CN112211680B - 带有密封件的涡轮发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及带有密封件的涡轮发动机。具体而言，一种在以隔开关系布置以限定间隙的两个表面之间的用于发动机构件的密封设备和方法。凹槽位于两个表面中的一个中以用于接收密封件，该密封件具有本体，该本体具有限定多个密封面的多面截面形状。多个密封面中的至少一个接触两个表面中的一个或两个。

Description

带有密封件的涡轮发动机
关于联邦政府资助的研究或开发的声明
本公开是在由美国空军授予的第FA8650-15-D-2501号合同下利用政府支持进行的。政府拥有本发明的某些权利。
技术领域
本公开总体上涉及涡轮发动机，并且更具体地涉及涡轮发动机的构件的密封。
背景技术
涡轮发动机，且特别是燃气或燃烧涡轮发动机，是从穿过发动机传递到多个涡轮叶片上的燃烧气体流提取能量的旋转发动机。燃气涡轮发动机用于陆地和海上移动和发电，但最常用于航空应用，例如，飞机，包括直升机。在飞机中，燃气涡轮发动机用于飞行器的推进。
用于飞行器的燃气涡轮发动机设计成在高温下操作，以最大化发动机效率，所以某些发动机构件如高压涡轮和低压涡轮的冷却可为必要的。通常，通过将较冷的空气从高压和/或低压压缩机导送至需要冷却的发动机构件来实现冷却。
包含用于冷却发动机构件的冷却流体对于将冷却流体导送并移动到整个发动机中需要冷却的构件是重要的。因此，沿轴向和沿径向设置的发动机构件之间的密封是必要的，以阻止泄漏并使冷却流体流到发动机的期望区域。
发明内容
在一方面，实施例涉及一种密封组件，该密封组件包括以隔开关系布置以限定间隙的第一表面和第二表面、位于第二表面中并且具有至少三个非正交的平坦凹槽面的凹槽，以及密封件，其具有高度大于凹槽的深度的本体和限定多个密封面的多面截面形状，其中密封面的子集与凹槽面互补，并且密封面中的至少一个邻接第一表面或第二表面。
在一方面，本公开涉及一种涡轮发动机，该涡轮发动机包括第一表面和第二表面，第一表面和第二表面各自在低压区域和高压区域之间延伸并且以彼此隔开的关系布置以限定间隙；凹槽，其位于第二表面中并且具有至少三个非正交的平坦凹槽面；以及密封件，其具有高度大于或等于凹槽的深度的本体以及限定多个密封面的多面截面形状，其中密封面的子集与凹槽面互补并且包括面向高压区域的高压角面和面向低压区域的低压角面，并且密封面中的至少一个邻接第一表面。
在一方面，本发明涉及一种密封在第一表面和第二表面之间位于涡轮发动机中的间隙的方法，该第二表面包括凹槽，具有在外密封面和内密封面之间延伸的本体的密封件位于该凹槽中，该方法包括使高压气流在本体和凹槽之间沿三个非正交的平坦凹槽面中的至少一个流入凹槽中，以及将外密封面推向第一表面。
技术方案1. 一种密封组件，包括：
第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面以隔开关系布置以限定间隙；
凹槽，其位于所述第二表面中，并且具有至少三个非正交的平坦凹槽面；以及
密封件，其具有高度大于或等于所述凹槽的深度的本体和限定多个密封面的多面截面形状，其中所述密封面的子集与所述凹槽面互补，并且所述密封面中的至少一个邻接所述第一表面或所述第二表面。
技术方案2. 根据任意前述技术方案所述的密封组件，其中，所述多个密封面包括面向所述第一表面的外密封面、面向所述第二表面的内密封面，并且密封面的所述子集包括面向所述第二表面的成对互补密封面。
技术方案3. 根据任意前述技术方案所述的密封组件，还包括沿所述成对互补密封面中的至少一个定位的表面特征。
技术方案4. 根据任意前述技术方案所述的密封组件，其中，所述表面特征与所述内密封面中的一个隔开第一尺寸，并且在从所述内密封面到所述外密封面的方向上延伸第二尺寸。
技术方案5. 根据任意前述技术方案所述的密封组件，其中，所述表面特征沿所述本体的全长延伸。
技术方案6. 根据任意前述技术方案所述的密封组件，其中，所述表面特征是间断地延伸的多个表面特征。
技术方案7. 根据任意前述技术方案所述的密封组件，其中，所述表面特征是突出部或浮雕中的一个。
技术方案8. 根据任意前述技术方案所述的密封组件，其中，所述成对互补密封面包括面向高压区域的高压角面和面向低压区域的低压角面。
技术方案9. 根据任意前述技术方案所述的密封组件，其中，所述外密封面与所述成对互补密封面中的一个之间形成的角度在50度至70度之间。
技术方案10. 根据任意前述技术方案所述的密封组件，其中，所述第一表面或所述第二表面中的一个是静止的，并且所述第一表面或所述第二表面中的另一个是移动的。
技术方案11. 根据任意前述技术方案所述的涡轮发动机，其中，所述第一表面和所述第二表面都是静止表面或都是移动表面。
技术方案12. 根据任意前述技术方案所述的密封组件，其中，所述多面截面形状是梯形。
技术方案13. 一种涡轮发动机，包括：
第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面各自在低压区域与高压区域之间延伸，并且以彼此隔开的关系布置以限定间隙；
