CN103306748B - 涡轮机级间密封件系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种包括多级涡轮机的系统。所述多级涡轮机具有在第一涡轮机级与第二涡轮机级之间轴向延伸的级间密封件。所述级间密封件具有从上游座臂延伸到下游座臂的上体。所述上游座臂和所述下游座臂经设计以约束所述级间密封件沿所述多级涡轮机的径向方向移动。所述级间密封件还具有从座端延伸到钩端的下体。所述座端经设计以约束级间密封件沿径向方向移动。所述钩端具有相对于所述下体的底座横向延伸的突起。所述钩端经设计以约束所述级间密封件沿所述多级涡轮机的所述径向方向和轴向方向移动。

Description

涡轮机级间密封件系统

技术领域

本发明的主题涉及燃气涡轮机，且具体而言，涉及燃气涡轮机内的级间密封件。

背景技术

通常情况下，燃气涡轮发动机燃烧压缩空气与燃料的混合物，以产生热燃烧气体。所述燃烧气体可以流经一个或多个涡轮机级，从而为负载和/或压缩机发电。级间可能发生压降，从而可能使流体，例如燃烧气体，通过不当的路径发生漏流。可以在各级之间设置密封件，以减少这些级之间的流体泄漏。不幸地是，密封件的形状可能会增大涡轮机级之间所需的间距。另外，密封件的形状可能使得涡轮机的内部部件更加难以接近。此外，密封件可能需要额外部件（例如，垫片）以确保所述密封件正确地轴向对准与径向对准。

发明内容

下文概述了与最初申请保护的本发明的范围相符的某些实施例。这些实施例并非意图限制申请保护的本发明的范围，相反，这些实施例仅意图简要概述本发明的可能形式。实际上，本发明可以包括可能类似于或不同于下述实施例的多种形式。

根据第一实施例，一种系统包括多级涡轮机。所述多级涡轮机具有在第一涡轮机级与第二涡轮机级之间轴向延伸的级间密封件。所述级间密封件具有从上游座臂延伸到下游座臂的上体。所述上游座臂和所述下游座臂经设计以约束级间密封件沿着多级涡轮机的径向方向的移动。所述级间密封件还具有从座端延伸到钩端的下体。所述座端经设计以约束级间密封件沿着径向方向的移动。所述钩端具有相对下 体的底座横向延伸的突起。所述钩端经设计以约束级间密封件沿着多级涡轮机的径向方向和轴向方向的移动。

进一步的，其中所述上游座臂受到从所述第一涡轮机级的第一桨叶

处轴向延伸的上支撑件的径向约束，并且所述座端受到从所述第一

涡轮机级的第一转子叶轮处轴向延伸的下支撑件的径向约束。

进一步的，其中所述下游座臂受到从所述第二涡轮机级的第二桨叶

处轴向延伸的上支撑件的径向约束，并且所述钩端受到从所述第二

涡轮机级的第二转子叶轮处轴向延伸的下支撑件的径向约束。

进一步的，其中所述钩端的所述突起经配置以适配在与所述第二转

子叶轮的所述下支撑件相邻的对应凹槽内。

进一步的，其中所述上体包括从所述上游座臂延伸到所述下游座臂

的大体直线形密封部分。

进一步的，其中所述大体直线形密封部分包括多个密封齿，所述多

个密封齿位于与所述下体相对的所述密封部分的一侧上。

进一步的，其中所述级间密封件全部由所述第一涡轮机级与所述第二涡轮机级的转子叶轮提供径向支撑。

根据第二实施例，一种系统包括级间涡轮机密封件。所述级间涡轮机密封件具有截面轮廓。所述截面轮廓包括具有大体直线形密封部分的上体。所述大体直线形密封部分从上游座臂延伸到下游座臂。所述截面轮廓还包括下体，所述下体具有上游座端和下游钩端。下游钩端具有朝向上体的下游座端延伸的突起。另外，上体的密封部分包括多个密封齿，这些密封齿设置在与下体相对的密封部分一侧上。

进一步的，其中所述级间涡轮机密封件经配置以附接到其他大体相

同的级间涡轮机密封件，所述他大体相同的级间涡轮机密封件位于

燃气涡轮机轴的周向方向上，使得相邻的级间涡轮机密封件的所述

截面轮廓大约在类似的位置处邻接。

进一步的，其中所述上游座臂经配置受到从所述第一涡轮机级的第

一桨叶处轴向延伸的上支撑件的径向约束，并且所述上游座臂经配 置受到从所述第一涡轮机级的第一转子叶轮处轴向延伸的下支撑件的径向约束。

进一步的，其中所述下游座臂经配置受到从第二涡轮机级的第二桨叶处轴向延伸的上支撑件的径向约束，并且所述下游钩端经配置受到从所述第二涡轮机级的第二转子支撑件处轴向延伸的下支撑件的径向约束。

