CN105765169B

CN105765169B - 燃气涡轮发动机中包括位于平台的后部面向侧中的凹槽的密封组件

Info

Publication number: CN105765169B
Application number: CN201480066030.0A
Authority: CN
Inventors: 李经邦; 谭国汶; E.施雷德; E.约翰逊; D.穆勒; S.科佩斯; M.施瓦南; K.G.穆里蒂
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2019-05-07
Anticipated expiration: 2034-09-09
Also published as: EP3052761A1; WO2015050676A1; CN105765169A

Abstract

一种在燃气涡轮发动机中位于盘腔和热气体路径之间的密封组件包括固定轮叶组件和旋转叶片组件，旋转叶片组件位于轮叶组件的轴向上游。叶片组件的平台具有：径向向外面向的第一表面；轴向下游面向的第二表面，其限定后部平面；以及多个凹槽，其延伸至第二表面中使得凹槽从后部平面凹入。凹槽布置成使得在相邻凹槽之间限定周向空间。在发动机的操作期间，凹槽将周向速度分量施加到通过凹槽流出盘腔的吹扫空气以朝向热气体路径引导吹扫空气，使得吹扫空气相对于通过热气体路径的热气流的方向在期望方向上流动。

Description

燃气涡轮发动机中包括位于平台的后部面向侧中的凹槽的密封组件

相关申请的交叉引用

本申请是由Ching-Pang Lee在2013年10月2日提交的题目为“SEAL ASSEMBLYINCLUDING GROOVES IN A RADIALLY OUTWARDLY FACING SIDE OF A PLATFORM IN A GASTURBINE ENGINE”的美国专利申请序列第14/043,958号（代理人档案号2013P07030US）的部分继续申请，其全部公开内容以引用方式并入本文中。本申请和美国专利申请序列第14/043,958号是由Ching-Pang Lee在2013年1月23日提交的题目为“SEAL ASSEMBLYINCLUDING GROOVES IN AN INNER SHROUD IN A GAS TURBINE ENGINE”的美国专利申请序列第13/747,868号（代理人档案号2012P17912US）的部分继续申请，其全部公开内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明总体涉及一种用于在燃气涡轮发动机中使用的密封组件，其包括定位在可旋转叶片平台的径向外侧上的多个凹槽以便帮助限制热气体路径和盘腔之间的泄漏。

背景技术

在多级旋转机器（诸如燃气涡轮发动机）中，流体（比如，进气）在压缩器区段中压缩并在燃烧区段中与燃料混合。空气和燃料的混合物在燃烧区段中点燃以产生燃烧气体，该燃烧气体限定被引导至发动机的涡轮区段内的（多个）涡轮级的热工作气体，以产生涡轮部件的旋转运动。涡轮区段和压缩机区段两者都具有例如与可旋转部件（诸如叶片）协作的固定或非旋转部件（例如轮叶）例如以便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，以防止所述部件过热。

热工作气体在容纳有冷却流体的机器中从热气体路径到盘腔的吸入例如通过产生较高盘和叶片根部温度来降低发动机性能和效率。工作气体从热气体路径到盘腔的吸入还可降低盘腔中或周围部件的使用寿命和/或导致其故障。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种密封组件提供在盘腔和延伸通过燃气涡轮发动机的涡轮区段的热气体路径之间。所述密封组件包括：固定轮叶组件，其包括多个轮叶和内部护罩；以及旋转叶片组件，其位于所述轮叶组件的轴向上游并包括多个叶片，所述多个叶片支撑在平台上并在所述发动机的操作期间随涡轮转子和所述平台旋转，轴向方向由所述涡轮区段的纵向轴线限定。所述平台包括：径向向外面向的第一表面；轴向下游面向的第二表面，其从所述第一表面和所述第二表面之间的接合处径向向内延伸，所述第二表面限定后部平面；以及多个凹槽，其延伸至所述第二表面中，使得所述凹槽从由所述第二表面限定的所述后部平面凹入。所述凹槽布置成使得在周向方向上具有分量的空间限定在相邻凹槽之间，所述周向方向对应于所述叶片组件的旋转方向。在所述发动机的操作期间，所述凹槽将周向速度分量施加到通过所述凹槽流出所述盘腔的吹扫空气以朝向所述热气体路径引导所述吹扫空气，使得所述吹扫空气相对于通过所述热气体路径的热气流的方向在期望方向上流动。

所述凹槽可包括第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁周向定位在所述第二侧壁的上游。

所述凹槽的轴向深度可从所述第一侧壁至所述第二侧壁逐渐增加。

所述凹槽的第二侧壁可包括大致平面的沿周向面向的端部壁，其从所述凹槽的入口部大致径向向外延伸到其出口部。

所述凹槽的所述端部壁的径向内部拐角部分可在所述周向上游方向上弯曲以形成倾斜表面以便冷却通过所述凹槽的空气。

所述凹槽的出口部可从所述平台的第一和第二表面之间的接合处径向移位。

所述凹槽可包括径向外部出口部壁，其限定所述凹槽的所述出口部并径向向内且轴向下游面向。

所述凹槽引导通过其的吹扫空气，使得所述吹扫空气离开所述凹槽的流动方向可在对应于所述吹扫空气离开所述凹槽的位置的轴向位置处与通过所述热气体路径的热气流的所述方向大致对齐。

