压缩机后毂密封系统的制作方法

本发明总体涉及燃气涡轮发动机，且涉及包括压缩机后毂密封系统的燃气涡轮发动机。

背景技术：

燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧器和涡轮部分。在压缩机中压缩的部分空气可沿着燃气涡轮发动机内的次级路径重新导向，以冷却燃烧器和涡轮段的各个部分。该重新导向的压缩空气在压缩期间加热，且可在压缩空气沿着次级路径流过且在旋转部件上拖动时进行进一步风阻加热。一些该加热的压缩空气中可能进入油槽，且可能导致油降解和燃气涡轮发动机的功率损失。

授予C.Giroux的美国专利号4,544,167公开了一种用于气体处理系统中的涡轮膨胀机压缩机，该气体处理系统具有密封系统，该密封系统避免气体与通过轴承泵送的油的连通。该装置具有在壳体中承载在轴承上的轴，该轴承在一侧具有压缩机叶轮，在另一侧具有膨胀机叶轮。迷宫式密封件从壳体内部密封叶轮和轴承。机械密封件位于轴承和迷宫式密封件之间，用于防止油的泄漏。气体从压缩机排出口喷射到轴的膨胀机侧上的凹槽中以提供热障。机械密封件各自具有由轴承载的旋转环和由壳体承载的非旋转环。非旋转环通过O形环偏置到旋转环中。O形环位于孔的凹槽中以及非旋转环上形成的凹部。偏移凹部以使环变形且使其相对于旋转环在非旋转环上施加力。

本发明旨在克服本发明人发现的一个或多个问题。

技术实现要素：

公开了一种用于燃气涡轮发动机的后毂密封组件。在一个实施例中，后毂密封组件包括后毂、轴承盖、空气屏蔽件、后挡板、第一密封件、第二密封件和第三密封件。后毂包括主体部分和从主体部分径向向外延伸的圆盘部分。圆盘部分包括圆盘部分后表面。轴承盖包括轴承盖主体，从所述轴承盖主体的第一径向外端延伸的轴承盖外凸缘，位于所述轴承盖主体的第一径向内端且与所述主体部分间隔开的轴承盖内部部分。空气屏蔽件在轴承盖的轴向前方。空气屏蔽件包括空气屏蔽件主体，从空气屏蔽件主体的第二径向外端延伸且联接到轴承盖的空气屏蔽件外凸缘，以及位于空气屏蔽件的第二径向内端处且与所述主体部分间隔开的空气屏蔽件内凸缘。后挡板位于空气屏蔽件和圆盘部分之间。后挡板包括面向圆盘部分后表面的挡板前表面和大致遵循圆盘部分后表面的轮廓的挡板前表面。第一密封件位于轴承盖内部部分和主体部分之间。第二密封件位于轴承盖内部部分和主体部分之间。第三密封件位于空气屏蔽件内凸缘和主体部分之间。

附图说明

图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。

图2是包括图1的后毂组件的压缩机的一部分的剖视图。

图3是图2中的夹紧到内部扩散器的后挡板的透视图。

图4是图3中后挡板的透视图。

具体实施方式

本文所公开的系统和方法包括后毂密封系统。在实施例中，后毂密封系统包括邻近后毂的后挡板，包括多个密封件的轴承盖，以及包括另一密封件的空气屏蔽件。后挡板和密封件的组合可通过减少/防止风阻加热以及减少/防止压缩气体进入油槽来降低支撑至少一部分后毂的轴承组件内的温度和压力。

图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。为了清楚和易于解释，一些表面被省略或夸大(这里和其他图中)。另外，本发明可参考向前和向后。通常，除非另有说明，否则所有“向前”和“向后”的参考与主空气(即，在燃烧过程中用到的空气)的流动方向相关。例如，向前是相对于主空气流“上游”，且向后是相对于主空气流“下游”。

此外，本发明通常可参考燃气涡轮发动机的旋转中心轴线95，其通常可由其轴120(由多个轴承组件150支撑)的纵向轴线限定。中心轴线95可与各种其它发动机同心部件共同或共用。除非另有说明，否则所有对径向、轴向和圆周方向以及测量参考中心轴线95，且诸如“内”和“外”的术语通常表示距中心轴线95的较小或较大的径向距离，其中径向96可在从中心轴线95垂直向内或向外辐射的任何方向上。

燃气涡轮发动机100包括进口110，轴120，气体产生器或“压缩机”200，燃烧器300，涡轮400，废气装置500和动力输出联接器600。燃气涡轮发动机100可具有单轴或双轴配置。