凹槽，其位于所述第二表面中，并且具有至少三个非正交的平坦凹槽面；以及
密封件，其具有高度大于或等于所述凹槽的深度的本体和限定多个密封面的多面截面形状，其中所述密封面的子集与所述凹槽面互补并且包括面向所述高压区域的高压角面和面向所述低压区域的低压角面，并且所述密封面中的至少一个邻接所述第一表面。
技术方案14. 根据任意前述技术方案所述的涡轮发动机，还包括沿所述高压角面或所述低压角面中的至少一个定位的表面特征。
技术方案15. 根据任意前述技术方案所述的涡轮发动机，其中，所述多个密封面包括面向所述第一表面的外密封面和面向所述第二表面的内密封面，并且所述表面特征与所述内密封面隔开第一尺寸，并且在从所述内密封面到所述外密封面的方向上延伸第二尺寸。
技术方案16. 根据任意前述技术方案所述的涡轮发动机，其中，所述表面特征沿所述本体的全长延伸。
技术方案17. 根据任意前述技术方案所述的涡轮发动机，其中，所述表面特征是沿所述本体的全长间断地延伸的多个表面特征。
技术方案18. 根据任意前述技术方案所述的涡轮发动机，其中，所述表面特征是突出部或浮雕中的一个。
技术方案19. 根据任意前述技术方案所述的涡轮发动机，其中，所述第一表面或所述第二表面中的一个是静止的，并且所述第一表面和所述第二表面中的另一个是移动的。
技术方案20. 根据任意前述技术方案所述的涡轮发动机，其中，所述第一表面和所述第二表面都是静止表面或都是移动表面。
附图说明
在附图中：
图1是用于飞行器的涡轮发动机的示意性截面图。
图2是具有多个导叶组件的涡轮发动机的一部分的透视图，导叶组件示为示例性可变涡轮导叶组件。
图3A是用于图2的示例性可变涡轮导叶组件的密封件的示意性截面图，其中密封件处于第一位置。
图3B是处于第二位置的图3A的示意性截面图。
图4为根据本文公开的方面的来自图3的密封件的等距视图。
图5与图3相同，示出了以图3的密封件密封间隙的方法。
图6为根据本文公开的另一个方面的来自图3的密封件的变型的等距视图。
图7为根据本文公开的又一个方面的用于图2的导叶节段的密封件的变型的等距视图。
具体实施方式
本公开的方面针对一种用于位于涡轮发动机内的相对表面之间的间隙的密封件。为了描述的目的，将相对于可变涡轮导叶组件来描述密封件。将理解的是，本公开对于需要在发动机中的相对表面之间进行密封的任何发动机构件（包括涡轮和压缩机以及非翼型件发动机构件），以及在非飞行器应用（如其它移动应用，以及非移动工业、商业和住宅应用）中可具有通用性。
如本文使用的用语“前”或“上游”是指沿朝发动机入口的方向移动，或构件相比于另一个构件相对更接近发动机入口。连同“前”或“上游”使用的用语“后”或“下游”是指朝发动机的后部或出口或相比于另一个构件相对更接近发动机出口的方向。
如本文所使用的，“成组”可包括任何数目的相应描述元件，包括仅一个元件。此外，如本文使用的用语“径向”或“径向地”是指发动机的中心纵轴线与发动机外周之间延伸的维度。
所有方向表示（例如，径向、轴向、近侧、远侧、上、下、向上、向下、左、右、侧向、前部、后部、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、反时针、上游、下游、前方、后等）仅用于识别目的，以有助于读者理解本公开，且不产生特别是关于本公开的位置、定向或使用的限制。连接表示（例如，附接、联接、连接和连结）宽泛地理解，且可包括一系列元件之间的中间部件，以及元件之间的相对移动，除非另外指出。因此，连接表示不一定是指两个元件直接地连接且彼此成固定关系。示意图仅出于图示目的，且其附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可变化。
图1为用于飞行器的燃气涡轮发动机10的示意性截面图。发动机10具有从前14向后16延伸的大体上纵向延伸的轴线或中心线12。发动机10按下游串流关系包括：包括风扇20的风扇区段18、包括增压器或低压（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包括包绕风扇20的风扇壳40。风扇20包括围绕中心线12沿径向设置的多个风扇叶片42。HP压缩机26、燃烧器30和HP涡轮34形成发动机10的核心44，其生成燃烧气体。核心44由核心壳46包绕，核心壳可与风扇壳40联接。
围绕发动机10的中心线12同轴地设置的HP轴或转轴48将HP涡轮34传动地连接到HP压缩机26。围绕发动机10的中心线12同轴地设置在较大直径环形HP转轴48内的LP轴或转轴50将LP涡轮36传动地连接到LP压缩机24和风扇20。转轴48、50可围绕发动机中心线旋转，且联接到可共同地限定转子51的多个可旋转元件。
