CN107060897B - 用于燃气涡轮发动机的塞缝式密封件 - Google Patents

用于燃气涡轮发动机的塞缝式密封件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于燃气涡轮发动机的塞缝式密封件，具体而言本发明的实施例涉及一种涡轮组件(100)，其包括轴向地彼此邻近的护罩组件(102)和喷嘴组件(106)，该护罩组件(102)和该喷嘴组件(106)二者包括面对的径向的侧边(112,113,212,213)和面对的轴向的端部(110,210)。塞缝式连接器(116,116a,116b)具有周向的部分(122,222)和轴向的部分从而塞缝式连接器(116,116a,116b)的周向的部分(122,222)延伸越过轴向的端部(110,210)并且塞缝式连接器(116,116a,116b)的轴向的部分延伸越过面对的径向的侧边。

Description

用于燃气涡轮发动机的塞缝式密封件
背景技术
涡轮发动机并且特别地燃气或燃烧涡轮发动机是旋转式发动机，该旋转式发动机从在一系列压缩机级(该压缩机级包括旋转的叶片对和固定的导叶对)中穿过发动机、穿过燃烧器并且然后到多个涡轮叶片上的燃烧的气体的流中提取能量。在压缩机级中叶片由从转子突出的支柱支撑，而导叶被安装到定子盘上。燃气涡轮发动机已经被用于陆上和海上移动以及发电，但最常见被用于航空应用例如用于飞机，包括直升机。在飞机中，燃气涡轮发动机被用于推进航空器。
用于航空器的燃气涡轮发动机被设计成在高温下运行以最大化发动机推进力，所以在运行期间冷却某些发动机构件是必要的。降低在燃气涡轮发动机中在邻近的流动通道部段之间的冷却空气泄漏是值得期望的以最大化效率并且降低比燃料消耗。在邻近的压缩机和涡轮级中，轴向的和径向的部段间隙创造了允许泄漏的流动通道。塞缝式密封件(spline sealing)被用于减少在这些区域中的泄漏。
发明内容
在一个方面，本发明的实施例涉及用于限定了轴向的中心线的燃气涡轮发动机的涡轮组件，涡轮组件包含具有多个周向地布置的护罩部段的护罩组件，该护罩部段具有面对的径向的侧边并且全体地限定了至少一个周向的轴向的端部。包括了具有多个周向地布置的喷嘴部段的喷嘴组件，该喷嘴部段具有面对的径向的侧边并且全体地限定了至少一个周向的轴向的端部。也存在具有周向的部分和轴向的部分的塞缝式连接器(splineconnector)，其中护罩组件和喷嘴组件是轴向地邻近的从而轴向的端部是面对的并且塞缝式连接器的周向的部分延伸越过轴向的端部并且塞缝式连接器的轴向的部分延伸越过护罩部段或喷嘴部段中的至少一个的面对的径向的侧边。
在另一方面，本发明的实施例涉及用于限定了轴向的中心线的燃气涡轮发动机的涡轮组件，涡轮组件包含：护罩部段，该护罩部段具有相反的径向的侧边和相反的轴向的端部的护罩部段；喷嘴部段，该喷嘴部段具有相反的径向的侧边和相反的轴向的端部；以及塞缝式连接器，该塞缝式连接器具有周向的部分和轴向的部分。护罩部段和喷嘴部段是轴向地邻近的以形成面对的轴向的端部对并且塞缝式连接器的周向的部分延伸越过轴向的端部并且塞缝式连接器的轴向的部分沿护罩部段或喷嘴部段中的至少一个的径向的侧边中的至少一个延伸。
实施方案1. 一种用于限定了轴向的中心线的燃气涡轮发动机的涡轮组件，所述涡轮组件包含：
护罩组件，该护罩组件具有多个周向地布置的护罩部段，该护罩部段具有面对的径向的侧边并且全体地限定了至少一个周向的轴向的端部；
喷嘴组件，该喷嘴组件具有多个周向地布置的喷嘴部段，该喷嘴部段具有面对的径向的侧边并且全体地限定了至少一个周向的轴向的端部；
塞缝式连接器，该塞缝式连接器具有周向的部分和轴向的部分；
其中，所述护罩组件和喷嘴组件是轴向地邻近的从而所述轴向的端部是面对的并且所述塞缝式连接器的周向的部分在轴向的端部之间延伸并且所述塞缝式连接器的轴向的部分延伸越过所述护罩部段或所述喷嘴部段中的至少一个的面对的径向的侧边。
