CN110857629A - 用于涡轮发动机的具有冷却特性的花键密封件 - Google Patents

用于涡轮发动机的具有冷却特性的花键密封件 Download PDF

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Abstract

因此提供了一种分段流路组件和花键密封件。还提供了一种用于冷却花键密封件的方法。在一个示例性方面，提供了花键密封件，其可以至少部分地定位在由第一流路段限定的凹槽中，并且至少部分地定位在由相邻的流路段限定的相对地面对的凹槽中。花键密封件可以跨越相邻流路段之间的间隙并因此提供密封。花键密封件包括允许冷却流绕过花键密封件以冷却密封件的热侧以及通过密封件计量流量的特性。

Description

用于涡轮发动机的具有冷却特性的花键密封件
联邦政府资助的研究
本发明是在合同号FA8626-16-C-2138的政府支持下完成的。美国政府可拥有本发明的某些权利。
技术领域
本主题大体涉及用于密封涡轮机的相邻流路段(例如，涡轮发动机的护罩)的花键密封件。
背景技术
燃气涡轮发动机通常以串行流动顺序包括压缩机区段，燃烧区段，涡轮区段和排气区段。在操作中，空气进入压缩机区段的入口，在压缩机区段中，一个或多个轴向压缩机逐渐压缩空气直至其到达燃烧区段。燃料与压缩空气混合并在燃烧区段内燃烧以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段被导向通过限定在涡轮区段内的热气路径，然后经由排气区段从涡轮区段排出。
燃气涡轮发动机通常包括各种分段流路组件，例如喷嘴和护罩组件。喷嘴和护罩组件通常包括多个周向间隔开的段，其中间隙在相邻段之间延伸。间隙适应热生长并减少流路段中的热应力。例如，与由更传统的材料形成的流路段相比，这种流路段更常见地由陶瓷基质复合(CMC)材料和具有更高温度性能的其他高温材料形成。通过用高温材料形成流路段，可以增加流路气体温度，从而可以更有效地操作发动机。
花键密封件通常用在燃气涡轮发动机中，并且通常定位在加工到相邻流路段的端面中的相对凹槽内。花键密封件通常由高温合金制成，因此，例如与CMC流路段相比，具有更有限的高温性能。因此，花键密封件可能需要专用的冷却流。传统的流路段可以包括小的冷却特征，例如蜂窝，狭缝等，其加工到相邻的流路段的端面中，以允许冷却气流绕过花键密封件并计量流量。冷却气流从其冷侧冷却花键密封件，然后绕过花键密封件，并沿密封件的热侧冷却密封件并与热气体混合，从而降低密封件附近的气体温度。冷却气流防止氧化，蠕变引起的变形，烧穿，或其他热引起的密封件损坏。冷却槽或凹槽必须以严格的公差加工到流路段的端面中，以便控制绕过花键密封件的冷却气流量。将冷却特征加工到流路段中是具有挑战性的，耗时的并且增加了产品的成本。此外，如果产生错误，废料成本是显著的，因为流路段是相对昂贵的制造部件。
因此，解决上述一个或多个挑战的分段流路组件和花键密封件将是有用的。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来学习。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种用于涡轮机的分段流路组件。分段流路组件包括第一流路段和第二流路段，第一流路段限定第一凹槽，第二流路段定位成邻近第一流路段并且限定与第一流路段的第一凹槽相对地面对的第二凹槽。分段流路组件还包括花键密封件，该花键密封件至少部分地定位在第一流路段的第一凹槽内并且至少部分地定位在第二流路段的第二凹槽内。花键密封件具有在第一表面和与第一表面相对的第二表面之间延伸的本体，其中花键密封件的本体沿第一表面限定多个通道以允许气流通过其中。
在一些实施例中，分段流路组件限定径向方向，并且其中花键密封件的本体在第一表面和沿径向方向与第一表面相对的第二表面之间延伸，并且其中第一表面是本体的内表面，第二表面是本体的外表面。
在一些实施例中，分段流路组件限定周向方向，并且其中花键密封件的本体沿周向方向在第一侧和第二侧之间延伸，并且其中第一侧至少部分地定位在第一流路段的第一凹槽内，第二侧至少部分地定位在第二流路段的第二凹槽内，并且其中多个通道从本体的第一侧延伸到第二侧。
在一些实施例中，多个通道中的一个或多个通道沿着周向方向以基本直线的方式在第一侧和第二侧之间延伸。
在一些另外的实施例中，多个通道中的一个或多个通道沿着周向方向以非直线方式在第一侧和第二侧之间延伸。
在一些实施例中，分段流路组件限定轴向方向，并且其中花键密封件的本体沿轴向方向在第一端和第二端之间延伸，并且其中多个通道沿着轴向方向以预定间隔在第一端和第二端之间彼此间隔开。
在一些实施例中，沿本体的第一表面限定的多个通道是多个第一通道，并且其中花键密封件的本体沿第二表面限定多个第二通道。
在一些另外的实施例中，分段流路组件限定轴向方向，并且其中多个第二通道沿轴向方向彼此间隔开并且沿轴向方向偏离多个第一通道。
在一些实施例中，在第一流路段和第二流路段之间限定间隙，并且其中在涡轮机操作期间，花键密封件的第一表面安置在第一流路段的第一凹槽的内壁和第二流路段的第二凹槽的内壁上。
在一些实施例中，花键密封件由高温材料形成。
在一些实施例中，第一流路段是第一护罩段，第二流路段是第二护罩段。
在本公开的另一示例性实施例中，提供了一种用于冷却花键密封件的方法，该花键密封件构造成用于密封在用于涡轮机的分段流路组件的第一流路段和第二流路段之间限定的间隙。该方法包括操作涡轮机，使得空气从花键密封件的径向外侧的高压区域流动到花键密封件的径向内侧的低压区域，并且其中当空气从高压区域流到低压区域时，空气流过第一流路段和第二流路段之间的间隙，并通过至少部分地由花键密封件的内表面限定的多个通道来绕过花键密封件。
