用于涡轮机的近流动路径密封件的制作方法

本发明大体地涉及涡轮机的技术，并且更特别地涉及用于涡轮机的近流动路径密封件(near flow path seal)和修复近流动路径密封件的方法。

背景技术：

涡轮机包括容纳涡轮的壳体。涡轮包括沿气体路径延伸的多个叶片或者轮叶。轮叶由大量限定多个涡轮级的涡轮转子所支撑。燃烧器组件产生热气体，所述热气体朝向多个涡轮级穿过过渡件。除了来自燃烧器组件的热气体外，处于较低温度下的气体从压缩机朝向涡轮的轮空间流动。较低温气体提供了用于涡轮的转子以及其它内部构件的冷却。为了阻止热气体进入轮空间，涡轮包括布置在邻近的转子之间的近流动路径密封件。近流动路径密封件构造成紧密地邻近转子或轮叶装配以减少从气体路径到轮空间中的泄漏。

近流动路径密封件典型地包括密封元件，也称为齿，所述密封元件与定位在邻近的轮叶之间的定子处于转动接触中。传统地定子包括典型地由镍合金制成的蜂窝区域，该蜂窝区域与也典型地由镍合金制成的近流动路径密封件的密封元件处于转动接触中。在密封元件和蜂窝之间的化学亲和力使得能够发生磨损并且在过早失效中导致从密封元件的顶端扩散的裂缝。

此外，传统的近流动路径密封件和密封元件典型地模制成单件。由于密封元件的伸长且典型地薄的轮廓，进一步提升模制温度以确保材料适当地流动到密封元件的部分中并且填充密封元件的部分。所导致的燕尾形区段的晶粒结构可被扩大，这可不利地影响材料特性，例如产生降低的疲劳特性。

技术实现要素：

本发明涉及一种用于涡轮机的近流动路径密封部件，该近流动路径密封部件包括密封主体，该密封主体具有第一端部部分，该第一端部部分延伸到具有燕尾形部件的第二端部部分。第一端部部分包括第三端部和第四端部，该第三端部和该第四端部具有在其之间延伸且背离燕尾形部件的表面。表面具有在第三端部和第四端部之间延伸的纵向轴线。在表面中所形成的凹口具有几何形状以容纳具有延伸到至少一个密封元件的基座的密封元件组件。密封元件组件选择性地可安装到凹口或可从凹口移除。

本发明还涉及一种在涡轮机的安装位置中修复近流动路径密封部件的方法，该方法包括提供密封主体，该密封主体具有第一端部部分，该第一端部部分延伸到具有燕尾形部件的第二端部部分。第一端部部分包括第三端部和第四端部，该第三端部和该第四端部限定了在其之间延伸且背离燕尾形部件的表面。表面具有在第三端部和第四端部之间延伸的纵向轴线。在表面中所形成的凹口具有几何形状以容纳具有延伸到至少一个密封元件的基座的密封元件组件。密封元件组件已经事先安装。该方法此外包括移除密封元件组件以及安装另外的密封元件组件。

技术方案1. 一种近流动路径密封部件(30)，包括：

密封主体(40)，该密封主体具有第一端部部分(42)，该第一端部部分(42)延伸到具有燕尾形部件(48)的第二端部部分(44)，所述第一端部部分(42)包括第三端部(54)和第四端部(56)，该第三端部(54)和该第四端部(56)具有在其之间延伸且背离所述燕尾形部件(48)的表面(58)，所述表面(58)具有在所述第三端部(54)和所述第四端部(56)之间延伸的纵向轴线(60)；

在所述表面(58)中形成的凹口(62)，该凹口具有几何形状以容纳密封元件组件(64)，该密封元件组件具有延伸到至少一个密封元件(68)的基座(66)；

其中，所述密封元件组件(64)选择性地可安装到所述凹口(62)或可从所述凹口(62)移除。

技术方案2. 根据技术方案1所述的近流动路径密封部件(30)，其特征在于，所述密封元件(68)由第一种材料组成并且所述密封主体由不同于所述第一种材料的第二种材料组成。

