在密封处具有改善的密封效果的涡轮机装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在密封处具有改善的密封效果的涡轮机装置。
【背景技术】
[0002]在燃气涡轮机发动机中，将热气体从燃烧室输送至涡轮机部，在涡轮机部中定子翼叶被设计成将热的燃烧气体引导至转子叶片上，从而导致转子叶片所连接的转子发生旋转运动。这些定子翼叶和转子叶片的径向向内和向外的翼型、平台、外壳、或者其它部件可以存在从而形成环形流体通道，定子翼叶和转子叶片的翼型延伸进入该环形流体通道中，并且热的燃烧气体被引导经过该环形流体通道。
[0003]作为旋转部件的各排的转子叶片、和作为非旋转部件的各排的定子翼叶被交替地布置，在各排的转子叶片与各排的定子翼叶之间可存在间隙。目前研宄目标是减小这些间隙的大小和/或将这些间隙密封，使得没有或者很少的主流流体经过这些间隙而丢失。将转子叶片与定子翼叶之间的这些间隙加以密封的结构可称为边缘密封。
[0004]专利和专利申请EP I 731 717 A2、EP I 731 718 A2、EP I 939 397 A2、US7,452, 182 B2、和US 2008/0145216 Al揭示了不同类型的密封，这些密封将把热主流流体保持在环形流体通道的内部，有可能地热流体不泄漏进入边缘密封空腔并且也有可能冷却流体不经由边缘密封流出而进入主流中。在定子翼叶与转子叶片之间可存在小的间隙，经过该小间隙并且也基于公差、涡轮机部件的热膨胀及有关流体的压力差，主流流体会经过密封泄漏而离开主流流体路径。也有可能的是，第二流体源(可以是用于使转子叶片冷却的空气)会经过密封在相反方向上泄漏进入主流流体路径。这两种类型的流体和/或空气的流入或流出甚至会在相同密封的不同操作模式中发生，或者甚至会在主流流体路径中的不同周向位置发生。
[0005]因此，本发明的目的是提供一种改进的涡轮机装置，该涡轮机装置导致在大多数操作模式中有极少的流体经由密封流入和流出主流流体路径，从而导致例如气动损失的减小和涡轮机装置效率的提高。尤其是，本发明的另一个目的是提供一种在操作期间需要较少地对空气进行密封的涡轮机装置。
【发明内容】
[0006]本发明试图解决所述缺点。
[0007]该目的是由独立权利要求而实现。从属权利要求描述了本发明的有利特征和修改。
[0008]根据本发明，提供一种涡轮机装置，即具体地提供一种包括转子和定子的燃气涡轮机发动机的涡轮机部。转子绕着转子轴线而旋转并且包括径向地向外延伸的多个转子叶片段(被环形段分段)，其中“向外”表示相对于转子轴线垂直于转子轴线的远离转子轴线的方向，并且其中“径向地”表示垂直于转子轴线且开始于作为中心轴线的转子轴线的方向。各转子叶片段包括翼型和径向的内叶片平台。“径向的内平台”表示主流体路径的第一边界与第二边界相对，其中在第一边界与第二边界之间引导主流体，并且第一边界将主流体路径限制在转子轴线的方向上。
[0009]定子围绕转子从而形成用于加压工作流体(即主流体)的环形流动路径，并且定子包括设置在与多个转子叶片相邻位置的多个引导翼叶段(由环形段所分段)，其中多个引导翼叶径向地向内延伸。各引导翼叶段包括翼型和径向的内翼叶平台。定子还包括:同轴地对准转子轴线的柱形定子壁、及被布置在柱形定子壁的外表面中部上的环形定子壁。“中部”具体地表示柱形定子壁不终止于该环形定子壁，而是柱形定子壁在环形定子壁的两个方向上延伸。
[0010]所述密封装置包括内叶片平台的后缘、内翼叶平台的前缘、以及第一环形腔和第二环形腔。“前面的”表示部件中首先与工作流体接触的区域(该部件的上游端)，“后面的”表示部件中最后与工作流体接触的区域(该部件的下游端)。
[0011]根据本发明，第一环形腔至少是由内翼叶平台的前缘、柱形定子壁的第一部、和环形定子壁所限定。第二环形腔至少是由内叶片平台的后缘、柱形定子壁的第二部、和环形定子壁所限定。第一环形腔经由第一环形密封通道与环形流动路径流体连通。利用环形定子壁将第一环形腔与第二环形腔分离，即环形定子壁构成在第一环形腔与第二环形腔之间的分隔壁。第一环形腔经由在环形定子壁的边缘与内叶片平台的后缘(具体地内叶片平台的后缘的径向面朝内表面)之间的第二环形密封通道与第二环形腔流体连通。此外，第二环形腔经由第三环形密封通道与空心的空间流体连通，以便提供密封流体。
[0012]这些特征形成流体边缘密封，从而将在径向内叶片平台与径向内翼叶平台之间的环形间隙加以密封。
[0013]存在密封效果，因为所有的导入腔、环形流动路径和空心的空间(后者通常是在两个转子盘体之间或者在一个转子盘体与相反的定子表面之间的轮空间或盘体空间)之间是流体流动连通，具体地被约束条件所限制，正如被第一、第二和第三环形密封通道所限定。这些空腔允许在空腔中的循环流动，因此工作流体进入第一环形腔然后进入第二环形腔被逐步地减少。对于流体从空心的空间经由第二环形腔相反地流动至第一环形腔存在类似的效果，因此流出至第二环形腔并进一步流出至第一环形腔被逐步地减小。