LP压缩机24和HP压缩机26分别包括多个压缩机级52、54，其中成组压缩机叶片56、58关于对应成组的静止压缩机导叶60、62旋转，以压缩或加压穿过级传递的流体流。在单个压缩机级52、54中，多个压缩机叶片56、58可成环提供，且可关于中心线12从叶片平台到叶片末梢沿径向向外延伸，同时对应的静止压缩机导叶60、62定位在旋转叶片56、58上游且在其附近。要注意的是，图1中所示的叶片、导叶和压缩机级的数目仅为了示范性目的而选择，且其它数目是可能的。
用于压缩机的级的叶片56、58可安装到（或整体结合到）盘61，盘安装到HP转轴48和LP转轴50中的对应一个。用于压缩机的级的导叶60、62可按周向布置安装到核心壳46。
HP涡轮34和LP涡轮36分别包括多个涡轮级64、66，其中成组涡轮叶片68、70关于对应成组静止涡轮导叶72、74（也称为喷嘴）旋转，以从穿过级传递的流体流提取能量。在单个涡轮级64、66中，多个涡轮叶片68、70可成环提供，且可关于中心线12沿径向向外延伸，同时对应的静止涡轮导叶72、74定位在旋转叶片68、70上游且在其附近。要注意的是，图1中所示的叶片、导叶和涡轮级的数目仅为了示范性目的而选择，且其它数目是可能的。
用于涡轮的级的叶片68、70可安装到盘71，盘安装到HP转轴48和LP转轴50中的对应一个。用于压缩机的级的导叶72、74可按周向布置安装到核心壳46。
与转子部分互补，发动机10的静止部分（如压缩机和涡轮区段22、32中的静止导叶60、62、72、74）也独立地或共同地称为定子63。因此，定子63可表示发动机10各处的非旋转元件的组合。
在操作中，流出风扇区段18的气流分流，使得气流的一部分导送到LP压缩机24中，其然后将加压空气76供应至进一步加压空气的HP压缩机26。来自HP压缩机26的加压空气76在燃烧器30中与燃料混合且点燃，从而生成燃烧气体。一些功由HP涡轮34从这些气体提取，涡轮34驱动HP压缩机26。燃烧气体排放到LP涡轮36中，其提取附加功来驱动LP压缩机24，且排出气体最终经由排气区段38从发动机10排放。LP涡轮36的驱动会驱动LP转轴50旋转风扇20和LP压缩机24。
加压气流76的一部分可从压缩机区段22作为放出空气77吸取。放出空气77可从加压空气流76吸取，且提供至需要冷却的发动机构件。进入燃烧器30的加压气流76的温度显著地升高。因而，由放出空气77提供的冷却对于在升高温度的环境中操作此发动机构件是必要的。
气流78的其余部分绕过LP压缩机24和发动机核心44，且穿过静止导叶排流出发动机组件10，且更具体是风扇排气侧84处的包括多个翼型件导向导叶82的出口导向导叶组件80。更确切地，沿径向延伸的翼型件导向导叶82的周向排在风扇区段18附近用于施加气流78的一些方向控制。
由风扇20供应的一些空气可绕过发动机核心44，且用于发动机10的部分（尤其是热部分）的冷却，且/或用于对飞行器的其它方面冷却或供能。在涡轮发动机的背景下，发动机的热部分一般在燃烧器30下游，尤其是涡轮区段32，其中HP涡轮34为最热部分，因为其直接在燃烧区段28的下游。其它冷却流体源可为但不限于从LP压缩机24或HP压缩机26排放的流体。
参照图2，详细示出了发动机10的一部分，作为非限制性示例，示出了位于HP涡轮机34内的多个示例性可变涡轮导叶（VTV）组件100。示出了单态VTV组件100s以及双态VTV组件100d。所示的每个VTV组件100都包括导叶102，其形状为翼型件104，并在外带106和内带108之间延伸。成对导叶102在它们之间共同限定喷嘴110。多个VTV组件100可沿周向布置以形成燃气涡轮喷嘴组件111。
每个导叶102在前缘112和后缘114之间基本上沿轴向延伸。导叶102从根部116沿径向延伸到末梢118，其中根部116可旋转地安装到内带108，且末梢118可旋转地安装到外带106。在示例性VTV组件100中，根部116和末梢118可包括凸缘部分120，轴122从凸缘部分延伸以限定可旋转轴线124，导叶102可围绕该可旋转轴线旋转。
所示的若干表面邻接其它表面，并且在操作期间可能需要在它们之间进行密封。根据本文公开的方面，用于放置密封组件129的示例性位置编号为130、132、134、136和138。通过非限制性示例，位置132是导叶102独立于外带106和内带108移动的位置，并且因此可能需要密封组件129。其它位置包括本领域已知的密封件（包括但不限于卡环、保持环和弹性挡圈）位于涡轮发动机10内的位置。
图3A是示例性放置的放大视图，密封组件129具有用于来自图2的位置130、132、134、136和138中的任何一个的密封件140。作为非限制性示例，密封件140在发动机操作之前处于第一位置。相对的第一表面142和第二表面144彼此隔开以在其间限定间隙146。通过非限制性示例，位置132是第一表面142可由VTV组件100的外带106限定且第二表面144可由VTV组件100的可动凸缘部分120限定的位置。两个表面142、144也可为静止的，或两个表面都可移动。进一步考虑到，第一表面142可移动，且第二表面144可为静止的。在本文所述的非限制性示例中，第一表面142可为静止表面，而第二表面144可为移动表面。如本文所述，移动可意味着平移或旋转。此外，一个表面可相对于另一表面间断地或连续地移动。