压缩机200包括压缩机转子组件210，压缩机固定叶片(“定子”)250，进口导向叶片255，后毂230和后毂密封组件260。压缩机转子组件210机械地联接到轴120。如图所示，压缩机转子组件210是轴流式转子组件。压缩机转子组件210包括一个或多个压缩机圆盘组件220。每个压缩机圆盘组件220包括周向地填充有压缩机转子叶片的压缩机转子圆盘。定子250沿轴向跟随每个压缩机圆盘组件220。与沿着压缩机圆盘组件220的相邻定子250配对的每个压缩机圆盘组件220被认为是压缩机级。压缩机200包括多个压缩机级。进口导向叶片255在第一压缩机级的轴向前方。

后毂230可位于压缩机圆盘组件220的轴向后方，且可联接到最远的后压缩机圆盘组件220。后毂密封组件260配置成与后毂230形成密封。后毂密封组件可包括后挡板270，空气屏蔽件280和轴承盖290。

压缩机200还可包括扩散器240。扩散器240可位于压缩机圆盘组件220的轴向后部，且可位于至少一部分后毂230的径向外侧。扩散器240可被配置成将压缩气体从压缩机200导向到燃烧器300。

燃烧器300包括一个或多个喷射器310，且包括一个或多个燃烧室390。

涡轮机400包括涡轮机转子组件410和由涡轮机壳体围绕的涡轮机喷嘴450。涡轮转子组件410机械地联接到轴120。如图所示，涡轮转子组件410是轴流式转子组件。涡轮转子组件410包括一个或多个涡轮盘组件420。每个涡轮盘组件420包括周向地填充有涡轮叶片的涡轮盘。涡轮喷嘴450在每个涡轮盘组件420轴向前方。与在涡轮盘组件420前的相邻涡轮喷嘴450配对的每个涡轮盘组件420被认为是涡轮级。涡轮400包括多个涡轮级。

废气装置500包括废气扩散器510和废气收集器520。

图2是包括图1的部分后毂230和后毂密封组件260的压缩机200的剖视图。后毂230可包括主体部分234和圆盘部分231。主体部分234通常可以是圆柱形形状，且可包括阶梯式圆柱配置，其中后圆柱具有比相邻的前圆柱更小的直径。圆盘部分231可从主体部分234径向向外延伸。圆盘部分231的外边缘可形成通向扩散器的一部分气体路径。圆盘部分231可包括圆盘突出部232和圆盘部分后表面233。圆盘突出部232可从圆盘部分231的其余部分沿轴向向后和径向向外的方向延伸。圆盘部分后表面233是面向后方的圆盘部分231的后表面。

扩散器240可包括内部扩散器241。内部扩散器241可形成扩散器240的径向内部。内部扩散器241可包括内部扩散器主体242，第一内部扩散器凸缘244和第二内部扩散器凸缘246。内部扩散器主体242通常可具有中空圆柱形状。内部扩散器主体242可渐缩以增加或减小外部扩散器和内部扩散器241之间的高度。缩减可以是恒定的，或可在内部扩散器主体242的长度上增加/减小。第一内部扩散器凸缘244可从内部扩散器主体242径向向内延伸。第一内部扩散器凸缘244可以是环形形状。第二内部扩散器凸缘246可位于第一内部扩散器凸缘244的后方，且可从内部扩散器主体242径向向内延伸。第二内部扩散器凸缘246还可具有中空圆柱形状。第二内部扩散器凸缘246可邻近内部扩散器241的轴向后端。

后毂密封组件260可以是连接到燃气涡轮发动机100的其它固定部件(例如内部扩散器241和轴承组件壳体155)的固定组件。轴承组件壳体155还可支撑一个或多个轴承组件150。在所示的实施例中，轴承组件150位于轴承组件壳体155的径向内部，且连接到轴承组件壳体155。轴承组件150配置成支撑在主体部分234的后毂230。轴承组件壳体155和主体部分234可形成至少一部分油槽160。轴承组件壳体155可包括在轴向后方上延伸的一个或多个冷却通道202。

轴承盖290位于轴承组件壳体155的轴向前方以及主体部分234的径向外侧。轴承盖290包括轴承盖主体291，轴承盖外凸缘293和轴承盖内部部分292。轴承盖主体291可具有截头圆锥形状。轴承盖外凸缘293可从轴承盖主体291径向向外延伸且可位于轴承盖主体291的径向外端。轴承盖外凸缘293可包括环形形状，且配置成将轴承盖290联接到轴承组件壳体155(例如通过螺栓连接)。一个或多个冷却孔296可通过轴承盖外凸缘293轴向延伸，且与一个或多个冷却通道202流体连通。

