用于与涡轮发动机使用的密封构件的制作方法
【专利摘要】提供了一种用于与涡轮发动机使用的密封构件。在一个实施例中，密封构件包括能够热膨胀的第一部分以及支撑部分，该支撑部分被连接到该第一部分并且被适配为将密封构件匹配到涡轮发动机中，其中第一部分抵靠涡轮发动机的环形段与涡轮叶片之间的间隙。第一部分被适配为响应于热膨胀而密封间隙。该密封构件提供了用于密封涡轮发动机中的部件的具有成本效益的方案，使得围绕桨叶和叶片的热流体将不会与在分别的通道中传导的冷却流体相混合。其结果是，冷却效率得以改进。
【专利说明】
用于与涡轮发动机使用的密封构件
技术领域
[0001]本公开涉及用于在涡轮发动机中使用的密封构件，并且尤其涉及用于密封涡轮发动机中的环形段(ring segment)与祸轮叶片(turbine vane)之间的间隙的密封构件。
【背景技术】
[0002]涡轮发动机的涡轮段包括若干阶段(例如四个阶段)。这些阶段中的每个阶段采用一排静止导向器叶片(或涡轮叶片)以及一排旋转桨叶(blade)。不同的涡轮叶片经由环形段被连接以形成围绕桨叶和叶片的壁。涡轮叶片以及环形段可以被连接到涡轮发动机的壳体。
[0003]在涡轮发动机的操作期间，在叶片与桨叶之间流动的流体是较热的流体。在不理想的情况下，更热的流体可以流经环形段与涡轮叶片之间的小孔或间隙，因而进入涡轮发动机的壳体与围绕桨叶和叶片的壁之间的通道。冷却流体被用来冷却涡轮发动机的部件，并且可以在以上所述的通道中流动。然而，因为在壁上存在孔或间隙，一定量的较热流体进入通道，加热冷却流体，其可导致功率损失。
【发明内容】
[0004]通常，本公开的实施例提供了一种待被配合到涡轮发动机以内以用来密封部件之间的间隙的密封构件。
[0005]根据本文描述的主题的实施例，提供了一种与涡轮发动机使用的密封构件。密封构件包括能够热膨胀的第一部分以及支撑部分，该支撑部分被连接到该第一部分并且被适配为将密封构件匹配到涡轮发动机中，其中第一部分抵靠涡轮发动机的环形段与涡轮叶片之间的间隙。第一部分被适配为响应于热膨胀而密封间隙。
[0006]在本文描述的主题的一个实施例中，密封构件可以进一步包括第二部分以用于在密封构件被配合到涡轮发动机中时抵靠涡轮发动机的外壳。第二部分和第一部分被支撑部分连接。附加地或可替代地，密封构件可以包括多个层。
[0007]在本文描述的主题的进一步实施例中，第一部分可以被连接到支撑构件的第一端，并且第二部分可以被连接到支撑构件的与该第一端相对的第二端。
[0008]在本文描述的主题的又一实施例中，该多个层可以具有不同的热膨胀系数。
[0009]在本文描述的主题的又一实施例中，第一部分可以具有第一表面以用于密封该间隙并且第二部分可以具有第二表面以用于接触外壳。该第一表面被形成为与第二表面基本上平行。
[0010]在本文描述的主题的另外的实施例中，第一部分可以包括第一折叠片结构。附加地或可替代地，第一折叠片结构可以被适配为响应于第一部分抵靠间隙而被压缩。
[0011]在本文描述的主题的又一实施例中，第一部分可以包括第一折叠片结构，并且第二部分可以包括第二折叠片结构。附加地或可替代地，第一折叠片结构可以被适配为响应于第一部分抵靠间隙而被压缩，并且第二折叠片结构可以被适配为响应于第二部分抵靠外壳而被压缩。
[0012]具有本文描述的密封构件，在环形段与涡轮叶片之间的间隙可以被封闭。以该方式，密封构件提供了用于密封涡轮发动机中的部件的具有成本效益的方案。围绕桨叶和叶片的热流体将不与在分别的通道中传导的冷却流体相混合。其结果是，冷却效率得以改进。
【附图说明】