凹槽148位于第二表面144中，用于接收密封件140。应当理解，凹槽148和密封件140可为互补并且是环形的，其中密封件140是位于环形凹槽148中的圆形密封件。凹槽148延伸到第二表面144中最大深度（D）。凹槽148将涡轮发动机10的高压区域150与涡轮发动机10的低压区域152分开。高压区域150和低压区域152在发动机构件的凹槽148所在的位置处彼此相对。换句话说，高压区域150与低压区域152相比具有更高的压力。尽管这些区域150、152可位于发动机中的任何位置，但是它们不应与高压涡轮34和低压涡轮36等相混淆。
间隙146在凹槽148的高压区域侧150上在第一表面142和第二表面144之间隔开尺寸（A），并且在凹槽148的低压区域侧152上在第一表面142和第二表面144之间隔开尺寸（B）。（A/B）的比率可落在1 <（A/B）<2的范围内。不同的尺寸（A）、（B）几何有助于建立相对高压区域150和低压区域152。
凹槽148可由至少三个非正交的平坦凹槽面154限定：凹槽基部154b和相对的凹槽侧154h、154l。凹槽148的开口156可在相对的凹槽侧154h、154l之间延伸，从而将高压区域150与低压区域152分开。平坦凹槽面154形成为接收密封件140。换句话说，平坦凹槽面154与密封件140的多面截面本体160互补。在一方面，凹槽148可具有大体梯形的截面形状。
本体160限定的截面区域（CA），其高度（H）大于凹槽148的最大深度（D）。本体160的截面区域（CA）限定密封件140的多面截面形状，其具有多个密封面162、164、166、168或表面。截面区域（CA）可相对于第一表面142和第二表面144在外密封面162和内密封面164之间竖直地延伸以限定高度（H）。密封面的子集与凹槽面互补，并且包括面向高压区域150的高压（HP）角面166和面向低压区域152的低压（LP）角面168。在一个非限制性示例中，多面截面形状是梯形。
外密封面162可限定宽度（W1），且内密封面164可限定宽度（W2），其中（W1）可大于（W2）。（W1/W2）的比率可在2 <（W1/W2）<5或0.2 <（W2/W1）<0.5的范围内。本体160的几何形状形成为优化任何泄漏量，同时防止密封件140发生不希望的旋转。在一方面，（H/W2）的比率可落在0 ＜（H/W2）＜1的范围内以防止旋转。允许控制泄漏可实现压力平衡。
表面特征170可沿HP角面166定位。表面特征170可为与内密封面164隔开第一尺寸（X）的突出部170p，第一尺寸是沿HP角面166在由箭头172所示的方向从内密封面164朝外密封面162测量的距离。表面特征170可沿HP角面166在方向172上延伸距离（Y）。比率（X/Y）可落在0 <（X/Y）<1的范围内，从而提供由位于凹槽148内的距离（X）限定的内通道。
图3B示出了在操作期间当密封件140与第一表面142接触时处于第二位置的密封件。
图4是密封件140的等距视图，其更清楚地示出了表面特征170。可更清楚地看到，突出部170p可沿密封件140的全长（L）延伸。虽然示为位于HP角面166上，但应该理解，表面特征170可位于LP角面168上或在HP角面166和LP角面168两者上。
现在转向图5，密封件140如图3中所示，然而为了清楚起见已经去除了一些标记，以示出方法200如何密封间隙146。尽管示出为不接触第一表面或第二表面，但是应当理解，在该方法期间，密封件如图3A和图3B中所示在第一位置和第二位置之间移动。气流（AF）将自然地从高压区域150流向低压区域152。为了控制和/或防止这种气流（AF），密封件140设在凹槽148内。方法200包括，在202处使气流（AF）在本体160和凹槽148之间沿三个非正交的平坦凹槽面154h、154b、154l中的至少一个流入凹槽148中。气流的量取决于本文先前描述的表面特征170的位置和表面特征170的几何形状。在204处，方法200包括将外密封面162朝第一表面142推到第二位置。当气流（AF）由于非正交的平坦表面定向而接触密封件140时，推相对于外密封面162成角度，作为非限制性示例，30度角。将高压气流引入凹槽148会在内密封面164上施加压力，其将密封件140推离凹槽基部154b并推向第一表面142。更确切地，高压区域150中的较高压力在表面特征170上施加力，该力继而将密封件140推向低压区域152，从而允许高压气流在凹槽148内的受控泄漏。
方法200可包括使外部密封面162与第一表面142接合。方法200还可包括使非正交的平坦凹槽面154h、154b、154l中的至少一个与从HP角面166延伸的突出部170接合。
现在参照图6，示出了另一密封件240。密封件240类似于密封件140，因此，相似的部分将用相似的数字增加100来标识，应理解，除非另有说明，否则密封件140的相似部分的描述适用于密封件240。突出部270p形式的表面特征270可沿密封件240的全长（L）间断地延伸，在它们之间留有空间276。本文所描述的方法200可进一步包括使非正交的平坦凹槽面中的至少一个（作为非限制性示例，相对的凹槽侧154h）与密封件140的HP角面166间断地接合。这允许通过间断地隔开的突出部270p之间的空间276的受控泄漏。