进一步的，其中所述下游钩端的所述突起经配置以适配在与所述第二转子叶轮的所述下支撑件相邻的对应凹槽内。

进一步的，其中所述上体包括从所述密封部分朝向所述下体垂直延伸的颈部部分，并且所述下体包括从所述颈部部分延伸到所述上游座端的第一弯曲侧面以及从所述颈部部分延伸到所述下游钩端的第二弯曲侧面。

进一步的，其中所述下体包括从所述上游座端延伸到所述下游钩端的底座。

进一步的，其中所述下体包括从所述密封部分延伸到与所述上游座端邻近的第一大体平直部分的第一弯曲侧面，以及从所述密封部分延伸到与所述下游钩端邻近的第二大体平直部分的第二弯曲侧面，其中所述第一大体平直部分和所述第二大体平直部分基本平行于所述密封部分。

进一步的，其中所述下体包括从所述第一弯曲侧面延伸到所述第二弯曲侧面的弧形底座。

进一步的，其中所述下体包括从所述第一大体平直部分延伸到所述第二大体平直部分的大体直线形底座。

进一步的，其中所述下体包括从所述密封部分垂直延伸到所述大体直线形底座的中心支撑件。

进一步的，其中所述下体包括：从所述第一大体平直部分延伸到所述第二大体平直部分的弧形底座；以及从所述大体直线形底座垂直延伸到所述弧形底座的多个等间距壁。

根据第三实施例，一种方法包括使用级间密封件的上体的上游座臂、所述上体的下游座臂、所述级间密封件的下体的座端以及所述下体的钩端来径向约束多级涡轮机的所述级间密封件。所述方法还包括使用下体的钩端来轴向约束级间密封件。

附图说明

在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，类似的符号代表所有附图中类似的部分，其中：

图1为可以使用涡轮机密封件的燃气涡轮发动机的一项实施例的示意流程图；

图2为的图1所示燃气涡轮发动机沿纵轴截得的一项实施例的截面侧视图；

图3为的图2所示燃气涡轮发动机的截面侧视图，该图示出了涡轮机级之间的级间密封件的一项实施例；

图4为的图3所示级间密封件的一项实施例的透视图；

图5为的周向相邻级间密封件的一项实施例的侧视图；

图6为的级间密封件的一项实施例的透视图；

图7为的级间密封件的一项实施例的透视图；

图8为的级间密封件的一项实施例的透视图；

图9为的级间密封件的一项实施例的透视图；以及

图10为的级间密封件的一项实施例的透视图。

具体实施方式

下文将描述本发明的一个或多个具体实施例。为了简要描述这些实施例，可能不会在说明书中描述实际实施方案的所有特征。应了解，在任意工程或设计项目中开发任意此类实际实施方案时，都必须做出与实施方案特定相关的各种决定，以实现开发人员的具体目标，例如，遵守系统相关和业务相关约束，这些约束可能会因实施方案的不同而 有所不同。此外，应了解，此类开发可能非常复杂耗时，但无论如何，对受益于本发明的一般技术人员而言，这仍是常规的设计、建造和制造操作。

在介绍本发明各种实施例的元件时，“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示有一个或多个元件。术语“包括”、“包含”以及“具有”旨在表示包括性含义，且表示除了所列元件外，可能还有其他元件。

本发明涉及级间涡轮机密封件系统，所述系统可以用于减少涡轮机各级之间的流体泄漏。该级间密封件系统包括某些特征，以在不使用额外部件（例如，间隔叶轮）的情况下密封级间间隙。根据某些实施例，所述级间密封件系统在无转子中间支撑件的情况下可以由涡轮机的转子提供支撑。另外，所述级间密封件系统可以包括多个座端，其用以减少所述级间密封件系统发生径向位移的可能性或者该径向位移的大小。另外，所述级间密封件系统可以包括一个钩端，其用以减少所述级间密封件系统发生径向位移和轴向位移的可能性或者该径向位移和轴向位移的大小。此外，所述级间密封件系统还减小了涡轮机转子之间的间距。

图1为包括燃气涡轮发动机12的示例性系统10的方框图，所述燃气涡轮发动机可以采用下文详述的级间密封件。在某些实施例中，系统10可以包括飞机、船舶、机车、发电系统，或以上项的组合。所示燃气涡轮发动机12包括空气进气部分16、压缩机18、燃烧器部分20、涡轮机22，以及排气部分24。涡轮机22经由轴26连接到压缩机18。

