CN107013257A - 涡轮的带槽的弧形片密封件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涡轮的带槽的弧形片密封件。弧形片密封组件(33)包括在相邻的第一涡轮构件和第二涡轮构件(4,6)之间径向且周向地延伸的弧形片密封件(52)。片密封件(52)的上、下片密封部分(54,56)分别位于第一和第二涡轮构件(4,6)中的径向地间隔开的弧形上、下槽(9,11)中。密封件(52)包括弧形体(58)和远离弧形体(58)径向延伸并设置在槽(9,11)的壁(72,73)中的凹口(63)中的周向保持接片(61)。密封件(52)可具有在3密耳至35密耳之间的厚度(T)和/或在0.015至0.15磅/英寸之间的抗扭刚度。涡轮构件(4,6)可以是径向地相邻的涡轮喷嘴上、下构件(94,96)。上或下构件(94,96)可由陶瓷基复合材料制成。在内支撑环段(45)中包括流动空腔(51)的环形冷却空气室(46)可位于下构件(96)中，并与空心整流罩翼型(98)处于流连通。

Description

涡轮的带槽的弧形片密封件
技术领域
本发明一般涉及燃气涡轮发动机涡轮流路密封件，并且更具体地涉及弧形片密封件(leaf seals)及其安装。
背景技术
燃气涡轮发动机高压涡轮通常包括分开制造并装配就位到发动机中的涡轮喷嘴。因此，在它们之间必须提供间隙，以用于装配目的以及在发动机操作期间用于容纳不同的热膨胀和热收缩。为了防止从中通过的泄漏，在这些固定的定子构件之间的间隙经过合适地密封。在一种典型的高压涡轮喷嘴中，压缩机空气的一部分被渗出并被引导穿过喷嘴静叶，以用于其冷却。使用渗出的空气降低了发动机的总效率，并因此在任何可能的时候都应减小至最低。渗出的空气处于比流过涡轮喷嘴的燃烧气体的压力更大的相对较高压力下，并因此在定子构件之间没有提供合适的密封件的条件下将泄漏到排气流路中。
弧形片密封件对于密封涡轮流路中的这些间隙是特别有用的。通常用于这种应用中的片密封件是弧形的，并且首尾相连地设置在分段的定子构件的周边。例如，涡轮喷嘴的径向外带包括轴向地间隔开的前、后轨道。这些轨道径向向外地延伸，其中后轨道紧贴邻近的护罩或护罩悬挂件上的互补表面，用于与之一起提供初级摩擦密封。片密封件在这个结合部提供了次级密封，并且桥接后轨道的一部分和例如护罩悬挂件。周向密封件或弧形片密封件通常需要大的空间，以便有效地密封并覆盖待密封的两个表面之间的大范围的相对运动。
为了将片密封件装配和安装到后轨道上，各个片密封件典型地包括位于其相反的周向端的安装孔，通过它安装相应的安装销。在相应的安装销上还使用了相应的弹簧例如片簧，用于将松弛地支撑的片密封件预加载到后轨道和护罩悬挂件上。
为了支撑片密封件、片簧和安装销，外带可包括多个周向地间隔开的径向地延伸的与后轨道轴向地间隔开的接片。在接片和后轨道之间形成了凹部，其中片密封件和片簧设置在凹部中。接片包括前孔，其与相应的后孔对准，后孔延伸到后轨道中，但不一直穿过后轨道。安装销通过孔插入接片、片簧、片密封件和后轨道中，然后通过将安装销的头部点焊到相应的接片上从而固定地连接起来。
为了适应在喷嘴和配合硬件之间的相对运动，片密封件设计为用于浮置在安装销上，安装销牢固地连接在喷嘴段上。在发动机操作期间，在冷却供给空气和流路空气之间的压力差将密封件保持抵靠在配合硬件上。弹簧用于当加载于密封件上的压力较低时在密封面上提供确切的接触。
这种用于片密封件的安装布置是相对复杂的，并且在装配过程中考虑到这个区域中相对较近的距离(quarters)而易受损坏。更小且不复杂的片密封件安装系统对于简化其制造和装配以及消除安装销的点焊和后轨道或凸缘中的盲孔的钻孔是很适宜的。更小且不复杂的片密封件安装系统对于容纳紧密且小巧的涡轮机定子组件是很适宜的。
发明内容
燃气涡轮发动机弧形片密封组件包括在相邻的第一和第二涡轮构件之间径向地和周向地延伸的弧形片密封件。片密封件可操作，用于防止或抑制在第一和第二流体体积之间通过第一和第二涡轮构件之间的间隙发生的泄漏，并且弧形片密封件的上、下片密封部分分别设置在第一和第二涡轮构件的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽中。
片密封件可包括弧形体和至少一个径向地远离弧形体而延伸的周向保持接片。保持接片可设置在上槽或下槽的前或后环形壁或者后环形壁的凹口中。保持接片可以是足够柔性的，以便片密封件在整个发动机操作范围期间分别与上、下槽的上、下面上的密封边缘相接合。片密封件可具有在3密耳至35密耳的范围内的厚度。片密封件可由抗扭刚度在0.015磅/英寸至0.15磅/英寸的范围内的材料制成。
涡轮喷嘴上、下构件的其中一个可包括或由陶瓷基复合材料制成。