现在参照图7，示出了另一密封件340。密封件340类似于密封件140，因此，相似的部分将用相似的数字增加200来标识，应理解，除非另有说明，否则密封件140的相似部分的描述适用于密封件340。浮雕（relief）370r形式的表面特征370可沿密封件340的全长（L）间断地延伸。虚线表示浮雕370r也可沿密封件340的全长（L）延伸，很类似于图4中所示的表面特征170。很类似于图6中的空间276提供受控泄漏，浮雕370r无论是沿全长（L）延伸还是间断地隔开也可提供受控泄漏。
本文描述的密封件在密封先前存在的间隙有挑战的区域中，尤其是在移动的邻接表面方面，提供了密封和受控泄漏。该密封件包括设计成对于表面之间的相对移动而言稳健的截面。
好处包括阻止或控制可变喷嘴喉部上游的泄漏，以减少应负担的泄漏并提高性能。尽管针对可变涡轮导叶示出，但是可利用这种密封设计来减少许多热区段构件中的泄漏。本文所述的截面形状为已知的密封结构增加了厚度，这使得其对于烧穿风险更加稳健。表面特征并非在密封件的整个截面中都存在，这允许高压空气将密封件加载到位。
应理解，公开的设计的应用不限于具有风扇和增压器区段的涡轮发动机，而是也可适用于涡轮喷气和涡轮轴发动机。
在并未描述的一定程度上，各种实施例的不同特征和结构可按期望彼此组合或替代彼此。并非在所有实施例中示出的该一个特征并不意味着其不可如所示那样理解，而是仅为了描述简单而这样做。因此，不同实施例的各种特征可按期望混合和匹配来形成新的实施例，而不论是否确切地描述新实施例。本文所述的特征的所有组合或置换可由本公开覆盖。
本书面描述使用了示例来描述本文所述的公开的方面，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实施本公开的方面，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本公开的方面的专利范围由权利要求书限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有并非不同于权利要求书的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它示例在权利要求书的范围内。
本发明的其它方面由以下条款的主题提供：
1. 一种密封组件，该密封组件包括以隔开关系布置以限定间隙的第一表面和第二表面；位于第二表面中并且具有至少三个非正交的平坦凹槽面的凹槽；以及密封件，其具有高度大于或等于凹槽的深度的本体和限定多个密封面的多面截面形状，其中密封面的子集与凹槽面互补，并且密封面中的至少一个邻接第一表面或第二表面。
2. 任何前述条款所述的密封组件，其中多个密封面包括面向第一表面的外密封面、面向第二表面的内密封面，以及密封面的子集包括面向第二表面的成对互补密封面。
3. 任何前述条款所述的密封组件，还包括沿成对互补密封面中的至少一个定位的表面特征。
4. 任何前述条款所述的密封组件，其中表面特征与内密封面中的一个隔开第一尺寸，并且在从内密封面到外密封面的方向上延伸第二尺寸。
5. 任何前述条款所述的密封组件，其中表面特征沿本体的全长延伸。
6. 任何前述条款所述的密封组件，其中表面特征是间断地延伸的多个表面特征。
7. 任何前述条款所述的密封组件，其中表面特征是突出部。
8. 任何前述条款所述的密封组件，其中表面特征是浮雕。
9. 任何前述条款所述的密封组件，其中成对互补密封面包括面向高压区域的高压角面和面向低压区域的低压角面。
10. 任何前述条款所述的密封组件，其中外密封面与成对互补密封面中的一个之间形成的角度在50度至70度之间。
11. 任何前述条款所述的密封组件，其中第一表面或第二表面中的一个相对于第一表面或第二表面中的另一个是静止的。
12. 任何前述条款所述的密封组件，其中第一表面和第二表面都是静止表面或都是移动表面。
13. 任何前述条款所述的密封组件，其中多面截面形状是梯形。
14. 一种涡轮发动机，该涡轮发动机包括第一表面和第二表面，第一表面和第二表面各自在低压区域和高压区域之间延伸，并且以彼此隔开的关系布置以限定间隙；凹槽，其位于第二表面中并具有至少三个非正交的平坦凹槽面；以及密封件，其具有高度大于或等于凹槽的深度的本体，以及限定多个密封面的多面截面形状，其中密封面的子集与凹槽面互补并且包括面向高压区域的高压角面和面向低压区域的低压角面，并且密封面中的至少一个邻接第一表面。
15. 任何前述条款所述的涡轮发动机，还包括沿高压角面或低压角面中的至少一个定位的表面特征。
16. 任何前述条款所述的涡轮发动机，其中多个密封面包括面向第一表面的外密封面和面向第二表面的内密封面。
