CN104937215A - 燃气轮机发动机的包括位于平台的径向向外面向侧和内罩的向内面向侧中的沟槽的密封组件 - Google Patents

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Abstract

一种位于盘空腔和涡轮部分(26)热气体路径之间的密封组件(50)包括具有内罩(16)的静止的轮叶组件(12)以及旋转的叶片组件(18)，旋转的叶片组件位于轮叶组件下游，并包括多个叶片，所述多个叶片支撑在平台(28)上，并在发动机操作期间与涡轮转子和所述平台一起旋转。所述内罩(16)包括具有轮叶沟槽(60)的径向向内面向的第一表面(46)，所述平台包括径向且轴向面向的表面(146)和延伸进所述表面中的多个沟槽(160)。所述沟槽(60，160)布置成一空间限定在相邻沟槽之间。在发动机操作期间，所述沟槽朝向热气体路径将净化空气引导出盘空腔，使得净化空气相对于穿过热气体路径的热气流的方向在期望方向上流动。

Description

燃气轮机发动机的包括位于平台的径向向外面向侧和内罩的向内面向侧中的沟槽的密封组件
相关申请的交叉引用
本申请是于2013年1月13日提交的、题名“SEAL ASSEMBLYINCLUDING GROOVES IN AN INNER SHROUD IN A GAS TURBINEENGINE”的Ching-Pang Lee的美国专利申请No.13/747868(代理人案号No.2012P17912US)的部分继续申请，该美国申请的全部内容作为引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及一种用在燃气轮机发动机中的密封组件，其包括位于可旋转叶片平台的径向外侧上的多个沟槽，以帮助限制热气体路径和盘空腔之间的泄漏。
背景技术
在比如燃气轮机发动机的多级旋转机器中，流体(例如进气)在压缩器部分中压缩，并在燃烧器部分中与燃料混合。空气和燃料的混合物在燃烧器部分中点火，以产生燃烧气体，燃烧气体限定出导向发动机的涡轮部分内的涡轮级的热工作气体，以使涡轮部件旋转运动。涡轮部分和压缩器部分两者均具有与可旋转部件(比如叶片)协作的静止或非旋转部件(比如轮叶)，以压缩和膨胀热工作气体。机器内的许多部件必须由冷却流体冷却，以防止部件过热。
热工作气体在包含冷却流体的机器中从热气体路径到盘空腔的吸入例如通过产生更高的盘和叶片根部温度而降低了发动机性能和效率。工作气体从热气体路径到盘空腔的吸入还降低了盘空腔中或周围的部件的寿命和/或导致故障。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种密封组件，其位于盘空腔和延伸穿过燃气轮机发动机的涡轮部分的热气体路径之间。该密封组件包括静止的轮叶组件和旋转的叶片组件，静止的轮叶组件包括多个轮叶和内罩，旋转的叶片组件位于轮叶组件的下游，并包括多个叶片，多个叶片支撑在平台上，并在发动机操作期间与涡轮转子和平台一起旋转。该平台包括径向向外面向的第一表面、径向向内面向的第二表面、面向由涡轮部分的纵向轴线限定的轴向方向的第三表面以及延伸进第三表面中的多个沟槽。所述沟槽布置成在周向方向上具有分量的一空间限定在相邻沟槽之间，所述周向方向对应于叶片组件的旋转方向。在发动机操作期间，沟槽朝向热气体路径将净化空气引导出盘空腔，使得净化空气相对于穿过热气体路径的热气流的方向在期望的方向上流动。
根据本发明的第二方面，提供了一种密封组件，其位于盘空腔和延伸穿过燃气轮机发动机的涡轮部分的热气体路径之间。该密封组件包括静止的轮叶组件和旋转的叶片组件，静止的轮叶组件包括多个轮叶和内罩，旋转的叶片组件位于轮叶组件的下游，并包括多个叶片，多个叶片支撑在平台上，并在发动机操作期间与涡轮转子和平台一起旋转。该平台包括径向向外面向的第一表面、径向向内面向的第二表面、面向由涡轮部分的纵向轴线限定的轴向方向的第三表面以及延伸进第三表面中的多个沟槽。平台的第三表面相对于纵向轴线以一角度从平台的第一表面径向向内延伸，使得平台的第三表面还面向径向方向。所述沟槽布置成在周向方向上具有分量的一空间限定在相邻沟槽之间，所述周向方向对应于叶片组件的旋转方向。所述沟槽从其远离平台的第一表面的入口部向其邻近平台的第一表面的出口部逐渐变细，使得入口部比出口部宽。在发动机操作期间，沟槽朝向热气体路径将净化空气引导出盘空腔，使得净化空气的流动方向与穿过热气体路径的热气流的方向大致对准，穿过热气体路径的热气流大致平行于轮叶中的至少一个的后缘的出口角(exit angle)。