相邻的第一和第二涡轮构件可能分别是径向地相邻的涡轮喷嘴上、下构件，或者相邻的第一和第二涡轮构件是轴向地相邻的。
分段的涡轮喷嘴可包括关于轴线外接的涡轮喷嘴段的环。其中各个涡轮喷嘴段包括径向内支撑环段、径向外支撑环段和至少一个支撑并设置在它们之间的喷嘴整流罩(fairing)。支柱联接在内、外支撑环段之间并可操作，以用于在所述内、外支撑环段之间携带负载。喷嘴整流罩包括径向地间隔开的内带段和外带段，以及在它们之间径向地延伸的整流罩翼型或静叶。至少一个包括弧形片密封件的燃气涡轮发动机弧形片密封组件，在内带段和内支撑环段之间径向地和周向地延伸。弧形片密封件的上、下片密封部分分别设置在内带段和内支撑环段的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽中。
涡轮喷嘴还可包括前、后涡轮片密封组件，其包括至少一个燃气涡轮发动机弧形片密封组件，前、后涡轮片密封组件分别定位在喷嘴段的前、后端上，位于内支撑环段和内带段整流罩之间，各个前、后涡轮片密封组件包括在内带段和内支撑环段之间径向地和周向地延伸的弧形片密封件，各个前、后涡轮片密封组件包括分别位于内带段和内支撑环段的上、下凸缘中的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽，并且各个前、后涡轮片密封组件的各个弧形片密封件的上、下片密封部分分别设置在内带段和内支撑环段中的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽中。
环形冷却空气室可与空心整流罩翼型处于流连通，其包括设置在内支撑环段中的流动空腔。喷嘴整流罩可由陶瓷基复合材料制成。
更具体而言，本发明提供了以下技术方案：
技术方案1．一种燃气涡轮发动机的弧形片密封组件，包括：
弧形片密封件，所述弧形片密封件在相邻的第一涡轮构件和第二涡轮构件之间径向地且周向地延伸，
所述片密封件可操作，用于防止或抑制第一流体体积和第二流体体积之间通过在所述第一涡轮构件和所述第二涡轮构件之间的间隙发生的泄漏，和
所述弧形片密封件的上、下片密封部分分别设置在所述第一涡轮构件和所述第二涡轮构件中的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽中。
技术方案2．根据技术方案1所述的组件，其特征在于，还包括，所述片密封件包括弧形体和至少一个远离所述弧形体而径向地延伸的周向保持接片。
技术方案3．根据技术方案2所述的组件，其特征在于，还包括，所述保持接片设置在所述上槽或所述下槽的前或后环形壁或者后环形壁的凹口中。
技术方案4．根据技术方案3所述的组件，其特征在于，还包括，所述保持接片是足够柔性的，以便所述片密封件在整个发动机操作范围内分别与所述上、下槽的上、下面上的密封边缘相接合。
技术方案5．根据技术方案3所述的组件，其特征在于，还包括，所述片密封件具有在3密耳至35密耳的范围内的厚度。
技术方案6．根据技术方案3所述的组件，其特征在于，还包括，所述片密封件由抗扭刚度在0.015磅/英寸至0.15磅/英寸的范围内的材料制成。
技术方案7．根据技术方案1所述的组件，其特征在于，还包括，相邻的所述第一涡轮构件和所述第二涡轮构件分别是径向地相邻的涡轮喷嘴上、下构件，或者相邻的所述第一涡轮构件和所述第二涡轮构件是轴向地相邻的。
技术方案8．根据技术方案7所述的组件，其特征在于，还包括，所述涡轮喷嘴上、下构件的其中一者包括陶瓷基复合材料。
技术方案9．一种分段的涡轮喷嘴，包括：
关于轴线外接的涡轮喷嘴段的环；
其中各个所述涡轮喷嘴段包括径向内支撑环段、径向外支撑环段和至少一个被支撑并设置在它们之间的喷嘴整流罩；
所述喷嘴整流罩的径向地间隔开的内、外带段和在它们之间径向地延伸的空心整流罩翼型；
支柱，所述支柱穿过所述空心整流罩翼型径向地设置并联接在所述内、外支撑环段之间，并可操作以用于在所述内、外支撑环段之间携带负载；
至少一个燃气涡轮发动机弧形片密封组件，其包括弧形片密封件，所述弧形片密封件在所述内带段和所述内支撑环段之间径向地且周向地延伸；和
所述弧形片密封件的上、下片密封部分分别设置在所述内带段和所述内支撑环段的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽中。
技术方案10．根据技术方案9所述的涡轮喷嘴，其特征在于，还包括：
前、后涡轮片密封组件，其包括所述至少一个燃气涡轮发动机弧形片密封组件，
所述前、后涡轮片密封组件分别定位在所述喷嘴段的前、后端处，位于所述内支撑环段和所述整流罩的内带段之间，
其中各个所述前、后涡轮片密封组件均包括弧形片密封件，所述弧形片密封件在所述内带段和所述内支撑环段之间径向地且周向地延伸，