17. 任何前述条款所述的涡轮发动机，其中表面特征与内密封面隔开第一尺寸，并且在从内密封面到外密封面的方向上延伸第二尺寸。
18. 任何前述条款所述的涡轮发动机，其中外密封面与高压角面或低压角面中的一个之间形成的角度在50度至70度之间。
19. 任何前述条款所述的涡轮发动机，其中表面特征沿本体的全长延伸。
20. 任何前述条款所述的涡轮发动机，其中表面特征是沿本体的全长间断地延伸的多个表面特征。
21. 任何前述条款所述的涡轮发动机，其中表面特征是突出部。
22. 任何前述条款所述的涡轮发动机，其中表面特征是浮雕。
23. 任何前述条款所述的涡轮发动机，其中第一表面或第二表面中的一个相对于第一表面或第二表面中的另一个是静止的。
24. 任何前述条款所述的密封组件，其中第一表面和第二表面都是静止表面或都是移动表面。
25. 任何前述条款所述的密封组件，其中多面截面形状是梯形。
26. 一种密封在第一表面和第二表面之间位于涡轮发动机中的间隙的方法，该第二表面包括凹槽，具有在外密封面和内密封面之间延伸的本体的密封件位于该凹槽中，该方法包括：使高压气流在本体和凹槽之间沿三个非正交的平坦凹槽面中的至少一个流入凹槽中；以及将外密封面推向第一表面。
27. 任何前述条款所述的方法，还包括使外密封面与第一表面接合。
28. 任何前述条款所述的方法，还包括使非正交的平坦凹槽面中的至少一个与密封件的高压角面间断地接合。
29. 任何前述条款所述的方法，还包括使非正交的平坦凹槽面中的至少一个与从高压角面延伸的突出部接合。

Claims (20)

1.一种密封组件，包括：
第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面各自在低压区域与高压区域之间延伸且以彼此隔开的关系布置以限定间隙；
凹槽，其位于所述第二表面中，并且具有至少三个非正交的平坦凹槽面；以及
密封件，其具有高度大于或等于所述凹槽的深度的本体和限定多个密封面的多面截面形状，其中所述密封面的子集与所述凹槽面互补，并且所述密封面中的至少一个邻接所述第一表面或所述第二表面；
其中，所述间隙在所述高压区域中在所述第一表面和所述第二表面之间限定第一间隙尺寸且所述间隙在所述低压区域中在所述第一表面和所述第二表面之间限定第二间隙尺寸，其中，所述第一尺寸与所述第二尺寸的比率大于1且小于2。
2.根据权利要求1所述的密封组件，其中，所述多个密封面包括面向所述第一表面的外密封面、面向所述第二表面的内密封面，并且密封面的所述子集包括面向所述第二表面的成对互补密封面。
3.根据权利要求2所述的密封组件，还包括沿所述成对互补密封面中的至少一个定位的表面特征。
4.根据权利要求3所述的密封组件，其中，所述表面特征与所述内密封面中的一个隔开第一尺寸，并且在从所述内密封面到所述外密封面的方向上延伸第二尺寸。
5.根据权利要求3所述的密封组件，其中，所述表面特征沿所述本体的全长延伸。
6.根据权利要求3所述的密封组件，其中，所述表面特征是沿所述本体的全长间断地延伸的多个表面特征。
7.根据权利要求3所述的密封组件，其中，所述表面特征是突出部或浮雕中的一个。
8.根据权利要求2所述的密封组件，其中，所述成对互补密封面包括面向高压区域的高压角面和面向低压区域的低压角面。
9.根据权利要求2所述的密封组件，其中，所述外密封面与所述成对互补密封面中的一个之间形成的角度在50度至70度之间。
10.根据权利要求1所述的密封组件，其中，所述第一表面或所述第二表面中的一个是静止的，并且所述第一表面或所述第二表面中的另一个是移动的。
11.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其中，所述第一表面和所述第二表面都是静止表面或都是移动表面。
12.根据权利要求1所述的密封组件，其中，所述多面截面形状是梯形。
13.一种涡轮发动机，包括：
第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面各自在低压区域与高压区域之间延伸，并且以彼此隔开的关系布置以限定间隙；
凹槽，其位于所述第二表面中，并且具有至少三个非正交的平坦凹槽面；以及
密封件，其具有高度大于或等于所述凹槽的深度的本体和限定多个密封面的多面截面形状，其中所述密封面的子集与所述凹槽面互补并且包括面向所述高压区域的高压角面和面向所述低压区域的低压角面，并且所述密封面中的至少一个邻接所述第一表面；
其中，所述间隙在所述高压区域中在所述第一表面和所述第二表面之间限定第一间隙尺寸且所述间隙在所述低压区域中在所述第一表面和所述第二表面之间限定第二间隙尺寸，其中，所述第一尺寸与所述第二尺寸的比率大于1且小于2。
14.根据权利要求13所述的涡轮发动机，还包括沿所述高压角面或所述低压角面中的至少一个定位的表面特征。
15.根据权利要求14所述的涡轮发动机，其中，所述多个密封面包括面向所述第一表面的外密封面和面向所述第二表面的内密封面，并且所述表面特征与所述内密封面隔开第一尺寸，并且在从所述内密封面到所述外密封面的方向上延伸第二尺寸。