[0013]图1图示了根据本文描述的主题的一个实施例的涡轮发动机的部分剖面图，其中示出了用于保持密封构件的腔体；
[0014]图2图示了设置有根据本文描述的主题的一个实施例的L形密封构件的图1的腔体的放大截面图；
[0015]图3图示了设置有根据本文描述的主题的另一实施例的C形密封构件的图1的腔体的放大截面图；以及
[0016]图4图示了设置有根据本文描述的主题的又一实施例的弹簧状密封构件的图1的腔体的放大截面图。
[0017]在全部附图中，相同或相似的附图标记被用来指代相同或相似的要素。
【具体实施方式】
[0018]现在将参考数个示例实施例对本文描述的主题进行讨论。这些实施例仅出于使得本领域技术人员更好地理解本文描述的主题的目的而进行讨论，而不是对本主题的范围做出任何限制。
[0019]术语“包括”和其变体应被认为是开放性术语，其意味着“包括但不限于”ο术语“或”应被认为是“和/或”，除非上下文另有明确说明。术语“基于”应被认为是“至少部分基于”。术语“一个实施例”和“一实施例”应被认为是“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应被认为是“至少一个其它实施例”。除非另外指定或限制，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦接”及其变体被广义地使用并且包括直接和间接的安装、连接、支撑和耦接。此外，“连接”和“耦接”并不限于物理或机械的连接或耦接。在以下描述中，相同的附图标记和标注被用来描述在图1至4的多个视图中相同的、相似的或对应的部分。其它明确的和隐含的定义会包含在下文中。
[0020]图1图示了根据本文描述的主题的一个实施例的涡轮发动机I的部分剖视图。涡轮发动机I的涡轮段包括若干阶段。这些阶段的每个阶段采用一排静止涡轮叶片4和一排旋转桨叶(未示出)。不同的涡轮叶片4经由环形段3被连接以形成围绕桨叶和叶片4的壁。在图1中所示的涡轮叶片4是静止叶片的一部分，其是该壁的一部分，并且叶片的其它部分并未被图示。如图1所示，由环形段3构造的壁以及涡轮叶片4限定了该壁以下的空间，并且桨叶要在这样的空间中围绕旋转轴线(未示出)被旋转。
[0021]通常在环形段3与涡轮叶片4之间存在间隙2。因为由环形段3与涡轮叶片4构造的壁围绕该空间，在该壁上可能形成若干间隙或孔，具有与针对如以上所述的每个阶段的旋转轴线相等的距离。此外，环形段3和涡轮叶片4被固定到涡轮发动机I的外壳5。如图所示，通道7被形成在外壳5的内壁与由环形段3和涡轮叶片4形成的壁之间。通道7被用来传导冷却流体，其随后被用来冷却涡轮发动机I的一些部件，从而增强涡轮发动机I的性能。
[0022]在涡轮发动机I的操作张，在由壁所围绕的空间中流动的空气具有相对高的温度。腔体6可以由环形段3、涡轮叶片4和外壳5包围而形成在通道7中。要理解的是，腔体6的形状并不被限制为如图1中所示的示例。冷却流体可以经由腔体6而穿过通道7。冷却流体的温度低于由该壁所围绕的空间中流动的空气的温度。由于存在间隙2，在由壁所围绕的空间中的较热流体以及通道7中的冷却流体很可能与彼此混合。
[0023]为了避免热流体和冷流体的混合，可能的是使用可以被配合到腔体6中以密封间隙2的密封构件。图2图示了根据本文描述的主题的一个实施例的这样的密封构件的放大剖面图。要理解的是，针对涡轮发动机I的一个阶段，形成若干通道7和间隙2，如以上所述。因此，针对涡轮发动机I的阶段，若干对应的构件可以被使用以便于密封所有的间隙或孔2。为了讨论的目的，在以下段落中仅讨论一个密封构件。