技术方案3. 根据技术方案2所述的近流动路径密封部件(30)，其特征在于，所述第一种材料由包含下者的组群组成，即：钴基合金、非焊接可修复的在其微观结构中具有大于约30%体积百分比的γ'粒子的合金，包括Rene'-108(MAR M-247或CM-247)，Rene'-142，Rene'-N2，Rene'-N6，Rene'-195，GTD-444，GTD-111，PWA-1480，CMSX-4、不锈钢、陶瓷基复合材料("CMC")、覆盖在所述第一种材料上且能够当放置成与所述第二种材料接触时阻止磨损的覆层材料及其组合。

技术方案4. 根据技术方案2所述的近流动路径密封部件(30)，其特征在于，所述第二种材料由包含下者的组群组成，即：超级合金、非焊接可修复的在其微观结构中具有大于约30%体积百分比的γ'粒子的合金，包括Rene'-108(MAR M-247或CM-247)，Rene'-142，Rene'-N2，Rene'-N6，Rene'-195，GTD-444，GTD-111，PWA-1480，CMSX-4、覆盖在所述凹口(62)上且能够当放置成与所述第一种材料接触时阻止磨损的覆层材料及其组合。

技术方案5. 根据技术方案1所述的近流动路径密封部件(30)，所述几何形状为包括相反的端部(70)的沟槽，所述相反的端部(70)具有允许与所述密封元件组件(64)的所述基座(66)的可滑动的接合/分离的配合特征。

技术方案6. 根据技术方案5所述的近流动路径密封部件(30)，其特征在于，所述可滑动的接合包括在安装所述密封元件组件(64)随后在所述沟槽和所述密封元件组件(64)的所述基座(66)中的至少一个中使所述配合特征的部分变形。

技术方案7. 根据技术方案5所述的近流动路径密封部件(30)，其特征在于，所述可滑动的分离包括在分离所述密封元件组件(64)随后移除在所述沟槽和所述密封元件组件(64)的所述基座(66)中的至少一个中形成的所述配合特征的变形的部分。

技术方案8. 根据技术方案7所述的近流动路径密封部件(30)，其特征在于，移除变形的部分通过钻孔或磨削来实现。

技术方案9. 根据技术方案5所述的近流动路径密封部件(30)，其特征在于，所述可滑动的接合/分离的方向大体上与所述纵向轴线正交。

技术方案10. 根据技术方案1所述的近流动路径密封部件(30)，其特征在于，所述可滑动的接合/分离可在没有从在涡轮机(2)中的安装位置移除所述近流动路径密封部件(30)的情况下实现。

技术方案11. 根据技术方案1所述的近流动路径密封部件(30)，其特征在于，所述密封元件组件(64)通过机械加工过程来制造。

技术方案12. 根据技术方案1所述的近流动路径密封部件(30)，其特征在于，所述密封元件(68)具有在约0.07英寸和约2.5英寸之间的厚度。

技术方案13. 根据技术方案1所述的近流动路径密封部件(30)，其特征在于，所述密封主体通过模制来形成。

技术方案14. 一种在涡轮机(2)的安装位置中修复近流动路径密封部件(30)的方法，包含：

提供密封主体，该密封主体具有第一端部部分(42)，该第一端部部分(42)延伸到具有燕尾形部件(48)的第二端部部分(44)，所述第一端部部分(42)包括第三端部(54)和第四端部(56)，该第三端部(54)和该第四端部(56)限定了在其之间延伸且背离所述燕尾形部件(48)的表面(58)，所述表面(58)具有在所述第三端部(54)和所述第四端部(56)之间延伸的纵向轴线；在所述表面(58)上形成的凹口(62)，该凹口具有几何形状以容纳具有延伸到至少一个密封元件(68)的基座(66)的密封元件组件(64)；所述密封元件组件(64)已经事先被安装；

