专利名称：用于防止流体流动的组件的制作方法
技术领域：
本文所公开的主题涉及燃气涡轮(gas turbines)。更特定而言，本主题涉及在燃气涡轮的构件之间的密封件。
背景技术：
在燃气涡轮中，燃烧器将燃料或空气-燃料混合物的化学能转变成热能。热能由流体(通常为来自压缩机的压缩空气)输送到涡轮，在涡轮中热能转变成机械能。在涡轮部件或构件之间的压缩空气泄漏造成涡轮减小的动力输出和更低的效率。泄漏可由燃气涡轮操作期间某些构件的热膨胀和构件之间的相对移动造成。因此，减小涡轮构件之间的气体泄漏能改进涡轮的效率和性能。
发明内容
根据本发明的一方面，一种用于防止涡轮构件之间流体流动的组件包括垫片和第一编织丝网层，第一编织丝网层包括连结到垫片的第一侧的第一表面和与第一表面相对的第二表面。该组件还包括连结到与第一表面相对的编织丝网层的第二表面的第一外层。该组件还包括连结到编织丝网层的第二表面的第一外层，其中第一外层包括高温非金属材料。根据本发明的另一方面，一种燃气涡轮包括第一涡轮构件，邻近第一涡轮构件的第二涡轮构件和在第一涡轮构件与第二涡轮构件之间形成的腔。该燃气涡轮还包括垫片组件，其放置于腔内以防止在第一涡轮构件与第二涡轮构件之间的流体流动，该垫片组件包括安置在金属垫片元件上的高温非金属层。通过下文结合附图的描述，这些和其它优点和特点将变得更明显。
被认为是本发明的主题在所附的权利要求中特别地指出且明确地主张。通过结合附图来理解下文的详细的描述，本发明的前述和其它特点和优点是明显的，在附图中图I为燃气涡轮发动机的实施例的示意图，其包括燃烧器、燃料喷嘴、压缩机和涡轮；图2为燃气涡轮的一部分的实施例的侧视图，其包括沿着热气体路径的构件；图3为密封组件的实施例的剖视侧视图；以及图4为密封组件的另一实施例的剖视侧视图。部件列表100 涡轮系统102 压缩机104 燃烧器106 涡轮
108轴杆
110喷嘴
112燃料供应
200润轮系统
202热气体
204喷嘴
206桨叶
208喷嘴
210护罩
212轴线
214导流盘
216密封组件
300涡轮部件
301涡轮部件
302腔
304垫片
306第一层
308第二层
310外层
312方向
400密封组件
402腔
404外层
406金属基层
408涡轮部件
410涡轮部件
412方向下文的发明详述参考附图以举例说明的方式解释了本发明的实施例，以及优点和特点。
具体实施例方式图I为燃气涡轮系统100的一实施例的示意图。该系统100包括压缩机102、燃烧器104、涡轮106、轴杆108和燃料喷嘴110。在一实施例中，该系统100可包括多个压缩机 102、燃烧器104、涡轮106、轴杆108和燃料喷嘴110。该压缩机102和涡轮106由轴杆108 连结。轴杆108可为单个轴杆或连结在一起以形成轴杆108的多个轴杆区段。在一方面，该燃烧器104使用液体和/或气体燃料，诸如天然气或富含氢气的合成气来运行发动机。举例而言，燃料喷嘴110与空气供应和燃料供应112流体连通。燃料喷嘴110形成空气-燃料混合物，且将空气-燃料混合物排放到燃烧器104，从而造成燃烧， 燃烧加热了加压的气体。燃烧器100导向热加压排气通过过渡件到涡轮喷嘴(或“一级喷嘴”)内且然后到涡轮桨叶内，造成涡轮106旋转。涡轮106旋转造成轴杆108旋转，从而在空气流入到压缩机102内时压缩空气。涡轮构件或部件由密封件或密封组件接合，密封件或密封组件被构造为允许这些部件的热膨胀和相对移动，同时防止气体泄漏。具体而言， 减小涡轮构件之间的压缩气流的泄漏增加了沿着所需路径的热气流，允许从更多的热气体提取功，导致改进的涡轮效率。在下文中参看图2至图4详细地讨论放置于涡轮部件之间的密封件和密封组件。图2为燃气涡轮200的一部分的实施例的侧视图，其示出沿着热气体202路径或流动的构件。燃气涡轮200包括喷嘴204、桨叶206 (也被称作“叶片”或“轮叶”)、喷嘴208 和护罩210，其中热气体202流经轮叶或翼型喷嘴和桨叶以造成转子绕轴线212旋转。