CN106968800B - 燃气涡轮发动机及用于其中的弯曲密封件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于在燃气涡轮发动机(10)中使用的弯曲密封件(124)。弯曲密封件(124)包括：包括延伸穿过其的第一缝隙(128)的开口环(126)，以及联接于开口环(126)并且沿其径向内侧延伸的偏压环(130)。偏压环(130)构造成偏压抵靠开口环(126)并且限制穿过第一缝隙(128)的空气流。

Description

燃气涡轮发动机及用于其中的弯曲密封件
技术领域
本公开大体上涉及密封机构，并且更具体地涉及用于涡扇发动机中的弯曲接头的密封机构。
背景技术
至少一些已知的燃气涡轮发动机如涡扇发动机包括风扇、芯部发动机和动力涡轮。芯部发动机包括以串流关系联接在一起的至少一个压缩机、燃烧器和高压涡轮。更具体而言，压缩机和高压涡轮通过第一传动轴联接来形成高压转子组件。进入芯部发动机的空气与燃料混合并且点燃来形成高能气流。高能气流流动穿过高压涡轮来可旋转地驱动高压涡轮，使得轴可旋转地驱动压缩机。气流在其流动穿过定位在高压涡轮后方的动力涡轮或低压涡轮时膨胀。低压涡轮包括具有联接于第二传动轴的风扇的转子组件。低压涡轮通过第二传动轴可旋转地驱动风扇。
许多现代商用燃气涡轮发动机包括一个或更多个轴向联接件，其在旋转构件之间传送转矩。弯曲联接件和直线齿形鼠牙盘联接件(Hirth coupling)是常用于该目的的精密面花键的类型。这些类型的接头包括形成在旋转构件的端面中的径向花键齿。旋转构件的端面联接在一起，使得来自第一旋转构件的径向花键齿接合来自第二旋转构件的径向花键齿，并且转矩通过径向花键齿在其间传送。在至少一些已知的涡扇发动机中，高温仓室和低温仓室限定在弯曲联接件的相对侧上。导送穿过低温仓室的空气流典型地用于冷却涡扇发动机内的构件。然而，穿过弯曲联接件的泄漏促进降低导送穿过低温仓室的空气流的冷却效率。
发明内容
在一方面，提供了一种用于在燃气涡轮发动机中使用的弯曲密封件。弯曲密封件包括：包括延伸穿过其的第一缝隙的开口环，以及联接于开口环并且沿其径向内侧延伸的偏压环。偏压环构造成偏压抵靠开口环并且限制穿过第一缝隙的空气流。
在另一方面，提供了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括定位在涡扇发动机的第一旋转构件与第二旋转构件之间的弯曲联接件，以及定位在弯曲联接件的径向内侧的弯曲密封件。弯曲密封件包括：包括延伸穿过其的第一缝隙的开口环，以及联接于开口环并且沿其径向内侧延伸的偏压环。偏压环构造成偏压抵靠开口环并且限制穿过第一缝隙的空气流。
在又一方面，提供了一种组装用于在燃气涡轮发动机中使用的弯曲密封件的方法。该方法包括限定具有延伸穿过其的第一缝隙的开口环的径向内侧，以及将偏压环联接于开口环，使得偏压环沿开口环的径向内侧延伸。偏压环构造成偏压抵靠开口环并且限制穿过第一缝隙的空气流。
技术方案1.一种用于在燃气涡轮发动机中使用的弯曲密封件，所述弯曲密封件包括：
开口环，其包括延伸穿过其的第一缝隙；以及
偏压环，其联接于所述开口环并且沿其径向内侧延伸，所述偏压环构造成偏压抵靠所述开口环并且限制穿过所述第一缝隙的空气流。
技术方案2.根据技术方案1所述的弯曲密封件，其特征在于，所述开口环包括：
在所述开口环的所述径向内侧上沿周向延伸的一对侧壁；以及
在所述一对侧壁之间延伸的接收通道，其中所述偏压环在所述接收通道内沿周向延伸。
技术方案3.根据技术方案2所述的弯曲密封件，其特征在于，所述偏压环包括：
在所述接收通道内沿周向延伸的第一部分；以及
延伸横跨所述第一缝隙并且限制穿过所述第一缝隙的空气流的第二部分。
技术方案4.根据技术方案3所述的弯曲密封件，其特征在于，所述第二部分具有一宽度，使得所述第二部分的侧缘与所述开口环的侧缘大致对准。
技术方案5.根据技术方案3所述的弯曲密封件，其特征在于，所述一对侧壁包括与彼此分开的相对端部，使得轴向槽口限定在其间，所述一对侧壁的所述相对端部定位在所述第一缝隙的相对侧上。
技术方案6.根据技术方案5所述的弯曲密封件，其特征在于，所述轴向槽口尺寸确定成将所述第二部分接收在其中，所述第二部分在周向方向上关于所述轴向槽口尺寸不足。
技术方案7.根据技术方案1所述的弯曲密封件，其特征在于，所述偏压环包括延伸穿过其的第二缝隙，所述第二缝隙在所述偏压环联接于所述开口环时从所述第一缝隙偏离。
技术方案8.一种燃气涡轮发动机，其包括：
弯曲联接件，其定位在所述燃气涡轮发动机的第一旋转构件与第二旋转构件之间；以及弯曲密封件，其定位在所述弯曲联接件径向内侧，所述弯曲密封件包括：