在一些实施方式中，在操作期间，花键密封件的内表面在涡轮机的操作期间被安置在至少部分地限定第一流路段中的第一凹槽的内壁和至少部分地限定第二流路段中的第二凹槽的内壁上。
在一些实施方式中，花键密封件在第一侧和第二侧之间周向延伸，并且在内表面和外表面之间径向延伸，并且其中多个通道沿着内表面在第一侧和第二侧之间延伸。
在一些实施方式中，第一凹槽由内壁，与内壁径向间隔开的外壁，以及在内壁和外壁之间延伸并连接内壁和外壁的侧壁限定，并且其中第二凹槽由内壁，与第二凹槽的内壁径向间隔开的外壁，以及在第二凹槽的内壁和外壁之间延伸并连接第二凹槽的内壁和外壁的侧壁限定，并且其中在涡轮机的操作期间，第一部分空气在第一凹槽的外壁和花键密封件的外表面之间流动，并且在花键密封件的第一侧处进入多个通道中的一个通道，并且第二部分空气在第二凹槽的外壁和花键密封件的外表面之间流动，并且在花键密封件的第二侧处进入多个通道中的一个通道。和
在本公开的又一示例性实施例中，提供了一种用于密封涡轮机的相邻流路段之间的间隙的花键密封件。花键密封件包括在第一表面和与第一表面间隔开的第二表面之间延伸的本体，其中花键密封件的本体沿第一表面限定一个或多个通道。
在一些实施例中，本体在第一侧和与第一侧间隔开的第二侧之间延伸，第一侧和第二侧在第一表面和第二表面之间延伸并连接第一表面和第二表面，并且其中一个或多个通道在第一侧和第二侧之间延伸。
在一些实施例中，第一侧定位在由相邻流路段中的一个流路段限定的第一凹槽内，第二侧定位在与第一凹槽相对地面对的第二凹槽内，第二凹槽由相邻流路段中的另一个流路段限定。
在一些实施例中，花键密封件由高温材料形成。
在一些实施例中，花键密封件的本体沿第二表面限定一个或多个第二通道，并且其中一个或多个第二通道偏移一个或多个通道。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：
图1提供了根据本公开的一个实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；
图2提供了图1的燃气涡轮发动机的高压涡轮部分的近视横截面侧视图；
图3提供了根据本公开的示例性实施例的示例性分段流路组件的一部分的示意性轴向横截面视图；
图4提供了图3的分段流路组件的第一流路段的一部分的侧视图，并且示出了定位在由第一流路段限定的第一凹槽内的花键密封件；
图5提供了至少部分地定位在图4的第一流路段的第一凹槽中的花键密封件的立体视图；
图6提供了根据本公开的示例性实施例的一个示例性花键密封件的侧视图；
图7提供了根据本公开的示例性实施例的另一示例性花键密封件的侧视图；
图8提供了根据本公开的示例性实施例的又一示例性花键密封件的侧视图；
图9提供了根据本公开的示例性实施例的一个示例性花键密封件的俯视图；
图10提供了根据本公开的示例性实施例的另一示例性花键密封件的俯视图；
图11提供了定位在图3的分段流路组件的第一流路段和第二流路段之间的花键密封件的示意性轴向横截面视图；和
图12提供了根据本公开的示例性实施例的示例性方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和说明书中的相同或类似的标记已用于指代本发明的相同或相似的部分。如本文所用，术语“第一”，“第二”和“第三”可互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。另外，近似项，例如“近似”，“基本”或“大约”，是指在误差的百分之十(10％)范围内。术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对流动方向。例如，“上游”是指流体从其流动的流动方向，“下游”是指流体向其流动的流动方向。此外，如本文所用，术语“轴向”或“轴向地”是指沿发动机的纵向轴线的尺寸。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“前”指的是朝向发动机入口的方向，或者部件与另一个部件相比相对更靠近发动机入口。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“后”或“后部”指的是朝向发动机喷嘴的方向，或者部件与另一个部件相比相对更靠近发动机喷嘴。术语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵向轴线和外部发动机周向之间延伸的尺寸。
因此，本公开大体上涉及分段流路组件和花键密封件。例如，分段流路组件可以是用于涡轮机的护罩组件或喷嘴组件。还提供了一种用于冷却花键密封件的方法。在一个示例性方面，提供了花键密封件，其可以至少部分地定位在由第一流路段限定的凹槽中，并且至少部分地定位在由相邻的流路段限定的相对面对的凹槽中。花键密封件可以跨越相邻流路段之间的间隙并因此提供密封。花键密封件包括允许冷却流绕过花键密封件以冷却花键密封件，降低密封件热侧上的热气温度以及通过密封件计量冷却流的特性。
图1提供了示例性高旁通涡轮风扇型燃气涡轮发动机10的示意性横截面视图，其在本文中被称为“涡轮风扇10”，其可以结合本公开的各种实施例。如图1所示，涡轮风扇10限定轴向方向A，径向方向R和周向方向。此外，涡轮风扇10限定了轴向中心线或纵向轴线12，其延伸穿过其中以用于参考目的。通常，轴向方向A平行于纵向轴线12延伸，径向方向R垂直于纵向轴线12或从纵向轴线12延伸，并且周向方向围绕纵向轴线12同心地延伸。