轴承盖内部292可包括内部前端294和内部后端295。内部前端294可从轴承盖主体291的径向内端轴向向前延伸，远离轴承盖外凸缘293。内部后端295可从轴承盖主体291的径向内端轴向向后延伸，且可邻接内部前端294。内部前端294和内部后端295均可具有中空圆柱形状。在所述实施例中，内部前端294径向上厚于内部后端295。

轴承盖内部292可与主体部分234径向间隔开，从而在其间形成径向间隙288。第一密封件264可位于内部前端294，且第二密封件266可位于内端部后端295，以防止压缩空气通过在轴承盖内部部分292和主体部分234之间通过而进入油槽160。在所述实施例中，第一密封件264是从轴承盖内部部分292朝向主体部分234径向向内延伸的刷式密封件，第二密封件266是包括形成在主体部分234上的齿267和在轴承盖内部部分292上的波状表面268的迷宫式密封件。波状表面268可形成在或附接到内轴承盖内部部分292。在其他实施例中，第一密封件264是迷宫式密封件，第二密封件266是刷式密封件。在另一些实施例中，迷宫式密封件齿形成在轴承盖内部部分292上，且波状表面在主体部分234上。

空气屏蔽件280可位于轴承盖290的轴向前方和主体部分234的径向外部。空气屏蔽件280包括空气屏蔽件主体281，空气屏蔽件外凸缘283和空气屏蔽件内凸缘282。空气屏蔽件主体281可具有截头圆锥形状。空气屏蔽件主体281可与轴承盖主体291间隔开，在其间形成第一气隙289。冷却孔296和冷却通道202可从第一气隙289沿轴向向后方向延伸。空气屏蔽件外凸缘283可被配置为(例如通过压力/干涉或螺栓)将空气屏蔽件280联接到轴承盖290。空气屏蔽件外凸缘283可从空气屏蔽件主体281的径向外端轴向地向后延伸且可具有中空圆柱形状。

空气屏蔽件内凸缘282可以是位于空气屏蔽件主体281的径向内端处的中空圆柱形状，且可从空气屏蔽件主体281轴向向前延伸。空气屏蔽件内凸缘282可与主体部分234间隔开，在其间形成径向间隙288。第三密封件262可位于空气屏蔽件内凸缘282，以防止压缩空气经过空气屏蔽件内凸缘282和主体部分234之间并进入第一气隙289。第三密封件262可以是从空气屏蔽件内凸缘282朝向主体部分234径向向内延伸的刷式密封件。如图2所示，每个密封件可位于主体部分234的阶梯式圆柱体构型的不同层。

后挡板270通常可位于圆盘部分231和空气屏蔽件280之间。后挡板270可与圆盘部分231间隔开，在其间形成第二气隙239。后挡板270也可与空气屏蔽件280间隔开，在其间形成第三气隙279。后挡板270的轮廓可大致遵循圆盘部分后表面233的轮廓。

后挡板270可包括挡板径向部分271，挡板弯曲部分272，挡板外部部分275，挡板凸缘274和挡板内部部分273。挡板径向部分271可以是平坦形式，且大体可在径向延伸。挡板弯曲部分272可从挡板径向部分271的径向外端向后弯曲，且可具有恒定的半径，且可在挡板径向部分271和挡板外部部分275之间转变。挡板外部部分275可以从挡板弯曲部分272径向向外和轴向向后延伸。挡板外部部分275可以包括截头圆锥形状。

挡板凸缘274可从挡板外部部分275的径向外端径向向外延伸。挡板凸缘274和挡板外部部分275之间的连接可以是圆形。挡板凸缘274通常可具有径向形状，且可构配置(例如通过螺栓)联接到第一内部扩散器凸缘244。

挡板内部部分273可从挡板径向部分271的径向内端延伸。挡板内部部分273可从径向向内方向到朝向空气屏蔽件内凸缘282延伸的轴向向后方向弯曲。挡板内部部分273可与空气屏蔽件内凸缘282间隔开，在其间形成轴向间隙278。

后挡板270还可包括挡板前表面276和挡板后表面277。挡板前表面276可面向圆盘部分后表面233。挡板前表面276可具有类似于圆盘部分后表面233的轮廓。挡板向前表面276和圆盘部分后表面233可分别形成第二气隙239的向后和向前边界。挡板后表面277可与挡板前表面276相对。

