CN103711530A - 具有冷却通道的固体密封件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有冷却通道的固体密封件，所述密封件用在燃气涡轮发动机中面对高压冷却空气流和高温气体通道的部件之间。所述密封件可包括：面对所述高压冷却空气流的第一表面；第二表面，所述第二表面具有面对所述高温气体通道的第二表面空气室；以及多个冷却通道，所述冷却通道从所述第一表面延伸到所述第二表面的所述第二表面空气室，以便所述高压冷却空气流从中通过。

Description

具有冷却通道的固体密封件
技术领域
本发明总体上涉及一种燃气涡轮发动机，确切地说，涉及一种具有延伸穿过其中的冷却通道的固体密封件及类似装置。
背景技术
一般来说，诸如燃气涡轮发动机等涡轮机包括延伸穿过其中的主气体流动通道。气体泄漏，无论是从气体流动通道漏出还是漏入气体流动通道中，都可能会降低燃气涡轮机的总体效率，增加燃料成本，同时可能提高排放水平。燃气涡轮发动机中可能还会使用二次流来冷却各种受热部件。具体来说，可以从压缩机的后续机级抽出冷却空气，用于冷却受热部件并净化相邻部件之间的间隙和空腔。例如，密封件可以置于定子等涡轮机部件之间。但是，这些位置的温度和速度可能非常高，导致氧化严重，甚至密封失效。通过向其中设有密封件的间隙中提供净化空气，可以在一定程度上缓和所述潜在损害。但是，所述净化空气可能导致对冷却空气的极大低效利用。
因此，需要在重型燃气涡轮发动机中的定子部件之间以及其他部件之间使用经改进的固体密封件。相对于净化其中间隙通常所需的流量，可以使用较少的流量来冷却此类固体密封件，从而提高总体效率并延长部件寿命。
发明内容
因此，本发明提供了一种密封件，用于燃气涡轮发动机和类似装置中面对高压冷却空气流和高温气体通道的部件之间。所述密封件可以包括：面对所述高压冷却空气流的第一表面；第二表面，所述第二表面具有面对所述高温气体通道的第二表面空气室；以及多个冷却通道，所述冷却通道从所述第一表面延伸到所述第二表面的所述第二表面空气室，以便所述高压冷却空气流从中通过。
本发明进一步提供了一种冷却方法，用于冷却置于燃气涡轮发动机中的部件之间的密封件。所述方法可以包括以下步骤：使高压冷却空气流动到所述密封件的第一表面周围；使所述高压冷却空气流过所述密封件中的多个冷却通道；以及使所述高压冷却空气穿过所述密封件的第二表面周围的空气室流向高温气体通道。所述方法可以包括进一步的步骤，即使用流过所述空气室的所述高压冷却空气冷却部件。
本发明进一步提供了一种固体密封件，用于燃气涡轮发动机中面对高压冷却空气流和高温气体通道的部件之间。所述固体密封件可以包括：第一表面，所述第一表面具有面对所述高压冷却空气流的第一表面空气室；第二表面，所述第二表面具有面对所述高温气体通道的第二表面空气室；以及多个冷却通道，所述冷却通道从所述第一表面的所述第一表面空气室延伸到所述第二表面的所述第二表面空气室，以便所述高压冷却空气流从中通过。
通过结合多个附图和随附的权利要求书来阅读以下详细说明，所属领域的普通技术人员可清楚地了解本发明和相应专利的这些和其他特征以及改进。
附图说明
图1为燃气涡轮发动机的示意图，图示了压缩机、燃烧室和涡轮机。
图2是涡轮机的局部侧视图，图示了沿高温气体通道设置的多个部件。
图3是置于相邻涡轮机部件之间的已知密封件的截面侧视图。
图4是本说明书中所述的固体密封件的透视图，所述固体密封件具有延伸穿过其中的多个冷却通道。
图5是图4所示固体密封件的截面侧视图，所述固体密封件具有延伸穿过其中的冷却通道。
具体实施方式
现参阅附图，在附图中，类似数字是指各个附图中的类似元件，图1示出了本说明书中所用的燃气涡轮发动机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压缩进入空气流20。压缩机15将压缩空气流20输送到燃烧室25。燃烧室25将压缩空气流20与增压燃料流30混合，然后点燃所述混合物以产生燃烧气体流35。尽管只图示了一个燃烧室25，但燃气涡轮发动机10可以包括任意数量的燃烧室25。随后将燃烧气体流35输送到涡轮机40。燃烧气体流35驱动涡轮机40，从而产生机械功。在涡轮机40中产生的机械功经由轴45驱动压缩机15，以及诸如发电机等外部负载50。