如箭头所示，空气可以经由进气部分16进入燃气涡轮发动机12，然后流入压缩机18中，在压缩机中进行压缩后，进入燃烧器部分20。所示燃烧器部分20包括燃烧器外壳28，所述燃烧器外壳经设置以同心地或环形地围绕压缩机18与涡轮机22之间的轴26。压缩空气从压缩机18进入燃烧器30，在所述燃烧器30中，压缩空气可以与燃料混 合并燃烧，从而驱动涡轮机22。

热燃烧气体从燃烧器部分20流经涡轮机22，从而经由轴26驱动压缩机18。例如，燃烧气体可以在涡轮机22内对涡轮机转子叶片施加原动力来使轴26转动。在流经涡轮机22之后，热燃烧气体可以通过排气部分24从燃气涡轮发动机12排出。如下文所述，涡轮机22可以包括多个级间密封件，从而可以减少在涡轮机22级之间发生的热燃料气体泄漏，并减小涡轮机22的旋转部件（例如，转子叶轮）之间的间距。在本说明书的描述中，将会引用到一组轴线。这些轴线是基于轴向方向11、径向方向13和周向方向15中的圆柱形坐标系统以及点。

图2为图1所示燃气涡轮发动机12沿纵轴32截得的一项实施例的截面侧视图。如图所示，燃气涡轮机22包括三个分离的级34；然而，燃气涡轮机22可以包括任意数目的级34。各级34包括连接到转子叶轮38的一组叶片36，所述转子叶轮可以以可旋转方式附接到轴26（图1）。叶片36从转子叶轮38径向向外延伸，而且部分设置在穿过涡轮机22的热燃烧气体路径中。下文中会更加详细地描述到，级间密封件42在级34之间轴向延伸并由其相邻的转子叶轮38支撑。如下文所述，级间密封件42可以包括座臂和钩端，这些部件（即座臂和钩端）围绕相邻的叶轮38装配以便获得支撑。级间密封件42可以经设计以减小相邻的转子叶轮38之间的间距。另外，级间密封件42可以提供对级34的改进冷却。尽管图示的燃气涡轮机22为三级涡轮机，但是本说明书中所述的级间密封件42可以用于具有任何数目级和轴的任何合适类型的涡轮机。例如，级间密封件42可以设在单级燃气涡轮机中、包括低压涡轮机和高压涡轮机的双涡轮机系统中，或蒸汽涡轮机中。此外，本说明书中所述的级间密封件42还可以用于旋转式压缩机，例如，图1中所示的压缩机18。级间密封件42可以由多种高温合金（例如但不限于，镍基合金）制成。

如上文参考图1所述，空气通过进气部分16进入并由压缩机18 压缩。随后压缩空气从压缩机18被引导到燃烧器部分20中，在所述燃烧器部分中，所述压缩空气与燃料混合。压缩空气与燃料的混合物在燃烧器部分20中燃烧，从而产生高温高压的燃烧气体，以用于在涡轮机22内产生扭矩。具体而言，所述燃烧气体对叶片36施加原动力以转动转子叶轮38。在某些实施例中，涡轮机22的各级34处可能发生压降，从而可能使得气体通过不当路径发生漏流。例如，热燃烧气体可以渗入涡轮机叶轮38之间的级间体积中，从而使涡轮机各部件上产生热应力。在某些实施例中，级间体积可以用从压缩机18中排出的或者由另一来源提供的排出空气来进行冷却。但是，热燃烧气体流入级间体积中可能会减弱冷却效果。因此，在某些实施例中，可以将级间密封件42设置在相邻的转子叶轮38之间，以密封和封闭级间体积，从而隔绝热燃烧气体。另外，在某些实施例中，级间密封件42可以经配置以将冷却流体引导到级间体积，或者将其从所述级间体积朝向叶片36引导。

图3为燃气涡轮发动机12的局部截面侧视图，该图示出了两个相邻涡轮机级34之间的级间密封件42的一项实施例。级间密封件42从上游转子叶轮43纵向跨越到下游转子叶轮44。另外，级间密封件42径向设置在喷嘴46与转子腔47中的轴26之间。如图3所示，转子腔47并未受到间隔部件（例如，转子中间支撑件）的阻碍。因此，相比于具有转子中间支撑件的涡轮机22，该转子的内部部件可更容易接近。此外，级间密封件42可以全部由上游转子叶轮43与下游转子叶轮44径向支撑。如上所述，级间密封件42经定位以减少通过转子叶轮43、44之间的不当路径发生的热气泄漏。图3所示的级间密封件42包括上体48和下体50。一般而言，上体48主要提供密封功能以将转子腔47与热气隔离，而下体50主要减少或抑制级间密封件42沿着轴向方向11和径向方向13的移动。