实施方案2. 根据实施方案1所述的涡轮组件，其特征在于，所述护罩部段和所述喷嘴部段的面对的径向的侧边限定了相应的间隙并且当所述轴向的部分跨越所述间隙时所述塞缝式连接器的轴向的部分密封所述间隙的至少一部分。
实施方案3. 根据实施方案2所述的涡轮组件，其特征在于，用于所述护罩部段和所述喷嘴部段的所述间隙周向上不对齐。
实施方案4. 根据实施方案3所述的涡轮组件，其特征在于，所述塞缝式连接器具有带有跨越在所述喷嘴部段中的间隙的周向的部分的T形。
实施方案5. 根据实施方案3所述的涡轮组件，其特征在于，用于所述护罩部段或喷嘴部段的所述间隙中的至少一个相对于所述轴向的中心线以角度定向。
实施方案6. 根据实施方案5所述的涡轮组件，其特征在于，所述塞缝式连接器具有带有跨越在所述喷嘴部段中的间隙的周向的部分的T形。
实施方案7. 根据实施方案1所述的涡轮组件，此外包含另一喷嘴组件，其中一个喷嘴组件安置在所述护罩组件的上游以限定面对的上游的轴向的端部对，另一喷嘴组件安置在所述护罩组件下游以限定面对的下游的轴向的端部对，并且所述塞缝式连接器包含由所述轴向的部分连接的两个周向的部分，其中所述周向的部分延伸越过所述上游的和下游的轴向的端部并且所述轴向的部分延伸越过所述护罩部段的径向的侧边。
实施方案8. 根据实施方案7所述的涡轮组件，其特征在于，所述塞缝式连接器具有I形。
实施方案9. 根据实施方案1所述的涡轮组件，此外包含另一护罩组件，其中一个护罩组件安置在所述喷嘴组件上游以限定面对的上游的轴向的端部对，另一护罩组件安置在所述喷嘴组件下游以限定面对的下游的轴向的端部对。
实施方案10. 根据实施方案9所述的涡轮组件，其特征在于，所述塞缝式连接器包含由所述轴向的部分连接的两个周向的部分，其中所述周向的部分延伸越过所述上游的和下游的轴向的端部并且所述轴向的部分延伸越过所述护罩部段的径向的侧边。
实施方案11. 根据实施方案9所述的涡轮组件，其特征在于，所述喷嘴部段的面对的径向的侧边相对于所述轴向的中心线形成了角度，并且第一塞缝式连接器延伸越过上游的轴向的端部和所述喷嘴部段的成角度的面对的径向的侧边，并且第二塞缝式连接器延伸越过下游的轴向的端部和下游的护罩部段的面对的径向的侧边。
实施方案12. 根据实施方案11所述的涡轮组件，其特征在于，所述第一塞缝式连接器和所述第二塞缝式连接器二者具有T形，其中所述第一塞缝式连接器的腿处于相应于所述喷嘴部段的径向的侧边的角度的角度下。
实施方案13. 一种用于限定了轴向的中心线的燃气涡轮发动机的涡轮组件，所述涡轮组件包含：
护罩部段，该护罩部段具有相反的径向的侧边和相反的轴向的端部；
喷嘴部段，该喷嘴部段具有相反的径向的侧边和相反的轴向的端部；
塞缝式连接器，该塞缝式连接器具有周向的部分和轴向的部分；
其中，所述护罩部段和喷嘴部段是轴向地邻近的以形成面对的轴向的端部对并且所述塞缝式连接器的周向的部分延伸越过所述轴向的端部并且所述塞缝式连接器的轴向的部分沿所述护罩部段或所述喷嘴部段中的至少一个的径向的侧边中的一个延伸。
实施方案14. 根据实施方案13所述的涡轮组件，其特征在于，所述径向的侧边中的一个相对于所述轴向的中心线以角度定向并且所述塞缝式连接器的轴向的部分也以所述角度定向。
实施方案15. 根据实施方案14所述的涡轮组件，其特征在于，所述塞缝式连接器具有T形。
实施方案16. 根据实施方案13所述的涡轮组件，其特征在于，所述塞缝式连接器包含第二周向的部分，该第二周向的部分轴向地与另一周向的部分间隔开，并且沿所述护罩的轴向的端部中的另一个延伸。
实施方案17. 根据实施方案15所述的涡轮组件，其特征在于，所述塞缝式连接器具有I形。
实施方案18. 根据实施方案13所述的涡轮组件，其特征在于，所述塞缝式连接器具有T形。
实施方案19. 根据实施方案13所述的涡轮组件，其特征在于，所述护罩部段的径向的侧边与所述喷嘴部段的径向的侧边周向上不对齐。