其中各个所述前、后涡轮片密封组件均包括分别位于所述内带段和所述内支撑环段的上、下凸缘中的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽，并且
其中各个所述前、后涡轮片密封组件的各个所述弧形片密封件的上、下片密封部分分别设置在所述内带段和所述内支撑环段的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽中。
技术方案11．根据技术方案10所述的涡轮喷嘴，其特征在于，还包括，各个所述片密封件包括弧形体和至少一个远离所述弧形体而径向地延伸的周向保持接片。
技术方案12．根据技术方案11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，还包括，所述保持接片设置在所述上槽或所述下槽的前或后环形壁或者后环形壁中的凹口中，并且所述保持接片是足够柔性的，以便在整个发动机操作范围内的发动机操作期间，所述片密封件分别与其中各个所述上、下槽的上、下面上的密封边缘相接合。
技术方案13．根据技术方案12所述的涡轮喷嘴，其特征在于，还包括，其中各个所述片密封件具有在3密耳至35密耳的范围内的厚度。
技术方案14．根据技术方案12所述的涡轮喷嘴，其特征在于，还包括，其中各个所述片密封件由抗扭刚度在0.015磅/英寸至0.15磅/英寸的范围内的材料制成。
技术方案15．根据技术方案12所述的涡轮喷嘴，其特征在于，还包括，所述内带段和所述内支撑环段的其中一者包括陶瓷基复合材料。
技术方案16．根据技术方案12所述的涡轮喷嘴，其特征在于，还包括，所述至少一个喷嘴整流罩由陶瓷基复合材料制成。
技术方案17．根据技术方案10所述的涡轮喷嘴，其特征在于，还包括环形冷却空气室，所述环形冷却空气室包括设置在所述内支撑环段中并与所述空心整流罩翼型处于流连通的流动空腔。
技术方案18．根据技术方案17所述的涡轮喷嘴，其特征在于，还包括：
其中各个所述片密封件包括弧形体和至少一个径向远离所述弧形体而延伸的周向保持接片，
所述保持接片设置在其中各个所述上槽或所述下槽的前或后环形壁或者后环形壁的凹口中，且
所述保持接片是足够柔性的，以便在整个发动机操作范围内的发动机操作期间，所述片密封件分别与其中各个所述上、下槽的上、下面上的密封边缘相接合。
技术方案19．根据技术方案18所述的涡轮喷嘴，其特征在于，还包括，其中各个所述片密封件具有在3密耳至35密耳的范围内的厚度，并且/或者其中各个所述片密封件由抗扭刚度在0.015磅/英寸至0.15磅/英寸的范围内的材料制成。
技术方案20．根据技术方案12所述的涡轮喷嘴，其特征在于，还包括：
所述环形冷却空气室包括花键密封件，所述花键密封件密封地设置在周向相邻的涡轮所述喷嘴段之间；
所述花键密封件设置在花键密封槽中；且
所述花键密封槽包括设置在所述喷嘴整流罩的所述内带段中的轴向地延伸的上槽、设置在所述内支撑环段中的轴向地延伸的下槽、以及分别设置在所述内带段和所述内支撑环段的所述上、下凸缘中的径向地延伸的前、后槽。
本发明还提供了以下技术方案：
技术方案一．一种燃气涡轮发动机弧形片密封组件(33)，包括：
在相邻的第一涡轮构件和第二涡轮构件(4,6)之间径向地且周向地延伸的弧形片密封件(52)，
所述片密封件(52)可操作，用于防止或抑制第一流体体积和第二流体体积(57,59)之间的通过在所述第一涡轮构件和所述第二涡轮构件(4,6)之间的间隙(15)发生的泄漏，和
所述弧形片密封件(52)的上、下片密封部分(54,56)分别设置在所述第一涡轮构件和所述第二涡轮构件(4,6)中的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽(9,11)中。
技术方案二．根据技术方案一所述的组件(33)，其特征在于，还包括，所述片密封件(52)包括弧形体(58)和至少一个远离所述弧形体(58)径向地延伸的周向保持接片(61)。
技术方案三．根据技术方案二所述的组件(33)，其特征在于，还包括，所述保持接片(61)设置在所述上槽或所述下槽(9,11)的前或后环形壁(72,73)或者后环形壁(73)的凹口(63)中。
技术方案四．根据技术方案三所述的组件(33)，其特征在于，还包括，所述保持接片(61)是足够柔性的，以便在整个发动机操作范围内，所述片密封件(52)分别与所述上、下槽(9,11)的上、下面(64,66)上的密封边缘相接合。
技术方案五．根据技术方案三所述的组件(33)，其特征在于，还包括，所述片密封件(52)具有在3密耳至35密耳的范围内的厚度(T)。