如图3所示，在某些实施例中，上体48包括密封齿62、上游座臂64以及下游座臂66。上体48从上游座臂64延伸到下游座臂66。 上游座臂64安置在上径向支撑件68上，所述上径向支撑件从涡轮机桨叶82处轴向延伸。上游座臂64与上径向支撑件68共同减小了级间密封件42朝向燃气涡轮发动机12的轴26发生径向移动的可能性或者该径向移动的大小。下游座臂66类似地安置在上径向支撑件70上，所述上径向支撑件从涡轮机桨叶86处轴向延伸。类似地，下游座臂66与上径向支撑件70共同减小了级间密封件42朝向燃气涡轮发动机12的轴26发生径向移动的可能性或者该径向移动的大小。在某些实施例中，座臂64、66相对于下体50可以为柔性的。因此，当燃气涡轮发动机12运行时，座臂64、66可以约束级间密封件42沿着径向方向13的移动。

如图3所示，下体50包括上游座端72和下游钩端74。下体50从上游座端纵向延伸到下游钩端74。上游座端72设置在下径向支撑件76处，所述下径向支撑件从下游转子叶轮43处轴向延伸。上游座端72与下径向支撑件76共同减小了级间密封件42远离燃气涡轮发动机12的轴26发生径向移动的可能性或者该径向移动的大小。因此，上游座端72可以约束级间密封件42沿着径向方向13的移动。下游钩端74设置在钩状支撑件78的邻近处，所述钩状支撑件从下游转子叶轮44处轴向延伸。钩端74与钩状支撑件78（例如，下支撑件）共同减小了级间密封件42发生轴向移动和径向移动的可能性或该移动的大小。因此，钩端74可以约束级间密封件42沿着径向方向13和轴向方向11的移动。一般而言，级间密封件42的上游侧径向附接到上游转子叶轮43，而所述级间密封件42的下游侧则受到钩状支撑件78的轴向约束和径向约束。在其他实施例中，下体50可以包括设置在钩状支撑件邻近处的一个钩端，所述钩状支撑件从上游转子叶轮43延伸。此外，在其他实施例中，下体50可以包括设置在多个钩状支撑件处的多个钩端（例如，一个上游的和一个下游的），从而可以进一步减小级间密封件42轴向移动和径向移动的可能性或该移动的大小。

当燃气涡轮发动机12处于运行中时，热气可以流经涡轮机22并且一般采取如箭头80所指示的路径。更具体地说，热气可以流过附接到上游转子叶轮43的第一上游涡轮机桨叶82、喷嘴46，以及附接到下游转子叶轮44的第二下游涡轮机桨叶86。然而，热气中的一部分可以沿着箭头88所指示的路径朝向转子腔47被吸入。所吸入的热气可以聚集在上游涡轮机桨叶82与喷嘴46之间的区域90中。一些热气可能会沿着箭头92所指示的路径穿过喷嘴46而发生泄漏。这种热气泄漏可能会降低燃气涡轮机12的效率。由此，本说明书中所述的级间密封件42减少了沿着箭头92的热气泄漏并使沿着箭头80的主要热气流最大化。

静态密封件94径向设置在喷嘴46与级间密封件42之间。上体48的密封齿62可以形成静态密封件94的一部分。静态密封件94可以抑制沿着箭头92的热气泄漏。例如，在某些实施例中，密封齿62可以与静态密封件94共同形成迷宫密封件。该迷宫密封件可以提供一条弯曲的路径以供热气流过。因此，热气可以优先地沿着箭头80流经涡轮机22而不是沿着箭头92流动。当燃气涡轮发动机12处于运行中时，热气中的一部分也可以沿着箭头96所指示的路径朝向转子腔47被吸入。所吸入的热气可以聚集在下游涡轮机桨叶86与喷嘴46之间的区域98中。静态密封件94还可以减少从下游区域98到上游区域90的热气泄漏。

另外，静态密封件94可以将转子腔47与热气流隔离。具体而言，区域90、98可以通过级间密封件42从而与转子腔47隔离。例如，桨叶82的上径向支撑件68与级间密封件42的上体48的上游座臂64共同形成密封件100。密封件100可以减少热气径向进入转子腔47的泄漏。另外，桨叶86的上径向支撑件70与级间密封件42的上体48的下游座臂66共同形成密封件102。密封件102也可以减少热气径向进入转子腔47的泄漏。

在某些实施例中，涡轮机22可以包括冷却泄漏空气，其用以冷 却所述涡轮机22的内部部件。冷却泄漏空气可以流经转子腔47从而冷却上游转子叶轮43、下游转子叶轮44和级间密封件42。冷却泄漏空气还可以被提供到钩端74。在这样的实施例中，密封件94、100、102还可以将热气流路与冷却泄漏空气隔离。