[0014]在下面，描述了若干实施例并且还进一步提供与本发明及本发明实施例相关的说明。
[0015]为了进一步限定该装置，转子轴线通常是涡轮机发动机的中心轴线并且是转子轴的中心。
[0016]引导翼叶具体地被布置成在使用时将加压流体引导至转子叶片上，因此转子叶片将驱动转子，从而导致转子旋转。
[0017]至少在一组的引导翼叶与一组转子叶片之间(具体地在涡轮机装置的第二级的引导翼叶与第一级转子叶片之间)存在所述的密封装置，第一级位于涡轮机装置的上游端。本发明也允许涡轮机装置的随后的级之间的密封，其中级表示一组转子叶片对和一组引导翼叶的顺序，其中第一级最接近燃烧器装置。
[0018]由于引导翼叶(也称为定子翼叶)和转子叶片的存在并且由于转子叶片的旋转，第一环形密封通道区域中的主流体流动路径中的工作流体的压力随时间推移而不同，即工作流体发生脉动。根据本发明，第一环形腔为压力驱动的吸入脉冲提供阻尼作用。第二环形腔提供为压力脉冲通过进一步的阻尼作用。
[0019]在下面可更详细地描述该构造。
[0020]具体地，环形定子壁的边缘与内叶片平台的后缘可径向地重叠，使得两者可具有在给定径向平面中的相对表面。由此，第二环形密封通道是允许流体主要在轴向方向上在相对表面之间流动的限制。
[0021]另外，第三环形密封通道可由径向重叠表面所限定，即柱形定子壁的第二部可具有在轴向方向上的延伸，因此转子壁的轴向延伸的唇部可在给定的径向平面中重叠。第三环形密封通道可限制流体主要在轴向方向上在唇部与柱形定子壁的相对表面之间流动。
[0022]此外，第一环形密封通道可由径向重叠的表面所限定，即内叶片平台的后缘在轴向方向上延伸使得其在给定的径向平面中与内翼叶平台的前缘重叠。
[0023]具体地，内叶片平台的后缘可包括两个共同对准的柱形轴向唇部。在本情形中，内翼叶平台的前缘的最前部分可突出在两个共同对准的柱形轴向唇部之间。
[0024]此外，内翼叶平台的前缘可被认为是大多数在上游转子叶片段的方向上(相对于工作流体流动的“上游”)突出的周缘，具体地开始于第一环形密封通道。
[0025]根据一个实施例，内叶片平台的后缘可包括柱形转子壁及其后端。此柱形转子壁可大体上形成柱体，具体地具有变化的柱形壁宽度。在后一种构造中，柱形转子壁在从其轴向最端部开始在其轴向长度上可具有延伸的径向宽度。
[0026]为了进一步限定构造，第二环形密封通道可由柱形转子壁的最后端和环形定子壁的边缘所构成。
[0027]内翼叶平台的前缘可包括面向流动路径的连续凸起弯曲表面。这允许将表面合并至工作流体的环形流动路径的需要的宽度。因此，它允许将工作流体引导回到所需的流体方向。
[0028]在一个优选的实施例中，环形定子壁被布置成垂直于柱形定子壁。环形定子壁可以是完全平直的或者可包括弯曲。具体地，就后一个选择方案而言，环形定子壁可包括第一部和第二部，其中第一部可被布置成垂直于柱形定子壁并且第二部可相对于第一部倾斜或弯曲，具体地在第一环形腔的方向上。
[0029]第二环形空腔可由还大体上平行于环形定子壁的转子的大体上径向取向的环形表面所限定。这意味着第二环形腔可以被内叶片平台的后缘、柱形定子壁的第二部、环形定子壁、和转子的环形表面所围绕。因此，第三环形密封通道可形成于环形表面或形成于环形表面上的唇部与柱形定子壁的第二部之间。
[0030]在一个实施例中，第二环形腔还可由转子的大体上轴向取向的凸缘所限定，其中第三环形密封通道可由柱形定子壁的轴向周缘和凸缘所形成。可替代地，可采用唇部或台阶来代替凸缘。此外，在凸缘/唇部/台阶表面与特定径向平面中的柱形定子壁的相反表面之间可以有径向重叠。
[0031]在第一构造中，转子的凸缘可具有大于柱形定子壁至转子轴线的径向距离的与转子轴线的径向距离。可替代地，在第二构造中，转子的凸缘可具有小于柱形定子壁与转子轴线的径向距离的与转子轴线径向距离。
[0032]作为另一个替代，可存在两个凸缘，一个是如前所述的第一构造而另一个是第二构造。更精确地，第二环形腔还可由转子的大体上轴向取向的第一凸缘所限定，转子还包括大体上轴向取向的第二凸缘，其中转子的第一凸缘可具有与转子轴线之间的第一径向距离D1，该第一径向距离Dl大于柱形定子壁与转子轴线的第二径向距离D2。转子的第二凸缘可具有小于柱形定子壁与转子轴线的第二径向距离D2的与转子轴线的第三径向距离D3。此夕卜，第三环形密封通道可由穿过进入第一凸缘与第二凸缘之间的空间中的柱形定子壁的轴向周缘所限定。在一个优选实施例中，转子的第一凸缘、柱形定子壁的轴向周缘、和转子的第二凸缘可在特定的径向平面中径向地重叠。
[0033]优选地，第三环形密封通道可包括轴向取向的环形轴向通道和第二径向取向的径向通道；该轴向通道可由柱形定子壁的壳表面和凸缘或第一凸缘的径向面向表面所定界。该径向通道可由柱形定子壁的环形表面和转子的径