涡轮机护罩安装和密封结构的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明主要涉及燃气涡轮发动机涡轮机并且更具体地涉及用于密封这种发动机的涡轮机部段的设备。
[0002]燃气祸轮发动机包括祸轮机构芯部(turbomachinery core)，该祸轮机构芯部具有处于串行流关系中的高压压缩器、燃烧器、和高压涡轮。芯部能够以已知的方式运转以产生初级气体流。在涡轮喷气或涡轮风扇发动机中，芯部排气被引导通过排气喷嘴以产生推力。
[0003]涡轮风扇发动机利用位于芯部的下游的低压涡轮机从初级流中提取能量以驱动产生推进推力的风扇。低压涡轮机包括由固定翼片或喷嘴构成的环形阵列，该环形阵列将离开燃烧器的气体引导到旋转叶片或桨叶(bucket)中。一排喷嘴和一排叶片共同构成了一“级”。通常，两个或多个级呈串行流关系使用。
[0004]这些部件在高温环境中运转。必须保护位于气体流动路径外侧的邻近部件(例如壳体)使其免受高温的影响以确保其具有适当的使用年限。因此，流动路径气体在部件之间的泄漏、例如在涡轮机转子护罩与相邻的涡轮机喷嘴之间的泄漏是不合乎要求的。现有技术设计已经尝试通过将蜂窝压缩在护罩上而使泄漏间隙最小化。尽管是略微有效的，但这并未完全防止泄漏。
[0005]因此，对于防止护罩与相邻部件之间的泄漏的涡轮机护罩构造存在需要。
【发明内容】
[0006]通过本发明解决了该需要，本发明提供了一种涡轮机护罩，该涡轮机护罩安装有由压缩的蜂窝状的密封件与槽接(spline)密封件构成的组合件以防止泄漏。
[0007]根据本发明的一个方面，一种具有中央轴线的用于燃气涡轮发动机的涡轮机护罩设备包括:护罩节段，该护罩节段具有:在前端与后端之间轴向地延伸并在相对的端面之间横向地延伸的弓形本体，其中，端面中的每一个都包括形成在其中的密封槽口 ；和安装于本体的弓形固定密封构件；涡轮机翼片，该涡轮机翼片放置在护罩节段的轴向后部；和外壳，该外壳环绕护罩节段和涡轮机翼片；其中，涡轮机翼片安装于外壳以便靠在固定密封构件上，从而压缩它并迫使护罩节段径向向外地靠在外壳上。
[0008]根据本发明的另一方面，一种具有中央轴线的用于燃气涡轮发动机的涡轮机护罩设备包括:由可旋转的涡轮机叶片构成的环形阵列，每一个叶片都具有从其径向向外突出的环形的密封齿；护罩，该护罩环绕涡轮机叶片，护罩包括由并排的护罩节段构成的环形阵列，每一个护罩节段都具有:在前端与后端之间轴向地延伸并且在相对的端面之间横向地延伸的弓形本体，其中，端面中的每一个都包括形成在其中的密封槽口 ；和安装于本体的弓形固定密封构件，其中，相邻的护罩节段的端面彼此抵接并且至少一个槽接密封件接收在密封槽口中以跨越相邻的护罩节段之间的间隙；设置在护罩的轴向后部的、由翼型件形状的涡轮机翼片构成的环形阵列；和外壳，该外壳环绕护罩节段和涡轮机翼片；其中，涡轮机翼片中的每一个都安装于外壳以便靠在固定密封构件中的一个上，从而压缩密封构件并迫使相关联的护罩节段径向向外地靠在外壳上。
【附图说明】
[0009]通过参照结合附图进行的下列说明可更好地理解本发明，在附图中:
[0010]图1是根据本发明构建的燃气涡轮发动机的横断面示意图；
[0011]图2是图1中所示的发动机的涡轮机部段的一部分的放大图；
[0012]图3是图2中所示的涡轮机护罩节段的前主视图；
[0013]图4是图2中所示的护罩节段的一部分的侧视图；和
[0014]图5是两个并排的护罩节段的一部分的横断面视图，其示出了安装在其中的槽接密封件。
【具体实施方式】