图4为级间密封件42的一项实施例的透视图，所述级间密封件可以减小涡轮机22转子之间的间距并且不要求有转子中间支撑件。如上所述，级间密封件42包括上体48和下体50。如图所示，上体48大体上呈T形，并且下体50大体上呈三角形。在其他实施例中，上体48和下体50的一般形状可以是不同的。例如，上体48可以大体上呈矩形，而主体50可以大体上呈圆形。

图4中所示的上体48包括大体直线形密封部分110和颈部部分112，所述颈部部分大体垂直于所述密封部分110，由此形成了T形。密封部分110大体为矩形形状。在其他实施例中，密封部分110形状可以略偏弧形。如上所述，密封部分110从上游座臂64轴向延伸到下游座臂66。密封齿62从密封部分110处径向向外设置。换而言之，密封齿在与下体50相对的密封部分110一侧上径向向外延伸。颈部部分112在密封部分110与下体50之间延伸。颈部部分112的长度在不同实施例之间可以是不同的。级间密封件42的其他实施例甚至可以不包括颈部部分112。例如，密封部分110可以直接设置在下体50的相邻处，并且可以不包括颈部部分112。

如上所述，下体50包括座端72和钩端74。钩端74与下体50的底座116共同形成边114。如图所示，在某些实施例中，边114可以为倒角的（chamfered）。在其他实施例中，边114可以为圆角的、平直的，或者可以具有另一合适的形状。钩端74具有相对底座116横向延伸的突起118。更具体地说，突起118可以朝向上体48的下游座臂66延伸。突起118经设计以适配在与下游转子叶轮44（图3）的钩状支撑件78相邻的对应凹槽119中。另外，在某些实施例中，突起118可以包括倒角边120。在其他实施例中，突起118可以包括圆 角边或另一合适形状使其可以适配在下游转子叶轮44（图3）的钩状支撑件78内。另外，在某些实施例中，如图所示，突起118可以在钩端74的整个长度上延伸。在其他实施例中，突起118可以沿着钩端74的一部分长度延伸。在另一些实施例中，钩端74可以包括多个突起，例如1、2、3、4、5、6或更多个突起，其中每个突起均沿着钩端74的一部分延伸。在某些实施例中，这些突起可以与钩端74一体形成为整体结构。

如图所示，下体50还包括第一侧122和第二侧124，其中所述第一侧122从颈部部分112延伸到上游座端72，并且所述第二侧124从所述颈部部分112延伸到下游钩端74。如上所述，底座116从上游座端72延伸到下游钩端74（例如，从第一侧122延伸到第二侧124）。因此，侧122、124和底座116可以设置成围绕下体50的基本三角状布置。在其他实施例中，这些侧可以设置成基本圆形、梯形或其他多边形的布置。另外，其他实施例可以具有不同数目的侧或底座。例如，级间密封件42的下体50可以具有三个侧以及一个底座，且呈矩形布置。此外，侧122、124和底座116的形状在各种实施例中可以是不同的。例如，如图4所示，侧122、124具有基本悬链形（catenary）形状。另外，底座116包括两个大体平直区域126、128以及设置在这两个大体平直区域126、128之间的弧形区域130，所述这两个大体平直区域分别邻近于上游座端72与下游钩端74。这两个大体平直区域126、128基本上平行于密封部分110。如图所示，弧形区域130也可以具有基本悬链形形状。在其他实施例中，底座116可以包括大体平直区域和弧形区域的不同组合从而形成不同的形状。另外，侧122、124和底座116的形状可以是不同的，并且可以为，例如，抛物线形、椭圆形、平直的、弯曲的或另一合适形状。此外，侧122、124以及底座116之间的形状可以是不同的。例如，第一侧122可以是平直的，第二侧124可以为抛物线形的，而底座116可以为椭圆形的。然而，在某些实施例中，为确保级间密封件42支撑住上游转子叶轮43与下 游转子叶轮44之间产生的径向力及轴向力，通常情况下，所述级间密封件42的上体48与下体50在径向方向13上基本对称。

图4所示的下体50还可以包括空心区域136，所述空心区域包括底座140、第一侧142和第二侧144。底座140的形状基本对应于底座116的形状，第一侧142的形状基本对应于第一侧122的形状，并且第二侧144的形状基本对应于第二侧124的形状。因此，侧142、144和底座140可以具有基本悬链形形状。在其他实施例中，侧142、144和底座140的形状可以是不同的。例如，第一侧142可以是平直的，第二侧144可以为抛物线形的，而底座140可以为圆形的。然而，同样如此，为确保级间密封件42能够支撑上游转子叶轮43与下游转子叶轮44之间产生的径向力及轴向力，通常情况下，所述级间密封件42的上体48和下体50在径向方向13上基本对称。