根据本发明的第三方面，提供了一种密封组件，其位于盘空腔和延伸穿过燃气轮机发动机的涡轮部分(包括涡轮转子)的热气体路径之间。该密封组件包括静止的轮叶组件和可与涡轮转子一起旋转并位于轮叶组件下游的叶片组件。轮叶组件包括多个轮叶和内罩。内罩包括径向向外面向的第一表面；径向向内且轴向下游面向的第二表面，轴向方向由涡轮部分的纵向轴线限定；以及延伸进第二表面中的多个轮叶沟槽。轮叶沟槽布置成在周向方向上具有分量的一空间限定在相邻轮叶沟槽之间，所述周向方向对应于涡轮转子的旋转方向。叶片组件包括支撑在平台上的多个叶片。该平台包括径向向外面向的第一表面、径向向内面向的第二表面、径向向外且轴向下游面向的第三表面以及延伸进平台的第三表面中的多个叶片沟槽。该叶片沟槽布置成在周向方向上具有分量的一空间限定在相邻叶片沟槽之间之间。在发动机操作期间，轮叶沟槽和叶片沟槽均朝向热气体路径将净化空气引导出盘空腔，使得净化空气相对于穿过热气体路径的热气流的方向在期望的方向上流动。
附图说明
尽管说明书以特别指出并明确发明的权利要求书结束，但是应明白，结合附图，从下面的描述中会更好地理解本发明，在附图中，类似的标号表示类似的元件，附图中：
图1是包括根据本发明实施例的密封组件的燃气轮机发动机中的涡轮级的一部分的示意性截面图；
图2是图1的密封组件的多个沟槽的局部透视图；
图2A是图2所示许多沟槽的正视图；
图3是在径向向内方向上观看时的图1所示级的截面图；
图4是包括根据本发明另一实施例的密封组件的燃气轮机发动机中的涡轮级的一部分的示意性截面图；
图5是图4的密封组件的多个沟槽的局部透视图；
图5A是图4所示许多沟槽的正视图；
图6是在径向向内方向上观看时的图4所示级的截面图；
图7是与图5的视图类似的视图，示出根据本发明另一实施例的密封组件；以及
图8是与图6的视图类似的视图，示出根据本发明另一实施例的密封组件。
具体实施方式
在下面对优选实施例的详细描述中，参考形成本说明书一部分的附图，在附图中，仅以示例方式而不以限制方式示出可实施本发明的特定优选的实施例。应理解，可使用其它实施例，并可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对实施例进行改变。
参见图1，示意性示出涡轮发动机10的一部分，其包括静止的轮叶组件12和叶片组件18，静止的轮叶组件包括从外壳(未示出)悬出并固定到环形内罩16的多个轮叶14，叶片组件包括多个叶片20和形成涡轮转子24的一部分的转子盘结构22。轮叶组件12和叶片组件18可在本文中统称为发动机10的涡轮部分26的“级”，如本领域技术人员所明白的，涡轮部分可包括多个级。轮叶组件12和叶片组件18在限定出发动机10的纵向方向LA的轴向方向上彼此间隔开，其中，图1所示轮叶组件12相对于涡轮部分26的入口26A和出口26B位于所示叶片组件18的上游，见图1和3。
转子盘结构22可包括平台28、叶片盘30以及与在发动机10操作期间随转子24一起旋转的叶片组件18相关的任何其它结构，比如根部、侧板、肋等。
轮叶14和叶片20延伸进限定在涡轮部分26内的环形热气体路径34中。包括热燃烧气体的工作气体HG(见图3)在发动机10操作期间被引导通过热气体路径34，并流过轮叶14和叶片20到达其它级。工作气体HG流过热气体路径34会导致叶片20和对应的叶片组件18旋转，以提供涡轮转子24的旋转。
参见图1，盘空腔36位于热气体路径34的径向内部，位于环形内罩16和转子盘结构22之间。净化空气PA(比如压缩空气)被提供进盘空腔36中，以冷却内罩16和转子盘结构22。净化空气PA还提供抵抗流过热气体路径34的工作气体HG压力的压力平衡，以抵消进入盘空腔36中的工作气体HG流。净化空气PA可从穿过转子24形成的冷却通路(未示出)和/或根据需要从其它上游通路(未示出)提供到盘空腔36。应注意，额外的盘空腔(未示出)通常设置在剩余内罩16和对应的相邻转子盘结构22之间。