燃气涡轮发动机10可使用天然气、各种类型的合成气，以及/或者其他类型的燃料。燃气涡轮发动机10可为位于美国纽约州斯卡奈塔第（Schenectady,New York）的通用电气公司（General ElectricCompany）所提供的多种不同燃气涡轮发动机中的任意一种，其包括，但不限于，7或9系列重型燃气涡轮发动机以及同类燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机10可具有不同构造，并且可以使用其他类型的部件。本说明书中也可使用其他类型的燃气涡轮发动机。本说明书中也可同时使用多个燃气涡轮发动机、其他类型的涡轮机，以及其他类型的发电设备。
图2示出了涡轮机40的一部分。一般来说，涡轮机40可以包括第一级喷嘴55、第一级动叶片60、以及第一级65的第一级防护罩62。此外还示出了第二级75的第二级喷嘴70。本说明书中可以使用任意数量的机级。喷嘴55、70可以置于隔板80上。任意数量的喷嘴70和隔板80可以置于周向环绕轴85的位置。密封件90可以置于每对相邻防护罩62、隔板80、或其他涡轮机部件之间。密封件90可以用于相邻涡轮机部件之间，以防止冷却空气流20从压缩机15或其他位置泄漏。如上所述，密封件90可以具有许多不同的构造。也可以使用其他类型的密封机构。本说明书中可使用其他部件或其他构造。
图3示出了密封件90的实例，所述密封件置于相邻涡轮机部件之间，即第一部件92与第二部件94之间。部件92、94可以是定子部件等相邻涡轮机部件。涡轮机部件92、94之间可以构成密封槽95。密封件90可以是固体材料密封件，但也可以使用其他类型的密封件。本说明书中可以使用任意数量的密封件90。密封件90可以防止或减少部件92、94之间的高压冷却空气流96泄漏到较低压力的高温气体通道98中。
图4示出了本说明书中所述的密封件100的实例。密封件100可以具有上表面110、下表面120（倾斜端表面）、第一侧130、相对的第二侧140、第一端150、以及相对的第二端160。（术语“下”、“上”、“侧”、“端”、“第一”、“第二”等仅表示相对定向，并且表示绝对位置。）密封件100可以是固体密封件170。或者，密封件100内可以具有多个材料层。密封件100可以由高温材料制成，例如不锈钢、镍基合金等。本说明书中也可使用其他类型的材料。密封件100可以具有任意尺寸、形状或构造。
如图5中的截面所示，密封件100可以具有大体类似于“工字梁”的形状180。具体来说，密封件100可以包括由其上表面110周围的第一外围唇200限定的第一室190，以及由其下表面120周围的第二外围唇220限定的第二室210。因此，室190、210可以是密封件的上表面110和下表面120的凹进区域。室190、210和外围唇200、220可以具有任意大小、形状或构造。也可以使用多个室190、210。外围唇200、220可以在第一端150上限定第一闭塞端230，并在第二端160上限定第二闭塞端240。闭塞端220、240可以具有任何大小、形状或构造。也可以使用一个或多个开口端。或者，闭塞端220、240可以具有位于其内部的冷却孔或冷却槽。本说明书中可使用其他部件或其他构造。
密封件100也可以包括多个冷却通道250，所述冷却通道从第一室190延伸到第二室210。本说明书中可以使用任意数量的冷却通道250。冷却通道250可以具有任意合适的尺寸、形状或构造。此外，冷却通道250可以在直的、和/或成角度（倾斜）配置中延伸穿过密封件100。可以使用任何角度或角度组合。可以通过钻孔或其他类型的制造技术形成冷却通道250。本说明书中可以同时使用不同构造的冷却通道250。本说明书中可使用其他部件或其他构造。
在使用中，密封件100可以在密封槽95内置于第一部件92与第二部件94之间。密封件100的上表面110可以面对高压冷却空气96，而下表面120可以面对较低压力的高温气体通道98。密封件100可以具有在任何构造中延伸穿过其中的任意数量的冷却通道250。延伸到第二室210内的密封件冷却通道250也可用作密封槽95的冲击孔和/或净化孔。具体来说，高压冷却空气96与较低压力的高温气体通道98之间的压力差使高压冷却空气96穿过冷却通道250、流入密封件100的下表面120周围的第二室210中。因此，高压冷却空气96促进密封件100的传热，并通过冲击孔冲击/净化密封槽95。