此外，在某些实施例中，侧142、144和底座140的形状可能并不对应于侧122、124和底座116的形状。如图所示，侧142、144和底座140可以设置成围绕空心区域136的三角状布置。在其他实施例中，侧142、144和底座140的布置可以是不同的。例如，空心区域136的各侧和底座可以布置为圆形形状或梯形形状。另外，某些实施例可以包括不同数目的空心区域136。例如，级间密封件42可以包括1、2、3、4、5、6或更多个空心区域136。实际上，在某些实施例中，级间密封件42可以不包括空心区域136。

可以了解到，上体48和下体50的形状以及结构在各实施例之间可以有很大的不同。下文将参考图6到图10进一步对其他实施例进行描述。图6到图10中所示的上体48和下体50的替代性形状以实例方式被提供，并且并不意图将它们作为限制。另外，可以了解到，上文参考图3和图4所描述的设计考虑可以被扩展到图6到图10所示的实施例中。

图5为图4所示三个大体完全相同的相邻级间密封件42朝向侧122所得的侧视图。图5图示了级间密封件42的相邻部分可以如何附 接到一起从而形成燃气涡轮发动机12的相邻级之间的密封件。三个级间密封件42可以形成密封组件152的一部分。密封组件152可以包括多个级间密封件42，这些密封件彼此相邻地设置从而形成360度环围绕着燃气涡轮机12的轴26。此外，如图所示，相邻的级间密封件42的截面轮廓可以大约在类似的位置处邻接。形成密封组件152的级间密封件42数目范围可以为从大约2到100，或者10到80，或者42到50。如图所示，每个级间密封件42沿着周向方向15均呈弧形。在某些实施例中，在相邻的级间密封件42之间可以存在间隙154。因此，密封组件152可以包括设置在级间密封件42之间间隙154中的外密封件156和内密封件158。如图所示，外密封件156可以设置在级间密封件42的上体48之间。外密封件156从上游座臂64延伸到下游座臂66。内密封件158可以设置在级间密封件42的下体50之间。内密封件158从上游座端72延伸到下游钩端74。外密封件156和内密封件158可以减少通过间隙154发生径向气体泄漏的可能性或者影响。另外，在某些实施例中，轴向槽160可以在级间密封件42中形成以容纳外密封件156和内密封件158。在某些实施例中，外密封件156和/或内密封件158可以沿着级间密封件42的不同区域而进行设置。另外，密封组件152可以包括不同数目或不同布置的外密封件156和/或内密封件158。例如，密封组件152可以包括设置在每对相邻级间密封件42之间的1、2、3、4或更多个外密封件156。另外，在某些实施例中，密封组件152可能不包括内密封件158。

图6为级间密封件42的另一项实施例的透视图，所述级间密封件可以减小涡轮机22转子之间的间距并且不要求有转子中间支撑件。级间密封件42包括上体48和下体50。如图所示，上体48大体上呈矩形形状，并且下体50大体上呈三角形形状。上体48包括大体直线形密封部分110，该密封部分大体呈矩形形状并从上游座臂64延伸到下游座臂66。另外，密封部分110包括密封齿62。如图所示，级间密封件42不包括图3和图4中所示实施例的颈部部分112。相反，密 封部分110经设置直接与下体50相邻。

下体50包括底座116、第一侧122和第二侧124。底座116形状复杂，它包括大体平直部分126、128和在这两个大体平直部分126、128之间延伸的弧形区域130。第一侧122从密封部分110延伸到上游座端72邻近处的大体平直部分126，而第二侧124从所述密封部分110延伸到下游钩端74邻近处的大体平直部分128。大体平直部分128与下游钩端74共同形成边114。如图所示，在某些实施例中，边114可以为圆角的。图中还示出了，侧122、124具有基本弧形形状。级间密封件42还包括空心区域136，所述空心区域包括底座140、第一侧142和第二侧144。在某些实施例中，底座140的形状基本对应于底座116的弧形区域130的形状。另外，第一侧142的形状基本对应于第一侧122的形状，并且第二侧144的形状基本对应于第二侧124的形状。因此，侧142、144和底座140可以具有基本弧形形状。

