CN1920311B - 组装燃气涡轮机发动机的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种组装燃气涡轮机发动机的压缩机(12)的方法，该压缩机(50)包括多个级(710、172、174)以及连接到每一相应级上的多个叶片(58、64)，该方法包括将硅酮肟密封剂(150)沉积到该压缩机叶片的至少一部分上，并将该压缩机叶片连接到压缩机盘(56)上，以便该硅酮肟密封剂位于该压缩机叶片与该压缩机盘之间。

Description

组装燃气涡轮机发动机的方法和装置
技术领域
本发明总体上涉及燃气涡轮机发动机，尤其涉及用于组装燃气涡轮机发动机部件的方法和装置。
背景技术
部件的精确制造是决定部件制造时间的重要因素。具体地说，当该部件是燃气涡轮机发动机叶片时，叶片的精确制造以及叶片的后续变型、维护和检修是影响该燃气涡轮机发动机的制造总成本的最重要的因素之一。例如，至少一些已知的燃气涡轮机发动机包括用于压缩空气的压缩机，空气与燃料混合并且输送到燃烧器，在燃烧器中该混合物在用于产生热的燃烧气体的燃烧室内被点燃。至少一些已知的压缩机包括转子组件，该转子组件包括至少一排沿周边间隔开的转子叶片。每一转子叶片包括翼型部，该翼型部包括在前缘和后缘处连接在一起的压力侧和吸入侧。每一翼型部从转子叶片平台部径向向外延伸。每一转子叶片还包括从与平台部连接的柄部径向向内延伸的榫接部。该榫接部用于在转子组件内将转子叶片安装到转子盘或转子筒轴上。
在工作中，在压缩机叶片的压力侧与压缩机叶片的吸入侧之间形成有压力差，其导致转子的上游与下游之间的不希望的泄漏。一种可能的泄漏路径形成在每一转子叶片和转子盘之间互连部分处，在该位置处位于通常为榫接结构的叶片基部件与承载转子叶片的转子盘凹槽之间可能限定出一间隙。
因此，至少一种已知的燃气涡轮机发动机包括硅酮乙酸基密封剂，以便有助于密封叶片基部和转子盘。然而，随着发动机性能要求增加，导致其运行温度升高，然而，已知的密封剂不能长时间承受升高的运行温度。因此，密封剂性能变差从而导致在叶片与转子盘之间出现泄漏。
发明内容
在一个方面中，本发明提供了一种组装燃气涡轮机发动机的压缩机的方法，该压缩机包括多个级以及连接到每一相应级上的多个叶片，该方法包括将硅酮肟密封剂沉积到该压缩机叶片的至少一部分上，并将该压缩机叶片连接到压缩机盘上，以便该硅酮肟密封剂位于该压缩机叶片与该压缩机盘之间。
在另一个方面中，本发明提供了一种燃气涡轮机转子组件，其包括：转子盘；连接到该转子盘上的多个周向间隔开的转子叶片；和沉积到该转子叶片的至少一部分或该转子盘的至少一部分上的硅酮肟密封剂，在将该转子叶片与该转子盘连接之前，硅酮肟密封剂通过室温硫化而固化，以便该硅酮肟密封剂位于该转子叶片与该转子盘之间。
在再一个方面中，本发明提供了一种燃气涡轮机发动机，其包括：转子盘；连接到该转子盘上的多个周向间隔开的转子叶片；和沉积到该转子叶片和该转子盘中的至少一者的至少一部分上的硅酮肟密封剂，在将该转子叶片与该转子盘连接之前，硅酮肟密封剂通过室温硫化而固化，以便该硅酮肟密封剂位于该转子叶片与该转子盘之间。
附图说明
图1是燃气涡轮机发动机的示意图；
图2是图1所示的压缩机的截面图；
图3是与示例性转子盘连接的示例性燃气涡轮机发动机的端视图；和
图4是图3所示的与示例性转子盘连接的示例性燃气涡轮机发动机的端视图，其中包括示例性的密封剂。
具体实施方式