涡轮风扇10包括设置在风扇区段16下游的核心涡轮发动机14。核心涡轮发动机14通常可包括基本上管状的外壳18，其限定环形芯入口20。外壳18可以由多个壳体或单个壳体形成。外壳18以串行流动关系包括：压缩机区段，其具有增压器或低压(LP)压缩机22，高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮28，低压(LP)涡轮30；和喷射排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或线轴34将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或线轴36将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22。(LP)线轴36还可以连接到风扇区段16的风扇线轴或轴38。在特定实施例中，(LP)线轴36可以例如以直接驱动构造，直接连接到风扇线轴38。在替代构造中，(LP)线轴36可以以间接驱动或齿轮传动构造，经由减速装置37(例如减速齿轮箱)连接到风扇线轴38。根据需要或要求，这种减速装置可以包括在涡轮风扇10内的任何合适的轴/线轴之间。
如图1中进一步所示，风扇区段16包括多个风扇叶片40，风扇叶片40联接到风扇线轴38并且从风扇线轴38径向向外延伸。环形风扇壳体或机舱42周向地围绕风扇区段16和核心涡轮发动机14的一部分。机舱42通过多个周向间隔开的出口导向轮叶44，相对于核心涡轮发动机14被支撑。此外，机舱42的下游区段46(出口导向轮叶44的下游)可以在核心涡轮发动机14的外部分上延伸，以在其间限定旁路气流通道48。
在涡轮风扇10的操作期间，初始空气流(由箭头95指示)可通过机舱42的相关入口49进入发动机10。然后，空气流95经过风扇叶片40并分成第一压缩空气流(由箭头96指示)和第二压缩空气流(由箭头97指示)，第一压缩空气流移动通过旁路气流通道48，第二压缩空气流通过芯入口20进入LP压缩机22。然后，第二压缩空气流97的压力增加并进入HP压缩机24(如箭头98所示)。在与燃料混合并在燃烧区段26的燃烧器内燃烧之后，燃烧产物99离开燃烧区段26并流过HP涡轮28。此后，燃烧产物99流过LP涡轮30并离开排气喷嘴32，以产生用于涡轮风扇10的推力。流过旁路气流通道48的压缩空气96在其离开机舱42的下游部分46时也产生用于涡轮风扇10的推力。
图2提供了图1的核心涡轮发动机14的HP涡轮28部分的近视横截面视图，其可以结合本公开的各种实施例。如图2所示，涡轮风扇10的核心涡轮发动机14包括各种分段流路组件。例如，涡轮风扇10的一个分段流路组件是喷嘴组件50，其由多个周向间隔开的喷嘴段52(图2中仅示出一个)形成。每个喷嘴段52包括内带54和例如沿径向方向R与内带54间隔开的外带56。此外，每个喷嘴段52包括翼型件或定子轮叶58。喷嘴段52共同形成环形圈或喷嘴组件50。每个喷嘴段52的定子轮叶58例如沿轴向方向A与涡轮转子叶片60的环形阵列(仅示出一个)间隔开。涡轮转子叶片60从HP线轴34(图1)径向向外延伸并联接到HP线轴34。
如图2中进一步所示，涡轮风扇10的另一个分段流路组件是护罩或护罩组件70，其由多个周向间隔开的护罩段72(图2中仅示出一个)形成。护罩组件70绕转子叶片60的阵列形成环形圈。每个护罩段72由弧形护罩悬挂器74承载，该弧形护罩悬挂器74又安装到环形壳体76(其可连接到或形成为图1的壳体18的一部分)。每个护罩悬挂器74通过前钩部和后钩部安装到壳体76，前钩部和后钩部接合壳体76的配合机械特征。通常，护罩组件70的护罩段72与转子叶片60的叶片尖端径向间隔开。径向间隙CL或间隙CL限定在叶片尖端和护罩段72之间。
喷嘴段52的内带54和外带56以及定子轮叶58以及护罩段72和涡轮转子叶片60至少部分地限定热气路径78，用于将来自燃烧区段26(图1)的燃烧气体引导通过HP涡轮28。内带54，外带56和护罩段72通常减少高压空气泄漏到低压热气路径78中。分段流路组件包括例如在轴向方向A和径向方向R上设置在相邻流路段之间的花键密封件，用于密封相邻段。对于该实施例，内带54限定凹槽82，花键密封件80至少部分地设置在凹槽82中。花键密封件80可以至少部分地设置在由相邻流路段的内带限定的凹槽内。外带56限定凹槽86，花键密封件84至少部分地设置在凹槽86中。花键密封件84可以至少部分地设置在由相邻流路段的外带限定的凹槽内。此外，护罩段72限定凹槽90，花键密封件88至少部分地设置在凹槽90中。花键密封件88可以至少部分地设置在由相邻的护罩段限定的凹槽内。根据本公开的示例性方面，如下面将进一步说明的，花键密封件80,84和88可包括冷却特征，其例如在涡轮风扇10的操作期间有利地冷却花键密封件，并且还计量流量或者到热气路径78的泄漏。
应当注意，本文公开的示例性分段流路组件不仅适用于如图2所示的定位在HP涡轮28内的分段流路组件，而且还适用于定位在其他地方(例如，在涡轮风扇10的压缩机区段中)的其他分段流路组件。此外，尽管上文在用于飞行器的涡轮风扇的背景下描述了分段流路组件，但是本文公开的发明方面也适用于其他涡轮机械。