图7为级间密封件42的另一项实施例的透视图，所述级间密封件可以减小涡轮机22转子之间的间距并且不要求有转子中间支撑件。级间密封件42包括上体48和下体50。如图所示，上体48大体上呈矩形形状，并且下体50大体上呈弧形形状。上体48包括密封部分110。如图所示，级间密封件42不包括图3和图4中所示实施例的颈部部分112。相反，密封部分110经设置直接与下体50相邻。主体50包括底座116、第一侧122和第二侧124。在所示实施例中，底座116形状复杂，它包括大体平直部分126、128和在这两个大体平直部分126、128之间延伸的大体弧形部分130。如图所示，弧形部分130在大体平直部分126、128的上方延伸。第一侧122形状大体是平直的，其从密封部分110延伸到上游座端72邻近处的大体平直部分126。第二侧124形状复杂，其从密封部分110延伸到下游钩端74邻近处的大体平直部分128。更具体地说，第二侧124包括第一大体平直部分161、从所述第一大体平直部分161延伸的弧形部分162，以及从所述弧形部分162延伸的第二大体平直部分164。在其他实施例中，第二侧124可以包括平直部分与弧形部分的不同组合。第二大体平直部分164近似平行于突起118。在其他实施例中，第二大体平直部分164可以相对于突起118为横向的。凹处166在第二大体平直部分164与突起118之间延伸。凹处166可以经设计以容纳下游钩状支撑件78（图3）。应注意，下体50不包括空心区域136。相反，下体50主要由第一侧122、第二侧124和大体平直部分126、128组成，这两个大体平直部分分别包括上游座端72和下游钩端74。

图8为级间密封件42的另一项实施例的透视图，所述级间密封件可以减小涡轮机22转子之间的间距并且不要求有转子中间支撑件。图8所示级间密封件42大体上类似于图7所示级间密封件42，它们的区别在于以下事实，这里的级间密封件42包括位于密封部分110与第一侧122、第二侧124之间的颈部部分。更具体地说，级间密封件42包括上体48和下体50。如图所示，上体48大体上呈矩形形状，并且下体50大体上呈弧形形状。上体48包括密封部分110，并且颈部部分112在密封部分110与下体50之间延伸。下体50包括底座116、第一侧122和第二侧124。另外，类似于图7中所示的实施例，下体50不包括空心区域136。相反，第一侧122和第二侧124具有弧形形状。侧122、124的曲率可以为实施方案特定的并且在各实施例中可以是不同的。

图9为级间密封件42的另一项实施例的透视图，所述级间密封件可以减小涡轮机22转子之间的间距并且不要求有转子中间支撑件。图9所示的级间密封件42大体类似于图7所示的级间密封件42，它们区别在于以下事实，这里的底座116为一个大体平直部分，它在分别邻近于上游座端72与下游钩端74的大体平直部分126、128之间延伸。更具体地说，级间密封件42包括上体48和下体50。上体48不包括颈部部分112。然而，下体50包括底座116和空心区域136。如图所示，底座116在上游座端72与下游钩端74之间大体是平直的。因此，底座116不包括大体平直部分126、128之间的大体弧形部分 130（例如，如图7和图8所示的）。空心区域136的底座140也为大体平直的，并且可以基本符合底座116的形状。

图10为级间密封件42的另一项实施例的透视图，所述级间密封件可以减小涡轮机22转子之间的间距并且不要求有转子中间支撑件。图10所示的级间密封件42大体上类似于图9所示的级间密封件42，它们的区别在于以下事实，这里的级间密封件42包括从密封部分110到底座116的中心支撑件174。更具体地说，级间密封件42包括上体48和下体50。上体48不包括颈部部分112。然而，下体50包括第一侧122、第二侧124和底座116。如图所示，底座116在上游座端72与下游钩端74之间大体是平直的。在图10所示的实施例中，下体50包括两个空心区域170、172。如图所示，空心区域170、172关于中心支撑件174近乎对称。中心支撑件174大体为平直的，并且从密封部分110垂直延伸到级间密封件42的底座116。中心支撑件174设置在空心区域170、172之间且邻近级间密封件42的中心。

第一空心区域170包括第一侧176、第二侧178和底座180。如图所示，第一侧176具有与第一侧122形状稍微不同的弧形形状。第二侧178大体为平直的并且可以符合中心支撑件174的形状。底座180也为大体平直的，并且可以基本对应于底座116的形状。可以了解到，侧176、178和底座180的形状在不同实施方案中可以是不同的。第二空心区域172包括第一侧182、第二侧184和底座186。第一侧182具有与第二侧124形状稍微不同的弧形形状。第二侧184大体为平直的并且可以符合中心支撑件174的形状。底座186也为大体平直的，并且可以基本对应于底座116的形状。如图所示，底座180和186、第一侧176和182，以及第二侧178、184关于中心支撑件174对称。在其他实施例中，空心区域170、172可以具有不同的形状从而使得空心区域170、172关于中心支撑件174并不对称。

所揭示的实施例的技术效果包括用于减少涡轮机各级之间径向泄漏的密封件系统。级间密封件系统可以包括多个座臂用以减少所述 密封件系统发生径向位移的可能性或者该径向位移的大小。另外，所述级间密封件系统可以包括一个钩端，从而可以减少所述密封件系统发生径向位移和轴向位移的可能性或者该径向位移和轴向位移的大小。级间密封件系统可以减小涡轮机转子轮叶之间的间距。另外，级间密封件可能并不要求有转子中间支撑件。级间密封件的形状可以使得涡轮机的内部部件更加容易接近。