技术方案六．根据技术方案三所述的组件(33)，其特征在于，还包括，所述片密封件(52)由抗扭刚度在0.015磅/英寸至0.15磅/英寸的范围内的材料制成。
技术方案七．根据技术方案一所述的组件(33)，其特征在于，还包括，相邻的第一涡轮构件和第二涡轮构件(4,6)分别是径向地相邻的涡轮喷嘴上、下构件(94,96)，或者相邻的第一涡轮构件和第二涡轮构件(4,6)是轴向地相邻的。
技术方案八．根据技术方案七所述的组件(33)，其特征在于，还包括，所述涡轮喷嘴上、下构件(94,96)的其中一者包括陶瓷基复合材料。
技术方案九．一种分段的涡轮喷嘴(20)，包括：
关于轴线(12)外接的涡轮喷嘴段(32)的环；
其中各个所述涡轮喷嘴段(32)包括径向内支撑环段(45)、径向外支撑环段(47)，和至少一个被支撑并设置在所述径向内支撑环段(45)与径向外支撑环段(47)之间的喷嘴整流罩(50)；
所述喷嘴整流罩(50)的径向地间隔开的内、外带段(71,74)和在它们之间径向地延伸的空心整流罩翼型(98)；
支柱(70)，所述支柱(70)穿过所述空心整流罩翼型(98)径向地设置并联接在所述内、外支撑环段(45,47)之间，并可操作以用于在所述内、外支撑环段(45,47)之间携带负载；
至少一个包括弧形片密封件(52)的燃气涡轮发动机弧形片密封组件(33)，所述弧形片密封件(52)在所述内带段(71)和所述内支撑环段(45)之间径向地且周向地延伸；且
所述弧形片密封件(52)的上、下片密封部分(54,56)分别设置在所述内带段(71)和所述内支撑环段(45)中的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽(9,11)中。
技术方案十．根据技术方案九所述的涡轮喷嘴(20)，其特征在于，还包括：
包括所述至少一个燃气涡轮发动机弧形片密封组件(33)的前、后涡轮片密封件组件(78,80)，
所述前、后涡轮片密封件组件(78,80)分别定位在所述喷嘴段(32)的前、后端(82,84)处，位于所述内支撑环段(45)和所述整流罩(50)的内带段(71)之间，
其中各个所述前、后涡轮片密封组件(78,80)包括在所述内带段(71)和所述内支撑环段(45)之间径向地且周向地延伸的弧形片密封件(52)，
其中各个所述前、后涡轮片密封组件(78,80)均包括分别位于所述内带段(71)和所述内支撑环段(45)的上、下凸缘(86,88)中的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽(9,11)，
其中各个所述前、后涡轮片密封组件(78,80)的各所述弧形片密封件(52)的上、下片密封部分(54,56)分别设置在所述内带段(71)和所述内支撑环段(45)的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽(9,11)中，
其中各个所述片密封件(52)包括弧形体(58)和至少一个径向地远离所述弧形体(58)而延伸的周向保持接片(61)，
所述保持接片(61)设置在其中各个所述上槽或所述下槽(9,11)的前或后环形壁(72,73)或者后环形壁(73)中的凹口(63)中，并且所述保持接片(61)是足够柔性的，以便在整个发动机操作范围内的发动机操作期间，所述片密封件(52)分别与其中各个所述上、下槽(9,11)的上、下面(64,66)上的密封边缘相接合。
技术方案十一．根据技术方案九所述的涡轮喷嘴(20)，其特征在于，还包括，所述至少一个喷嘴整流罩(50)由陶瓷基复合材料制成，并且环形冷却空气室(46)包括流动空腔(51)，所述流动空腔(51)设置在所述内支撑环段(45)中，并与所述空心整流罩翼型(98)处于流连通。
附图说明
根据优选的示例性实施例，本发明将在以下结合附图所做的详细说明书中进行更具体地描述，其中：
图1是包括涡轮喷嘴的一示例性的飞机涡轮风扇燃气涡轮发动机的示意图，其具有弧形的涡轮的带槽的片密封组件的示例性实施例。
图2是用于图1所示的涡轮喷嘴中的带槽的片密封件安装组件的一示例性实施例的侧视图或周向视图。
图3是穿过图2中的3-3看去的带槽的片密封件安装组件的示例性实施例的轴向视图。
图4是用于图1所示的涡轮喷嘴中的带槽的片密封件安装组件的一示例性实施例的透视图。
图5是处于密封位置中的图2所示的带槽的片密封件的示意图。
图6是用于图1所示的发动机中的示例性涡轮喷嘴的透视图。
图7是图6所示的示例性涡轮喷嘴中的涡轮喷嘴段的放大的透视图。
图8是图7中所示的涡轮喷嘴段的分解图。
图9是图8所示的涡轮喷嘴段中的涡轮整流罩的透视图。
图10是图8所示的涡轮喷嘴段中的涡轮整流罩的周向定向的透视图。
图11是穿过图10中的11-11所示的后片密封件安装组件的放大的透视图。