实施方案20. 根据实施方案13所述的涡轮组件，其特征在于，所述护罩部段的径向的侧边或所述喷嘴部段的径向的侧边中的至少一个相对于所述轴向的中心线成角度。
附图说明
在示图中：
图1是根据本发明的一种实施例的燃气涡轮发动机的横截面示意图。
图2是涡轮组件的横截面示意图。
图3是喷嘴组件的透视图。
图4是本发明的第一实施例的示意性的俯视图。
图5是本发明的第二实施例的示意性的俯视图。
具体实施方式
本发明的描述的实施例针对涉及在涡轮发动机中按路线运送空气流的系统、方法以及其他的装置。为了说明的目的，本发明将关于航空器燃气涡轮发动机被描述。然而将理解的是，本发明不是这样被限制并且在非航空器应用(例如其他的移动式应用和非移动式工业的、商业的以及住宅的应用)中可具有通常的适用性。
图1是用于航空器的燃气涡轮发动机10的横截面示意图。发动机10具有从前方14延伸到后方16的一般地纵向地延伸的轴线或中心线12。发动机10以向下游的连续流动的关系包括，包括风扇20的风扇区段18、包括增压机或低压(LP)压缩机24和高压(HP)压缩机26的压缩机区段22、包括燃烧器30的燃烧区段28、包括HP涡轮34和LP涡轮36的涡轮区段32以及排气区段38。
风扇区段18包括围绕风扇20的风扇罩壳40。风扇20包括径向地环绕中心线12布置的多个风扇叶片42。HP压缩机26、燃烧器30以及HP涡轮34形成了发动机10的核心44，该核心44产生燃烧气体。核心44由核心罩壳46围绕，该核心罩壳46能够与风扇罩壳40联结。
共轴地环绕发动机10的中心线12布置的HP轴或筒管48驱动地将HP涡轮34连接到HP压缩机26。LP轴或筒管50(该LP轴或筒管50共轴地环绕发动机10的中心线12布置在更大的直径的环形的HP筒管48内)驱动地将LP涡轮36连接到LP压缩机24和风扇20。安装到筒管48,50中的任一或二者上并且与该筒管48,50中的任一或二者一起旋转的发动机10的部分也单独地或全体地称为转子51。
LP压缩机24和HP压缩机26分别包括多个压缩机级52,54，在该多个压缩机级52,54中压缩机叶片58组相对于相应的静态的压缩机导叶60,62(也叫喷嘴)组旋转以压缩或增压穿过级的流体的流。在单个压缩机级52,54中，多个压缩机叶片56,58能够成圈地被提供并且能够相对于中心线12从叶片平台径向地向外延伸到叶片顶端，而相应的静态的压缩机导叶60,62定位在旋转的叶片56,58的下游并且邻近该旋转的叶片56,58。注意的是在图1中示出的叶片、导叶以及压缩机级的数量仅仅为了说明性的目的被选择，并且其他的数量是可能的。用于压缩机的级的叶片56,58能够安装到盘状件53上，该盘状件53安装到HP筒管48和LP筒管50中的相应的一个上，其中每个级具有其自己的盘状件。导叶60,62以环绕转子51的周向的布置安装到核心罩壳46上。
HP涡轮34和LP涡轮36分别包括包含级64,66的多个涡轮组件100，在该级64,66中涡轮叶片68,70组相对于相应的静态的涡轮导叶72,74(也叫喷嘴)组旋转以从穿过级的流体的流中提取能量。在单个涡轮级64,66中，多个涡轮叶片68,70能够成圈地被提供并且能够相对于中心线12从叶片平台径向地向外延伸到叶片顶端，而相应的静态的涡轮导叶72,74定位在旋转的叶片68,70的上游并且邻近该旋转的叶片68,70。注意的是在图1中示出的叶片、导叶以及涡轮级的数量仅仅为了说明性的目的被选择，并且其他的数量是可能的。
在运行中，旋转的风扇20将周围环境空气供应到LP压缩机24，该LP压缩机24然后将增压的周围环境空气供应到HP压缩机26，该HP压缩机26进一步增压周围环境空气。来自HP压缩机26的增压的空气在燃烧器30中与燃料混合并且被点燃，从而产生燃烧气体。由HP涡轮34从这些气体中提取一些功，该HP涡轮34驱动HP压缩机26。燃烧气体排放到LP涡轮36中，该LP涡轮36提取附加的功以驱动LP压缩机24，并且废气最终从发动机10经由排气区段38排放。LP涡轮36的驱动驱动LP筒管50以使风扇20和LP压缩机24旋转。