夹紧环245可以是配置成联接到第一内部扩散器凸缘244且在其间夹紧挡板凸缘274的环形体。

图3是图2中被夹紧到内部扩散器241的后挡板270的透视图。图4是图3中后挡板270的透视图。如图3和图4所示，挡板凸缘274可包括挡板螺栓孔269和夹紧环245，夹紧环245可包括夹紧环螺栓孔247，夹紧环螺栓孔247配置成接收用于夹紧位于夹紧环245和第一内部扩散器凸缘244之间的挡板凸缘274在螺栓。

一个或多个上述部件(或它们的子部件)可由不锈钢和/或被称为“超合金”的耐用高温材料制成。超合金或高性能合金是在高温下表现出优异的机械强度、抗蠕变性、良好的表面稳定性、耐腐蚀和抗氧化性的合金。超合金可包括例如HASTELLOY、INCONEL、WASPALOY、RENE合金、HAYNES合金、INCOLOY、MP98T、TMS合金和CMSX单晶合金材料。

工业实用性

燃气涡轮发动机可适用于任何数量的工业应用，例如石油和天然气工业的各个方面(包括油和天然气的传输，收集，存储，取出和提升)，发电工业，热电联产，航空航天，以及其他交通运输业。

参考图1，气体(例如空气10)作为“工作流体”进入进口110，且被压缩机200压缩。在压缩机200中，工作流体在环形流动路径115中被一系列压缩机圆盘组件220压缩。特别的，空气10以编号的“级”来压缩，此级与每个压缩机圆盘220相关。例如，“第四级空气”可与下游或“后”方的第四压缩机圆盘组件220相关联，从进口110朝向废气装置500。同样地，每个涡轮盘组件420可与编号级相关。

一旦压缩空气10离开压缩机200进入燃烧器300，压缩空气10在其中扩散且添加燃料。空气10和燃料通过喷射器310喷射到燃烧室390中并燃烧。通过涡轮机400各级一系列涡轮盘组件420的燃烧反应来提取能量。然后，废气90可在废气扩散器510中扩散、收集和重新导向。废气90经由废气收集器520离开系统且可被进一步处理(例如，以减少有害排放物和/或从废气90回收热量)。

一部分压缩气体可被导向到(例如冷却通道202)冷却路径中，且被导向到燃烧器300和涡轮机400的各个部分，以冷却各种部件(例如燃烧室390和涡轮喷嘴450)。压缩气体可流动到后毂230的轴向后方且可通过风阻加热来加热。在后毂230附近提供后挡板270可减少在后毂230的轴向后方流动的压缩气体的风阻加热。减小风阻加热可减少由该加热引起的寄生功率损失，且可增加压缩气体作为冷却介质的有效性，以及降低接触压缩气体的各种部件和材料的温度。

虽然该压缩气体可用作燃烧器300和涡轮机400内的冷却介质，但该压缩气体可增加油槽160内的压力和温度，这可能导致油污染和降解，且还可能导致在油循环系统内使用的各种密封件的退化。

提供具有第一密封件264的轴承盖290和具有后挡板270的第二密封件266能够减少/防止压缩气体进入油槽160，且能够防止槽内的压力和温度的增加。第一密封件264和第二密封件266可以是成对在一起的刷式密封件和迷宫式密封件。刷式密封件可更耐受振动和运动/不平衡，而迷宫式密封件通常更耐用。

第三密封件262越紧密，则第三密封件262和后毂主体部分234之间的距离越小。第三密封件262可减少进入第一气隙289的压缩气体的量和压力，可减少轴承盖290上的热负荷，且可进一步降低油槽160内的压力/温度的增加。在实施例中，气体涡轮发动机100可被重新配置为将压缩气体从燃气涡轮发动机100的不同部分导向到冷却通道202中。

前述的具体实施方式本质上仅仅是示例性的，且不旨在限制本发明或本发明的应用和用途。所述实施例不限于结合特定类型的燃气涡轮发动机使用。因此，虽然为了方便解释，本发明描绘和描述了特定的后部轮毂密封组件，但是应当认为，包括根据本发明的后部挡板的后部轮毂密封组件可以在各种其他配置中实施，与各种其他类型的燃气涡轮发动机一起使用，且可用在其他类型的机器中。此外，不希望受前述背景技术或具体实施方式中提出的任何理论的约束。还应当理解，这些图示可能包括夸张的尺寸是为了更好地示出所示的参考项目，且不被认为是限制性的，除非明确地如此陈述。