在本文中所使用的术语“制造”和“制成”可包括任何制造工艺。例如，制造工艺可包括磨削、表面处理、抛光、切割、机加工、探伤、铸造。以上示例仅仅是示例性的，并且不刻意地以任何方式限于“制造”和“制成”的定义和/或含义。此外，在本文中所使用的术语“部件”可包括应用制造工艺的所有物件。另外，尽管本发明在此参照燃气涡轮机发动机来进行描述，而且更具体地说是参照用于燃气涡轮机发动机的压缩机叶片，但是应当理解，本发明可应用于任何部件和/或任何制造工艺。因此，本发明的实施不限于燃气涡轮机发动机的压缩机叶片或其它部件的制造。
图1是燃气涡轮机发动机10的示意图，其具有纵向轴线11，并包括核心燃气涡轮机发动机12和设置在核心发动机12上游的风扇部14。核心发动机12包括大致管状的外壳体16，其限定环形的核心发动机入口18。壳体16包围用于使得进入空气的压力增加到第一压力水平的低压增压器20。在一个实施例中，发动机10是由General ElectricAircraft Engines，Cincinnati，Ohio制造的CFM56发动机。
高压、多级、轴流式的压缩机22接受来自增压器20的经增压的空气并且进一步将空气压力增大到第二较高压力水平。燃料-空气混合物被点燃，以便使得增大经增压的空气的温度和能级水平。该高能级的燃烧产物流向第一涡轮机26以便借助第一驱动轴28驱动压缩机22，并随后流向第二涡轮机30以便借助与第一驱动轴28同轴的第二驱动轴28驱动增压器20。在驱动每一涡轮机26和30之后，燃烧产物经排出喷嘴34离开核心发动机12以便提供推进的喷射推力。
风扇部分14包括由第二涡轮机30驱动的可旋转的轴流式风扇马达36。环形的风扇壳体38包围风扇马达36，并且借助多个大致径向延伸的且周向间隔开的支承杆44支承在核心发动机12上。风扇马达36承载有多个径向延伸的且周向间隔开的风扇叶片42。风扇壳体38在核心发动机12的外部部分之上从风扇马达36向后延伸，以便限定一副气流通道或旁通气流通道。在风扇壳体38下游且与其连接的壳体件39支承多个风扇气流出口导向翼片40。流经风扇部分14的空气借助风扇叶片42沿下游方向推进，以便提供补充由核心发动机12提供的推力的额外推进推力。
图2是与(图1所示的)核心燃气涡轮机12一起使用的压缩机50的一部分。在该示意性实施例中，压缩机50包括九个级45，其中每一级46包括一系列的径向延伸的且周向间隔开的定子叶片47和多个承载在外周上的、径向延伸的、且周向间隔开的转子叶片48。入口导向翼片51和压缩机50的一级到三级的定子翼片52是可变的，这是由于它们可围绕相对于压缩机旋转轴线径向延伸的轴线枢转。四级到八级的定子叶片54和出口导向叶片55的位置是固定的。此外，在一级到三级中相应的转子盘56包括一系列的沿外周间隔开的轴向延伸的榫接槽口49，转子叶片58插入到该榫接槽口49中，并且转子叶片58可沿轴向从该榫接槽口49中取出。另一方面，四级到九级的转子盘60均具有单个周向延伸的榫接槽口62，转子叶片64沿相对于转子盘60的大致切向方向插入到该榫接槽口62中。
压缩机50包括入口66和出口68，该入口限定一具有较大流动面积的流动通道67，该出口限定一具有较小流动面积的流动通道69，经压缩的空气流经这些流动通道。流动通道的外边界由外环形壳体70限定，并且流动通道的内边界由相应叶片58、64的叶片平台部以及固定的环形密封环72来限定，该平台部由转子盘56、60承载，并且环形密封环72承载在每一相应的定子部分52、54的内周上。如图所示，相应的转子盘56、60借助(未示出的)盘与盘的连接结构成组地布置，并且第三级盘与驱动轴74连接，该驱动轴在操作上与(未示出的)涡轮机转子连接。
每一定子部分52、54包括环形的可磨损密封，其由相应的环形密封环72承载并且适于借助由转子盘56、60承载的迷宫式密封接合，以便使得绕相应定子部分52、54的空气泄漏最小化。密封环72还用于限制空气流向由外壳体70和相应定子翼片47的径向最内表面限定的流动通道。