移除所述密封元件组件(64)；并且

安装另外的密封元件组件(64)。

技术方案15. 根据技术方案14所述的方法，其特征在于，移除所述密封元件组件(64)包括

移除在沟槽和所述密封元件组件(64)的所述基座(66)中的至少一个中形成的来自配合特征的变形的部分。

实施方案1. 一种近流动路径密封部件，包括：

密封主体，该密封主体具有第一端部部分，该第一端部部分延伸到具有燕尾形部件的第二端部部分，所述第一端部部分包括第三端部和第四端部，该第三端部和该第四端部具有在其之间延伸且背离所述燕尾形部件的表面，所述表面具有在所述第三端部和所述第四端部之间延伸的纵向轴线；

在所述表面中形成的凹口，该凹口具有几何形状以容纳密封元件组件，该密封元件组件具有延伸到至少一个密封元件的基座；

其中，所述密封元件组件选择性地可安装到所述凹口或可从所述凹口移除。

实施方案2. 根据实施方案1所述的近流动路径密封部件，其特征在于，所述密封元件由第一种材料组成并且所述密封主体由不同于所述第一种材料的第二种材料组成。

实施方案3. 根据实施方案2所述的近流动路径密封部件，其特征在于，所述第一种材料由包含下者的组群组成，即：钴基合金、非焊接可修复的在其微观结构中具有大于约30%体积百分比的γ'粒子的合金，包括Rene'-108(MAR M-247或CM-247)，Rene'-142，Rene'-N2，Rene'-N6，Rene'-195，GTD-444，GTD-111，PWA-1480，CMSX-4、不锈钢、陶瓷基复合材料("CMC")、覆盖在所述第一种材料上且能够当放置成与所述第二种材料接触时阻止磨损的覆层材料及其组合。

实施方案4. 根据实施方案2所述的近流动路径密封部件，其特征在于，所述第二种材料由包含下者的组群组成，即：超级合金、非焊接可修复的在其微观结构中具有大于约30%体积百分比的γ'粒子的合金，包括Rene'-108(MAR M-247或CM-247)，Rene'-142，Rene'-N2，Rene'-N6，Rene'-195，GTD-444，GTD-111，PWA-1480，CMSX-4、覆盖在所述凹口上且能够当放置成与所述第一种材料接触时阻止磨损的覆层材料及其组合。

实施方案5. 根据实施方案1所述的近流动路径密封部件，所述几何形状为包括相反的端部的沟槽，所述相反的端部具有允许与所述密封元件组件的所述基座的可滑动的接合/分离的配合特征。

实施方案6. 根据实施方案5所述的近流动路径密封部件，其特征在于，所述可滑动的接合包括在安装所述密封元件组件随后在所述沟槽和所述密封元件组件的所述基座中的至少一个中使所述配合特征的部分变形。

实施方案7. 根据实施方案5所述的近流动路径密封部件，其特征在于，所述可滑动的分离包括在分离所述密封元件组件随后移除在所述沟槽和所述密封元件组件的所述基座中的至少一个中形成的所述配合特征的变形的部分。

实施方案8. 根据实施方案7所述的近流动路径密封部件，其特征在于，移除变形的部分通过钻孔或磨削来实现。

实施方案9. 根据实施方案5所述的近流动路径密封部件，其特征在于，所述可滑动的接合/分离的方向大体上与所述纵向轴线正交。

实施方案10. 根据实施方案1所述的近流动路径密封部件，其特征在于，所述可滑动的接合/分离可在没有从在涡轮机中的安装位置移除所述近流动路径密封部件的情况下实现。

实施方案11. 根据实施方案1所述的近流动路径密封部件，其特征在于，所述密封元件组件通过机械加工过程来制造。

实施方案12. 根据实施方案1所述的近流动路径密封部件，其特征在于，所述密封元件具有在约0.07英寸和约2.5英寸之间的厚度。

实施方案13. 根据实施方案1所述的近流动路径密封部件，其特征在于，所述密封主体通过模制来形成。

实施方案14. 一种在涡轮机的安装位置中修复近流动路径密封部件的方法，包含：

提供密封主体，该密封主体具有第一端部部分，该第一端部部分延伸到具有燕尾形部件的第二端部部分，所述第一端部部分包括第三端部和第四端部，该第三端部和该第四端部限定了在其之间延伸且背离所述燕尾形部件的表面，所述表面具有在所述第三端部和所述第四端部之间延伸的纵向轴线；在所述表面上形成的凹口，该凹口具有几何形状以容纳具有延伸到至少一个密封元件的基座的密封元件组件；所述密封元件组件已经事先被安装；