本说明书使用了多个实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书限定，并可以包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也应在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种涡轮机级间密封件系统，其包括：

多级涡轮机，所述多级涡轮机包括：

在第一涡轮机级与第二涡轮机级之间轴向延伸的级间密封件，其中所述级间密封件包括：

从上游座臂延伸到下游座臂的上体，其中所述上游座臂和所述下游座臂经配置以约束所述级间密封件沿所述多级涡轮机的径向方向移动；以及

从座端延伸到钩端的下体，其中所述座端经配置以约束所述级间密封件沿所述径向方向移动，并且所述钩端包括相对所述下体的底座横向延伸的突起，其中所述钩端经配置以约束所述级间密封件沿所述多级涡轮机的所述径向方向和轴向方向移动。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述上游座臂受到从所述第一涡轮机级的第一桨叶处轴向延伸的上支撑件的径向约束，并且所述座端受到从所述第一涡轮机级的第一转子叶轮处轴向延伸的下支撑件的径向约束。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述下游座臂受到从所述第二涡轮机级的第二桨叶处轴向延伸的上支撑件的径向约束，并且所述钩端受到从所述第二涡轮机级的第二转子叶轮处轴向延伸的下支撑件的径向约束。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述钩端的所述突起经配置以适配在与所述第二转子叶轮的所述下支撑件相邻的对应凹槽内。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述上体包括从所述上游座臂延伸到所述下游座臂的大体直线形密封部分。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述大体直线形密封部分包括多个密封齿，所述多个密封齿位于与所述下体相对的所述密封部分的一侧上。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述级间密封件全部由所述第一涡轮机级与所述第二涡轮机级的转子叶轮提供径向支撑。

8.一种涡轮机级间密封件系统，其包括：

具有截面轮廓的级间涡轮机密封件，所述截面轮廓包括：

上体，所述上体包括从上游座臂延伸到下游座臂的大体直线形密封部分；以及

下体，所述下体包括上游座端和下游钩端，其中所述下游钩端包括基本朝向所述上体的所述下游座臂延伸的突起；

其中所述上体的所述密封部分包括多个密封齿，所述多个密封齿设置在与所述下体相对的所述密封部分的一侧上。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述级间涡轮机密封件经配置以附接到其他大体相同的级间涡轮机密封件，所述其他大体相同的级间涡轮机密封件位于燃气涡轮机轴的周向方向上，使得相邻的级间涡轮机密封件的所述截面轮廓大约在类似的位置处邻接。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述上游座臂经配置受到从第一涡轮机级的第一桨叶处轴向延伸的上支撑件的径向约束，并且所述上游座臂经配置受到从所述第一涡轮机级的第一转子叶轮处轴向延伸的下支撑件的径向约束。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述下游座臂经配置受到从第二涡轮机级的第二桨叶处轴向延伸的上支撑件的径向约束，并且所述下游钩端经配置受到从所述第二涡轮机级的第二转子支撑件处轴向延伸的下支撑件的径向约束。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述下游钩端的所述突起经配置以适配在与所述下支撑件相邻的对应凹槽内。

13.根据权利要求8所述的系统，其中所述上体包括从所述密封部分朝向所述下体垂直延伸的颈部部分，并且所述下体包括从所述颈部部分延伸到所述上游座端的第一弯曲侧面以及从所述颈部部分延伸到所述下游钩端的第二弯曲侧面。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述下体包括从所述上游座端延伸到所述下游钩端的底座。

15.根据权利要求8所述的系统，其中所述下体包括从所述密封部分延伸到与所述上游座端邻近的第一大体平直部分的第一弯曲侧面，以及从所述密封部分延伸到与所述下游钩端邻近的第二大体平直部分的第二弯曲侧面，其中所述第一大体平直部分和所述第二大体平直部分基本平行于所述密封部分。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述下体包括从所述第一弯曲侧面延伸到所述第二弯曲侧面的弧形底座。

17.根据权利要求15所述的系统，其中所述下体包括从所述第一大体平直部分延伸到所述第二大体平直部分的大体直线形底座。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述下体包括从所述密封部分垂直延伸到所述大体直线形底座的中心支撑件。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述下体包括：

从所述第一大体平直部分延伸到所述第二大体平直部分的弧形底座；以及

从所述大体直线形底座垂直延伸到所述弧形底座的多个等间距壁。

20.一种使用涡轮机级间密封件的方法，其包括：

使用级间密封件的上体的上游座臂、所述上体的下游座臂、所述级间密封件的下体的座端以及所述下体的钩端来径向约束多级涡轮机的所述级间密封件；以及

使用所述下体的所述钩端的突起来轴向约束所述级间密封件，所述突起适配在转子叶轮的凹槽中。