定构件延伸的喷嘴密封台面重叠而形成密封。典型地，天使翼密封件与叶片整体地铸造并且在截面方面为大体大致平整的，或包括在末端处的预成形的90°弯曲部，其使天使翼的一部分能够与涡轮发动机中心线大致垂直地延伸。因而，如果天使翼密封件需要调节，例如相对于邻近发动机构件改变间隙尺寸，则该间隙尺寸可通过磨损天使翼密封件相对于仅仅一个方向(也就是轴向或径向)改变。
发明内容
在一个方面中，用于涡轮发动机的密封件包括：密封体，其配置在涡轮发动机叶片的基部处；和翼部分，其从所述密封体轴向地延伸。翼部分具有大致平行于发动机的中心线的第一部分和成角度的上翻部分。第一部分配置在密封体和成角度的上翻部分之间。成角度的上翻部分和发动机的中心线之间的角度为在0度和90度之间。
在另一方面中，生产用于涡轮发动机的密封件的方法包括形成模具用于铸造密封件。该模具包括：密封体部分，用于形成涡轮发动机叶片的基部；和翼部分，用于形成从所述密封体轴向地延伸的天使翼。天使翼包括大致平行于发动机的中心线的第一部分和成角度的上翻部分，第一部分配置在密封体和成角度的上翻部分之间。成角度的上翻部分和发动机的中心线之间的角度为在0度和90度之间。该方法还包括利用模具铸造密封件。
在另一方面中，涡轮发动机布置包括静止构件和具有多个涡轮叶片的旋转构件。涡轮叶片中的各个包括配置在涡轮发动机叶片的基部处的密封体和从密封体轴向地延伸的翼部分。翼部分具有大致平行于发动机的中心线的第一部分和成角度的上翻部分。第一部分配置在密封体和成角度的上翻部分之间。成角度的上翻部分和发动机的中心线之间的角度为在0度和90度之间。
附图说明
图1示出示范性燃气涡轮的截面图。
图2示出可与在图1中示出的燃气涡轮一起使用的示范性涡轮叶片的放大透视图。
图3示出在图2中示出的并且沿着线3-3截取的涡轮叶片的截面图。
图4示出天使翼密封件的实施例的透视图。
具体实施方式
图1示出示范性燃气涡轮10的一部分，该示范性燃气涡轮10包括转子11，其具有轴向隔开的转子叶轮12、13和间隔件14，其由多个周向地隔开的、轴向地延伸的紧固件16结合。在一个实施例中，涡轮10包括多个级17、19，其具有第一级喷嘴18和第二级喷嘴20。在一个实施例中，多个转子叶片22、24(例如第一级转子叶片22和第二级转子叶片24)在第一级喷嘴18和第二级喷嘴20之间围绕转子叶轮12、13周向地隔开。第一级转子叶片22和第二级转子叶片24能够与转子叶轮12、13一起旋转。
图2示出与涡轮10一起使用的示范性第一级转子叶片22。在示范性实施例中，转子叶片22包括从柄部28延伸的翼型件26。柄部28包括平台30和柄部袋32，其具有盖板34。燕尾件36从柄部28部分地延伸，以使翼型件26能够与转子叶轮12(在图1中示出)联接。在示范性实施例中，天使翼密封件38从转子叶片22向外延伸。天使翼密封件38构造成与形成于邻近喷嘴上的台面40(在图1中示出)重叠，以形成密封。在一个实施例中，天使翼密封件38构造成限制流动通过热气体路径42的热气体吸入叶轮空隙44内。
在示范性实施例中，天使翼密封件38包括天使翼本体46和在它的远端处的成角度的上翻部分48和一个或多个曲线的根部结合部(root blend)50。天使翼密封件38包括下密封体表面52和上密封体表面54。在示范性实施例中，下密封体表面52和上密封体表面54大致平行于发动机中心线C。
图3示出转子叶片22的一部分的截面图。在示范性实施例中，成角度的上翻部分48相对于发动机中心线C成角度A地配置。角度A为在大约0度和90度之间的、更特别地在大约60度和70度之间的角度。在一个实施例中，角度A为大约65度。在示范性实施例中，天使翼密封件38的至少一部分重叠静止部分56的一部分并且由此与涡轮10的静止部分56形成密封。天使翼密封件38与静止部分56的相互作用(这形成密封)大致限制来自流动路径42的热气体经过密封件。