图12是穿过图10中的11-11所示的前片密封件安装组件的放大的透视图。
图13是内支撑环段的透视图，其中图8中所示的涡轮喷嘴段中的单个涡轮整流罩被除去。
图14是图8所示的涡轮喷嘴段中的内支撑环段的一侧中的花键密封件的截面侧视图。
部件清单：
4．第一涡轮构件
6．第二涡轮构件
8．周围空气
9．上槽
10．燃气涡轮发动机
11．下槽
12．中心轴线
13．静态结构
14．风扇
15．间隙
16．压缩机
17．接触点
18．环形燃烧器
19．高压涡轮
20．高压涡轮喷嘴
21．第一轴
22．高压涡轮转子
23．涡轮叶片
24．低压涡轮喷嘴
25．第二轴
26．低压涡轮转子
27．流路
28．压缩空气
29．冷却空气
30．气体
32．喷嘴段
33．片密封组件
35．外带
36．内带
37．外支撑环
38．内支撑环
39．翼型
40．涡轮护罩段
45．内支撑环段
46．环形冷却空气室
47．外支撑环段
48．花键密封件
49．花键密封槽
50．喷嘴整流罩
51．流动空腔
52．弧形片密封件
54．上片密封部分
56．下片密封部分
57．第一流体体积
58．弧形体
59．第二流体体积
60．轴向或水平方向
61．保持接片(retention tab)
62．径向或竖直方向
63．凹口
64．上面
66．下面
67．水平偏置
68．上接触面
69．下接触面
70．支柱
71．内带段
72．前环形壁
73．后环形壁
74．外带段
75．翼型或静叶
76．槽边缘
78．前涡轮片密封组件
80．后涡轮片密封组件
82．前端
84．后端
86．前上凸缘
88．前下凸缘
90．后上凸缘
92．后下凸缘
94．上构件
96．下构件
98．整流罩翼型或静叶
102．接触壁
105．圆形套环
106．圆形套环
108．顺时针侧边缘
110．逆时针侧边缘
114．第一部分
116．第二部分
120．上槽
122．下槽
126．前槽
128．后槽
T- 厚度。
具体实施方式
在图1中示意性地显示了一种示例性的飞机涡轮风扇燃气涡轮发动机10，其关于纵向的或轴向的中心轴线12是轴对称的。发动机10按照串行流连通的顺序包括风扇14、多级轴向压缩机16、环形燃烧器18、高压涡轮19、以及一级或多级低压涡轮喷嘴24和转子26，高压涡轮19包括高压涡轮喷嘴20，其位于单级高压涡轮转子22的上游并被其跟随。高压转子22通过第一轴21连接在压缩机16上，并且低压转子26通过同轴的第二轴25而连接在风扇14上。在操作期间，周围空气8向下游流过风扇14、压缩机16，并作为压缩空气28从压缩机16离开，然后流入到燃烧器18中。压缩空气28与燃料混合，并在燃烧器18中点燃，产生热的燃烧气体30，燃烧气体30向下游流过涡轮级，所述涡轮级从燃烧气体30中提取能量，用于为风扇14和压缩机16提供动力。位于燃烧器18下游的涡轮的各种定子和转子构件限定了涡轮流路27，涡轮流路27引导热的燃烧气体从中通过，以便从发动机中排出。位于高压涡轮喷嘴20的下游并与之相邻的是高压涡轮转子22。高压涡轮转子22可采用任何传统的形式，其具有从转子盘径向向外地延伸的多个周向地间隔开的涡轮叶片23，用于从气体30中提取能量并为压缩机16提供动力。
压缩空气28的一部分从压缩机16中渗出并用作冷却空气29，冷却空气29被引导至涡轮的各种部件，例如高压喷嘴20，以便为其提供冷却。在发动机操作期间，其中一些冷却空气29在与流过高压涡轮喷嘴20中的涡轮流路27的燃烧气体30的低压力-P相比而高得多的压力+P下，被引导围绕并穿过高压涡轮喷嘴20。
涡轮构件时常以弧形段形式制造并一起装配在发动机10中，形成轴向地相邻的涡轮构件，例如涡轮护罩段40，其定位成相邻于涡轮喷嘴段32并位于其下游，如图1, 6和16中所示。在弧形段的环形组件之间提供了各种接头或间隙，它们必须被恰当地密封，用于防止高压+P冷却空气29泄漏到在发动机操作期间用于低压-P燃烧气体30流过的涡轮流路27中。用于冷却涡轮构件所使用的渗出的空气必然降低发动机10的总效率，应最大限度地减少其使用。在固定的涡轮构件或定子涡轮构件之间提供合适的密封是比较理想的，用于将泄漏到排气流路中的冷却空气的量减少至最小，从而增加发动机的效率。
在图1-3中示意性地显示了弧形的第一涡轮构件4，其由与穿过喷嘴20的第一涡轮构件4的燃烧气体30的相对较低的压力-P相比而处在相对较高的压力+P下的冷却空气29来进行冷却。弧形的涡轮的带槽的片密封组件33可包括弧形片密封件52，其在第二涡轮构件6与喷嘴20的第一涡轮构件4之间径向地和周向地延伸，以防止或抑制冷却空气29通过第一和第二涡轮构件4, 6之间的间隙15而泄漏到涡轮流路27中。