所述平台可还包括大致轴向延伸的密封结构，其从所述平台朝向相邻下游轮叶组件的内部护罩延伸并延伸到紧密接近所述相邻下游轮叶组件的所述内部护罩内。

所述平台可还包括：第三表面，其面向轴向上游方向；以及多个叶片凹槽，其延伸至所述平台的所述第三表面中，所述叶片凹槽布置成使得在所述周向方向上具有分量的空间限定在相邻叶片凹槽之间，其中，在所述发动机的操作期间，所述叶片凹槽朝向所述热气体路径将吹扫空气引导到轴向上游盘腔外，使得所述吹扫空气相对于通过所述热气体路径的热气流的方向在期望方向上流动。所述平台的所述第三表面可轴向上游且径向向外面向。所述内部护罩可还包括：径向向外面向的第一表面；径向向内面向的第二表面；以及多个轮叶凹槽，其延伸至所述内部护罩的所述第二表面中，所述轮叶凹槽布置成使得在所述周向方向上具有分量的空间限定在相邻轮叶凹槽之间，其中，在所述发动机的操作期间，所述轮叶凹槽朝向所述热气体路径引导吹扫空气，使得所述吹扫空气相对于通过所述热气体路径的热气流的方向在期望方向上流动。所述内部护罩的所述第二表面可轴向下游且径向向内面向。所述叶片凹槽可从其定位成远离所述平台的所述第一表面的入口部减缩至其定位成接近所述平台的所述第一表面的出口部，使得所述叶片凹槽的所述入口部比所述叶片凹槽的所述出口部宽；并且所述轮叶凹槽可从其定位成远离所述内部护罩的轴向端部部分的入口部减缩至其定位成接近所述内部护罩的所述轴向端部部分的出口部，使得所述轮叶凹槽的所述入口部比所述轮叶凹槽的所述出口部宽。

根据本发明的第二方面，一种密封组件提供在盘腔和延伸通过包括涡轮转子的燃气涡轮发动机的涡轮区段的热气体路径之间。所述密封组件包括：固定轮叶组件，其包括多个轮叶和内部护罩；以及旋转叶片组件，其位于所述轮叶组件的轴向上游并包括多个叶片，所述多个叶片支撑在平台上并在所述发动机的操作期间随涡轮转子和所述平台旋转，轴向方向由所述涡轮区段的纵向轴线限定。所述平台包括：径向向外面向的第一表面；轴向下游面向的第二表面，其从所述第一表面和所述第二表面之间的接合处径向向内延伸，所述第二表面限定后部平面；以及多个凹槽，其延伸至所述第二表面中使得所述凹槽从由所述第二表面限定的所述后部平面凹入。所述凹槽布置成使得在周向方向上具有分量的空间限定在相邻凹槽之间，所述周向方向对应于所述叶片组件的旋转方向。所述凹槽的轴向深度从所述凹槽的第一侧壁增加至从所述第一侧壁在下游周向间隔开的所述凹槽第二侧壁，并且所述凹槽的出口部从所述平台的第一和第二表面之间的所述接合处径向移位。在所述发动机的操作期间，所述凹槽将周向速度分量施加到通过所述凹槽流出所述盘腔的吹扫空气以引导通过其的所述吹扫空气，使得所述吹扫空气离开所述凹槽的流动方向在对应于所述吹扫空气离开所述凹槽的位置的轴向位置处与通过所述热气体路径的热气流的方向大致对齐。

附图说明

虽然说明书以特别指出并明确主张本发明的权利要求结束，但相信从下面结合附图的描述将更好地理解本发明，其中相似参考标记表示相似元件，并且其中：

图1是根据本发明的实施例的包括密封组件的燃气涡轮发动机中的涡轮级的一部分的图解性截面图；

图2是图1的密封组件的多个凹槽的局部透视图；

图2A是图2中示出的多个凹槽的正视图；

图3是在径向向内方向上查看的图1中示出的级的横截面图；

图4是根据本发明的另一实施例的包括密封组件的燃气涡轮发动机中的涡轮级的一部分的图解性截面图；

图5是图4的密封组件的多个凹槽的片局部视图；

图5A是图4中示出的多个凹槽的正视图；

图6是在径向向内方向上查看的图4中示出的级的横截面图；

图7是根据本发明的另一实施例的类似于图5A的视图并示出密封组件的视图；

图8是根据本发明的另一实施例的类似于图6的视图并示出密封组件的视图；

图9是根据本发明的另一实施例的包括密封组件的燃气涡轮发动机中的涡轮级的一部分的图解性截面图；

图10是图9的密封组件的多个凹槽的片局部视图；

图10A是图9中示出的多个凹槽的正视图；

图11是在径向向内方向上查看的图9中示出的级的横截面图；以及

图11A是示出如图11中所描绘的热工作气体和吹扫空气的速度矢量的示图。

具体实施方式

在优选实施例的以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中以图解而非以限制方式示出，其中可实践本发明的特定优选实施例。应理解，可利用其它实施例，并且可在不偏离本发明的精神和范围的情况下可作出改变。

参见图1，以图解性方式示出涡轮发动机10的一部分，包括：固定轮叶组件12，其包括从外壳（未示出）悬挂并固定至环形内部护罩16的多个轮叶14；以及叶片组件18，其包括多个叶片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在本文中可统称为发动机10的涡轮区段26的“级”，如本领域的普通技术人员将显而易见的是，涡轮区段26可包括多个级。轮叶组件12和叶片组件18在限定发动机10的纵向轴线L_A的轴向方向上彼此间隔开，其中图1中示出的轮叶组件12相对于涡轮区段26的入口26A和出口26B位于所示出叶片组件18的上游，参见图1和图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的操作期间随转子24一起旋转的叶片组件18相关联的任何其它结构，诸如例如，根部（root）、侧板、柄部等。

轮叶14和叶片20延伸至限定在涡轮区段26内的环形热气体路径34中。包括热燃烧气体的工作气体H_g（参见图3）在发动机10的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H_g通过热气体路径34的通道导致叶片20和对应叶片组件18的旋转以提供涡轮转子24的旋转。

参见图1，盘腔36在环形内部护罩16和转子盘结构22之间从热气体路径34径向向内定位。吹扫空气P_A（诸如例如，压缩机排出空气）提供至盘腔36中以冷却内部护罩16和转子盘结构22。吹扫空气P_A还提供抵抗流过热气体路径34的工作气体H_g的压力的压力平衡，以抵消工作气体H_g至盘腔36中的流动。吹扫空气P_A可从通过转子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）提供至盘腔36。应注意，额外盘腔（未示出）通常提供在其它内部护罩16和对应相邻转子盘结构22之间。