[0024]图2图示了设置有根据本文描述的主题的一个实施例的密封构件10的图1的腔体6的放大截面图。在该实施例中，密封构件10是L形的密封构件，其包括彼此连接的第一部分11和支撑部分13。根据各个实施例，至少第一部分11是能够热膨胀的。
[0025]第一部分11和支撑部分13以L形密封构件10可以被配合到腔体6的方式而被布置。例如，在一个实施例中，当密封构件10被定位到腔体6中时，支撑部分13的上端可以接触环形段3的一部分以及外壳5的一部分。同时，第一部分11可以接触环形段3的一部分以及涡轮叶片4的一部分。由此，间隙2可以由第一部分11所覆盖。更具体地，间隙2由第一部分11的第一表面12所密封。
[0026]由上所述，第一部分11是能够热膨胀的。即，第一部分11在其被加热的情况下能够被膨胀。与刚性的密封构件相比较，能够热膨胀的部分11将是有益的。更具体地，由于间隙2被连接到较热流体流经的空间，第一部分11(例如，其第一表面12)将经受比冷却流体流经的支撑部分13处更高的温度。温差将导致L形密封构件10(尤其是第一部分11)被膨胀。其结果是，第一部分11可以进一步尽可能紧密地推抵间隙2，因而流体的泄漏被进一步减小或排除。
[0027]在一些实施例中，L形密封构件10包括至少两层。这些层可以由不同材料制成，使得针对不同层的热膨胀系数不同。在一些实施例中，第一部分11和支撑部分13均可以是能够热膨胀的。例如，在一些实施例中，L形密封构件10的内层具有比L形密封构件10的外层更大的热膨胀系数。以此方式，第一部分11可以抵靠间隙2被进一步形变。应当理解的是，各个层可以由能够热膨胀的任意合适的材料制成，并且可以承受高至500°C的温度。因为外层具有较低的热膨胀系数，内层将在温度升高时将外层向外推。其结果是，第一表面12更加紧密地密封间隙2。
[0028]在一个实施例中，在第一部分11与支撑部分13之间的倾角可以被形成为大于90度的钝角。例如，在一些实施例中，该倾角可以处于91至100度的范围中。当这样的L形密封构件10被置于腔体6中时，第一部分11将向着支撑部分13弯曲。以此方式，第一部分11可以被该钝角导致的形变力而进一步向间隙2抵靠。
[0029]图3图示了设置有根据本文描述的主题的可替代实施例的C形密封构件10的图1的腔体的放大截面图。在该实施例中，密封构件10是C形构件并且包括第一部分11，其是能够热膨胀的。该C形密封构件10还包括第二部分14，其可以是或可以不是能够热膨胀的。C形密封构件10还包括在第一部分11与第二部分14之间连接的支撑部分13。第一部分11、第二部分14以及支撑部分13被布置为将C形密封构件10配合到腔体6中。当密封构件10被配合到腔体6中时，第二部分14的腔体6接触环形段3的一部分以及外壳5的一部分。此外，第一部分11的第一表面12接触环形段3的一部分以及涡轮叶片4的一部分。可以见到的是，间隙2可以由第一部分11所覆盖。
[0030]第一部分11能够在被热流体加热时被膨胀。由于在C形密封构件10的第一部分11与其余部分之间的温差，第一部分11将被膨胀，因而进一步抵靠间隙2，由此实现紧密的密封。
[0031]在一些实施例中，C形密封构件10包括由不同材料制成的至少两层。针对各个层的热膨胀系数可以不同。在一些实施例中，第一部分11、第二部分14和支撑部分13均是能够热膨胀的。例如，在一个实施例中，C形密封构件10的内层具有比C形密封构件10的外层更大的热膨胀系数。以此方式，第一部分11可以被进一步形变且抵靠间隙2。应当理解的是，各个层可以由能够热膨胀的任意合适的材料制成，并且可以承受高至500°C的温度。因为外层具有较低的热膨胀系数，内层将在温度升高时将外层向外推。其结果是，第一表面12更加紧密地密封间隙2。