第一和第二涡轮构件4,6是相邻的，并分别包括第一和第二部分114,116，所述第一和第二部分114,116相对于轴线12径向地间隔开，并包括径向地间隔开的第一和第二或弧形片密封件上、下槽9,11或凹槽。弧形片密封件52的上、下片密封部分54,56分别设置在第一和第二部分114,116中的上、下凹槽或槽9,11中。弧形片密封件52基本完全地设置在上、下槽9,11中。
相邻的第一和第二涡轮构件4,6可以是用于发动机10的弧形段（例如图6-9所示的涡轮喷嘴段32）中的涡轮喷嘴的径向内、外构件或上、下构件94,96。上、下构件94, 96可包括弧形片密封件上、下槽9,11，其中分别设置了弧形片密封件52的上、下片密封部分54,56。弧形片密封件52基本完全地设置在上、下槽9,11中。
如图2-5和图8中所示，弧形片密封件52包括弧形体58和至少一个径向地远离弧形体58而延伸的周向保持接片61。周向保持接片61设置在图3所示前环形壁72的凹口63中并与之相接合，或者设置在图4所示上槽或下槽9,11的后环形壁73的凹口63中并与之相接合。如图2和图4中特别所示，弧形片密封件52被捕获于上、下槽9,11中。在弧形片密封件52和上、下槽9,11的接触壁102之间的接触点17的轨迹(locus)用于创造在这里表示为图5所示第一和第二流体体积57,59的两个流体体积之间的密封。
参照图6-9，第一流体体积57这里显示为冷却空气室46，其接收冷却空气29，冷却空气29在相当高的压力+P下被引导穿过高压涡轮喷嘴20的周向地间隔开的空心定子翼型39。第二流体体积59在这里显示为穿过高压涡轮喷嘴20的涡轮流路27中的燃烧气体30，其在发动机操作期间以低压力–P进行操作。
在图2-5中显示了弧形片密封件52和接触点17，它们划分了两个流体体积或流路。上槽9相对于下槽11的相对位置可以在轴向或水平方向60和径向或垂直方向62上处于某一范围内。由于这个相对位置范围，在密封件与这两个槽之间的接触点的性质可以是可变的。在图4所示的位置中，片密封件52接触上槽9的上面64以及下槽11的下面66。与这些面上的表面接触就创造了分开两个流体体积的接触点17的轨迹。
在这两个流体体积之间的泄漏程度取决于片密封件分别对上、下面64, 66的上、下接触面68, 69的小表面不规则性的顺应性，取决于片密封件52的弹性，以及取决于压力差所产生的压力负载下顺应符合的能力。在发动机操作期间，压力差形成于第一流体体积57或包含冷却空气29的室内的高压力+P与第二流体体积59或高压涡轮喷嘴20的涡轮流路27内的低压力-P之间。
接触点17分别位于上、下面64,66的上、下接触面68,69的更小表面面积上，处于上、下槽9,11的一些其它的轴向偏置的位置。在图5中显示了在轴向或水平方向60上的在上、下槽9,11之间的较大水平偏置的一个示例。沿着接触点17的接触是如图5中所示的边缘接触，用于上、下槽9,11之间的水平偏置67。片密封件52的上片密封部分54与上槽9的上面64相接触，而片密封件52的下片密封部分56与下槽11的下面66上的槽边缘76相接触。
参照图2-5，周向保持接片61是柔性的，从而在整个发动机操作范围中容许片密封件52分别与上、下槽9,11的上、下面64,66上的密封边缘相接合。弧形片密封件52的弧形体58能够顺应上、下槽9,11。弧形体58可具有与片密封件52相同的厚度和刚度的范围。包括弧形体58的片密封件52可具有3密耳至35密耳的范围内的厚度T，并且可使用抗扭刚度在0.015磅/英寸至0.15磅/英寸的范围内的材料。
在图1所示的示例性发动机中，涡轮片密封组件33的一个实施例定位在穿过高压涡轮喷嘴20的涡轮流路27与高压涡轮喷嘴20的静态结构中流动的冷却空气29之间。片密封组件33可被用于且适合于发动机10中的其它类似的密封应用，并且尤其是在发动机10的各种涡轮定子构件之间。固定构件或定子涡轮弧形构件的一个示例是图6-8和16中所示的环形高压涡轮喷嘴20的涡轮喷嘴段32。周向地相邻的喷嘴段32用螺栓或以其它方式连接在一起，从而形成环形高压涡轮喷嘴20的完整环，如图6和图9中所示。
在图6-10中显示了一个示例性的高压分段的涡轮喷嘴20，其包括关于轴线12外接的涡轮喷嘴段32的环。在图6-9中所示的涡轮喷嘴20和涡轮喷嘴段32的示例性实施例是为CMC静叶研制的，并且在Benjamin Scott Huizenga等人于2014年12月18日提交的名称为“用支柱安装的陶瓷基复合材料喷嘴及其构思”的美国专利申请No.14/574,472中进行了更详细的公开，该美国专利申请通过引用而结合在本文中。