图3提供了根据本公开的示例性实施例的示例性分段流路组件100的一部分的示意性轴向横截面视图。在一些实施例中，图3中描绘的分段流路组件100是由多个护罩段形成的护罩或护罩组件，例如图2的护罩组件70。例如，护罩组件可环形地围绕涡轮发动机中的涡轮叶片。在其他实施例中，图3中描绘的分段流路组件100是定位在涡轮区段内的喷嘴组件(例如，图2的喷嘴组件50)的喷嘴段的内带或外带的环形阵列。在其他实施例中，分段流路组件100可以与涡轮发动机或其他涡轮机的压缩机区段一起定位。尽管下面将分段流路组件100描述为航空工业中的燃气涡轮发动机的应用，但是应当理解，分段流路组件100可以构造用于任何合适的应用和任何合适的工业中。例如，分段流路组件100可以用于汽车，海事，发电和/或其他合适的工业，并且可以用于或结合到任何合适的涡轮机中。
如图3所示，与图1的涡轮风扇10类似，分段流路组件100限定轴向方向A，径向方向R和周向方向C。此外，分段流路组件100限定了沿轴向方向A延伸的轴向中心线(未示出)。分段流路组件100与轴向中心线同心对齐。通常，轴向方向A平行于轴向中心线延伸，径向方向R垂直于轴向中心线并且从轴向中心线延伸，并且周向方向C绕轴向中心线延伸三百六十度(360°)。
分段流路组件100包括第一流路段110，第二流路段112和第三流路段114。第二流路段112例如沿周向方向C定位成与第一流路段110相邻，并且第三流路段114例如沿周向方向C定位成与第二流路段112相邻。尽管图3中示出了三(3)个流路段，但是任何合适数量的流路段可以形成分段流路组件100。作为一个示例，分段流路组件100可包括形成环形圈的多个流路段。作为另一个示例，分段流路组件100可包括形成部分环的多个流路段。
每个流路段110,112,114例如沿轴向方向A在第一端116和第二端118之间延伸(图4)。例如，第一端116可以是流路段的前端，第二端118可以是流路段的后端。每个流路段110,112,114也例如沿径向方向R在内侧120和外侧122之间延伸。例如，内侧120可以是流路段的热侧，外侧122可以是流路段的冷侧，例如其中，分段流路组件100位于涡轮机的涡轮区段内。此外，每个流路段110,112,114例如沿着周向方向C在第一侧124和第二侧126之间延伸。此外，每个流路段110,112,114在它们各自的第一侧124处具有第一端面128，并且在它们各自的第二侧126处具有第二端面130。通常，流路段的第一端面128和第二端面130在径向平面中延伸。在一些实施例中，流路段的第一端面128和第二端面130可以与周向方向C正交。在其他实施例中，特别是对于喷嘴带，它们不在垂直于周向方向C的方向上。
如图3中进一步所示，第一流路段110限定第一凹槽132。具体地，第一流路段110在其第二端面130处限定第一凹槽132。邻近第一流路段110定位的第二流路段112限定了与第一流路段110的第一凹槽132相对面对的第二凹槽134。更具体地，第二流路段112在其第一端面128处限定第二凹槽134。此外，第二流路段112在其第二端面130处限定凹槽，并且第三流路段114在其第一端面128处限定凹槽，该凹槽相对地面对第二流路段112在其第二端面130处限定的凹槽。
值得注意的是，花键密封件140至少部分地定位在第一流路段110的第一凹槽132内并且至少部分地定位在第二流路段112的第二凹槽134内。类似地，花键密封件140至少部分地定位在第二流路段112的第二端面130处限定的凹槽内，并且至少部分地定位在第三流路段114的第一端面128处限定的凹槽内。花键密封件可以以类似的方式定位在分段流路组件100的其他相邻流路段之间，例如，以形成部分或完整的环形圈。通常，花键密封件140跨越在相邻流路段之间限定的间隙G，并防止空气沿径向方向R泄漏。例如，如果分段流路组件100定位在涡轮机的涡轮区段内，则花键密封件140防止空气从高压区域HP径向向内泄漏到低压区域LP(例如，图2的热气路径78)。花键密封件还可以防止来自流路的热气体径向向外泄漏到喷嘴带腔或护罩腔内的较低压力的局部区域。如果分段流路组件100定位在涡轮发动机的压缩机区段内，则花键密封件140防止空气从高压区域HP或核心气流路径径向向外泄漏到核心气流路径的径向外部的低压区域LP。在一些实施例中，花键密封件140由高温材料形成，例如高温合金，CMC材料或混合材料。
图4和5提供了定位在第一流路段110的第一凹槽132内的示例性花键密封件140的各种视图(为了说明的目的，已移除第二流路段112)。更具体地，图4提供了第一流路段110的一部分的侧视图，其中花键密封件140至少部分地定位在第一凹槽132内。图5提供了至少部分地定位在第一流路段110的第一凹槽132内的花键密封件140的立体视图。如图所示，花键密封件140具有本体141，本体141例如沿径向方向R在第一表面142和与第一表面142相对的第二表面144之间延伸。对于该实施例，第一表面142是花键密封件140的内表面，第二表面144是花键密封件140的外表面。另外，花键密封件140的本体141例如主要沿着周向方向C在第一侧146和第二侧148(图5)之间延伸。如图3中最佳所示，花键密封件140的第一侧146(图3中未标记)至少部分地定位在第一流路段110的第一凹槽132内，并且第二侧148(图3中未标记)至少部分地定位在第二流路段112的第二凹槽134内。位于第二流路段112和第三流路段114之间的花键密封件140类似地定位在相对面对的凹槽内。另外，如图4中最佳所示，花键密封件140的本体141例如沿轴向方向A在第一端150和第二端152之间延伸。