冷却通道250可以置于局部热点附近的关键位置，或者沿密封件100的长度均匀设置。冷却通道250可以沿密封件100的长度具有任何指定间距/桨距（pitch）。闭塞端230、240的使用还能够基本上限制密封件100的端150、160周围的任何间隙泄漏。因此，密封件100和穿过其中的冷却通道250能够有效地净化和冷却下表面120或倾斜端表面，以及密封槽95周围。
此外，本说明书中所用的密封件100可以延长密封件寿命、减少二次流、提高发动机的总体效率，并且降低耗热率。密封件100可以是原始设备或翻新式样的一部分。本说明书中可以同时使用不同构造的密封件100。密封件100也可以适用于其他类型的密封位置。具体来说，密封件100可以用于在冷却空气流动路径中存在压力差的任意两个部件之间。
应了解，上述说明仅涉及本发明及相应专利的某些实施例。所属领域的一般技术人员可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明做多种改变和修改，本发明的精神和范围由随附的权利要求书及其等效物定义。

Claims (20)

1.一种密封件，所述密封件用于燃气涡轮发动机中面对高压冷却空气流和高温气体通道的部件之间，包括：
面对所述高压冷却空气流的第一表面；
面对所述高温气体通道的第二表面；
所述第二表面包括第二表面空气室；以及
多个冷却通道，所述冷却通道从所述第一表面延伸到所述第二表面的所述第二表面空气室，以便所述高压冷却空气流从中通过。
2.根据权利要求1所述的密封件，其中所述密封件包括固体密封件。
3.根据权利要求1所述的密封件，其中所述密封件包括大体类似于“工字梁”的形状。
4.根据权利要求1所述的密封件，其中所述第二表面包括第二表面外围唇。
5.根据权利要求1所述的密封件，其中所述第一表面包括第一表面空气室。
6.根据权利要求1所述的密封件，其中所述第一表面包括第一表面外围唇。
7.根据权利要求1所述的密封件，其中所述第一表面包括上表面，并且其中所述第二表面包括下表面。
8.根据权利要求1所述的密封件，进一步包括第一闭塞端和第二闭塞端。
9.根据权利要求1所述的密封件，其中所述多个冷却孔包括直排配置。
10.根据权利要求1所述的密封件，其中所述多个冷却孔包括成角度配置。
11.根据权利要求1所述的密封件，其中所述多个冷却孔包括多个冲击孔。
12.根据权利要求1所述的密封件，其中所述部件包括第一定子和第二定子。
13.根据权利要求1所述的密封件，其中所述部件限定密封槽，并且其中所述密封槽通过来自所述多个冷却通道的所述高压冷却空气流进行冷却。
14.一种冷却方法，所述方法冷却置于燃气涡轮发动机中的部件之间的密封件，包括：
使高压冷却空气流动到所述密封件的第一表面周围；
将所述高压冷却空气抽吸通过所述密封件中的多个冷却通道；以及
将所述高压冷却空气抽吸通过所述密封件的第二表面周围的空气室，然后流向高温气体通道。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括使用离开所述空气室的所述高压冷却空气来冷却所述部件的步骤。
16.一种固体密封件，所述固体密封件用在燃气涡轮发动机中面对高压冷却空气流和高温气体通道的部件之间，包括：
面对所述高压冷却空气流的第一表面；
所述第一表面包括第一表面空气室；
面对所述高温气体通道的第二表面；
所述第二表面包括第二表面空气室；以及
多个冷却通道，所述冷却通道从所述第一表面的所述第一表面空气室延伸到所述第二表面的所述第二表面空气室，以便所述高压冷却空气流从中通过。
17.根据权利要求16所述的固体密封件，其中所述密封件包括大体类似于“工字梁”的形状。
18.根据权利要求16所述的固体密封件，其中所述第一表面包括第一表面外围唇，并且其中所述第二表面包括第二表面外围唇。
19.根据权利要求16所述的固体密封件，进一步包括第一闭塞端和第二闭塞端。
20.根据权利要求16所述的固体密封件，其中所述多个冷却孔包括采用直排配置和/或成角度配置的多个冲击孔。
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