16.根据权利要求14所述的涡轮发动机，其中，所述表面特征沿所述本体的全长延伸。
17.根据权利要求14所述的涡轮发动机，其中，所述表面特征是沿所述本体的全长间断地延伸的多个表面特征。
18.根据权利要求14所述的涡轮发动机，其中，所述表面特征是突出部或浮雕中的一个。
19.根据权利要求13所述的涡轮发动机，其中，所述第一表面或所述第二表面中的一个是静止的，并且所述第一表面和所述第二表面中的另一个是移动的。
20.根据权利要求13所述的涡轮发动机，其中，所述第一表面和所述第二表面都是静止表面或都是移动表面。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202019101183U1 (de) * 2019-03-01 2020-06-25 Neoperl Gmbh Druckreduzierventil
US11542819B2 (en) * 2021-02-17 2023-01-03 Pratt & Whitney Canada Corp. Split ring seal for gas turbine engine rotor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1573024A (zh) * 2003-05-21 2005-02-02 三菱重工业株式会社 轴密封机构、轴密封机构的组装结构和大型流体机械
CN101126449A (zh) * 2006-08-15 2008-02-20 通用电气公司 涡轮机的柔顺板密封件
CN103967840A (zh) * 2013-02-04 2014-08-06 航空技术空间股份有限公司 将轴流涡轮压缩机的叶片连接至压缩机鼓

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1862983A (en) * 1931-10-31 1932-06-14 American Trust Co Piston ring
US2186020A (en) * 1938-01-07 1940-01-09 Chalmers G Hall Piston packing
US3129922A (en) 1961-11-27 1964-04-21 Frederick A Rosenthal Self centering ring seal
US3587155A (en) * 1968-09-06 1971-06-28 Int Harvester Co Ring manufacture,productive of line contact seal
US3834719A (en) * 1970-10-27 1974-09-10 Nippon Piston Ring Co Ltd Piston head assembly having an l-shaped piston ring
LU73869A1 (zh) * 1975-11-26 1976-06-11
US4438937A (en) * 1982-12-06 1984-03-27 Moriarty Maurice J Piston ring
US4681326A (en) * 1985-06-10 1987-07-21 Cummins Engine Company, Inc. Gas lubricated piston ring assembly
JPH0972361A (ja) * 1995-09-01 1997-03-18 Sumitomo Electric Ind Ltd ディスクブレーキ装置
US5941537A (en) * 1997-09-05 1999-08-24 General Eletric Company Pressure actuated static seal
SE520002C2 (sv) 1999-03-09 2003-05-06 Alfa Laval Corp Ab Tätningsring för en centrifugalseparator
GB2376515B (en) * 2001-06-13 2004-09-29 Rolls Royce Plc Bleed valve assembly
JP4587614B2 (ja) * 2001-08-01 2010-11-24 本田技研工業株式会社 ディスクブレーキ装置
EP1536167B1 (en) * 2002-05-29 2012-08-08 Nok Corporation Seal ring
US7017914B1 (en) * 2002-10-15 2006-03-28 Dana Corporation Piston assembly and method of manufacture
DE10311155A1 (de) * 2003-03-14 2004-09-23 Gapi Technische Produkte Gmbh Dichtring und Dichtringanordnung