如图1-3中所示，所示实施例中的内部护罩16包括轮叶14从其延伸的大致径向面向延伸的第一表面40。所示实施例中的第一表面40从内部护罩16的轴向上游端部部分42延伸至轴向下游端部部分44，参见图2和图3。内部护罩16还包括径向向内且轴向下游面向的第二表面46，其远离相邻叶片组件18从内部护罩16的轴向下游端部部分44延伸至内部护罩16的大致轴向面向的第三表面48，参见图1和图2。所示实施例中的内部护罩16的第二表面46相对于平行于纵向轴线L_A的线L1以角度β从下游端部部分44延伸，即，使得第二表面46也相对于纵向轴线L_A以角度β从下游端部部分44延伸，所述角度β优选地介于约30-60°之间，并且在所示实施例中为约45°，参见图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。

内部护罩16和转子盘结构22从相应轮叶14和叶片20径向向内的部件协作以在热气体路径34和盘腔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H_g从热气体路径34吸入到盘腔36中并相对于工作气体H_g通过热气体路径34的流动方向在期望方向上将吹扫空气P_A的一部分输送出盘腔36，如本文中将描述的。应注意，类似于本文中所描述的一个密封组件的额外密封组件50可设置在发动机10中其余级的内部护罩16和相邻转子盘结构22之间，即，以便帮助防止工作气体H_g从热气体路径34吸入到相应盘腔36中并相对于工作气体H_g通过热气体路径34的流动方向在期望方向上将吹扫空气P_A输送出盘腔36，如本文中将描述的。

如图1-3中所示，密封组件50包括轮叶和叶片组件12,18的若干部分。具体来说，在所示实施例中，密封组件50包括内部护罩16的第二和第三表面46,48以及转子盘结构22的平台28的轴向上游端部部分28A。这些部件协作以限定用于使吹扫空气P_A离开盘腔36的出口52，参见图1和图3。

密封组件50还包括延伸至内部护罩16的第二和第三表面46,48中的多个凹槽60，在本文中也称为轮叶凹槽。凹槽60布置成使得在周向方向上具有分量的空间62限定在相邻凹槽60之间，参见图2和图3。空间62的大小可依据发动机10的特定配置变化并可经选择以精细调节吹扫空气P_A从凹槽60的排出，其中吹扫空气P_A从凹槽60的排出将在下文更详细地描述。

如图2中最清楚地示出，凹槽60的入口部64，即，其中朝向热气体路径34从盘腔36排出的吹扫空气P_A进入凹槽60，定位成远离内部护罩16在其第三表面48中的轴向端部部分44，并且凹槽60的出口或出口部66，即，其中吹扫空气P_A从凹槽60排出，定位成接近内部护罩16在其第二表面46中的轴向端部部分44。参见图2A，凹槽60优选地从其入口部64至其出口部66减缩，使得入口部64的宽度W₁比出口部66的宽度W₂宽，其中宽度W1, W₂分别在内部护罩16的相对侧壁S_W1, S_W2之间测量，相对侧壁S_W1, S_W2在实质上垂直于吹扫空气P_A通过相应凹槽60的大致流动方向的方向上限定凹槽60。凹槽60以此方式的减缩被认为提供吹扫空气P_A离开凹槽60的更集中且有影响力的排出，从而有效防止工作气体H_g吸入至盘腔36中，如下文将描述。

如图3中所示，凹槽60还优选地在周向方向上成角度和/或弯曲，使得其入口部64相对于涡轮转子24的旋转方向D_R定位在其出口部66的上游。以此方式使凹槽60成角度和/或弯曲实现朝向热气体路径34将吹扫空气P_A从盘腔36引导出凹槽60，使得吹扫空气P_A相对于工作气体H_g通过热气体路径34的流动在期望方向上流动。具体来说，根据本发明的此方面的凹槽60将吹扫空气P_A引导出盘腔36，使得吹扫空气P_A的流动方向与工作气体H_g在热气体路径34的对应轴向位置处的流动方向大致对齐，工作气体H_g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的出口角度。

参考图1-3，密封组件50还包括内部护罩16的大致轴向延伸的密封结构70，其从其第三表面48朝向叶片组件18的叶片盘30延伸。如图1和图3中所示，密封结构70的轴向端部70A紧密接近叶片组件18的叶片盘30。密封结构70可形成为内部护罩16的整体部分，或者可与内部护罩16分离地形成并固定至其。如图1中所示，密封结构70 优选地重叠平台28的上游端部28A，使得从热气体路径34到盘腔36中的任何吸入必须行进通过曲折路径。

在发动机10的操作期间，热工作气体H_g通过热气体路径34的通道导致叶片组件18和涡轮转子24在图3中所示的旋转方向D_R上旋转。

盘腔36和热气体路径34之间的压力差（即，盘腔36中的压力大于热气体路径34中的压力）致使位于盘腔36中的吹扫空气P_A朝向热气体路径34流动，参见图1。当吹扫空气P_A到达内部护罩36的第三表面48时，吹扫空气P_A的一部分流到凹槽60的入口部64中。吹扫空气P_A的该部分径向向外流过凹槽60，并且然后在到达凹槽60在内部护罩16的第二表面46内的部分时，吹扫空气P_A朝向相邻叶片组件18在凹槽60内径向向外且轴向流动。由于上述的凹槽60的成角度和/或弯曲，吹扫空气P_A具有周向速度分量，使得吹扫空气P_A在与工作气体H_g在离开轮叶14的后缘14A之后的流动方向大致相同的方向上从凹槽排出60，参见图3。