移除所述密封元件组件；并且

安装另外的密封元件组件。

实施方案15. 根据实施方案14所述的方法，其特征在于，移除所述密封元件组件包括

移除在沟槽和所述密封元件组件的所述基座中的至少一个中形成的来自配合特征的变形的部分。

实施方案16. 根据实施方案15所述的方法，其特征在于，移除变形部分通过钻孔或磨削来实现。

实施方案17. 根据实施方案15所述的方法，其特征在于，在移除变形部分随后，移除所述密封元件组件包括给所述密封元件组件施加足够的力以使所述密封元件组件相对于所述凹口可滑动地运动。

实施方案18. 根据实施方案17所述的方法，其特征在于，可滑动运动的方向大体上与所述纵向轴线正交。

实施方案19. 根据实施方案14所述的方法，其特征在于，移除所述密封元件组件在没有从在涡轮机中的安装位置移除所述近流动路径密封部件的情况下实现。

实施方案20. 根据实施方案14所述的方法，其特征在于，所述密封元件组件通过机械加工过程来制造。

本发明的其它特征和优点将可从下文结合借助于示例阐明了本发明的原理的附图对优选的实施例所进行的更详细的描述中看出。

附图说明

图1是包括具有按照一种示范性的实施例的近流动路径密封部件的涡轮部分的涡轮机的示意图。

图2是图1的包括布置在涡轮级之间的示范性的近流动路径密封部件的涡轮部分的部分横截面侧视图。

图3是示范性的近流动路径密封部件的放大的部分侧视图(side elevation view)。

图4是示范性的近流动路径密封部件的放大的部分侧视图。

图5是示范性的近流动路径密封部件的放大的部分侧视图。

图6是说明了在涡轮机的安装位置中准备近流动路径密封部件的方法的流程图。

具体实施方式

参考图1和2，按照一种示范性的实施例所构建的涡轮机大体地以2指示。涡轮机2包括运转地(operatively，有时称为起作用地)连接到涡轮部分6上的压缩机部分4。燃烧器组件8流体地连接到压缩机部分4和涡轮部分6上。燃烧器组件8由多个周向上隔开的燃烧器形成，其中一个燃烧器以10指示。当然应理解的是，燃烧器组件8可包括燃烧器的其它布置。压缩机部分4也通过共同的压缩机/涡轮轴12连结到涡轮部分6上。燃烧器组件8将燃烧产物通过过渡件(未示出)输送到涡轮部分6中的气体路径18。燃烧产物通过涡轮部分6膨胀，例如给发电机、泵、航空器或类似物提供动力。

在所示出的示范性的实施例中，涡轮部分6包括大量级，其中一个级以20指示。当然应理解的是，在涡轮部分6中的级的数目可改变。级20包括：多个定子或喷嘴，其中一个定子或喷嘴以24指示；和多个轮叶或叶片，其中一个轮叶或叶片以26指示，安装在转子轮(未示出)上。在所示出的示范性的实施例中，另外多个叶片或轮叶(其中一个叶片或轮叶以28指示)布置在喷嘴24的上游。轮叶28形成涡轮部分6中的上游级的一部分。涡轮机2也显示成包括多个近流动路径密封部件，其中一个近流动路径密封部件以30指示的方式布置在轮叶26和28之间且布置在喷嘴24下方。近流动路径密封部件30通过密封部件转子32安装在轴12上。近流动路径密封部件30构造成阻止在气体路径18和涡轮机2的轮空间34之间的气体交换。在这一点上应理解的是，涡轮机2包括布置在涡轮部分6的邻近的级(未示出)之间的额外的近流动路径密封部件(也未示出)。