WO2004090390A1 (ja) * 2003-04-02 2004-10-21 Kabushiki Kaisha Riken シールリング
JP4962687B2 (ja) 2005-08-30 2012-06-27 Ｎｏｋ株式会社 密封構造
JP5282891B2 (ja) * 2009-01-30 2013-09-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 ディスクブレーキ
US20120018957A1 (en) * 2010-02-26 2012-01-26 Nok Corporation Seal ring
EP2730820A1 (en) * 2011-07-04 2014-05-14 Mikuni Corporation Gasket and throttle body
GB201209705D0 (en) * 2012-05-31 2012-07-18 Rolls Royce Plc Leaf seal
US20140035240A1 (en) * 2012-08-03 2014-02-06 General Electric Company Sliding seal for sealing a joint in a turbine casing and method for sealing
WO2015045974A1 (ja) * 2013-09-27 2015-04-02 株式会社リケン シールリング
DE102014108973A1 (de) * 2014-06-26 2015-12-31 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring
US9995160B2 (en) * 2014-12-22 2018-06-12 General Electric Company Airfoil profile-shaped seals and turbine components employing same
DE102015203871A1 (de) 2015-03-04 2016-09-22 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Rotor einer Turbine einer Gasturbine mit verbesserter Kühlluftführung
EP3073056B1 (en) 2015-03-25 2018-01-03 Ansaldo Energia IP UK Limited Wire seal
DE102015110252A1 (de) * 2015-06-25 2016-12-29 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Statorvorrichtung für eine Strömungsmaschine mit einer Gehäuseeinrichtung und mehreren Leitschaufeln
CN105057988B (zh) 2015-08-21 2017-12-22 江西省萍乡市三善机电有限公司 合金线材制备涡轮密封环的方法
JP2017180190A (ja) 2016-03-29 2017-10-05 株式会社Ihi タービンノズル
EP3401578B1 (en) * 2017-03-13 2020-06-17 Tpr Co., Ltd. Seal ring and sealing device
DE102017105952A1 (de) * 2017-03-20 2018-09-20 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Flatter-Unterdrückungs Kolbenring
US20180306120A1 (en) * 2017-04-21 2018-10-25 General Electric Company Pressure regulated piston seal for a gas turbine combustor liner

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1573024A (zh) * 2003-05-21 2005-02-02 三菱重工业株式会社 轴密封机构、轴密封机构的组装结构和大型流体机械
CN101126449A (zh) * 2006-08-15 2008-02-20 通用电气公司 涡轮机的柔顺板密封件
CN103967840A (zh) * 2013-02-04 2014-08-06 航空技术空间股份有限公司 将轴流涡轮压缩机的叶片连接至压缩机鼓

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