吹扫空气P_A从凹槽60的排出通过迫使工作气体H_g远离密封组件50来帮助限制热工作气体H_g从热气体路径34吸入到盘腔36中。由于密封组件50限制工作气体H_g从热气体路径34吸入到盘腔36中，因此密封组件50允许较小量的吹扫空气P_A被提供至盘腔36，因此增加发动机效率。

此外，由于吹扫空气P_A在与工作气体H_g在离开轮叶14的后缘14A之后流过气体路径34的方向大致相同的方向上从凹槽排出60，因此存在与和工作气体H_g混合的吹扫空气P_A相关联的较小压力损耗，因此额外地增加发动机效率。这尤其通过本发明的凹槽60实现，因为其形成在内部护罩16的下游端部部分44中，使得除吹扫空气P_A在与热工作气体H_g在离开轮叶14的后缘14A之后的流动方向大致相同的周向方向上从凹槽60排出以外，从凹槽60排出的吹扫空气P_A在热工作气体H_g的下游流动方向上轴向流过热气体路径34，即，由于凹槽60在周向方向上成角度和/或弯曲。与形成于平台28的上游端部部分28A中的凹槽60相比，形成于内部护罩16中的凹槽60因此被认为提供与和工作气体H_g混合的吹扫空气P_A相关联的较小压力损耗，因为排出形成于平台28的上游端部部分28A中的凹槽的吹扫空气将相对于通过热气体路径34的热工作气体H_g的流动方向轴向地上游流动，从而导致与混合相关联的较高压力损耗。

应注意，凹槽60的角度和/或曲率可变化以精细调节吹扫空气P_A离开凹槽60的排出方向。这基于轮叶14的后缘14A的出口角度是期望的和/或期望改变与和流过热气体路径34的工作气体H_g混合的吹扫空气P_A相关联的压力损耗量。

进一步，凹槽60的入口部64可在内部护罩16的第三表面48中径向向内或向外进一步定位，或者入口部64可定位在内部护罩16的第二表面46中，即，使得整个凹槽60将定位在内部护罩16的第二表面46中。

最后，本文中描述的凹槽60优选地与内部护罩16一起铸造或机加工至内部护罩16中。因此，凹槽60的结构完整性和制造复杂度被认为是对从内部护罩16分离地形成并固定至内部护罩16的肋的改进。

参见图4，示出涡轮发动机110的一部分，其中类似于上文参考图1-3所描述的结构包括增加100的相同参考标记。发动机100以图解性方式示出并包括：固定轮叶组件112，其包括从外壳（未示出）悬挂并固定至环形内部护罩116的多个轮叶114；以及叶片组件118，其位于轮叶组件112的下游并包括多个叶片120和形成涡轮转子124的一部分的转子盘结构122。轮叶组件112和叶片组件118在本文中可统称为发动机110的涡轮区段126的“级”，如本领域的普通技术人员将显而易见的，所述涡轮区段126可包括多个级。轮叶组件112和叶片组件118在限定发动机110的纵向轴线L_A的轴向方向上彼此间隔开，其中图4中示出的轮叶组件112相对于涡轮区段126的入口126A和出口126B位于所示出叶片组件118的上游，参见图4和图6。

转子盘结构122包括平台128、叶片盘130以及与在发动机110的操作期间随转子124一起旋转的叶片组件118相关联的任何其它结构，诸如例如，根部、侧板、柄部等，参见图4。

轮叶114和叶片120延伸至限定于涡轮区段126内的环形热气体路径134中。包括热燃烧气体的工作气体H_g（参见图6）在发动机110的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以到达其余级。工作气体H_g通过热气体路径134的通道导致叶片120和对应叶片组件118的旋转以提供涡轮转子124的旋转。

如图4中所示，盘腔136在环形内部护罩116和转子盘结构122之间从热气体路径134径向向内定位。吹扫空气P_A（诸如例如，压缩机排出空气）提供至盘腔136中以冷却内部护罩116和转子盘结构122。吹扫空气P_A还提供抵抗流过热气体路径134的工作气体H_g的压力的压力平衡以抵消工作气体H_g至盘腔136中的流动。吹扫空气P_A可从通过转子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）提供至盘腔136。应注意，额外盘腔（未示出）通常设置在其它内部护罩116和对应相邻转子盘结构122之间。

参考图4-6，所示实施例中的平台128包括叶片120从其延伸的大致径向向外面向的第一表面138。所示实施例中的第一表面138从平台128的轴向上游端部部分140延伸至轴向下游端部部分142，参见图5和图6。

平台128还包括从平台128的轴向上游端部部分140远离相邻轮叶组件112延伸的径向向内面向的第二表面144，参见图4、图5和5A。

平台128的轴向上游端部部分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，该第四表面148从第三表面146延伸至第二表面144并面向相邻轮叶组件112的内部护罩116。所示实施例中的平台128的第三表面146相对于平行于纵向轴线L_A的线L₂以角度θ从第一表面138延伸，所述角度θ优选地介于约30-60°之间并且在所示实施例中为约45°，参见图4。

平台128和相邻内部护罩116从相应叶片120和轮叶114径向向内的部件协作以在热气体路径134和盘腔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H_g从热气体路径134吸入至盘腔136中并相对于工作气体H_g通过热气体路径134的流动方向在期望方向上将吹扫空气P_A的一部分输送出盘腔136，如本文中将描述的。应注意，类似于本文中所描述的一个密封组件的额外密封组件150可设置在发动机110中其余级的平台128和相邻内部护罩116之间，即，以便帮助防止工作气体H_g从热气体路径134吸入到相应盘腔136中并相对于工作气体H_g通过热气体路径134的流动方向在期望方向上将吹扫空气P_A输送出盘腔136，如本文中将描述。

如图4-6中所示，密封组件150包括轮叶和叶片组件112, 118的若干部分。具体来说，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的内部护罩116的轴向下游端部部分116A。这些组件协作以限定用于使吹扫空气P_A离开盘腔136的出口152，参见图4和图6。