如图4和5中进一步所示，花键密封件140包括多个冷却特征。更具体地，花键密封件140的本体141限定多个通道160以允许气流通过。对于该实施例，花键密封件140的本体141沿第一表面142限定多个通道160，在该实施例中，第一表面142是花键密封件140的内表面，如图所示。多个通道160在花键密封件140的第一端150和第二端152之间沿轴向方向A彼此间隔开。通道160可以沿轴向方向A以预定间隔彼此间隔开。例如，在一些实施例中，通道160可以彼此轴向间隔均匀的距离(即，通道160可以彼此等距间隔开)。尽管在图4中描绘了六(6)个通道160，但是应当理解，花键密封件140可以限定任何合适数量的通道160。在一些实施例中，花键密封件140的本体141限定至少三个(3)通道160。在一些实施例中，本体141可以限定单个通道160。在一些实施例中，通道160成对地限定，并且该对沿着轴向方向A彼此间隔开。通常，通道160的数量和位置可以通过分析和/或测试经验来确定，以允许在需要的区域中进行冷却并且避免在不需要冷却的地方的泄漏。
此外，如图5中最佳所示，由花键密封件140的本体141限定的通道160从花键密封件140的第一侧146延伸到第二侧148。也就是说，每个通道160延伸花键密封件140的整个周向长度。在替代示例性实施例中，通道160不需要延伸花键密封件140的整个周向长度。例如，在一些实施例中，一个或多个通道160可以从第一侧146和第二侧148中的一个跨越到第一侧146和第二侧148之间的中间点。在其他实施例中，通道160可以沿周向方向C延伸其他合适的距离。如下面将进一步说明的，空气可以流入通道160中，以冷却花键密封件140并且计量绕过花键密封件140的泄漏流。
可以以多种合适的方式将通道160形成或加工到花键密封件140中。作为一个示例，通道160可以形成到花键密封件140中。例如，通道160可以被冲压或压入花键密封件140。在图4和5所示的实施例中，通道160被冲压到花键密封件140中。作为另一个示例，通道160可以被加工到花键密封件140中。例如，通道160可以通过火花机(EDM)处理被加工到花键密封件140中。此外，通道160可以被压印，蚀刻，激光加工等。作为又一个示例，花键密封件140可以被增材制造。因此，花键密封件140可以以这样的方式被打印，即通道160例如沿着花键密封件140的第一表面142，第二表面144或第一表面142和第二表面144两者形成。
当从周向方向C观察时，通道160可以具有任何合适的横截面。例如，在图4和5中，当从周向方向C观察时，通道160具有梯形形状的横截面。在其他示例性实施例中，如图6所示，当从周向方向C观察时，通道160可具有矩形横截面。在另外的实施例中，如图7所示，当从周向方向C观察时，通道160可以具有圆角矩形横截面，或者具有圆弧圆角的矩形形状。也就是说，当从周向方向C观察时，通道160可具有拱形横截面。其他合适的横截面也是可能的。
在一些实施例中，花键密封件140可沿第一表面142和第二表面144限定通道。如图8所示，对于该实施例，花键密封件140的本体141沿着第一表面142限定多个第一通道162，并沿着花键密封件140的第二表面144限定多个第二通道164。通过沿第一表面142限定第一通道162和沿第二表面144限定多个第二通道164，花键密封件140暴露于气流的表面积增加，从而提供花键密封件140的有利冷却。此外，当沿第一表面142和第二表面144限定通道时，操作者可将花键密封件140定向在第一凹槽132内，其中第一表面142接触第一凹槽132的内壁136，或第二表面144接触内壁136，并且仍具有限定的通道，使得气流可以经过通道并冷却花键密封件140的下侧或内表面。换句话说，不管花键密封件140的取向如何，花键将具有构造用于冷却密封件的下侧或热侧的通道。在一些替代实施例中，花键密封件140的本体141沿着第一表面142限定一个或多个第一通道162，并沿着花键密封件140的第二表面144限定一个或多个第二通道164。
此外，对于图8所示的实施例，多个第二通道164沿轴向方向A彼此间隔开，并且沿轴向方向A偏离多个第一通道162。也就是说，第二通道164不沿轴向方向A直接与第一通道162相对。此外，对于该实施例，第二通道164沿着第二表面144限定在沿着轴向方向A相邻的第一通道162的中间。因此，第一通道162沿着第一表面142限定在沿着轴向方向A相邻的第二通道164的中间。然而，在一些实施例中，第二通道164不需要限定在沿轴向方向A相邻的第一通道162的中间。例如，第二通道164可限定在沿轴向方向A相邻的第一通道162之间。也就是说，第二通道164可限定在沿轴向方向A相邻的第一通道162之间，使得第二通道164不沿轴向方向A与第一通道162重叠。
图9提供了根据本公开的一个示例性实施例的一个示例性花键密封件140的俯视图。如图所示，花键密封件140限定多个通道160(图9中以虚线示出)。值得注意的是，对于该示例性实施例，通道160以直线方式沿着周向方向C在本体141的第一侧146和第二侧148之间延伸。也就是说，通道160沿着花键密封件140的整个周向长度基本平行于周向方向C延伸。然而，如下所述，在一些示例性实施例中，通道160不以直线方式延伸；相反，通道160可以以非直线方式延伸。