如图1-3所示，所示实施例中的内罩16包括大致径向面向延伸的第一表面40，轮叶14从第一表面延伸出。所示实施例中的第一表面40从内罩16的轴向上游端部42延伸到轴向下游端部44，见图2和3。内罩16还包括径向向内且轴向下游面向的第二表面46，其从内罩16的轴向下游端部44延伸远离相邻的叶片组件18而到达内罩16的大致轴向面向的第三表面48，见图1和2。所示实施例中的内罩16的第二表面46相对于平行于纵向轴线LA的线L1以角度β从下游端部44延伸，即，使得第二表面46也相对于纵向轴线LA以角度β从下游端部44延伸，角度β优选地介于约30-60°之间，在所示实施例中为约45°，见图1。第三表面48从第二表面46径向向内延伸，并面向相邻叶片组件18的转子盘结构22。
内罩16和转子盘结构22的位于相应轮叶14和叶片20的径向内部的部件协作以在热气体路径34和盘空腔36之间形成环形密封组件50。环形密封组件50帮助防止工作气体HG从热气体路径34吸入盘空腔36中，并相对于穿过热气体路径34的工作气体HG的流动方向在期望方向上将净化空气PA的一部分输送出盘空腔36，如本文所述。应注意，与本文所述类似的额外密封组件50可设置在发动机10的其它级中的内罩16和相邻的转子盘结构22之间，即，帮助防止工作气体HG从热气体路径34吸入相应盘空腔36中，并相对于穿过热气体路径34的工作气体HG的流动方向在期望方向上将净化空气PA输送出盘空腔36，如本文所述。
如图1-3所示，密封组件50包括轮叶和叶片组件12、18的各部分。确切地，在所示实施例中，密封组件50包括内罩16的第二和第三表面46、48以及转子盘结构22的平台28的轴向上游端部28A。这些部件协作以限定出使净化空气PA流出盘空腔36的出口52，见图1和3。
密封组件50还包括延伸进内罩16的第二和第三表面46、48中的多个沟槽60，本文中还称为轮叶沟槽。沟槽60布置成在周向方向上具有分量的一空间62限定在相邻沟槽60之间，见图2和3。空间62的尺寸可依发动机10的特定构造而改变，并可选择成精细地调节净化空气PA从沟槽60的排出，其中，净化空气PA从沟槽60的排出会在下面更详细地讨论。
如图2最清楚示出，沟槽60的入口部64(即，朝向热气体路径34从盘空腔36排出的净化空气PA进入沟槽60)远离内罩16在其第三表面48中的轴向端部44，沟槽60的出口或出口部66(即，从沟槽60排出净化空气PA)邻近内罩16在其第二表面46中的轴向端部44。参见图2A，沟槽60优选地从其入口部64向其出口部66逐渐变细，使得入口部64的宽度W1比出口部66的宽度W2大，其中，宽度W1、W2分别在内罩16的相对侧壁SW2、SW2之间测量，相对侧壁在基本上垂直于净化空气PA穿过相应沟槽60的大致流动方向的方向上限定沟槽60。沟槽60以如此方式的缩减被认为使净化空气PA更集中且有影响力地排出沟槽60，以更有效地防止工作气体HG吸入盘空腔36，如下所述。
如图3所示，沟槽60还优选地在周向方向上倾斜和/或弯曲，使得入口部64相对于涡轮转子24的旋转方向DR位于出口部66的上游。沟槽60以如此方式的倾斜和/或弯曲朝向热气体路径34将净化空气PA从盘空腔36引导出沟槽60，使得净化空气PA相对于穿过热气体路径34的工作气体HG的流动在期望方向上流动。确切地说，根据本发明该方面的沟槽60将净化空气PA引导出盘空腔36，使得净化空气PA的流动方向与工作气体HG在热气体路径34的对应轴向位置处的流动方向大致对准，工作气体HG在热气体路径34的对应轴向位置处的流动方向大致平行于轮叶14的后缘14A的出口角。
参见图1-3，密封组件50还包括内罩16的大致轴向延伸的密封结构70，该密封结构从内罩的第三表面48朝向叶片组件18的叶片盘30延伸。如图1和3所示，密封结构70的轴向端70A紧密邻近叶片组件18的叶片盘30。密封结构70可形成为内罩16的一体部分，或者可与内罩16分离地形成，并固定到内罩。如图1所示，密封结构70优选地与平台28的上游端28A重叠，使得从热气体路径34进入盘空腔36的任何吸入必须行进通过曲折路径。
在发动机10操作期间，热工作气体HG流过热气体路径34会导致叶片组件18和涡轮转子24在图3所示旋转方向DR上旋转。