密封组件150还包括延伸至平台128的第三和第四表面146, 148中的多个凹槽160，在本文中也称为叶片凹槽。凹槽160布置成使得在由涡轮转子124和转子盘结构122的旋转方向D_R限定的周向方向上具有分量的空间162限定在相邻凹槽160之间，参见图5、图5A和图6。空间162的大小可依据发动机110的特定配置变化并可经选择以精细调节吹扫空气P_A从凹槽60的排出，其中吹扫空气P_A从凹槽160的排出将在下文更详细地描述。

如图5A中最清楚地示出，凹槽160的入口部164，即，其中朝向热气体路径134从盘腔136排出的吹扫空气P_A进入凹槽160，定位成远离平台128的第一表面138在平台128的第四表面148中。凹槽160的出口或出口部166，即，其中吹扫空气P_A从凹槽160排出，定位成接近平台128的第一表面138在其第三表面146中。凹槽160优选地从其入口部164减缩至其出口部166，使得凹槽入口部164的宽度W₁比凹槽出口部166的宽度W₂宽，其中宽度W1, W₂分别在平台128的相对侧壁S_W1, S_W2之间测量，相对侧壁S_W1, S_W2相对于实质上垂直于吹扫空气P_A通过相应凹槽160的大致流动方向的方向限定凹槽160。凹槽160以此方式的减缩被认为提供吹扫空气P_A离开凹槽160的更集中且有影响力的排出，从而有效防止工作气体H_g吸入至盘腔136中，如下文将描述。

进一步，仍参见图5A，相邻凹槽入口部164之间的周向间隔Cse小于每个凹槽160在其侧壁中点M_P处的周向宽度W₃，并且相邻凹槽出口166之间的周向间隔Cso大于每个凹槽160在其侧壁中点M_P处的周向宽度W₃。凹槽160的这些尺寸被认为提供离开凹槽160的经改进的吹扫空气P_A流动性能，下文将对此进一步论述。

参见图5，凹槽160还优选地在周向方向上成角度和/或弯曲，使得其入口部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D_R定位在其出口部166的至少一部分的下游。以此方式使凹槽160成角度和/或弯曲实现朝向热气体路径134将吹扫空气P_A从盘腔136引导出凹槽160，使得吹扫空气P_A相对于工作气体H_g通过热气体路径134的流动在期望方向上流动。具体来说，根据本发明的此方面的凹槽160将吹扫空气P_A引导出盘腔136，使得吹扫空气P_A的流动方向与工作气体H_g在热气体路径134的对应轴向位置处的流动方向大致对齐，工作气体H_g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的出口角度，参见图6。

如图4和图6中所示，密封组件150还包括内部护罩116的大致轴向延伸的密封结构170，其朝向叶片组件118的叶片盘130延伸。密封结构170的轴向端部170A优选地紧密接近叶片组件118的叶片盘130，使得密封结构170重叠平台128的上游端部部分140。该配置控制/限制最终流过凹槽160进入到热气体路径134中的冷却流体的量，并且还限制吸入至从密封结构170向内定位的盘腔136的部分中的工作气体H_g的量，即，从热气体路径134吸入至盘腔136中的任何工作气体H_g必须行进通过曲折路径。密封结构170可形成为内部护罩116的整体部分，或者可从内部护罩116分离地形成并固定至其。

在发动机110的操作期间，热工作气体H_g通过热气体路径134的通道导致叶片组件118和涡轮转子124在图5和图6中所示的旋转方向D_R上旋转。

盘腔136和热气体路径134之间的压力差（即，盘腔136中的压力大于热气体路径134中的压力）致使位于盘腔136中的吹扫空气P_A朝向热气体路径134流动，参见图4。当吹扫空气P_A到达平台128的第四表面148时，吹扫空气P_A的一部分流到凹槽160的入口部164中。吹扫空气P_A的此部分径向向外流过凹槽160，并且然后在到达凹槽160在平台128的第三表面146内的部分时，吹扫空气P_A远离相邻上游轮叶组件112在凹槽160内径向向外且轴向流动。由于如上文结合凹槽160连同涡轮转子124和转子盘结构122一起在旋转方向D_R上的旋转所描述的凹槽160的成角度和/或弯曲，吹扫空气P_A具有周向速度分量，使得吹扫空气P_A在与工作气体H_g在离开上游轮叶114的后缘114A之后的流动方向大致相同的方向上从凹槽排出160，参见图6。

吹扫空气P_A从凹槽160的排出通过迫使工作气体H_g远离密封组件150来帮助限制热工作气体H_g从热气体路径134吸入到盘腔136中。由于密封组件150限制工作气体H_g从热气体路径134吸入到盘腔136中，因此密封组件50允许较小量的吹扫空气P_A被提供至盘腔136，即，由于盘腔136中吹扫空气P_A的温度未由进入盘腔136中的大量工作气体H_g实质上升高，因此增加发动机效率。

此外，由于吹扫空气P_A在与工作气体H_g在离开上游轮叶114的后缘114A之后流过气体路径134的方向大致相同的方向上从凹槽排出160，因此存在与和工作气体H_g混合的吹扫空气P_A相关联的较小压力损耗，因此额外地增加发动机效率。这尤其通过本发明的凹槽160实现，因为其形成于平台128的上游端部部分140的成角度第三表面146中，使得除吹扫空气P_A在与热工作气体H_g在离开上游轮叶114的后缘114A之后的流动方向大致相同的周向方向上从凹槽160排出以外，从凹槽160排出的吹扫空气P_A在热工作气体H_g的下游流动方向上轴向流过热气体路径134，即，由于凹槽160与涡轮转子124和转子盘结构122一起旋转和/或在周向方向上成角度和/或弯曲。

应注意，凹槽160的角度和/或曲率可变化以精细调节吹扫空气P_A离开凹槽160的排出方向。这基于轮叶114的后缘114A的出口角度是期望的和/或期望改变与和流过热气体路径134的工作气体H_g混合的吹扫空气P_A相关联的压力损耗量。