图3是于转子盘56连接的多个转子叶片58的端视图。转子盘56板状的盘主体76，其终止于扩开的外边沿78。外边沿78包括接收转子叶片的周向槽口84，该周向槽口84在该示意性实施例中是大致U形的。槽口84具有榫接件式的截面形状，并且包括槽口基部86。槽口84由轴向彼此间隔开的并且沿大致径向方向延伸的前侧壁88和后侧壁90限定。每一前侧壁88和后侧壁90均具有各自的向内凹的突部92、94，其限定大致榫接式(燕尾槽形状)的槽口84。
转子叶片64包括具有与周向槽口84大致对应的形状的基部件100。如图所示，基部件100的形式为榫接部，并包括接纳在侧向凹部112、114内的变大的基部110，侧向凹部112、114形成在转子槽口84内。基部件100还包括在每一侧上的凹部116、118，以便接纳转子槽口84的向内延伸的内凹形突部92、94。叶片平台部120承载在基部件100上并且沿相对于基部件100的纵向轴线的大致横截方向延伸。翼型部分122从叶片平台部120的上表面并沿基部件100的相反方向纵向延伸，该翼型部分122适于与流经发动机10的气体接触。
图4是与图3的转子盘56连接的多个转子叶片58的端视图。在该示意性实施例中，燃气涡轮机发动机10还包括形成在至少一个转子叶片58与转子盘56之间的密封剂150。具体地说，密封剂150沉积在转子叶片58的下表面160上以便有助于密封一限定在叶片下表面160与榫接槽口84之间的间隙162。尽管仅仅示出了一些转子叶片58，但是应当理解在该示意性实施例中，密封剂150可用于密封至少一个相应转子叶片58与转于盘60之间的间隙162。或者，密封剂150可用于密封多个限定在转子叶片58与转子盘60之间的间隙162。具体地说，密封剂150用于密封在单个转子盘60上的单个叶片58，或密封在单个转子盘60上的多个叶片58。而且，密封剂150可用于密封与多个转子盘60连接的多个叶片58。在该示意性实施例中，密封剂150可用于(如图2所示的)最初的三个高压压缩机级170、172、174，以便有助于密封在每一转子叶片58与转子盘60之间的间隙162。
在该示意性实施例中，密封剂150沉积在叶片的下表面160上。在经过了足以使密封剂150固化的预定时间段之后，叶片58连接到转子盘60上。因此，密封剂150基本上密封了间隙162以便空气流不能流经间隙162。
在示意性实施例中，密封剂150是沉积在压缩机叶片58的至少一部分上的室温硫化硅酮肟密封剂。在此使用的术语“肟”定义为带有通式R1R2CNOH的化合物类型中的一种，其中R1是有机支链，R2可以是形成醛肟的氢或者是形成酮肟的另一有机基团，并且可以由羟胺与醛或酮的反应而形成。
而且，在使用过程中，密封剂150作为具有触变作用的糊膏剂沉积在叶片58的至少一部分上。在此使用的术语“触变作用”定义为当受到搅动或摇动时变为流体并随后在静止时回复半固态的凝胶状物质。因此，密封剂150以半流体状态施加到叶片58的至少一部分上。随后使得密封剂150在叶片58上固化或硬化。当密封剂150基本上固化之后，叶片58连接到转子盘60上。在该示意性实施例中，密封剂150是室温肟固化的硅酮密封剂，例如LociteTM5920。因此，密封剂150能够在温度升高到至少600华氏度时密封间隙162并且保持其弹性体的特性。
在此描述的是一种有助于减小和/或消除在高压压缩机转子盘与压缩机转子叶片之间的空气流的示意性的密封剂。更具体地说，该密封剂施加到与燃气涡轮机发动机的压缩机组件的最初三个级连接的多个压缩机叶片上。在此所示的密封剂是室温硫化硅酮肟密封剂，其构造成可承受至少600华氏度的温度。