开口环，其包括延伸穿过其的第一缝隙；以及
偏压环，其联接于所述开口环并且沿其径向内侧延伸，所述偏压环构造成偏压抵靠所述开口环并且限制穿过所述第一缝隙的空气流。
技术方案9.根据技术方案8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述开口环包括：
在所述开口环的所述径向内侧上沿周向延伸的一对侧壁；以及
在所述一对侧壁之间延伸的接收通道，其中所述偏压环在所述接收通道内沿周向延伸。
技术方案10.根据技术方案9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述偏压环包括：
在所述接收通道内沿周向延伸的第一部分；以及
延伸横跨所述第一缝隙并且限制穿过所述第一缝隙的空气流的第二部分。
技术方案11.根据技术方案10所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第二部分具有一宽度，使得所述第二部分的侧缘与所述开口环的侧缘大致对准。
技术方案12.根据技术方案10所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述一对侧壁包括相对端部，其与彼此分开，使得轴向槽口限定在其间，所述一对侧壁的所述相对端部定位在所述第一缝隙的相对侧上。
技术方案13.根据技术方案12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述轴向槽口尺寸确定成将所述第二部分收纳在其中，所述第二部分在周向方向上关于所述轴向槽口尺寸不足。
技术方案14.根据技术方案8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述偏压环包括延伸穿过其的第二缝隙，所述第二缝隙在所述偏压环联接于所述开口环时从所述第一缝隙偏离。
技术方案15.一种组装用于在燃气涡轮发动机中使用的弯曲密封件的方法，所述方法包括：
限定具有延伸穿过其的第一缝隙的开口环的径向内侧；以及
将偏压环联接于所述开口环，使得所述偏压环沿所述开口环的所述径向内侧延伸，所述偏压环构造成偏压抵靠所述开口环并且限制穿过所述第一缝隙的空气流。
技术方案16.根据技术方案15所述的方法，其特征在于，联接偏压环包括使所述偏压环在限定于一对侧壁之间的接收通道内沿周向延伸，所述一对侧壁在所述开口环的径向内侧上沿周向延伸。
技术方案17.根据技术方案16所述的方法，其特征在于，联接偏压环包括：
使所述偏压环的第一部分在所述接收通道内沿周向延伸；以及
将所述偏压环的第二部分构造成延伸横跨所述第一缝隙并且限制穿过其的空气流。
技术方案18.根据技术方案17所述的方法，其特征在于，联接偏压环包括使所述第二部分的侧缘与所述开口环的侧缘大致对准。
技术方案19.根据技术方案17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括限定所述一对侧壁的相对端部之间的轴向槽口，所述轴向槽口尺寸确定成将所述偏压环的所述第二部分接收在其中。
技术方案20.根据技术方案19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述第二部分尺寸确定成使得所述第二部分在周向方向上关于所述轴向槽口尺寸不足。
附图说明
当参照附图阅读下列详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其它的特征、方面和优点，在该附图中，相似的标记在所有附图中表示相似的部件，其中：
图1为示例性涡扇发动机的示意图；
图2为图1中所示的涡扇发动机的示例性部分的截面视图；
图3为可用于图1中所示的涡扇发动机中的示例性弯曲密封件的透视图；
图4为沿区域4截取的图3中所示的弯曲密封件的放大透视图；以及
图5为可用于图3中所示的弯曲密封件中的示例性偏压环的透视图。
除非另外指出，否则本文中提供的附图意在示出本公开的实施例的特征。这些特征认为是适用于多种系统，其包括本公开的一个或更多个实施例。就此而言，附图不意在包括本文中公开的实施例的实践所需的、本领域技术人员已知的所有常规特征。
部件列表
10 涡扇发动机
12 风扇组件
14 增压压缩机
16 高压压缩机
18 燃烧器组件
20 高压涡轮
22 低压涡轮
24 风扇叶片
26 转子盘
28 第一传动轴
30 第二传动轴
32 进气口
34 排气口
36 中心线
100 弯曲联接件
102 第一旋转构件
104 第二旋转构件