如所描绘的那样，桨叶206和护罩210为两个定子之间的转子组件的部件，其中定子组件包括喷嘴204和208。喷嘴204和桨叶206被描述为一级构件，而喷嘴208为涡轮200的二级构件。喷嘴208定位于定子组件的导流盘(diaphragm) 214上。密封组件216至少部分地定位于导流盘214中以防止热气体202从包括桨叶206和喷嘴204和208的路径泄漏。密封组件216定位于绕轴线212在周向定位的相邻导流盘构件之间。燃气涡轮200可包括位于相邻构件之间的多个密封组件216以防止热气体202从所需流动路径泄漏。示例性涡轮构件包括定子构件、转子构件和过渡件构件。图3为定位于相邻涡轮构件或部件214与300之间的密封组件216的侧视截面图。 密封组件216定位于形成在涡轮构件214与300之间的腔302中。密封组件216包括垫片 (shim) 304、第一层306、第二层308和外层310。在一实施例中，垫片304为由高温材料形成的元件，诸如金属合金、不锈钢或镍基合金。垫片304元件包括具有两个表面的中部和突起纵向边缘，其中由突起纵向边缘形成的凹口用于放置层306和308。第一层306和第二层 308各包括金属编织丝网(metallicwoven wire mesh)或织物金属材料(cloth metallic material)。如所描绘的那样，第一层306和第二层308定位于垫片304的每个表面或侧部上。第一层306和第二层308经由高温连结，诸如焊接、钎焊或高温粘合剂而连结到彼此和垫片304。外层310包括高温非金属材料，其被构造为改进密封组件216的密封。在一实施例中，外层310包括云母基或石墨基材料。在有些方面，密封组件216包括定位于垫片304的一个表面上的第一层306、第二层308和外层310。另外，密封组件的另一实施例包括定位于垫片304的一个表面或两个表面上的第一层306和外层310，其中不包括第二层308。在又一实施例中，外层310安置在垫片304上，而无第一层306或第二层310。外层310由任何合适耐高温机构，诸如高温粘合剂或高强度持久紧固件而连结到密封组件216的构件上。或者，能包裹垫片304的一个或多个部分以基本上包围或包含外层310。在一实施例中，在热气体流经燃气涡轮200 (图 2)时，气流压力使密封组件216在方向312上移动以与涡轮构件214和300接触。另外，当接触构件214和300时。外层310的高温非金属材料通过减小在密封组件216与构件214 和300之间的有效间隙来提供通过密封组件216的气流减小。图4为定位于相邻涡轮构件或部件408与410之间的示例性密封组件400的侧视截面图。密封组件400定位于形成在涡轮构件408与410之间的腔402中。密封组件400 包括安置在基层406上的外层404。外层404包括高温非金属材料，其被构造为改进密封组件400的密封。在一实施例中，外层404包括云母基或石墨基材料。基层406包括高温材料，诸如金属合金、不锈钢或镍基合金。外层404由任何合适耐高温机构，诸如高温粘合剂或高强度紧固件而连结到基层406上。在一实施例中，在热气体流经燃气涡轮200 (图2) 时，气流压力使密封组件400在方向412上移动以与涡轮构件408和410接触。当接触构件408和410时，外层404的高温非金属材料提供在构件之间的减小的有效间隙且减小通过密封组件400的气流。在一实施例中，外层404包括云母基或石墨基材料。示例性外层 404为非金属材料，其被构造为提供在诸如高于大约700华氏度的高温的涡轮构件之间的密封。如在图3和图4中所描绘的那样，外层310和404的高温非金属材料减小了通过密封组件216和400的流体流动。高温非金属材料层安置在任何类型的静态-静态密封件的一个或多个侧部上，诸如包括垫片304和网层306、308以及基层406的那些。包括流经涡轮200(图2)的热气体的流体流动减小，这归因于改进的接触和与涡轮构件(214，300， 408，410)接触时由外层310和404所提供的密封。