更具体而言，在此描述的密封剂通过防止压缩机叶片与压缩机转子盘之间的空气流泄漏从而有助于改善燃气涡轮机发动机的性能。例如，用于该应用场合的已知材料不能长时间地承受高于大约600华氏度的运行温度。因此，当该已知的密封剂材料随时间和温度而出现性能变差时，所发生泄漏情况可依据本发明被有效地消除，从而省去了围绕部件的空气流密封。然而，在本说明书中所述的密封剂可构造成便于承受高于600华氏度的温度，并由此提高了发动机在长时间的时间段内的性能。
尽管参照不同的特定实施例描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应当理解本发明可在不脱离由权利要求限定的精神和范围内进行变型。
部件表
10燃气涡轮机发动机
11纵向轴线
12核心燃气涡轮机发动机
14风扇部分
16管状外壳体
18核心发动机入口
20低压增压器
22压缩机
24燃烧器
26第一涡轮机
28第一驱动轴
30第二涡轮机
32第二驱动轴
34排出喷嘴
36风扇转子
38风扇壳体
39壳体件
40导向翼片
42风扇叶片
44支承杆
45九个级
46级
47定子翼片
48转子叶片
49榫接槽口
50压缩机
51导向翼片
52定子翼片
54定子翼片
55出口导向翼片
56转子盘
58转子叶片
60盘
62榫接槽口
64转子叶片
66入口
67流动通道
68出口
69流动通道
70外壳体
72密封环
74驱动轴
76盘主体
78外边沿
84转子槽口
86槽口基部
88前侧壁
90后侧壁
92内凹突部
94凹形突部
100基部件
110基部
112侧向凹部
114侧向凹部
116凹部
118凹部
119上表面
120叶片平台部
122翼型部分
150密封剂
160下表面
162密封间隙
170压缩级
172压缩级
174压缩级

Claims (8)

1.一种燃气涡轮机转子组件(10)，其包括：
转子盘(56)；
连接到该转子盘上的多个周向间隔开的转子叶片(58)；和
沉积到该转子叶片的至少一部分或该转子盘的至少一部分上的硅酮肟密封剂(150)，在将所述转子叶片与所述转子盘连接之前，所述硅酮肟密封剂通过室温硫化而固化，以便该硅酮肟密封剂位于该转子叶片与该转子盘之间。
2.如权利要求1所述的燃气涡轮机转子组件(10)，其特征在于，该转子盘(56)包括压缩机转子盘，该转子叶片(58、64)包括压缩机转子叶片。
3.如权利要求1所述的燃气涡轮机转子组件(10)，其特征在于，该转子盘(56)包括第一级(170)压缩机转子盘、第二级(172)压缩机转子盘、和第三级(174)压缩机转子盘中的至少一个。
4.如权利要求1所述的燃气涡轮机转子组件(10)，其特征在于，该硅酮肟密封剂(150)能在高于600华氏度的温度下工作。
5.如权利要求1所述的燃气涡轮机转子组件(10)，其特征在于，该转子叶片(58)包括榫接部，该转子盘(60)包括榫接槽口(62)，该硅酮肟密封剂(150)沉积在该榫接部与该榫接槽口之间。
6.一种燃气涡轮机发动机(12)，其包括：
转子盘(56)；
连接到该转子盘上的多个转子叶片(58)；和
沉积到该转子叶片和该转子盘中的至少一者的至少一部分上的硅酮肟密封剂(150)，在将所述转子叶片与所述转子盘连接之前，所述硅酮肟密封剂通过室温硫化而固化，以便该硅酮肟密封剂位于该转子叶片与该转子盘之间。
7.如权利要求6所述的燃气涡轮机发动机(12)，其特征在于，该转子盘(56)包括压缩机转子盘(58)，该转子叶片包括压缩机转子叶片。
8.如权利要求6所述的燃气涡轮机发动机(12)，其特征在于，该转子盘(56)包括第一级(170)压缩机转子盘、第二级(172)压缩机转子盘、和第三级(174)压缩机转子盘中的至少一个。
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