盘空腔36和热气体路径34之间的压差(即盘空腔36中的压力大于热气体路径34中的压力)导致位于盘空腔36中的净化空气PA朝向热气体路径34流动，见图1。当净化空气PA到达内罩36的第三表面48时，净化空气PA的一部分流入沟槽60的入口部64。净化空气PA的该部分径向向外流过沟槽60，然后，在到达沟槽60的位于内罩16的第二表面46内的部分时，净化空气PA朝向相邻的叶片组件18在沟槽60内径向向外且轴向地流动。由于沟槽60的倾斜和/或弯曲(如上所讨论的)，净化空气PA具有周向速度分量，使得净化空气PA在与工作气体HG离开轮叶14的后缘14A之后的流动方向大致相同的方向上排出沟槽60，见图3。
净化空气PA从沟槽60排出会通过迫使工作气体HG远离密封组件50而帮助限制热工作气体HG从热气体路径34吸入盘空腔36中。由于密封组件50限制工作气体HG从热气体路径34吸入盘空腔36中，所以密封组件50允许将更少量的净化空气PA提供到盘空腔36，由此增加了发动机效率。
另外，由于净化空气PA在与工作气体HG离开轮叶14的后缘14A之后的流动方向大致相同的方向上排出沟槽60，所以与净化空气PA和工作气体HG混合有关的压力损失更小，由此还增加了发动机效率。这尤其通过本发明的沟槽60实现，因为它们形成在内罩16的下游端部44中，使得除了净化空气PA在与热工作气体HG离开轮叶14的后缘14A之后的流动方向大致相同的方向上排出沟槽60，从沟槽60排出的净化空气PA在穿过热气体路径34的热工作气体HG的下游流动方向上轴向地流动，即，由于沟槽60在周向方向上倾斜和/或弯曲。因此，与沟槽形成在平台28的上游端部28A中相比，形成在内罩16中的沟槽60被认为使与净化空气PA和工作气体HG混合有关的压力损失更少，因为从形成在平台28的上游端部28A中的沟槽排出的净化空气会相对于穿过热气体路径34的热工作气体HG的流动方向轴向地上游流动，从而导致与混合相关的更高的压力损失。
应注意，沟槽60的倾斜和/或弯曲可以改变，以精细地调节净化空气PA从沟槽60排出的方向。这基于轮叶14的后缘14A的出口角是期望的和/或期望改变与净化空气PA和流过热气体路径34的工作气体HG的混合有关的压力损失量。
另外，沟槽60的入口部64可以在内罩16的第三表面48中径向向内或向外进一步安置，或者入口部64可以位于内罩16的第二表面46中，即使得沟槽60完全位于内罩16的第二表面46中。
最后，本文所述沟槽60优选地与内罩16一起铸造或者机加工进内罩16中。因此，和与内罩16分离地形成并固定到内罩16的肋相比，制造沟槽60的结构完整性和复杂度被认为得到改进。
参见图4，示出涡轮发动机110的一部分，其中，与上面参考图1-3描述的结构类似的结构包括相同的参考标号加100。发动机100示意性示出，包括静止的轮叶组件112和位于轮叶组件112的下游的叶片组件118，静止的轮叶组件包括从外壳(未示出)悬出并固定到环形内罩116的多个轮叶114，叶片组件包括多个叶片120和形成涡轮转子124的一部分的转子盘结构122。轮叶组件122和叶片组件118可在本文中统称为发动机10的涡轮部分126的“级”，如本领域技术人员所明白的，涡轮部分126可包括多个级。轮叶组件112和叶片组件118在限定出发动机110的纵向方向LA的轴向方向上彼此间隔开，其中，图4所示轮叶组件112相对于涡轮部分126的入口126A和出口126B位于所示叶片组件118的上游，见图4和6。
转子盘结构122可包括平台128、叶片盘130以及与在发动机110操作期间随转子124一起旋转的叶片组件118相关的任何其它结构，比如根部、侧板、肋等，见图4。
轮叶114和叶片120延伸进限定在涡轮部分126内的环形热气体路径134中。包括热燃烧气体的工作气体HG(见图6)在发动机110操作期间被引导通过热气体路径134，并流过轮叶114和叶片120到达其它级。工作气体HG流过热气体路径134会导致叶片120和对应的叶片组件118旋转，以提供涡轮转子124的旋转。
如图4所示，盘空腔136位于热气体路径134的径向内部，位于环形内罩116和转子盘结构122之间。净化空气PA(比如压缩空气)被提供进盘空腔136中，以冷却内罩116和转子盘结构122。净化空气PA还提供抵抗流过热气体路径134的工作气体HG压力的压力平衡，以抵消进入盘空腔136中的工作气体HG流。净化空气PA可从穿过转子124形成的冷却通路(未示出)和/或根据需要从其它上游通路(未示出)提供到盘空腔136。应注意，额外的盘空腔(未示出)通常设置在剩余内罩116和对应的相邻转子盘结构122之间。