在描述按照一种示范性的实施例的近流动路径密封部件30时现在将参考图3。近流动路径密封部件30包括主体或密封主体40，其包括第一端部部分42，该第一端部部分42通过颈部或中间部分46延伸至第二端部部分44。第二端部部分44包括燕尾形部件48。燕尾形部件48提供了在近流动路径密封部件30和密封部件转子32之间的接口。

图3显示了近流动路径密封部件30的第一端部部分42，其包括第一臂组件50和相反的第二臂组件52，第一臂组件50和第二臂组件52各自从密封主体40的第一端部部分42以悬臂的方式向外伸出(cantilever)。第一臂组件50延伸至第三端部54并且第二臂组件52延伸至尾部或第四端部56。第一端部部分42具有在第三端部54和第四端部56之间延伸且背离燕尾形部件48的表面58。表面58具有在第三端部54和第四端部56之间延伸的纵向轴线60。在表面58中形成凹口62，该凹口具有几何形状以容纳密封元件组件64，该容纳密封元件组件64具有延伸到至少一个密封元件68的基座66。如将在下面进一步详细所讨论的那样，密封元件组件64选择性地可安装到凹口62或可从凹口62移除。密封元件68可具有在大约0.07英寸和大约2.50英寸之间、在大约0.07英寸和大约1.5英寸之间、在大约0.1英寸和大约0.75英寸之间、在大约0.1英寸和大约0.50英寸之间、大约0.1英寸或任何合适的范围或其子范围的厚度。作为密封元件组件64和密封主体40独立地制造的结果，当密封主体40通过模制形成时，可利用较低的模制温度，这可导致较小的晶粒结构，从而至少改善材料疲劳特性。此外，作为密封元件组件64独立地制造的结果，密封元件组件64可通过机械加工过程(machining process，有时称为机械加工工艺)例如使用车床、铣床、刳刨机、磨床或其它合适的机械加工过程来制造，减少与制造近流动路径密封部件相伴随的花费。

在一个实施例中，密封元件组件64和密封主体40可由不同的材料组成。例如，在一个实施例中，密封元件组件64由包含下者的组群所组成，即：钴基合金(例如L-605，HS-188，FSX-414)、镍基合金(例如R108，GTD-262，GTD-141+，GTD-141，GTD-111，Rene N2，IN-718，IN-725，IN-706，IN-901，IN-925，Hast-X，IN-625)、不锈钢例如3XX系列和4XX系列可取决于在涡轮中的环境温度而使用、陶瓷基复合材料("CMC")(例如SiC纤维加强SiC复合材料和氧化铝纤维加强氧化物陶瓷复合材料)、覆盖在密封元件组件上且能够当放置成与密封主体接触时阻止磨损的覆层材料(例如CM-64，司太立-6(Stellite-6)，T-800，氧化铝，碳化硅，氮化硼)，或其组合。

在一个实施例中，密封主体40由包含下者的组群所组成，即：超级合金，包括钴基合金(例如L-605，HS-188，FSX-414)、镍基合金(例如R108，GTD-262，GTD-141+，GTD-141，GTD-111，Rene N2，IN-718，IN-725，IN-706，IN-901，IN-925，Hast-X，IN-625)、不锈钢例如3XX系列和4XX系列可取决于在涡轮中的环境温度而使用，陶瓷基复合材料("CMC")(例如SiC纤维加强SiC复合材料和氧化铝纤维加强氧化物陶瓷复合材料)、覆盖在凹口62上且能够当放置成与密封元件组件64的基座66接触时阻止侵蚀和磨损的覆层材料(例如司太立-6(Stellite-6)，LOB1800G，Alumazite，氧化铝，碳化硅和氮化硼)或其组合。

应理解的是，作为密封元件组件64独立地制造的结果，材料选择可增加至包括非焊接可修复的在其微观结构中可具有大于约30%体积百分比的γ'粒子(gamma prime particles)的合金，例如Rene'-108(MAR M-247或CM-247)，Rene'-142，Rene'-N2，Rene'-N6，Rene'-195，GTD-444，GTD-111，PWA-1480，CMSX-4。