涡轮喷嘴20包括分段的环形外带和内带35,36以及从它们之间径向地延伸的多个翼型或静叶75。其中各个涡轮喷嘴段32包括径向内支撑环段45、径向外支撑环段47，以及被支撑并设置在径向内支撑环段45和径向外支撑环段47之间的至少一个喷嘴整流罩50。支柱70径向地延伸穿过至少一个喷嘴整流罩50，将负载从内支撑环段45携带至外支撑环段47，负载在此处被传递给静态结构13如发动机外壳，并且机械地支撑喷嘴段32，如图8中所示。喷嘴整流罩50包括径向地间隔开的内、外带段71,74和位于它们之间的整流罩翼型98。喷嘴整流罩50的一个特定实施例是由陶瓷基复合材料制成的CMC整流罩50。
支柱70将负载从内支撑环38处的喷嘴段32的径向内侧面携带至外支撑环37处的径向外侧面，负载在这里被传递给静态结构，并机械地支撑喷嘴整流罩50。支柱70可按照这里所述的各种方式连接到内支撑环38和外支撑环37的其中至少一者，这些方式包括用螺栓联接、紧固、捕获、它们组合以及整体地成形。
整流罩50可以是单个静叶的类型，通常被称为“单型(singlet)”，或者可以是双静叶的类型，通常被称为“双型(doublet)”。这些仅仅是示例性的，因为在喷嘴段32中可采用附加数量的静叶。内带段71的上表面为燃烧气体提供了一个流动面。外带段74的下表面为燃烧气体提供了相反的流动面。这些表面限定了用于燃烧气体流过喷嘴段32的边界，其中静叶在它们之间延伸。
参照图7-9，外支撑环37设置在整流罩50上方，将喷嘴段32连接至静态结构13。外支撑环37还在前端82和后端84之间周向地且轴向地延伸。外支撑环37将整流罩50在外支撑环37和内支撑环38之间进一步捕获于支柱70上。支柱70固定于外支撑环37上，并连接到内支撑环38上，以便通过喷嘴段32传递负载。整流罩50定位为浮置在支柱70上，并被捕获于外支撑环37和内支撑环38之间。
定位在内支撑环的内向表面上的圆形套环105,106接收支柱70，从而提供了与内支撑环的接合，并可根据一个实施例通过滑动配合的销连接而进行固定，而将支柱70捕获于内支撑环中。径向内支撑环段45中的流动空腔51一起用作环形冷却空气室46。环形冷却空气室46接收冷却空气29，所述冷却空气29在相当高的压力+P下被引导通过高压涡轮喷嘴20的周向地间隔开的空心定子翼型39。环形冷却空气室46有助于平衡或校平冷却空气29的流，并且最大程度地减小在所有流动空腔51之间的压力差。
图6-14中所示的涡轮喷嘴段32的示例性实施例包括前、后涡轮片密封组件78,80，所述前、后涡轮片密封组件78,80定位在喷嘴段32的前、后端82,84处，在整流罩50的内支撑环和内带段71之间。其中各个前、后涡轮片密封组件78,80均包括分别位于内带段71和内支撑环段45的前上、下凸缘86,88和后上、下凸缘90,92中的径向地间隔开的第一和第二或弧形片密封件上、下槽9,11。其中各个弧形片密封件52被捕获于上、下槽9,11中。
进一步参照图3和图4，弧形片密封件52的上、下片密封部分54,56分别设置在上、下槽9,11中。如图3中所示，弧形片密封件52包括弧形体58和至少一个径向地远离弧形体58延伸的周向保持接片61。周向保持接片61设置并接合在上、下槽9,11的前环形壁72或后环形壁73中的凹口63中。上、下槽9,11以及设置在其中的弧形片密封件52一直周向地延伸跨越涡轮喷嘴段32，位于涡轮喷嘴段32的顺时针和逆时针的侧边缘108,110之间。
设置在花键密封槽49中的花键密封件48被用来密封在周向相邻的喷嘴段32之间，如图7-14中所示。花键密封槽49包括轴向地延伸的上槽120，所述上槽120设置在如这里所示可由CMC制成的喷嘴整流罩50的内带段71中。花键密封槽49还包括轴向地延伸的下槽122，所述下槽122设置在内支撑环段45中。花键密封槽49还包括径向地延伸的前、后槽126,128，其分别设置在内带段71和内支撑环段45的上、下凸缘86,88中。喷嘴整流罩50包括径向地间隔开的内、外带段71,74以及它们之间的整流罩翼型98。喷嘴整流罩50的一个特定实施例是由陶瓷基复合材料制成的CMC整流罩50。花键密封件48密封了周向相邻的流动空腔51，从而提供了它们之间的密封以及用于环形冷却空气室46的密封。花键密封件48保持了环形冷却空气室46的在周向地径向内支撑环段45之间的密封以及在流动空腔51之间的其连续性。
虽然这里已经描述了被认为是本发明的优选的和示例性的实施例，但是从这里的教导出发，本发明的其它变型对于本领域中的技术人员应该是很明显的，因此需要在所附权利要求中保护落在本发明的真实精神和范围内的所有这类变型。
因此，需要由美国专利证书保护的是所附权利要求中所限定和区分的发明。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机弧形片密封组件(33)，包括：
在相邻的第一涡轮构件和第二涡轮构件(4,6)之间径向地且周向地延伸的弧形片密封件(52)，