由风扇20供应的周围环境空气中的一些能够绕过发动机核心44并且被用于冷却发动机10的部分(尤其热的部分)和/或用于冷却航空器的其他的方面或向该航空器的其他的方面提供功率。在涡轮发动机的背景中，发动机的热的部分通常在燃烧器30的下游，尤其为涡轮区段32，其中HP涡轮34是最热的部分，因为HP涡轮34直接在燃烧区段28下游。冷却流体的其他的来源能够(但不限于)是从LP压缩机24或HP压缩机26排放的流体。
图2说明了适合于在图1的燃气涡轮发动机10中使用的一种可能的涡轮组件100。涡轮组件100包含：至少一个护罩组件102，该至少一个护罩组件具有在叶片70周围周向地布置的多个护罩部段104；和至少一个喷嘴组件106，该至少一个喷嘴组件具有周向地布置的多个喷嘴部段108，导叶74固定到所述喷嘴部段。叶片70和导叶74中的每个具有前缘71和后缘73。护罩部段104和喷嘴部段108全体地限定至少一个周向的轴向的端部110。喷嘴组件106安置在护罩组件102上游以限定相反的且面对的上游的轴向的端部110对。另一喷嘴组件106能够安置在护罩组件102下游，限定了面对的下游的轴向的端部110对。护罩组件102和喷嘴组件106中的每个具有相反的且面对的径向的侧边112。
塞缝式连接器116包括轴向的部分114，该轴向的部分114沿遮盖护罩部段104的面对的径向的侧边112的顶部部分延伸。在一种示例性的实施例中，塞缝式连接器116的轴向的部分114也沿喷嘴部段108的面对的径向的侧边112的顶部部分延伸。当被放置时塞缝式连接器116时能够紧邻喷嘴部段108的下游边缘119留出轴向的空间118以降低斜槽泄漏尾部(chute leakage aft)。
在一种示例性的实施例中塞缝式连接器116具有如在图3中看到的T形。如从周向的轴向的端部110观察的那样喷嘴组件106强调了面对的径向的侧边112如限定相应的间隙120那样，塞缝式连接器116的轴向的部分114像遮盖两个表面的一条带子一样延伸越过该间隙120。塞缝式连接器116放置成轴向的部分114跨越间隙120以密封间隙120的一部分并且由轴向的部分114连接的两个周向的部分122跨越上游的和下游的轴向的端部110。在连续的塞缝式连接器116之间的轴向的空间124与高压燃烧气体流的位置对齐以为了清扫该流。这称为“头波(bow-wave，有时称为弓形波)”并且在导叶74的前缘71附近。在一种备选的实施例中，塞缝式连接器也能够靠置在狭槽111内而仍然跨越间隙120。
护罩组件102和喷嘴组件106如在图4中看到的那样是轴向地邻近的，该图4示意性地说明了护罩部段的两个周向组的以及介于中间的喷嘴部段108组，所有的组为了清晰性被平坦地放置。护罩组件102的面对的径向的侧边112也限定了相应的间隙126，其中当塞缝式连接器116的轴向的部分114跨越间隙126时，该轴向的部分114密封间隙126的至少一部分。用于护罩部段104和喷嘴部段108的间隙120,126周向上不对齐。
间隙120中的至少一个能够相对于轴向的中心线12以角度定向，形成了成角度的面对的径向的侧边113。塞缝式连接器116的两个例子在图4的说明性的实施例中被描绘，二者仍然维持T形。第一塞缝式连接器116a延伸越过上游的轴向的端部110和喷嘴部段108的成角度的面对的径向的侧边113，其中支腿115处于相应于径向的侧边113的角度的角度下。第二塞缝式连接器116b延伸越过下游的轴向的端部110和下游的护罩部段104的面对的径向的侧边112。