在一个实施例中，凹口62的几何形状为具有相反的端部70,72的沟槽，所述相反的端部70，72具有允许与密封元件组件64的基座66的可滑动的接合/分离的配合特征。例如，在一个实施例中，凹口62的端部70,72限定了配合特征例如端部70,72向内部指向彼此以允许与密封元件组件64的基座66的对应端部74,76的可滑动的接合。在一个实施例中，凹口62限定了配合特征例如端部70,72形成锯齿形以允许与密封元件组件64的基座66的对应端部74,76的可滑动的接合。应被理解的是，可使用允许在密封元件组件64的基座66的对应端部74,76和凹口62的端部70,72之间的可滑动的接合/分离的其它配合特征。在一个实施例中，可滑动的接合/分离的方向大体上与纵向轴线60正交(normal，有时称为垂直)。

应理解的是，术语"配合特征"意为包括沿着第一端部部分42的表面58的与密封元件组件64的基座66处于接触中的任何部分。

如此外在图3中所示出的那样，可滑动的接合包括在安装密封元件组件64随后在凹口62和密封元件组件64的基座66中的至少一个中使配合特征的部分变形，如通过变形区域78所指示的那样。

应理解的是，可滑动的分离包括在分离密封元件组件64随后在分离密封元件组件64和密封元件组件64的基座66随后移除在凹口62和密封元件组件64的基座66中的至少一个中形成的配合特征的变形的部分78。

在一个实施例中，移除变形的部分78可通过钻孔、磨削或其它合适的可用以将材料从密封元件组件64和密封主体40中的一个或多个中移除的操作来实现。

图4显示了类似于密封元件组件64的具有基座166和一个密封元件168的密封元件组件164的示范性的实施例，。

图5显示了类似于密封元件组件64的具有基座266和一对密封元件268的密封元件组件264的示范性的实施例。

图5显示了类似于密封元件组件64的具有基座366和一对密封元件368的密封元件组件364的示范性的实施例。应被理解的是，如在图5中所示出的那样，可与近流动路径密封部件一起使用多于一个密封元件组件(例如，264和364)。

应被理解的是，密封元件组件可包括一个或多个密封元件。

图6是说明了在涡轮机的安装位置中修复近流动路径密封部件的一种方法的流程图，不过可使用其它方法。对于在此的目的，术语“一”和“一种”能够与“至少一个”或者直接跟随有词尾"(s)"的术语可交换地使用。该过程的初始步骤100典型地包括移除密封元件组件64(图3)。移除密封元件组件64的步骤100包括移除在凹口62(图3)和密封元件组件64的基座66(图3)中的至少一个中形成的来自配合表面的变形的部分78，例如通过钻孔、磨削或者其它合适的材料移除过程(material removal process，有时称为材料移除工艺)。步骤100还包括通过给密封元件组件64施加足够的力以使密封元件组件64相对于凹口62可滑动地运动来移除密封元件组件64(图1)。在一个实施例中，可滑动运动的方向大体上与纵向轴线60(图3)正交。在一个实施例中，密封元件组件64的移除在没有从涡轮机中的安装位置中移除近流动路径密封部件30的情况下来实现。在一个实施例中，密封元件组件64通过机械加工过程来制造，例如利用车床、铣床、刳刨机、磨床或其它合适的机械加工过程。

一旦密封元件组件64已经被移除，图6的过程的下一步骤102包括在涡轮机2中安装另外的密封元件组件64(图3)。安装另外的密封元件64的步骤102包括给密封元件组件64施加足够的力以使密封元件组件64相对于凹口62可滑动地运动直到密封元件组件64已经被安装在涡轮机2中的近流动路径密封部件30中。步骤102此外包括在安装密封元件组件64随后在凹口62和密封元件组件64的基座66的至少一个中使配合特征的部分变形，如通过变形的区域78(图3)所指示的那样。

虽然已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下可做出各种改变并且可用等同物代替其元件。此外可做出一些修改以使得特定情况或材料适合于本发明的教导而不脱离本发明的本质范围。因此，意图本发明不受限于作为预期用于执行本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。