此外，垫片304和基层406的示例性实施例可被称作基本上刚性的金属主体，其中外层310和404分别安置在垫片304和基层406 上。如图3所描绘的那样,外层310安置在一个或多个层上,诸如第一层306和第二层308。 如图3和图4所示的那样，密封组件216和400被构造为密封地接合一个或多个涡轮部件 (214，300，408，410)以防止流体流经腔302和402。举例而言，密封组件216可接触涡轮部件214和300的内壁314以防止或减小流体流动。在一些实施例中，高温非金属材料基本上是不能渗透的(甚至在高温)，从而提供与涡轮构件改进的接触面积且得到改进的密封。 密封组件216提高的密封效果是由于由非金属材料提供的减小的有效泄漏面积而得到。减小的有效泄漏面积是更大接触面积和该层高温非金属材料少量的变形造成。 虽然仅关于有限的几个实施例描述了本发明，但应易于了解本发明并不限于这些公开的实施例。而是，可修改本发明以合并之前未描述的任意多个变型、更改、替代或等效布置，但这些仍与本发明的精神和范围相符。此外，虽然描述了本发明的各种实施例，但应了解本发明的方面可仅包括所描述实施例中的一些。因此，本发明不应视作受前文的描述限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。
权利要求
1.一种用于防止在涡轮构件(300，301，408，410)之间的流体流动的组件，所述组件包括垫片(304)；第一编织丝网层(306，308)，其包括连结到所述垫片(304)的第一侧的第一表面和与所述第一表面相对的所述编织丝网层(306，308)的第二表面；以及第一外层(310)，其连结到所述编织丝网层(306，308)的第二表面，其中，所述第一外层(310)包括高温非金属材料。
2.根据权利要求I所述的组件，其特征在于，所述第一编织丝网层(306，308)包括一个或多个编织丝网层(306，308)。
3.根据权利要求I所述的组件，其特征在于，所述垫片(304)包括带突起纵向边缘的元件，所述突起纵向边缘在所述垫片(304)的第一侧上形成至少一个凹口。
4.根据权利要求I所述的组件，其特征在于，所述组件被构造为密封地接合所述涡轮构件(300,301,408,410),从而防止流体流动。
5.根据权利要求I所述的组件，其特征在于包括第二编织丝网层(306，308)，其包括连结到与所述第一侧相对的所述垫片(304)的第二侧的第一表面。
6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于包括连结到所述第二编织丝网层(306， 308)的第二表面的第二外层，所述第二表面与所述第二编织丝网层(306，308)的第一表面相对，且所述第二外层包括高温非金属材料。
7.根据权利要求I所述的组件，其特征在于，所述高温非金属材料包括云母基材料。
8.根据权利要求I所述的组件，其特征在于，所述高温非金属材料包括石墨基材料。
9.根据权利要求I所述的组件，其特征在于，所述第一编织丝网层(306)包括安置在所述垫片(304)的每一侧上的多个金属编织丝网层(306，308)，所述金属编织丝网层(306， 308)安置在所述第一外层与所述垫片(304)之间。
10.根据权利要求I所述的组件，其特征在于，所述垫片包括基本上刚性的金属主体。
全文摘要
本申请涉及用于防止流体流动的组件。根据本发明的一方面，一种用于防止在涡轮构件之间的流体流动的组件包括垫片和第一编织丝网层，第一编织丝网层包括连结到垫片的第一侧的第一表面和与第一表面相对的编织丝网层的第二表面。该组件还包括连结到编织丝网层的第二表面的第一外层，其中第一外层包括高温非金属材料。
文档编号B32B15/02GK102606225SQ201210024409
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月19日 优先权日2011年1月24日
发明者R·E·赫夫纳, S·G·波普, V·J·摩根 申请人:通用电气公司