还应注意，凹槽160的入口部164可在平台128的第四表面148中径向向内或向外进一步定位，或者入口部164可定位在平台128的第三表面146中，即，使得整个凹槽160将定位在平台128的第三表面146中。

本文中所述的凹槽160优选地与平台128一起铸造或机加工至平台128中。因此，凹槽160的结构完整性和制造复杂度被认为是对从平台128分离地形成并固定至平台128的肋的改进。

现参考图7，示出根据本发明的另一方面的密封组件200，其中类似于上文参考图4-6所描述的结构包括增加100的相同参考标记。在此实施例中，形成在叶片平台228中的凹槽260通过使第一和第二侧壁S_W1, S_W2相对而形成，其中第一侧壁SW₁包括大致径向延伸且沿周向面向的壁，并且第二侧壁SW₂包括在轴向和周向方向上面向的大致径向延伸的壁。虽然根据此实施例的侧壁S_W1, Sw2大致笔直并且因此其自身并不向流出凹槽260的吹扫空气P_A提供周向速度分量，但是由于包括平台228的叶片组件218在操作期间在如上参考图4-6所描述的旋转方向D_R上旋转，因此流出凹槽260的吹扫空气P_A包括周向速度分量，即，由凹槽260连同叶片组件218一起在旋转方向D_R上的旋转所引起。因此，流出根据本发明的此方面的凹槽260的吹扫空气P_A在与沿着热气体流动路径234行进的热工作气体大致相同的方向上流动。

现参考图8，示出根据本发明的另一方面的密封组件300。图8中示出的密封组件300包括定位在固定轮叶组件306的内部护罩304中的第一凹槽302（在本文中也称为轮叶凹槽）和定位在旋转叶片组件312的平台310中的第二凹槽308（在本文中也称为叶片凹槽）。第一凹槽302可实质上类似于上文参考图1-3所描述的凹槽60，并且第二凹槽308可实质上类似于上文参考图4-6所描述的凹槽160。根据本发明的此方面的密封组件300可甚至进一步限制工作气体H_g从热气体路径314吸入至与密封组件300相关联的盘腔316中，因此允许甚至更少量的吹扫空气P_A提供至盘腔316，并且因此进一步增加发动机效率。

参见图9，示出涡轮发动机410的一部分，其中类似于上文参考图1-3所描述的结构包括增加400的相同参考标记。发动机410以图解性方式示出并包括：固定轮叶组件412，其包括从外壳（未示出）悬挂并固定至环形内部护罩416的多个轮叶414；以及叶片组件418，其位于轮叶组件412的上游并包括多个叶片420和形成涡轮转子424的一部分的转子盘结构422。轮叶组件412和叶片组件418在本文中可统称为发动机410的涡轮区段426的“级”，如本领域的普通技术人员将显而易见的，所述涡轮区段426可包括多个级。轮叶组件412和叶片组件418在限定发动机410的纵向轴线L_A的轴向方向上彼此间隔开，其中图9中示出的轮叶组件412相对于涡轮区段426的入口426A和出口426B位于所示出的叶片组件418的下游，参见图9和图11。

转子盘结构422包括平台428、叶片盘430以及与在发动机410的操作期间随转子424一起旋转的叶片组件418相关联的任何其它结构，诸如例如，根部、侧板、柄部等。

轮叶414和叶片420延伸至限定在涡轮区段426内的环形热气体路径434中。包括热燃烧气体的热工作气体H_g（参见图11）在发动机410的操作期间被引导通过热气体路径434并流过叶片420和轮叶414到其余级。工作气体H_g通过热气体路径434的通道导致叶片420和对应叶片组件418的旋转以提供涡轮转子424的旋转。

如图9中所示，盘腔436在环形内部护罩416和转子盘结构422之间从热气体路径434径向向内定位。吹扫空气P_A（诸如例如，压缩机排出空气）提供至盘腔436中以冷却内部护罩416和转子盘结构422。吹扫空气P_A还提供抵抗流过热气体路径434的工作气体H_g的压力的压力平衡以抵消工作气体H_g至盘腔436中的流动。吹扫空气P_A可从通过转子424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）提供至盘腔436。应注意，额外盘腔（未示出）通常设置在其它内部护罩416和对应相邻转子盘结构422之间。

参考图9-11，所示实施例中的平台428包括叶片420从其延伸的大致径向向外面向的第一表面438。所示实施例中的第一表面438从平台428的轴向上游端部部分440延伸至轴向下游端部部分442，参见图10和图11。

平台428还包括轴向下游面向的第二表面443，即，面向下游轮叶组件412，所述第二表面443从第一表面438和第二表面443之间的接合处445径向向内延伸，参见图9-11。第二表面443限定后部（aft）平面447，其大致垂直于纵向轴线L_A延伸，如图9中所示。

平台428和相邻内部护罩416从相应叶片420和轮叶414径向向内的部件协作以在热气体路径434和盘腔436之间形成环形密封组件450。环形密封组件450帮助防止工作气体H_g从热气体路径434吸入至盘腔436中并相对于工作气体H_g通过热气体路径434的流动方向在期望方向上将吹扫空气P_A的一部分输送出盘腔436，如本文中将描述。应注意，类似于本文中所描述的一个密封组件的额外密封组件450可设置在发动机110中其余级的平台428和相邻内部护罩416之间，即，以便帮助防止工作气体H_g从热气体路径434吸入到相应盘腔436中并相对于工作气体H_g通过热气体路径434的流动方向在期望方向上将吹扫空气P_A输送出盘腔436，如本文中将描述。应进一步注意，本文中所述的其它密封组件50, 150, 200, 300或其它类似类型的密封组件可与本发明的本方面的密封组件450组合使用。