图10提供了根据本公开的一个示例性实施例的一个示例性花键密封件140的俯视图。如图所示，花键密封件140的本体141限定多个通道160(图10中以虚线示出)。对于该实施例，通道160沿着周向方向C以非直线方式在第一侧146和第二侧148之间延伸。特别地，由花键密封件140在第一表面142(图4和4)处限定的通道160沿着周向方向C以弯曲的方式在第一侧146和第二侧148之间延伸。在图10所示的实施例中，当通道160沿周向方向C延伸时，通道160相对于径向方向R弯曲。尽管通道160在图10中是弯曲的，但是在其他示例性实施例中，通道160可以以其他非直线方式在第一侧146和第二侧148之间延伸。例如，在一些示例性实施例中，通道160可以在它们沿周向方向C延伸时呈锯齿形。在其他实施例中，当一个或多个通道160沿周向方向C延伸时，一个或多个通道160的侧壁可以彼此平行但相对于周向方向成一角度地延伸。在通道160以非直线方式沿周向方向C延伸的实施例中，花键密封件140在涡轮机的操作期间暴露于气流的表面积增加，从而提供了花键密封件140的有利冷却。
图11提供了位于第一流路段110和第二流路段112之间的花键密封件140的示意性轴向横截面视图。将描述可以冷却花键密封件140的示例性方式。对于该实施例，分段流路组件100安置在涡轮机中，使得空气的高压区域HP定位在流路段110,112的径向外侧，并且低压区域LP定位在流路段110，112的径向内侧。例如，低压区域LP可以是涡轮风扇10(图1)的热气路径78(图2)。在这样的实施例中，在涡轮机(例如，涡轮发动机)的操作期间，花键密封件140的第一表面142安置在或定位在第一流路段110的第一凹槽132的内壁136和第二流路段112的第二凹槽134的内壁138上，如图11所示。
在操作期间，来自高压区域HP的空气AR径向向内流过限定在第一流路段110和第二流路段112之间的间隙G。被花键密封件140阻挡的空气AR从径向方向R过渡到周向方向C(和轴向方向A，图11中未示出)。特别地，第一部分空气A1流入由第一流路段110限定的第一凹槽132，并且第二部分空气A2流入由第二流路段112限定的第二凹槽134。第一部分空气A1最初沿着周向方向C远离间隙G在外壁133和花键密封件140的第二表面144之间流动，外壁133至少部分地限定第一凹槽132。第二部分空气A2最初沿着周向方向C远离间隙G在外壁135和花键密封件140的第二表面144之间流动，外壁135至少部分地限定第二凹槽134。第二部分空气A2沿着周向方向C与第一部分空气A1相反地流动。当第一凹槽132内的第一部分空气A1到达至少部分地限定第一凹槽132的侧壁137时，第一部分空气A1被引导到花键密封件140的一个通道160(图11中仅示出一个)中。类似地，当第二凹槽134内的第二部分空气A2到达至少部分地限定第二凹槽134的侧壁139时，第二部分空气A2被引导到花键密封件140的一个通道160中。一旦进入一个通道160，空气就沿着周向方向C流向第一流路段110和第二流路段112之间的间隙G。具体地，第一凹槽132内的第一部分空气A1沿周向方向C朝向第一流路段110的第二侧126(即，朝向间隙G)流动，并且第二凹槽134内的第二部分空气A2沿周向方向C朝向第二流路段112的第一侧124(即，朝向间隙G)流动。两部分空气A1，A2最终混合在一起，并且与来自通道160内的流路的热气体混合，并且混合的空气和气体AM继续径向向内流动，并且在间隙G之间轴向向后流向低压区域LP。
有利地，当空气在花键密封件140周围移动并通过通道160时，空气冷却花键密封件140。特别地，流过通道160的空气可冷却花键密封件140的两个表面。空气可以首先冷却第二表面144(其主要通过来自第一表面142的传导而被加热)，然后可以冷却暴露于高温燃烧气体的第一表面142。最后，空气与进入间隙G的来自涡轮流路的热气体混合，从而降低冲击到泄漏空气下游的花键密封件上的气体的温度。通道160允许冷却气流冷却花键密封件140，使得由高温材料形成的花键密封件140可以用在涡轮机械中，该涡轮机械利用非传统的高温材料用于流路段，例如CMC材料。此外，通道160可以有利地计量围绕花键密封件140以及在花键密封件140周围的泄漏流。
此外，当通道160形成或加工到花键密封件140中时，不需要在流路段中加工或形成专用的冷却特征。例如，不需要将蜂窝，狭缝或类似的冷却特性形成到流路段的端面中。以这种方式，可以减少相对昂贵的流路段的制造，并且这些特性可以加工或形成为花键密封件，如前所述，与流路段相比相对便宜。因此，部件不合格的风险从相对昂贵的部件(流路段)转移到相对便宜的部件(花键密封件)。因此，本文描述的示例性花键密封件140可降低分段流路组件的总成本，包括制造流路段的加工成本。此外，可以减小局部应力上升和加工到流路段中的密封槽的总径向包络(envelope)。
图12提供了根据本公开的示例性实施例的用于冷却花键密封件的示例性方法(300)的流程图，该花键密封件被构造用于密封在涡轮机的第一流路段和第二流路段之间限定的间隙。例如，示例性方法(300)可用于冷却上述任何示例性花键密封件140。例如，涡轮机可以是图1的涡轮风扇10，并且第一和第二流路段可以是图2中所示的任何流路段。应当理解，这里仅讨论示例性方法(300)以描述本主题的示例性方面，并且不旨在限制。
在(302)处，方法(300)包括操作涡轮机，使得空气从花键密封件的径向外侧的高压区域流动到花键密封件的径向内侧的低压区域，并且其中当空气从高压区域流到低压区域时，空气流过第一流路段和第二流路段之间的间隙，并通过至少部分地由花键密封件的内表面限定的多个通道来绕过花键密封件。例如，空气可以流过第一流路段和第二流路段之间的间隙，并以上面参照图11所述的方式绕过花键密封件。