参见4-6，所示实施例中的平台128包括大致径向向外面向的第一表面138，叶片120从第一表面延伸出。所示实施例中的第一表面138从平台128的轴向上游端部140延伸到轴向下游端部分142，见图5和6。
平台128还包括径向向内面向的第二表面144，其从平台128的轴向上游端部140远离相邻的轮叶组件112，见图4、5和5A。
平台128的轴向上游端部140包括径向向外且轴向上游面向的第三表面146和大致轴向面向的第四表面148，第四表面从第三表面146延伸到第二表面144，并面向相邻轮叶组件112的内罩116。所示实施例中的平台138的第三表面146相对于平行于纵向轴线LA的线L2以角度θ从第一表面138延伸，角度θ优选地介于约30-60°之间，在所示实施例中为约45°，见图4。
平台128和相邻内罩116的位于相应叶片120和轮叶114径向内部的部件协作以在热气体路径134和盘空腔136之间形成环形密封组件150。环形密封组件150帮助防止工作气体HG从热气体路径134吸入盘空腔136中，并相对于穿过热气体路径134的工作气体HG的流动方向在期望方向上将净化空气PA的一部分输送出盘空腔136，如本文所述。应注意，与本文所述类似的额外密封组件150可设置在发动机110中的其它级的平台128和相邻内罩116之间，即，帮助防止工作气体HG从热气体路径134吸入相应盘空腔136中，并相对于穿过热气体路径134的工作气体HG的流动方向在期望方向上将净化空气PA输送出盘空腔136，如本文所述。
如图4-6所示，密封组件150包括轮叶和叶片组件112、118的各部分。确切地，在所示实施例中，密封组件150包括平台128的第三和第四表面146、148以及相邻轮叶组件112的内罩116的轴向下游端部116A。这些部件协作以限定出使净化空气PA流出盘空腔136的出口152，见图4和6。
密封组件150还包括延伸进平台128的第三和第四表面146、148中的多个沟槽160，本文中还称为叶片沟槽。沟槽160布置成在周向方向(由涡轮转子124和转子盘结构122的旋转方向DR限定)上具有分量的一空间162限定在相邻沟槽160之间，见图5、5A和6。空间162的尺寸可依发动机110的特定构造而改变，并可选择成精细地调节净化空气PA从沟槽160的排出，其中，净化空气PA从沟槽160的排出会在下面更详细地讨论。
如图5A最清楚示出，沟槽160的入口部164(即，朝向热气体路径134从盘空腔136排出的净化空气PA进入沟槽160)位于平台128的远离平台128的第一表面138的第四表面148中。沟槽160的出口或出口部166(即，从沟槽160排出净化空气PA)邻近平台128的第一表面138，位于平台的第三表面146中。沟槽160优选地从其入口部164向其出口部166逐渐变细，使得入口部164的宽度W1比出口部166的宽度W2大，其中，宽度W1、W2分别在平台128的相对侧壁SW2、SW2之间测量，相对侧壁相对于基本上垂直于净化空气PA穿过相应沟槽160的大致流动方向的方向限定沟槽160。沟槽160以如此方式的缩减被认为使净化空气PA更集中且有影响力地排出沟槽160，以更有效地防止工作气体HG吸入盘空腔136，如下所述。
另外，仍参见图5A，相邻沟槽入口部164之间的周向间隙CSE小于每个沟槽160在其侧壁中点MP处的周向宽度W3，相邻沟槽出口部166之间的周向间隙CSO大于每个沟槽160在其侧壁中点MP处的周向宽度W3。沟槽160的这些尺寸被认为改进了从沟槽160排出的净化空气PA的流动性能，如下进一步讨论的。
参见图5，沟槽160还优选地在周向方向上倾斜和/或弯曲，使得入口部164的至少一部分相对于涡轮转子124和转子盘结构122的旋转方向DR位于出口部166的至少一部分的下游。沟槽160以如此方式的倾斜和/或弯曲使得朝向热气体路径134将净化空气PA从盘空腔136引导出沟槽160，使得净化空气PA相对于穿过热气体路径134的工作气体HG的流动在期望方向上流动。确切地说，根据本发明该方面的沟槽160将净化空气PA引导出盘空腔136，使得净化空气PA的流动方向与工作气体HG在热气体路径134的对应轴向位置处的流动方向大致对准，工作气体HG在热气体路径134的对应轴向位置处的流动方向大致平行于轮叶114的后缘114A的出口角，见图6。