仍参考图9-11，根据本发明的此方面的密封组件450包括轮叶和叶片组件412,418的若干部分。具体来说，在所示实施例中，密封组件450包括平台428的第二表面443和相邻下游轮叶组件412的内部护罩416的轴向上游端部部分416A。这些组件协作以限定用于使吹扫空气P_A离开盘腔436的出口452，参见图9和图11。

密封组件450还包括多个凹槽460或切口部分，其延伸至平台428的第二表面443中，使得凹槽460从由平台428的第二表面443限定的后部平面447凹入。凹槽460布置成使得在周向方向上具有分量的空间462限定在相邻凹槽460之间（参见图10A），所述圆周方面由涡轮转子424、转子盘结构422和叶片组件418的旋转方向D_R限定。空间462的大小可依据发动机410的特定配置变化并可经选择以精细调节吹扫空气P_A从凹槽460的排出，其中吹扫空气P_A从凹槽460的排出将在下文更详细地描述。

如图10A中最清楚地示出，限定在凹槽460的径向内部端部464A处的凹槽460的入口部464。即，其中朝向热气体路径434从盘腔436排出的吹扫空气P_A进入凹槽460，定位成远离平台428的第一表面438在平台428的第二表面443中。限定在凹槽460的径向外部端部466A处的凹槽460的出口或出口部466，即，其中吹扫空气P_A从凹槽460排出，定位成更接近平台428的第一表面438并包括径向向内且轴向下游面向的出口部壁466B，参见图9。尽管凹槽460的出口部466定位成比凹槽入口部464更接近平台428的第一表面438，如最清楚地示出于图10A中的，但凹槽出口部466从平台428的第一和第二表面438, 443之间的接合处445径向移位距离D。由于凹槽出口部466从接合处445径向移位，所以吹扫空气P_A无法在直线径向向外方向上离开凹槽460，即，流出凹槽460的吹扫空气P_A在下游方向上具有轴向速度分量，如本文中将参考图11A进一步论述。

凹槽460的第一侧壁S_w1从由平台428的第二表面443限定的后部平面447延伸至凹槽460的第二侧壁Sw2，其中第一侧壁S_w1相对于旋转方向Dr从第二侧壁Sw2沿周向定位在上游。在所示示例性实施例中，凹槽460的第一侧壁S_w1是大致平面壁，其随着朝向第二侧壁Sw2延伸而逐渐进一步延伸至平台428中，使得凹槽460的轴向深度（对应于凹槽460进入至平台428的第二表面443中的尺寸）从第一侧壁S_w1的开始处（即，其中第一侧壁S_w1从平台428的第二表面443延伸）至第二侧壁Sw2逐渐增加，如图10和图11中最清楚地示出。

凹槽460的第二侧壁Sw2包括从凹槽入口部464大致径向向外延伸至凹槽出口部466的大致平面的沿周向面向的端部壁461，虽然端部壁461的径向内部拐角部分463可如图10A中所示在周向上游方向上弯曲或成角度以形成倾斜表面以便冷却通过凹槽460的空气，如下文将更详细地论述。

如图9-11中所示，密封组件450还包括平台428的大致轴向延伸的密封结构470，其朝向下游轮叶组件418的内部护罩416延伸。密封结构470的轴向端部470A优选地延伸到紧密接近内部护罩416内，使得密封结构470重叠内部护罩416的上游端部部分416A。该配置控制/限制最终流过凹槽460进入到热气体路径434中的冷却流体的量，并且还限制吸入至从密封结构470向内定位的盘腔436的部分中的工作气体H_g的量，即，从热气体路径434吸入至盘腔436中的任何工作气体H_g必须行进通过曲折路径。密封结构470可形成为平台428的整体部分，或者可从平台428分离地形成并固定至其。

在发动机410的操作期间，热工作气体H_g通过热气体路径434的通道导致叶片组件418和涡轮转子424在图10和图11中所示的旋转方向D_R上旋转。

盘腔436和热气体路径434之间的压力差（即，盘腔436中的压力大于热气体路径434中的压力）致使位于盘腔436中的吹扫空气P_A朝向热气体路径434流动，参见图9。当吹扫空气P_A到达平台428的第二表面443时，吹扫空气P_A的一部分流到凹槽460的入口部464中。吹扫空气P_A的此部分径向向外流过凹槽460，并且然后流出凹槽出口部466。应注意，如上所描述的第二侧壁SW₂的端部壁461的拐角部分463的成角度和/或弯曲产生铲取（scooping）效应以朝向出口部466在凹槽460内径向向外推动吹扫空气P_A。

进一步，凹槽460连同涡轮转子424和转子盘结构422一起在旋转方向D_R上的旋转向吹扫空气P_A提供周向速度分量VP_C（参见图11A），其中从凹槽排出460的吹扫空气P_A优选地在周向方向上在对应于吹扫空气P_A离开凹槽460位置的轴向位置处与流过热气体路径434的热工作气体H_g大致对齐。更具体来说，从凹槽排出460的吹扫空气P_A包括总速度矢量VP_T，其包括周向和轴向速度分量VP_C, VP_A两者，如图11A中所示。尽管吹扫空气P_A的轴向速度分量VP_A并不接近流过热气体路径343的热工作气体H_g的轴向速度分量VW_a，其包括如图11A中所示的合成速度矢量VW_T，但是吹扫空气P_A的合成速度矢量VP_T与热工作气体的合成速度矢量VW_T大致对齐。

应注意，图11中所示的吹扫空气P_A和热工作气体H_g的流动方向相对于发动机410中的固定部件示出。

吹扫空气P_A从凹槽460的排出通过迫使工作气体H_g远离密封组件450来帮助限制热工作气体H_g从热气体路径434吸入至盘腔436中。由于密封组件450限制工作气体H_g从热气体路径434吸入至盘腔436中，因此密封组件450允许较少量的吹扫空气P_A被提供至盘腔436，即，由于盘腔436中吹扫空气P_A的温度未由进入盘腔436中的大量工作气体H_g实质上升高。将较少量的吹扫空气P_A提供至盘腔436中增加发动机效率。