在一些实施方式中，在(302)处的操作期间，花键密封件的内表面在涡轮机的操作期间被安置在至少部分地限定第一流路段中的第一凹槽的内壁和至少部分地限定第二流路段中的第二凹槽的内壁上。例如，如图11所示，表示为第一表面142的内表面被安置在部分地限定第一凹槽132的内壁136上，并且被安置在部分地限定第二凹槽134的内壁138上。如图11所示，即使花键密封件140被安置在内壁136,138上，空气也能够经由通过通道160或在通道160内的空气的通道来冷却可能相对较热的下侧。此外，在方法(300)的一些实施方式中，花键密封件在第一侧和第二侧之间周向延伸并且在内表面和外表面之间径向延伸，并且其中多个通道沿着内表面在第一侧和第二侧之间延伸。因此，花键密封件140可沿其周向长度冷却，如图11所示。
在方法(300)的一些实施方式中，第一凹槽由内壁，与内壁径向间隔开的外壁，以及在内壁和外壁之间延伸并连接内壁和外壁的侧壁限定，并且其中，第二凹槽由内壁，与第二凹槽的内壁径向间隔开的外壁，以及在第二凹槽的内壁和外壁之间延伸并连接第二凹槽的内壁和外壁的侧壁限定，并且其中在涡轮机的操作期间，第一部分空气在第一凹槽的外壁和花键密封件的外表面之间流动，并进入花键密封件的第一侧处的多个通道中的一个通道，并且第二部分空气在第二凹槽的外壁和花键密封件的外表面之间流动，并进入花键密封件的第二侧处的多个通道中的一个通道。例如，空气可以流过第一流路段和第二流路段之间的间隙，并在第一部分空气和第二部分空气之间分开，以便以上面参照图11所述的方式绕过花键密封件。
在本文所述的一些示例性实施例和实施方式中，分段流路组件的流路段和花键密封件因此可具有其他取向。例如，在一些示例性实施例中，分段流路组件包括第一流路段和邻近第一流路段定位的第二流路段。第一流路段位于第二流路段的轴向前方。例如，第一和第二流路段可以是环形圈。第一流路段限定第一凹槽，第二流路段限定第二凹槽，第二凹槽与第一流路段的第一凹槽相对地面对。第一和第二凹槽可以限定成接收轴向延伸的花键密封件。在这样的实施例中，由花键密封件限定的一个或多个通道例如在花键密封件的第一端和第二端之间轴向延伸。此外，在本文所述的一些示例性实施例和实施方式中，花键密封件可以径向地取向并且可以限定一个或多个轴向、周向或径向地延伸的通道。
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他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
本发明的各种特征，方面和优点也可以体现在以下条项中描述的各种技术方案中，这些方案可以以任何组合方式组合：
1.一种用于涡轮机的分段流路组件，其特征在于，所述分段流路组件包括：
第一流路段，所述第一流路段限定第一凹槽；
第二流路段，所述第二流路段定位成邻近所述第一流路段并且限定第二凹槽，所述第二凹槽与所述第一流路段的所述第一凹槽相对地面对；和
花键密封件，所述花键密封件至少部分地定位在所述第一流路段的所述第一凹槽内，并且至少部分地定位在所述第二流路段的所述第二凹槽内，所述花键密封件具有在第一表面和与所述第一表面相对的第二表面之间延伸的本体，其中所述花键密封件的所述本体沿所述第一表面限定多个通道，以允许气流通过其中。
2.根据条项1所述的分段流路组件，其特征在于，其中所述分段流路组件限定径向方向，并且其中所述花键密封件的所述本体沿着所述径向方向在所述第一表面和与所述第一表面相对的所述第二表面之间延伸，并且其中所述第一表面是所述本体的内表面，并且所述第二表面是所述本体的外表面。
3.根据条项1所述的分段流路组件，其特征在于，其中所述分段流路组件限定周向方向，并且其中所述花键密封件的所述本体沿着所述周向方向在第一侧和第二侧之间延伸，并且其中所述第一侧至少部分地定位在所述第一流路段的所述第一凹槽内，并且所述第二侧至少部分地定位在所述第二流路段的所述第二凹槽内，并且其中所述多个通道从所述本体的所述第一侧延伸到所述本体的所述第二侧。
4.根据条项3所述的分段流路组件，其特征在于，其中所述多个通道中的一个或多个通道沿着所述周向方向以基本直线的方式在所述第一侧和所述第二侧之间延伸。
5.根据条项3所述的分段流路组件，其特征在于，其中所述多个通道中的一个或多个通道沿着所述周向方向以非直线方式在所述第一侧和所述第二侧之间延伸。
6.根据条项1所述的分段流道组件，其特征在于，其中所述分段流路组件限定轴向方向，并且其中所述花键密封件的所述本体沿着所述轴向方向在第一端和第二端之间延伸，并且其中所述多个通道沿着所述轴向方向以预定间隔在所述第一端和所述第二端之间彼此间隔开。
7.根据条项1所述的分段流路组件，其特征在于，其中沿着所述本体的所述第一表面限定的所述多个通道是多个第一通道，并且其中所述花键密封件的所述本体沿着所述第二表面限定多个第二通道。
8.根据条项7所述的分段流路组件，其特征在于，其中所述分段流路组件限定轴向方向，并且其中所述多个第二通道沿着所述轴向方向彼此间隔开，并且沿着所述轴向方向偏离所述多个第一通道。
9.根据条项1所述的分段流路组件，其特征在于，其中在所述第一流路段和所述第二流路段之间限定间隙，并且其中在所述涡轮机的操作期间，所述花键密封件的所述第一表面安置在所述第一流路段的所述第一凹槽的内壁和所述第二流路段的所述第二凹槽的内壁上。
10.根据条项1所述的分段流路组件，其特征在于，其中所述花键密封件由高温材料形成。
11.根据条项1所述的分段流路组件，其特征在于，其中所述第一流路段是第一护罩段，并且所述第二流路段是第二护罩段。
12.一种用于冷却花键密封件的方法，其特征在于，所述花键密封件构造成用于密封在涡轮机的分段流路组件的第一流路段和第二流路段之间限定的间隙，所述方法包括：