106 第一端面
108 径向密封齿
110 第二端面
112 径向密封齿
114 高压仓室
116 径向外侧
118 低压仓室
120 径向内侧
122 空气
124 弯曲密封件
126 开口环
128 第一缝隙
130 偏压环
132 侧壁
134 径向内侧
136 接收通道
138 第一部分
140 第二部分
142 轴向槽口
144 相对端部
146 径向内表面
148 端部边缘
150 侧缘
152 侧缘
154 第二缝隙
156 相对的自由端部。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求中，将参照一定数量的用语，其应当限定为具有以下意义。
单数形式"一"、"一个"和"该"包括复数参照，除非上下文另外清楚地指出。
"可选"或"可选地"意思是随后描述的事件或情形可或可不发生，并且描述包括其中事件发生的情况，以及其中其不发生的情况。
如本文中遍及说明书和权利要求使用的近似语言可应用于修饰可在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下可容许地改变的任何数量表达。因此，由用语或多个用语如"大约"、"近似"和"大致"修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况中，近似语言可对应于用于测量值的器具的精度。此处和遍及说明书和权利要求，范围限制可组合和/或互换，此类范围被识别并且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。
如本文中使用的，用语"轴向"和"轴向地"是指大致平行于涡轮发动机的中心线延伸的方向和定向。此外，用语"径向"和"径向地"是指大致垂直于涡轮发动机的中心线延伸的方向和定向。此外，如本文中使用的，用语"周向"和"周向地"是指绕着涡轮发动机的中心线弓形地延伸的方向和定向。
本公开的实施例涉及涡轮发动机如涡扇及其组装方法。更具体而言，本文中所述的涡轮发动机包括定位在旋转构件之间的弯曲联接件，以及定位在弯曲联接件的径向内侧的弯曲密封件。弯曲密封件为两件式密封件，其包括开口环和联接于开口环的偏压环。开口环是沿径向柔性的，并且包括延伸穿过其的缝隙，其使得开口环能够解决制造变化和横跨弯曲联接件的热膨胀的差异。偏压环与开口环联锁，使得偏压环在其在涡轮发动机的操作期间旋转时保持关于开口环大致静止。此外，由涡轮发动机中的构件的旋转生成的离心力引起偏压环偏压抵靠开口环，以限制穿过开口环中的缝隙的空气流。就此而言，穿过弯曲联接件的径向密封泄漏在一些情况下减小至少百分之50。此外，两件式密封件在相比于传统单件式开口环弯曲密封件时，对制造公差较不敏感。
图1为示例性涡扇发动机10的示意图，示例性涡扇发动机10包括风扇组件12、低压或增压压缩机14、高压压缩机16和燃烧器组件18。风扇组件12、增压压缩机14、高压压缩机16和燃烧器组件18流动连通联接。涡扇发动机10还包括与燃烧器组件18和低压涡轮22流动连通联接的高压涡轮20。风扇组件12包括从转子盘26沿径向向外延伸的风扇叶片24的阵列。低压涡轮22通过第一传动轴28联接于风扇组件12和增压压缩机14，而高压涡轮20通过第二传动轴30联接于高压压缩机16。涡扇发动机10具有进气口32和排气口34。涡扇发动机10还包括中心线36，风扇组件12、增压压缩机14、高压压缩机16和涡轮组件20和22绕着中心线36旋转。
在操作中，通过进气口32进入涡扇发动机10的空气朝增压压缩机14导送穿过风扇组件12。压缩空气从增压压缩机14朝高压压缩机16排放。高度压缩的空气从高压压缩机16朝燃烧器组件18导送，与燃料混合，并且混合物在燃烧器组件18内燃烧。由燃烧器组件18生成的高温燃烧气体朝涡轮组件20和22导送。燃烧气体随后从涡扇发动机10经由排气口34排放。
图2为涡扇发动机10(图1中所示)的示例性部分的截面视图。在示例性实施例中，涡扇发动机10包括定位在涡扇发动机10的第一旋转构件102与第二旋转构件104之间的弯曲联接件100。更具体而言，第一旋转构件102包括第一端面106和从第一端面106延伸的径向密封齿108，而第二旋转构件104包括第二端面110和从第二端面110延伸的径向密封齿112。第一旋转构件102和第二旋转构件104联接在一起，使得径向密封齿108和径向密封齿112接合彼此，由此限定弯曲联接件100。就此而言，高压仓室114限定在弯曲联接件100的径向外侧116上，而低压仓室118限定在弯曲联接件100的径向内侧120上。