[0032]在一个实施例中，当C形密封构件10并未被配合到腔体6中时(即处于自由状态)，在第一部分11与支撑部分13之间的倾角可以被形成为大于90度的钝角。例如，该倾角可以处于91至100度的范围中。第一部分11可以是弹性的，从而在C形密封构件10被定位在腔体6中的情况下该第一部分11将向着支撑部分13形变或弯曲。因为由该钝角造成的形变力，第一部分11将向间隙2紧密地抵靠。
[0033]可替代地或附加地，当C形密封构件10并未被配合到腔体6中时(即处于自由状态)，在第二部分14与支撑部分13之间的角度可以被形成为大于90度的钝角。例如，该倾角可以处于91至100度的范围中。第一部分11可以是弹性的，从而其将被形变或弯曲。以此方式，当C形密封构件10被配合到腔体6中时，第二部分14将向支撑部分13弯曲。其结果是，第二部分14将被推向外壳5。
[0034]如上所述，在一些实施例中，C形密封构件10包括预形变的第一部分11和第二部分14，这两者形成相对于支撑部分13的钝角。在这样的实施例中，当密封构件10并未被配合到腔体6中时(即处于自由状态)，第一部分11与第二部分14彼此并不平行。例如，在第一部分11与第二部分14之间的倾角可以处于I至20度的范围中。为了将C形密封构件10配合到腔体6中，第一部分11和第二部分14两者均需要被压缩。以此方式，由第一和第二部分11、14施加的形变力将使密封构件10紧密地固定在腔体6中。
[0035]要理解的是，第一和第二部分11、14并不必以上述方式被配置。例如，在另一实施例中，第一和第二部分11、14可以与彼此基本上平行。例如，在支撑构件13与第一和第二部分11、14中的每一个之间的倾角可以是大致90度。这意味着，第一部分11和第二部分14不需要被压缩以便于将C形密封构件10配合到腔体6中。
[0036]图4图示了设置有根据本文描述的主题的又一实施例的弹簧状密封构件10的图1的腔体6的放大截面图。在该实施例中，弹簧状密封构件10包括第一部分11，其是能够热膨胀的。第一部分11具有被弹性地形成的第一折叠片结构16。支撑部分13和第一部分11的结构被形成为使得当弹簧状的密封构件10被配合到腔体6中时，第一部分11的第一表面12抵靠间隙2。
[0037]弹簧状密封构件10还可以包括第二部分14，其可以是或可以不是能够热膨胀的。支撑部分13被连接在第一部分11与第二部分14之间。当密封构件10被配合到腔体6中时，第二部分14的腔体6接触环形段3的一部分以及外壳5的一部分。此外，第一部分11的第一表面12接触环形段3的一部分以及涡轮叶片4的一部分，使得间隙2可以被第一部分11所覆盖。然而，要理解的是，第二部分14不是必要的。
[0038]在一个实施例中，第一折叠片结构16可以被适配为在第一部分11抵靠间隙2时是被压缩的。可替代地或附加地，第二部分15可以具有第二折叠片结构17，其被适配为在第二部分14抵靠外壳5时是被压缩的。其结果是，第一表面12可以紧密地密封间隙2。
[0039]如图2至4所示的密封构件是与涡轮发动机使用的一些可能的示例，在该涡轮发动机中部件之间的间隙需要被密封从而防止冷却流体与相对热的流体相混合。在各种涡轮发动机中，尽管环形段与涡轮叶片之间的间隙的位置可能改变，根据本文描述的主题的密封构件能够在这些涡轮发动机中被使用，因为本领域技术人员能够基于本公开的范围而易于做出各种适配。
[0040]根据本文描述的主题的实施例的密封构件提供了简单但又有效的结构以密封在环形段与涡轮叶片之间的间隙。因此，围绕桨叶和叶片的热流体将不与在分别的通道中传导的冷却流体相混合。其结果是，冷却效率可以得以改进。