如图4和6所示，密封组件150还包括内罩116的大致轴向延伸的密封结构170，该密封结构朝向叶片组件118的叶片盘130延伸。密封结构170的轴向端170A优选地紧密邻近叶片组件118的叶片盘130，使得密封结构170与平台128的上游端部140重叠。这种构造控制/限制最终流过沟槽160进入热气体路径134的冷却流体量，并还限制吸入盘空腔136的位置密封结构170内部的部分中的工作气体HG量，即工作气体HG从热气体路径134到盘空腔136的任何吸入必须行进通过曲折路径。密封结构170可形成为内罩116的一体部分，或者可与内罩116分离地形成并固定到内罩。
在发动机110操作期间，热工作气体HG流过热气体路径134会导致叶片组件118和涡轮转子124在图5和6所示旋转方向DR上旋转。
盘空腔136和热气体路径134之间的压差(即盘空腔136中的压力大于热气体路径134中的压力)导致位于盘空腔136中的净化空气PA朝向热气体路径134流动，见图4。当净化空气PA到达平台128的第四表面148时，净化空气PA的一部分流入沟槽160的入口部164。净化空气PA的该部分径向向外流过沟槽160，然后，在到达沟槽160的位于平台128的第三表面146内的部分时，净化空气PA远离相邻的上游轮叶组件112在沟槽160内径向向外且轴向地流动。由于沟槽160的倾斜和/或弯曲(如上所讨论的)以及沟槽160与涡轮转子124和转子盘结构122一起在旋转方向DR上的旋转，净化空气PA具有周向速度分量，使得净化空气PA在与工作气体HG离开上游轮叶114的后缘114A之后的流动方向大致相同的方向上排出沟槽160，见图6。
净化空气PA从沟槽160排出会通过迫使工作气体HG远离密封组件150而帮助限制热工作气体HG从热气体路径134吸入盘空腔136中。由于密封组件150限制工作气体HG从热气体路径134吸入盘空腔136中，所以密封组件150允许将更少量的净化空气PA提供到盘空腔136，即，由于净化空气PA在盘空腔136中的温度没有因进入盘空腔136中的大量工作气体HG而明显升高，因此，增加了发动机效率。
另外，由于净化空气PA在与工作气体HG离开上游轮叶114的后缘114A之后流过热气体路径134的大致相同方向上排出沟槽160，所以与净化空气PA和工作气体HG混合有关的压力损失更小，由此还增加了发动机效率。这尤其通过本发明的沟槽160实现，因为它们形成平台128的上游端部140的倾斜第三表面146中，使得除了净化空气PA在与热工作气体HG离开轮叶114的后缘114A之后的流动方向大致相同的周向方向上排出沟槽160，从沟槽160排出的净化空气PA在穿过热气体路径134的热工作气体HG的下游流动方向上轴向地流动，即，由于沟槽160在周向方向上倾斜和/或弯曲以及与涡轮转子124和转子盘结构122一起旋转。
应注意，沟槽160的倾斜和/或弯曲可以改变，以精细地调节净化空气PA从沟槽160排出的方向。这基于轮叶114的后缘114A的出口角是期望的和/或期望改变与净化空气PA和流过热气体路径134的工作气体HG的混合有关的压力损失量。
还应注意，沟槽160的入口部164可以在平台128的第四表面148中径向向内或向外进一步安置，或者入口部164可以位于平台128的第三表面146中，即，使得沟槽160完全位于平台128的第三表面146中。
本文所述沟槽160优选地与平台128一起铸造或者机加工进平台中。因此，和与平台128分离地形成并固定到平台的肋相比，制造沟槽160的结构完整性和复杂度被认为得到改进。
现在参见图7，示出根据本发明另一方面的密封组件200，其中，与上面参考图4-6描述的结构类似的结构包括相同的参考标号加100。在该实施例中，形成在叶片平台228中的沟槽260由相对的第一和第二侧壁SW1、SW2形成，其中，第一侧壁SW1包括大致径向延伸且周向面向的壁，第二侧壁SW2包括大致径向延伸壁，其面向轴向和周向方向。尽管根据该实施例的侧壁SW1、SW2是大致笔直的，并且由此它们本身不会给流出沟槽260的净化空气PA提供周向速度分量，但是由于包括平台228的叶片组件218在操作期间在上面参考图4-6所示的旋转方向DR上旋转，所以流出沟槽260的净化空气PA包括周向速度分量，即由沟槽260与叶片组件218一起在旋转方向DR上旋转引起。因此，流出根据本发明该方面的沟槽160的净化空气PA在与沿热气体路径234行进的热工作气体大致相同的方向上流动。