操作所述涡轮机，使得空气从所述花键密封件的径向外侧的高压区域流动到所述花键密封件的径向内侧的低压区域，并且其中当空气从所述高压区域流动到所述低压区域时，所述空气流过所述第一流路段和所述第二流路段之间的所述间隙，并且通过至少部分地由所述花键密封件的内表面限定的多个通道来绕过所述花键密封件。
13.根据条项12所述的方法，其特征在于，其中在操作期间，所述花键密封件的所述内表面在所述涡轮机的操作期间被安置在至少部分地限定所述第一流路段中的第一凹槽的内壁和至少部分地限定所述第二流路段中的第二凹槽的内壁上。
14.根据条项13所述的方法，其特征在于，其中所述花键密封件在第一侧和第二侧之间周向延伸，并且在所述内表面和外表面之间径向延伸，并且其中所述多个通道沿着所述内表面在所述第一侧和所述第二侧之间延伸。
15.根据条项14所述的方法，其特征在于，其中所述第一凹槽由内壁、与所述内壁径向间隔开的外壁、以及在所述内壁和所述外壁之间延伸并连接所述内壁和所述外壁的侧壁限定，并且其中所述第二凹槽由内壁、与所述第二凹槽的所述内壁径向间隔开的外壁、以及在所述第二凹槽的所述内壁和所述外壁之间延伸并连接所述第二凹槽的所述内壁和所述外壁的侧壁限定，并且其中在所述涡轮机的操作期间，第一部分空气在所述第一凹槽的所述外壁和所述花键密封件的所述外表面之间流动，并且在所述花键密封件的所述第一侧处进入所述多个通道中的一个通道，并且第二部分空气在所述第二凹槽的所述外壁和所述花键密封件的所述外表面之间流动，并且在所述花键密封件的所述第二侧处进入所述多个通道中的一个通道。
16.一种用于密封涡轮机的相邻流路段之间的间隙的花键密封件，其特征在于，所述花键密封件包括：
本体，所述本体在第一表面和与所述第一表面间隔开的第二表面之间延伸，其中所述花键密封件的所述本体沿所述第一表面限定一个或多个通道。
17.根据条项16所述的花键密封件，其特征在于，其中所述本体在第一侧和与所述第一侧间隔开的第二侧之间延伸，所述第一侧和所述第二侧在所述第一表面和所述第二表面之间延伸并连接所述第一表面和所述第二表面，并且其中所述一个或多个通道在所述第一侧和所述第二侧之间延伸。
18.根据条项17所述的花键密封件，其特征在于，其中所述第一侧定位在由所述相邻流路段中的一个流路段限定的第一凹槽内，并且所述第二侧定位在与所述第一凹槽相对地面对的第二凹槽内，所述第二凹槽由所述相邻流路段中的另一个流路段限定。
19.根据条项16所述的花键密封件，其特征在于，其中所述花键密封件由高温材料形成。
20.根据条项16所述的花键密封件，其特征在于，其中所述花键密封件的所述本体沿着所述第二表面限定一个或多个第二通道，并且其中所述一个或多个第二通道偏离所述一个或多个通道。

Claims (10)

1.一种用于涡轮机的分段流路组件，其特征在于，所述分段流路组件包括：
第一流路段，所述第一流路段限定第一凹槽；
第二流路段，所述第二流路段定位成邻近所述第一流路段并且限定第二凹槽，所述第二凹槽与所述第一流路段的所述第一凹槽相对地面对；和
花键密封件，所述花键密封件至少部分地定位在所述第一流路段的所述第一凹槽内，并且至少部分地定位在所述第二流路段的所述第二凹槽内，所述花键密封件具有在第一表面和与所述第一表面相对的第二表面之间延伸的本体，其中所述花键密封件的所述本体沿所述第一表面限定多个通道，以允许气流通过其中。
2.根据权利要求1所述的分段流路组件，其特征在于，其中所述分段流路组件限定径向方向，并且其中所述花键密封件的所述本体沿着所述径向方向在所述第一表面和与所述第一表面相对的所述第二表面之间延伸，并且其中所述第一表面是所述本体的内表面，并且所述第二表面是所述本体的外表面。
3.根据权利要求1所述的分段流路组件，其特征在于，其中所述分段流路组件限定周向方向，并且其中所述花键密封件的所述本体沿着所述周向方向在第一侧和第二侧之间延伸，并且其中所述第一侧至少部分地定位在所述第一流路段的所述第一凹槽内，并且所述第二侧至少部分地定位在所述第二流路段的所述第二凹槽内，并且其中所述多个通道从所述本体的所述第一侧延伸到所述本体的所述第二侧。
4.根据权利要求3所述的分段流路组件，其特征在于，其中所述多个通道中的一个或多个通道沿着所述周向方向以基本直线的方式在所述第一侧和所述第二侧之间延伸。
5.根据权利要求3所述的分段流路组件，其特征在于，其中所述多个通道中的一个或多个通道沿着所述周向方向以非直线方式在所述第一侧和所述第二侧之间延伸。
6.根据权利要求1所述的分段流道组件，其特征在于，其中所述分段流路组件限定轴向方向，并且其中所述花键密封件的所述本体沿着所述轴向方向在第一端和第二端之间延伸，并且其中所述多个通道沿着所述轴向方向以预定间隔在所述第一端和所述第二端之间彼此间隔开。
7.根据权利要求1所述的分段流路组件，其特征在于，其中沿着所述本体的所述第一表面限定的所述多个通道是多个第一通道，并且其中所述花键密封件的所述本体沿着所述第二表面限定多个第二通道。
8.根据权利要求7所述的分段流路组件，其特征在于，其中所述分段流路组件限定轴向方向，并且其中所述多个第二通道沿着所述轴向方向彼此间隔开，并且沿着所述轴向方向偏离所述多个第一通道。
9.根据权利要求1所述的分段流路组件，其特征在于，其中在所述第一流路段和所述第二流路段之间限定间隙，并且其中在所述涡轮机的操作期间，所述花键密封件的所述第一表面安置在所述第一流路段的所述第一凹槽的内壁和所述第二流路段的所述第二凹槽的内壁上。
10.根据权利要求1所述的分段流路组件，其特征在于，其中所述花键密封件由高温材料形成。
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