[0015]参照附图，在附图中，相同的附图标记贯穿多幅视图表示相同的元件，图1和图2描绘了燃气涡轮发动机10的一部分，该部分除了其它结构以外还具有风扇12、低压压缩器或“增压器” 14、高压压缩器16、燃烧器18、高压涡轮机20、和低压涡轮机22。高压压缩器16提供了压缩气体，该压缩气体主要进入到燃烧器18中以支持燃烧并部分地围绕燃烧器18，在燃烧器18处，该压缩气体用于冷却燃烧器衬里(liner)和位于更下游处的涡轮机构。燃料被引入到燃烧器18的前端中并与空气以常规的方式混合。所获得的燃料-空气混合物被点燃用于产生热的燃烧气体。热的燃烧气体被排放至高压涡轮机20，在高压涡轮机20处，热的燃烧气体膨胀，以便将能量提取出来。高压涡轮机20通过外部轴24驱动高压压缩器16。离开高压涡轮机20的气体被排放至低压涡轮机22，在低压涡轮机22处，它们进一步膨胀并且能量被提取出来以通过内部轴26驱动增压器14和风扇12。
[0016]在所示示例中，发动机为涡轮风扇发动机。然而，本文中所述的原理同样可适用于涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、和涡轮风扇发动机、以及用于其它车辆或用在固定应用中的涡轮发动机。
[0017]低压涡轮机22包括承载翼型件形状的涡轮机叶片28的阵列的转子，这些涡轮机叶片28从围绕发动机10的中央轴线“A”旋转的盘向外延伸。如在图2中所见，每一个叶片28的尖端30都具有一个或多个环形的凸缘状的密封齿32，这些密封齿32从尖端30径向向外地延伸。多个护罩节段34呈环形设置以便紧密地环绕涡轮机叶片28并由此限定用于流经该转子的热的气体流的外部径向流动路径边界。
[0018]每一个护罩节段34都包括弓形本体36，该弓形本体36在端面38 (参见图3)之间延伸并具有前端40和后端42。从后至前，本体36包括相对于中央轴线A以锐角延伸的第一腿44、同样相对于中央轴线A以锐角延伸的第二腿46、从第二腿46大致径向向内地延伸的第三腿48、和从第三腿48大致轴向向前地延伸的第四腿50。第一腿44和第二腿46以小的“V”形角交汇，其中，V的顶点径向向外面对。
[0019]第二腿46的前端沿轴向方向悬于第三腿48之上，使得这两个腿限定前部凸缘52。同样，突部54邻近于第一腿44与第二腿46的交汇处放置并包括形成在其中的径向向外面对的沟槽56。
[0020]在端面38处，腿44、46、48和50中的每一个均包括槽口 58，该槽口 58被确定尺寸并成形以接收常规的槽接密封件59(参见于图5中)。槽接密封件呈插入在槽口 58中的由金属或其它适用的材料构成的薄带的形式。槽接密封件跨越位于护罩节段34之间的间隙。
[0021]固定密封构件60安装于本体36的径向内表面。密封构件60用于与密封齿32 —起形成非接触式的旋转密封。密封构件60构造成在运转期间与密封齿32接触的情况下、即称之为“摩擦”的情况下是耗蚀性的(sacrificial)。存在多种类型的耗蚀性的材料，例如非金属的可研磨材料和蜂窝状结构。
[0022]在所示示例中，密封构件60包括已知类型的金属的蜂窝状结构，该金属的蜂窝状结构包括沿径向方向延伸的多个并排的小室。密封构件60具有与本体36的内表面相一致的背面。它还包括流动路径表面62。流动路径表面62包括限定阶梯状轮廓的多个圆柱体形的部分，每一个“阶梯”的表面均被选择成向相邻的密封齿32提供所需的空隙。在本体36的后端处，密封构件60径向向内地延伸超过本体36的第一腿44，以形成略微过盈的配合，如在下文中更为详细地所述。悬挂的高度“H”在图4中示出，出于说明的目的，该高度被大幅夸大。
[002