现在参见图8，示出根据本发明另一方面的密封组件300。图8所示密封组件300包括位于静止的轮叶组件306的内罩304中的第一沟槽302(本文中还称为轮叶沟槽)以及位于旋转的叶片组件312的平台310中的第二沟槽308(本文中还称为叶片沟槽)。第一沟槽302可基本上类似于上面参考图1-3所述的沟槽60，第二沟槽308可基本上类似于上面参考图4-6所述的沟槽160。根据本发明该方面的密封组件300进一步限制与密封组件300相关的工作气体HG从热气体路径314到盘空腔316的吸入，从而允许甚至更少量的净化空气PA提供到盘空腔316，由此进一步增加发动机效率。
尽管示出和描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员应明白，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它改变和修改。因此，意在于所附权利要求中涵盖位于本发明范围内的所有这些改变和修改。

Claims (20)

1.一种位于盘空腔和延伸穿过燃气轮机发动机的涡轮部分的热气体路径之间的密封组件，包括：
静止的轮叶组件，包括多个轮叶和内罩；
旋转的叶片组件，位于所述轮叶组件的下游，并包括多个叶片，所述多个叶片支撑在平台上，并在发动机操作期间与涡轮转子和所述平台一起旋转，所述平台包括：
径向向外面向的第一表面；
径向向内面向的第二表面；
第三表面，面向由涡轮部分的纵向轴线限定的轴向方向；以及
延伸进所述第三表面中的多个沟槽，所述沟槽布置成在周向方向上具有分量的一空间限定在相邻沟槽之间，所述周向方向对应于所述叶片组件的旋转方向；
其中，在发动机操作期间，所述沟槽朝向所述热气体路径将净化空气引导出所述盘空腔，使得所述净化空气相对于穿过所述热气体路径的热气流的方向在期望方向上流动。
2.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述平台的第三表面相对于所述纵向轴线以一角度从所述平台的第一表面径向向内延伸，使得所述平台的第三表面还面向径向方向。
3.如权利要求2所述的密封组件，其中，所述平台的第三表面相对于所述纵向轴线以约30°至约60°的角度从所述平台的第一表面径向向内延伸。
4.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述沟槽从其远离所述平台的第一表面的入口部向其邻近所述平台的第一表面的出口部逐渐变细，使得所述入口部比所述出口部更宽。
5.如权利要求1所述的密封组件，其中，相邻沟槽入口部之间的周向间隙小于所述沟槽在每个对应沟槽的侧壁中点处的周向宽度，相邻沟槽出口之间的周向间隙大于所述沟槽在每个对应沟槽的侧壁中点处的周向宽度。
6.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述沟槽在周向方向上是倾斜和弯曲中的至少一种，使得相对于所述叶片组件的旋转方向，所述沟槽的远离所述平台的第一表面的入口部位于所述沟槽的邻近所述平台的第一表面的出口部的下游。
7.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述沟槽引导净化空气，使得所述净化空气的流动方向与穿过所述热气体路径的热气流的方向大致对准，穿过所述热气体路径的热气流的方向大致平行于上游轮叶组件的轮叶中的至少一个的后缘的出口角。
8.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述平台还包括大致轴向面向的第四表面，所述第四表面从所述第三表面径向向内延伸，并面向相邻的上游轮叶组件，其中，所述沟槽的入口部位于所述平台的第四表面中，所述沟槽的出口部位于所述平台的第三表面中。
9.如权利要求8所述的密封组件，其中，所述轮叶组件还包括大致轴向延伸的密封结构，所述密封结构从所述内罩朝向所述叶片组件延伸，并紧密邻近所述叶片组件。
10.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述内罩包括：
径向向外面向的第一表面；
径向向内面向的第二表面；
延伸进所述内罩的第二表面中的多个轮叶沟槽，所述轮叶沟槽布置成在周向方向上具有分量的一空间限定在相邻轮叶沟槽之间，其中，在发动机操作期间，所述轮叶沟槽朝向所述热气体路径将额外净化空气引导出所述盘空腔，使得额外净化空气相对于穿过所述热气体路径的热气流的方向在期望方向上流动。