在图5中说明的第二实施例中(其再次为了清晰性从实际的周向的定向被平坦地放置)，塞缝式连接器216具有I或H形。塞缝式连接器216包含由轴向的部分214连接的两个周向的部分222，该轴向的部分214延伸越过护罩部段204的径向的侧边212，其中周向的部分222延伸越过上游的和下游的轴向的端部210，留出了周向的空间224。I或H形的塞缝式连接器216不延伸越过喷嘴部段208的成角度的径向的侧边213。
另一实施例能够包括带有延伸越过图4的成角度的径向的侧边213的成角度的轴向的部分和延伸越过相应的轴向的端部210的周向的部分的I形。仍然另一实施例能够包括带有延伸越过相应的径向的和轴向的端部的轴向的和周向的部分的L形。
塞缝式连接器利用靠近头波的周向的空间解决了对于局部吸入或可能的过温失效模式的担忧，同时包括在典型地未在轴向的构件之间密封的区域中连续的其他密封。密封这些附加的区域降低了比燃料消耗并且因此提高了效率。
在在组件护罩和喷嘴组件的布置中存在轴向的弯曲或倾斜的情形中，塞缝式连接器的实施例能够包括轴向的裂口以促进弯曲或塞缝式连接器能够被预弯曲以匹配流动通道弯曲或阶形堆积(step stack up)。当组装时塞缝式连接器的轴向的部分能够锁定就位并且如果需要的话在塞缝式连接器上的局部变薄或锁眼(keyhole)能够被形成以提供柔性。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可取得专利的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示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims (7)

1.一种用于限定了轴向的中心线(12)的燃气涡轮发动机的涡轮组件(100)，所述涡轮组件(100)包含：
护罩部段，该护罩部段具有相反的径向的侧边和相反的轴向的端部(110,210)；
喷嘴部段，该喷嘴部段具有相反的径向的侧边和相反的轴向的端部(110,210)；
塞缝式连接器(116,116a,116b)，该塞缝式连接器(116,116a,116b)具有周向的部分(122,222)和轴向的部分，其中所述塞缝式连接器形成为塞缝式密封件；
其中，所述护罩部段和喷嘴部段是轴向地邻近的以形成面对的轴向的端部(110,210)对并且所述塞缝式连接器(116,116a,116b)的周向的部分(122,222)延伸越过所述轴向的端部(110,210)并且所述塞缝式连接器(116,116a,116b)的轴向的部分沿所述护罩部段或所述喷嘴部段中的至少一个的径向的侧边中的一个延伸，其中所述护罩部段的径向的侧边与所述喷嘴部段的径向的侧边周向上不对齐。
2.根据权利要求1所述的涡轮组件(100)，其特征在于，所述径向的侧边中的一个相对于所述轴向的中心线(12)以角度定向并且所述塞缝式连接器(116,116a,116b)的轴向的部分也以所述角度定向。
3.根据权利要求2所述的涡轮组件(100)，其特征在于，所述塞缝式连接器(116,116a,116b)具有T形。
4.根据权利要求1所述的涡轮组件(100)，其特征在于，所述塞缝式连接器(116,116a,116b)包含第二周向的部分(122,222)，该第二周向的部分轴向地与另一周向的部分(122,222)间隔开，并且沿所述护罩部段的轴向的端部(110,210)中的另一个延伸。
5.根据权利要求3所述的涡轮组件(100)，其特征在于，所述塞缝式连接器(116,116a,116b)具有I形。
6.根据权利要求1所述的涡轮组件(100)，其特征在于，所述塞缝式连接器(116,116a,116b)具有T形。
7.根据权利要求1所述的涡轮组件(100)，其特征在于，所述护罩部段的径向的侧边或所述喷嘴部段的径向的侧边中的至少一个相对于所述轴向的中心线(12)成角度。
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