在操作中，横跨弯曲联接件100限定的压差引起空气流122从高压仓室114朝低压仓室118泄漏穿过弯曲联接件100。更具体而言，限定在相邻的径向密封齿108和112之间，径向密封齿108与第二端面110之间，以及径向密封齿112与第一端面106之间的间隙(未示出)允许空气流122从高压仓室114朝低压仓室118导送。如将在下文更详细所述，在示例性实施例中，弯曲密封件124定位在弯曲联接件100的径向内侧，以限制穿过弯曲联接件100的空气流。
图3为可用于涡扇发动机10(图1中所示)中的示例性弯曲密封件124的透视图，而图4为沿区域4截取的弯曲密封件124的放大透视图。在示例性实施例中，弯曲密封件124包括开口环126，其包括延伸穿过其的第一缝隙128。第一缝隙128限定在开口环126中，以使得开口环126能够在涡扇发动机10的操作期间大小灵活。第一缝隙128还允许空气流122(图2中所示)导送穿过其。在示例性实施例中，弯曲密封件124还包括偏压环130，其联接于开口环126并且沿其径向内侧延伸。偏压环130的至少一部分与开口环126联锁，使得偏压环130在其在涡扇发动机10操作期间旋转时保持关于开口环126大致静止。如本文中使用的，"大致静止"是指偏压环130能够关于开口环126移动，而不在其中自由地旋转。在备选实施例中，偏压环130通过硬钎焊或另一适合的联接机构牢固地联接于开口环126。在操作中，由涡扇发动机10内的构件的旋转生成的离心力引起偏压环130偏压抵靠开口环126，使得偏压环130限制穿过第一缝隙128的空气流。
参照图4，开口环126包括在开口环126的径向内侧134上沿周向延伸的一对侧壁132。接收通道136在一对侧壁132之间延伸，并且偏压环130在接收通道136内沿周向延伸。更具体而言，偏压环130包括第一部分138，其在接收通道136内沿周向延伸，以及第二部分140，其延伸横跨开口环126中的第一缝隙128，使得第二部分140限制穿过其的空气流。就此而言，侧壁132限制偏压环130的轴向移动，并且偏压环130由偏压环130诱导的弹簧力或由在涡扇发动机10的操作期间生成的离心力固持在接收通道136内。
在示例性实施例中，一对侧壁132包括相对端部144，其与彼此分开使得轴向槽口142在开口环126中限定在一对侧壁132之间。换言之，轴向槽口142在不包括一对侧壁132的区域中限定在开口环126的径向内侧上。一对侧壁132的相对端部144定位在第一缝隙128的相对侧部上，并且轴向槽口142尺寸确定成将偏压环130的第二部分140接收在其中。就此而言，轴向槽口142尺寸确定成使得第二部分140能够直接地偏压抵靠开口环126的径向内表面146来便于密封第一缝隙128。
此外，第二部分140在周向方向上关于轴向槽口142尺寸不足。更具体而言，第二部分140包括端部边缘148，并且第二部分140尺寸确定成使得端部边缘148与一对侧壁132的两个相对端部144间隔。就此而言，第二部分140约束于轴向槽口142内，这使得第二部分140能够甚至在开口环126的大小在涡扇发动机10的操作期间波动时，保持直接地偏压抵靠开口环126的径向内表面146。
在示例性实施例中，偏压环130的第二部分140具有大于第一部分138的宽度，以便于限制穿过第一缝隙128的空气流。例如，第二部分140具有一宽度，使得第二部分140的侧缘150与开口环126的侧缘152大致对准。就此而言，第二部分140的轴向长度(即，宽度)尺寸确定成关于中心线36(图1中所示)沿轴向方向完全覆盖第一缝隙128。在备选实施例中，第二部分140具有大于或小于开口环126的宽度的宽度。
图5为可用于弯曲密封件124(图3中所示)中的偏压环130的透视图。在示例性实施例中，偏压环130包括延伸穿过其并且限定在偏压环130的相对自由端部156之间的第二缝隙154。第二缝隙154限定在偏压环130中，以使得偏压环130能够在涡扇发动机10(图1中所示)的操作期间在大小上灵活。此外，第二缝隙154在偏压环130联接于开口环126时从第一缝隙128沿周向偏离。就此而言，第二缝隙154定位成使得第一缝隙128和第二缝隙154失准，并且不能允许空气流导送穿过其。
本文中所述的系统和方法的示例性技术效果包括以下中的至少一个：(a)减少穿过弯曲联接件的空气流泄漏；(b)实现在相比于传统一件式开口环时的、弯曲密封件和匹配构件上的更松的公差；以及(c)改进导送穿过涡扇发动机的空气流的冷却效率。