11.如权利要求10所述的密封组件，其中，所述轮叶沟槽从其远离所述内罩的轴向端部的入口部向其邻近所述内罩的轴向端部的出口部逐渐变细，使得所述入口部比所述出口部更宽。
12.如权利要求11所述的密封组件，其中，所述轮叶沟槽在周向方向上是倾斜和弯曲中的至少一种，使得相对于所述叶片组件的旋转方向，所述轮叶沟槽的入口部位于所述轮叶沟槽的出口部的上游。
13.一种位于盘空腔和延伸穿过燃气轮机发动机的涡轮部分的热气体路径之间的密封组件，包括：
静止的轮叶组件，包括多个轮叶和内罩；
旋转的叶片组件，位于所述轮叶组件的下游，并包括多个叶片，所述多个叶片支撑在平台上，并在发动机操作期间与涡轮转子和所述平台一起旋转，所述平台包括：
径向向外面向的第一表面；
径向向内面向的第二表面；
第三表面，面向由涡轮部分的纵向轴线限定的轴向方向，其中，所述平台的第三表面相对于纵向轴线以一角度从所述平台的第一表面径向向内延伸，使得所述平台的第三表面还面向径向方向；以及
延伸进所述第三表面中的多个沟槽，所述沟槽布置成在周向方向上具有分量的一空间限定在相邻沟槽之间，所述周向方向对应于所述叶片组件的旋转方向，其中，所述沟槽从其远离所述平台的第一表面的入口部向其邻近所述平台的第一表面的出口部逐渐变细，使得所述入口部比所述出口部更宽；
其中，在发动机操作期间，所述沟槽朝向所述热气体路径将净化空气引导出所述盘空腔，使得所述净化空气的流动方向与穿过所述热气体路径的热气流的方向大致对准，穿过所述热气体路径的热气流的方向大致平行于上游轮叶组件的轮叶中的至少一个的后缘的出口角。
14.如权利要求13所述的密封组件，其中，相邻沟槽入口部之间的周向间隙小于所述沟槽在每个对应沟槽的侧壁中点处的周向宽度，相邻沟槽出口之间的周向间隙大于所述沟槽在每个对应沟槽的侧壁中点处的周向宽度。
15.如权利要求14所述的密封组件，其中，所述沟槽在周向方向上是倾斜和弯曲中的至少一种，使得相对于所述叶片组件的旋转方向，所述沟槽的远离所述平台的第一表面的入口部位于所述沟槽的邻近所述平台的第一表面的出口部的下游。
16.如权利要求13所述的密封组件，其中，所述轮叶组件还包括大致轴向延伸的密封结构，所述密封结构从所述内罩朝向所述叶片组件延伸，并紧密邻近所述叶片组件。
17.如权利要求13所述的密封组件，其中，所述内罩包括：
径向向外面向的第一表面；
径向向内面向的第二表面；
延伸进所述内罩的第二表面中的多个轮叶沟槽，所述轮叶沟槽布置成在周向方向上具有分量的一空间限定在相邻轮叶沟槽之间，其中，在发动机操作期间，所述轮叶沟槽朝向所述热气体路径将额外净化空气引导出所述盘空腔，使得额外净化空气相对于穿过所述热气体路径的热气流的方向在期望方向上流动。
18.如权利要求18所述的密封组件，其中，所述轮叶沟槽从其远离所述内罩的轴向端部的入口部向其邻近所述内罩的轴向端部的出口部逐渐变细，使得所述入口部比所述出口部更宽。
19.如权利要求19所述的密封组件，其中，所述轮叶沟槽在周向方向上是倾斜和弯曲中的至少一种，使得相对于所述叶片组件的旋转方向，所述轮叶沟槽的入口部位于所述轮叶沟槽的出口部的上游。
20.一种位于盘空腔和延伸穿过燃气轮机发动机的包括涡轮转子的涡轮部分的热气体路径之间的密封组件，所述密封组件包括：
静止的轮叶组件，包括多个轮叶和内罩，所述内罩包括：
径向向外面向的第一表面；
径向向内且轴向下游面向的第二表面，轴向方向由所述涡轮部分的纵向轴线限定；以及
延伸进所述内罩的第二表面中的多个轮叶沟槽，所述轮叶沟槽布置成在周向方向上具有分量的一空间限定在相邻轮叶沟槽之间，所述周向方向对应于所述涡轮转子的旋转方向；
叶片组件，能够与所述涡轮转子一起旋转，并位于所述轮叶组件的下游，所述叶片组件包括多个叶片，所述多个叶片支撑在平台上，所述平台包括：
径向向外面向的第一表面；
径向向内面向的第二表面；
径向向外且轴向上游面向的第三表面；以及
延伸进所述平台的第三表面中的多个叶片沟槽，所述叶片沟槽布置成在周向方向上具有分量的一空间限定在相邻叶片沟槽之间；
其中，在发动机操作期间，所述轮叶沟槽和所述叶片沟槽均朝向所述热气体路径将净化空气引导出盘空腔，使得所述净化空气相对于穿过所述热气体路径的热气流的方向在期望方向上流动。
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