在示范性实施例中，具有轴向分量和径向分量的间隙58形成在静止部分56和天使翼密封件38之间。轴向方向大体指示为方向L并且径向方向大体指示为方向R。减小间隙58的尺寸可增加密封的有效性。然而，间隙58的尺寸可基于涡轮10中的构件的温度而波动。例如，当所有构件为冷的时(也就是在发动机起动条件期间)，间隙58可为第一尺寸。在所有的构件加热后(也就是处于稳定状态操作条件)，间隙58可为小于第一尺寸的第二尺寸。成角度的上翻部分48的角度A和长度可在尺寸方面设置成并且构造成在稳定状态条件期间最小化间隙58的尺寸。
图4示出天使翼密封件38的实施例的透视图。在示范性实施例中，天使翼密封件38例如通过铸造而与调整部分60一起形成。调整部分60通过提供可被移除以改变间隙58的尺寸的额外材料而促进间隙58的调整。如在此使用的，“调整”指的是改变并且/或者优化间隙58的尺寸。例如，在涡轮10的起动和关闭条件期间，构件的温度不断改变，这创造瞬变条件(也就是连续地改变间隙58的尺寸)。然而，这种瞬变条件为未知的，直到测试涡轮10。如果在测试期间确定间隙58在轴向和径向方向中的至少一个上太小，则调整部分60的一部分可例如通过加工移除，以增加间隙58的尺寸。因而，因为成角度的上翻部分成从0度和90度之间的角度，所以可能的是调整间隙58的径向和轴向分量，而不必重新设计或重新铸造天使翼密封件38。在某些实施例中，调整部分60在长度方面为在大约0.5mm到13mm之间。
天使翼密封件38可通过铸造形成。在这种实施例中，铸造模具由天使翼38形成用于铸造。在该实施例中，角度A可设置成最大化铸造工艺的产量。在另一实施例中，角度A可设置成提供铸造工艺的预定产量(也就是每特定时间段的铸件量)。在一个实施例中，天使翼密封件38由镍超级合金材料制造。在另一实施例中，天使翼密封件38与涡轮10的一个或多个其它构件整体地铸造。
该书面描述使用实例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言并无实质差别的等效结构元件，则这些其它实例预期在权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种用于涡轮发动机(10)的密封件，其包括：
密封体(38)，其配置在涡轮发动机叶片的基部处；以及
翼部分(46)，其从所述密封体轴向地延伸，所述翼部分包括与所述发动机的中心线大致平行的第一部分和成角度的上翻部分(48)，所述第一部分在所述密封体和所述成角度的上翻部分之间延伸；
其中，在所述发动机中心线(C)和所述成角度的上翻部分之间限定的角度(A)为在0度和90度之间；
其特征在于，所述用于涡轮发动机(10)的密封件还包括：
可调整末端部分(60)，其配置在所述成角度的上翻部分(48)的端部处并从所述端部延伸，使得在所述成角度的上翻部分和涡轮发动机中的静止构件(56)之间形成间隙，其中所述可调整末端部分包括构造成可从所述可调整末端部分被移除的材料部分，以便所述间隙的尺寸在径向方向和轴向方向上被增加。
2.根据权利要求1所述的密封件，其特征在于，还包括弧形区段，其在所述成角度的上翻部分和所述第一部分之间延伸。
3.根据权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述密封体形成所述涡轮发动机中的动叶的柄部。
4.根据权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述成角度的上翻部分(48)构造成相对所述涡轮发动机(10)的所述静止构件(56)密封。
5.根据权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述密封件构造成重叠所述涡轮发动机(10)中的所述静止构件(56)的至少一部分。
6.根据权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述成角度的上翻部分(48)以在60度到70度之间的角度配置。
7.根据权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述密封件由镍超级合金材料制造。
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