上文详细描述了涡扇发动机和相关构件的示例性实施例。系统不限于本文中所述的特定实施例，而是相反，系统的构件和/或方法的步骤可独立于本文中所述的其它构件和/或步骤且与它们分开使用。例如，本文中所述的构件的构造还可与其它过程组合使用，并且不限于仅以如本文中所述的涡扇发动机和相关方法实践。相反，示例性实施例可结合其中期望减小穿过环形密封件的泄漏的许多应用实施和使用。
尽管本公开的各种实施例的特定特征可在一些附图中示出并且在其它附图中未示出，但这仅是为了方便。根据本公开的实施例的原理，附图的任何特征可与任何其它附图的任何特征组合来参照和/或要求权利。
该书面的描述使用实例以公开本公开的实施例(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本公开的实施例(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本文中描述的实施例的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。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无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种用于在燃气涡轮发动机(10)中使用的弯曲密封件(124)，所述弯曲密封件(124)包括：
开口环(126)，其包括延伸穿过其的第一缝隙(128)；以及
偏压环(130)，其联接于所述开口环(126)并且沿其径向内侧延伸，所述偏压环(130)构造成偏压抵靠所述开口环(126)并且限制穿过所述第一缝隙(128)的空气流；
其中，所述开口环(126)包括：
在所述开口环(126)的所述径向内侧上沿周向延伸的一对侧壁(132)；以及
在所述一对侧壁(132)之间延伸的接收通道(136)，其中所述偏压环(130)在所述接收通道(136)内沿周向延伸；
其中，所述开口环的所述一对侧壁(132)分别包括与彼此分开的相对端部(144)，使得轴向槽口(142)限定在其间，每个侧壁(132)的所述相对端部(144)定位在所述第一缝隙(128)的两侧。
2.根据权利要求1所述的弯曲密封件(124)，其特征在于，所述偏压环(130)包括：
在所述接收通道(136)内沿周向延伸的第一部分(138)；以及
延伸横跨所述第一缝隙(128)并且限制穿过所述第一缝隙(128)的空气流的第二部分(140)。
3.根据权利要求2所述的弯曲密封件(124)，其特征在于，所述第二部分(140)具有一宽度，使得所述第二部分(140)的侧缘(150)与所述开口环(126)的侧缘(152)大致对准。
4.根据权利要求3所述的弯曲密封件(124)，其特征在于，所述轴向槽口(142)尺寸确定成将所述第二部分(140)接收在其中，所述第二部分(140)在周向方向上关于所述轴向槽口(142)尺寸不足。
5.根据权利要求1所述的弯曲密封件(124)，其特征在于，所述偏压环(130)包括延伸穿过其的第二缝隙(154)，所述第二缝隙(154)在所述偏压环(130)联接于所述开口环(126)时从所述第一缝隙(128)偏离。
6.一种燃气涡轮发动机(10)，其包括：
弯曲联接件(100)，其定位在所述燃气涡轮发动机(10)的第一旋转构件(102)与第二旋转构件(104)之间；以及
弯曲密封件(124)，其定位在所述弯曲联接件(100)径向内侧，所述弯曲密封件(124)包括：
开口环(126)，其包括延伸穿过其的第一缝隙(128)；以及
偏压环(130)，其联接于所述开口环(126)并且沿其径向内侧延伸，所述偏压环(130)构造成偏压抵靠所述开口环(126)并且限制穿过所述第一缝隙(128)的空气流；
其中，所述开口环(126)包括：
在所述开口环(126)的所述径向内侧上沿周向延伸的一对侧壁(132)；以及
在所述一对侧壁(132)之间延伸的接收通道(136)，其中所述偏压环(130)在所述接收通道(136)内沿周向延伸；
其中，所述开口环的所述一对侧壁(132)包括与彼此分开的相对端部(144)，使得轴向槽口(142)限定在其间，每个侧壁(132)的所述相对端部(144)定位在所述第一缝隙(128)的两侧。
7.根据权利要求6所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述偏压环(130)包括：
在所述接收通道(136)内沿周向延伸的第一部分(138)；以及
延伸横跨所述第一缝隙(128)并且限制穿过所述第一缝隙(128)的空气流的第二部分(140)。
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