[0041]以上示例仅被描述为用于说明的目的，而不是对本文描述的主题的范围做出任何限制。任何附加的或可替代材料可以被用来制作密封构件的部件。
[0042]应当理解的是，“顶”、“底”、“前”、“后”、“侧”等仅被用来描述附图中部件之间的关系，而不是限制它们的定向或定位。例如，在图2中，支撑部分13可以被视为位于第一部分11之上，也可以被视为位于第一部分11之下，这取决于图2被怎样观看。
[0043]尽管在以上说明书中操作以特定顺序被描绘，但这并不应该被理解为要求此类操作以示出的特定顺序或以相继顺序完成，或者执行所有图示的操作以获取期望结果。在某些情况下，多任务或并行处理可能是有利的。同样地，尽管上述讨论包含了某些细节，但这并不应解释为限制本文描述的主题的的范围，而应解释为对可以针对特定实施例的特征的描述。在分开的实施例的上下文中描述的某些特征也可以整合实施在单个实施例中。另一方面，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分离地在多个实施例或者在任意合适的子组合中实施。
[0044]虽然本主题已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言进行了描述，但是应当理解，在所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。相反，上述具体特征和动作被公开作为实现权利要求的示例形式。
【主权项】
1.一种用于与涡轮发动机使用的密封构件，其特征在于，所述密封构件包括: 第一部分，所述第一部分能够被热膨胀；以及 支撑部分，所述支撑部分被连接到所述第一部分并且被适配为将所述密封构件匹配到所述涡轮发动机中，其中所述第一部分抵靠所述涡轮发动机的环形段与涡轮叶片之间的间隙， 所述第一部分被适配为响应于热膨胀而密封所述间隙。2.根据权利要求1所述的密封构件，其特征在于，所述密封构件进一步包括: 第二部分，所述第二部分用于在所述密封构件被匹配到所述涡轮发动机中时抵靠所述涡轮发动机的外壳，所述第二部分和所述第一部分由所述支撑部分连接。3.根据权利要求2所述的密封构件，其特征在于，所述密封构件包括多个层。4.根据权利要求2或3所述的密封构件，其特征在于，所述第一部分被连接到所述支撑构件的第一端，并且所述第二部分被连接到所述支撑构件的与所述第一端相对的第二端。5.根据权利要求3所述的密封构件，其特征在于，所述多个层具有不同的热膨胀系数。6.根据权利要求2或3所述的密封构件，其特征在于，所述第一部分具有用于密封所述间隙的第一表面，并且所述第二部分具有用于接触所述外壳的第二表面，所述第一表面被形成为与所述第二表面平行。7.根据权利要求1所述的密封构件，其特征在于，所述第一部分包括第一折叠片结构。8.根据权利要求7所述的密封构件，其特征在于，所述第一折叠片结构被适配为响应于所述第一部分抵靠所述间隙而被压缩。9.根据权利要求2所述的密封构件，其特征在于，所述第一部分包括第一折叠片结构，并且所述第二部分包括第二折叠片结构。10.根据权利要求9所述的密封构件，其特征在于，所述第一折叠片结构被适配为响应于所述第一部分抵靠所述间隙而被压缩，并且所述第二折叠片结构被适配为响应于所述第二部分抵靠所述外壳而被压缩。
【文档编号】F01D11/08GK205477769SQ201620047290
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月18日
【发明人】F·阿玛德, R·拉杜洛维克
【申请人】西门子股份公司