所述片密封件(52)可操作，用于防止或抑制第一流体体积和第二流体体积(57,59)之间的通过在所述第一涡轮构件和所述第二涡轮构件(4,6)之间的间隙(15)发生的泄漏，和
所述弧形片密封件(52)的上、下片密封部分(54,56)分别设置在所述第一涡轮构件和所述第二涡轮构件(4,6)中的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽(9,11)中。
2.根据权利要求1所述的组件(33)，其特征在于，还包括，所述片密封件(52)包括弧形体(58)和至少一个远离所述弧形体(58)径向地延伸的周向保持接片(61)。
3.根据权利要求2所述的组件(33)，其特征在于，还包括，所述保持接片(61)设置在所述上槽或所述下槽(9,11)的前或后环形壁(72,73)或者后环形壁(73)的凹口(63)中。
4.根据权利要求3所述的组件(33)，其特征在于，还包括，所述保持接片(61)是足够柔性的，以便在整个发动机操作范围内，所述片密封件(52)分别与所述上、下槽(9,11)的上、下面(64,66)上的密封边缘相接合。
5.根据权利要求3所述的组件(33)，其特征在于，还包括，所述片密封件(52)具有在3密耳至35密耳的范围内的厚度(T)。
6.根据权利要求3所述的组件(33)，其特征在于，还包括，所述片密封件(52)由抗扭刚度在0.015磅/英寸至0.15磅/英寸的范围内的材料制成。
7.根据权利要求1所述的组件(33)，其特征在于，还包括，相邻的第一涡轮构件和第二涡轮构件(4,6)分别是径向地相邻的涡轮喷嘴上、下构件(94,96)，或者相邻的第一涡轮构件和第二涡轮构件(4,6)是轴向地相邻的。
8.根据权利要求7所述的组件(33)，其特征在于，还包括，所述涡轮喷嘴上、下构件(94,96)的其中一者包括陶瓷基复合材料。
9.一种分段的涡轮喷嘴(20)，包括：
关于轴线(12)外接的涡轮喷嘴段(32)的环；
其中各个所述涡轮喷嘴段(32)包括径向内支撑环段(45)、径向外支撑环段(47)，和至少一个被支撑并设置在所述径向内支撑环段(45)与径向外支撑环段(47)之间的喷嘴整流罩(50)；
所述喷嘴整流罩(50)的径向地间隔开的内、外带段(71,74)和在它们之间径向地延伸的空心整流罩翼型(98)；
支柱(70)，所述支柱(70)穿过所述空心整流罩翼型(98)径向地设置并联接在所述内、外支撑环段(45,47)之间，并可操作以用于在所述内、外支撑环段(45,47)之间携带负载；
至少一个包括弧形片密封件(52)的燃气涡轮发动机弧形片密封组件(33)，所述弧形片密封件(52)在所述内带段(71)和所述内支撑环段(45)之间径向地且周向地延伸；且
所述弧形片密封件(52)的上、下片密封部分(54,56)分别设置在所述内带段(71)和所述内支撑环段(45)中的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽(9,11)中。
10.根据权利要求9所述的涡轮喷嘴(20)，其特征在于，还包括：
包括所述至少一个燃气涡轮发动机弧形片密封组件(33)的前、后涡轮片密封件组件(78,80)，
所述前、后涡轮片密封件组件(78,80)分别定位在所述喷嘴段(32)的前、后端(82,84)处，位于所述内支撑环段(45)和所述整流罩(50)的内带段(71)之间，
其中各个所述前、后涡轮片密封组件(78,80)包括在所述内带段(71)和所述内支撑环段(45)之间径向地且周向地延伸的弧形片密封件(52)，
其中各个所述前、后涡轮片密封组件(78,80)均包括分别位于所述内带段(71)和所述内支撑环段(45)的上、下凸缘(86,88)中的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽(9,11)，
其中各个所述前、后涡轮片密封组件(78,80)的各所述弧形片密封件(52)的上、下片密封部分(54,56)分别设置在所述内带段(71)和所述内支撑环段(45)的径向地间隔开的弧形片密封件上、下槽(9,11)中，
其中各个所述片密封件(52)包括弧形体(58)和至少一个径向地远离所述弧形体(58)而延伸的周向保持接片(61)，
所述保持接片(61)设置在其中各个所述上槽或所述下槽(9,11)的前或后环形壁(72,73)或者后环形壁(73)中的凹口(63)中，并且所述保持接片(61)是足够柔性的，以便在整个发动机操作范围内的发动机操作期间，所述片密封件(52)分别与其中各个所述上、下槽(9,11)的上、下面(64,66)上的密封边缘相接合。
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