此外，由于吹扫空气P_A在与工作气体H_g在对应于吹扫空气P_A离开凹槽460位置的轴向位置处流过气体路径434的方向大致相同的圆周方向上沿圆周从凹槽排出460，因此存在与和工作气体H_g混合的吹扫空气P_A相关联的较小压力损耗，因此额外地增加发动机效率。这尤其通过本发明的凹槽460实现，因为凹槽460的出口部466从平台428的第一和第二表面438, 443之间的接合处445移位，使得除吹扫空气P_A在与热工作气体H_g在对应于吹扫空气P_A离开凹槽460位置的轴向位置处的流动方向大致相同的周向方向上从凹槽460排出以外，从凹槽460排出的吹扫空气P_A在热工作气体H_g的下游流动方向上轴向流动，即，由于凹槽460与涡轮转子424和转子盘结构422一起旋转。

本文中所描述的凹槽460优选地与平台428一起铸造或机加工至平台428中。因此，凹槽460的结构完整性和制造复杂度被认为是对从平台428分离地形成并固定至平台428的肋的改进。

如上所述的，图9-11的密封组件450可与图1-8中的任一者的密封组件50, 150,200, 300组合使用。如果组合地使用，则本文中所描述的密封组件50, 150, 200, 300,450可甚至进一步减少提供至相应盘腔的吹扫空气P_A的量，因此甚至进一步增加发动机效率。

虽然已示出并描述本发明的具体实施例，但对本领域的技术人员将显而易见的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可做出各种其它改变和修改。因此，旨在将归属于本发明的范围内的所有这样的改变和修改涵盖在所附权利要求书中。

Claims

1.一种位于盘腔和热气体路径之间的密封组件，所述热气体路径延伸通过燃气涡轮发动机的涡轮区段，所述密封组件包括：

固定轮叶组件，其包括多个轮叶和内部护罩；和

旋转叶片组件，其位于所述固定轮叶组件的轴向上游并包括多个叶片，所述多个叶片支撑在平台上并在所述发动机的操作期间随涡轮转子和所述平台旋转，轴向方向由所述涡轮区段的纵向轴线限定，所述平台包括：

径向向外面向的第一表面；

轴向下游面向的第二表面，其从所述第一表面和所述第二表面之间的接合处径向向内延伸，所述第二表面限定后部平面；以及

多个凹槽，其延伸至所述第二表面中，使得所述凹槽从由所述第二表面限定的所述后部平面凹入，其中所述凹槽布置成使得在周向方向上具有分量的空间限定在相邻凹槽之间，所述周向方向对应于所述旋转叶片组件的旋转方向；

其中，在所述发动机的操作期间，所述凹槽将周向速度分量施加到通过所述凹槽流出所述盘腔的吹扫空气以朝向所述热气体路径引导所述吹扫空气，使得所述吹扫空气相对于通过所述热气体路径的热气流的方向在期望方向上流动，

其中，所述凹槽包括第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁周向地定位在所述第二侧壁的上游，并且

其中，所述凹槽的所述第二侧壁包括大致平面的沿周向面向的端部壁，其从所述凹槽的入口部大致径向向外延伸到其出口部。

2.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述凹槽的轴向深度从所述第一侧壁至所述第二侧壁逐渐增加。

3.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述凹槽的所述端部壁的径向内部拐角部分在所述周向上游方向上弯曲以形成倾斜表面以便冷却通过所述凹槽的空气。

4.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述凹槽的出口部从所述平台的第一表面和第二表面之间的所述接合处径向移位。

5.如权利要求4所述的密封组件，其中，所述凹槽包括径向外部出口部壁，其限定所述凹槽的所述出口部并径向向内且轴向下游面向。

6.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述凹槽引导通过其的所述吹扫空气，以便所述吹扫空气离开所述凹槽的流动方向在对应于所述吹扫空气离开所述凹槽的位置的轴向位置处与通过所述热气体路径的热气流的方向大致对齐。

7.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延伸的密封结构，其从所述平台朝向相邻下游的固定轮叶组件的内部护罩延伸并延伸到紧密接近所述相邻下游的固定轮叶组件的所述内部护罩内。

8.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述平台还包括：

第三表面，其面向轴向上游方向；以及

多个叶片凹槽，其延伸至所述平台的所述第三表面中，所述叶片凹槽布置成使得在所述周向方向上具有分量的空间限定在相邻叶片凹槽之间，其中，在所述发动机的操作期间，所述叶片凹槽朝向所述热气体路径将吹扫空气引导到轴向上游盘腔外，使得所述吹扫空气相对于通过所述热气体路径的热气流的方向在期望方向上流动。

9.如权利要求8所述的密封组件，其中，所述平台的所述第三表面轴向上游且径向向外面向。

10.如权利要求8所述的密封组件，其中，所述内部护罩包括：

径向向外面向的第一表面；

径向向内面向的第二表面；以及

多个轮叶凹槽，其延伸至所述内部护罩的所述第二表面中，所述轮叶凹槽布置成使得在所述周向方向上具有分量的空间限定在相邻轮叶凹槽之间，其中，在所述发动机的操作期间，所述轮叶凹槽朝向所述热气体路径引导吹扫空气，使得所述吹扫空气相对于通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，所述内部护罩的所述第二表面轴向下游且径向向内面向。

12.如权利要求10所述的密封组件，其中：

所述叶片凹槽从其定位成远离所述平台的所述第一表面的入口部减缩至其定位成接近所述平台的所述第一表面的出口部，使得所述叶片凹槽的所述入口部比所述叶片凹槽的所述出口部宽；并且

所述轮叶凹槽从其定位成远离所述内部护罩的轴向端部部分的入口部减缩至其定位成接近所述内部护罩的所述轴向端部部分的出口部，使得所述轮叶凹槽的所述入口部比所述轮叶凹槽的所述出口部宽。