冲击冷却的花键密封件的制作方法

本申请和所得专利大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及使用花键密封件等的燃气涡轮发动机，其中泄漏流穿过其以便经由冲击提供增强的热传递。

背景技术：

总体而言，涡轮机如燃气涡轮发动机等包括延伸穿过其的主气体流路径。离开气体流路径或进入气体流路径的气体泄漏可降低总体效率、增加燃料成本并且可能增大排放水平。副流可在燃气涡轮发动机内使用，以冷却经由气体流动路径加热的各种构件。具体而言，冷却空气可从压缩机的随后级抽取，用于在冷却加热的气体流路径构件时使用，并且用于吹扫相邻构件之间的腔中的间隙。例如，常规设计可并入置于护罩节段之间的槽口中的金属垫片，以便使穿过其的任何泄漏流最小化。然而，这些气体流路径位置可面向非常高的热通量和/或可导致严重氧化、蠕变和所得的损坏或失效的其它操作参数。

在点火温度升高时，气体流路径温度可超过传统密封件的材料极限，以便引起过大泄漏、效率损失和总体减小的构件寿命。因此，存在对改进的涡轮密封件和相关的密封冷却技术的期望。此类改进的涡轮密封件和技术因此可容纳较高的点火温度，而不损失效率或寿命。

技术实现要素：

本申请和所得的专利因此提供了一种用于在相邻的涡轮构件之间并且与冷却流一起使用的密封件。密封件可包括冲击挡板顶板、基板，以及其间的一个或更多个间隔元件。冷却流提供穿过冲击挡板顶板的冷却。

本申请和所得的专利还提供了一种冷却定位在涡轮构件之间的密封件的方法。该方法可包括以下步骤：将冷却空气流提供至密封件、迫使冷却空气流穿过密封件中的一个或更多个冲击孔口、冲击冷却密封件，以及迫使冷却空气流离开密封件。

本申请和所得的专利还提供了一种包括相邻构件之间的花键密封件的涡轮。花键密封件可包括具有其中一个或更多个冲击孔口的冲击挡板顶板、基板、花键密封件的第一侧上的第一间隔元件，以及花键密封件的第二侧上的第二间隔元件。冷却流通过冲击挡板顶板的冲击孔口提供冷却。

技术方案1. 一种用于在相邻涡轮构件之间并且与冷却流一起使用的密封件，包括：

冲击挡板顶板；

基板；以及

其间的一个或更多个间隔元件；

其中所述冷却流提供穿过所述冲击挡板顶板的冷却。

技术方案2. 根据技术方案1所述的密封件，其特征在于，所述冲击挡板顶板包括其中的一个或更多个冲击孔口。

技术方案3. 根据技术方案1所述的密封件，其特征在于，所述基板包括其中的一个或更多个基板孔口。

技术方案4. 根据技术方案1所述的密封件，其特征在于，所述基板包括一个或更多个基板排气槽口。

技术方案5. 根据技术方案4所述的密封件，其特征在于，所述一个或更多个基板排气槽口包括腔内的离开孔口。

技术方案6. 根据技术方案1所述的密封件，其特征在于，所述基板包括实心结构。

技术方案7. 根据技术方案1所述的密封件，其特征在于，所述一个或更多个间隔元件包括围绕所述密封件的第一端定位的第一间隔元件和围绕所述密封件的第二端定位的第二间隔元件。

技术方案8. 根据技术方案1所述的密封件，其特征在于，所述一个或更多个间隔元件包括弹簧元件。

技术方案9. 根据技术方案1所述的密封件，其特征在于，所述一个或更多个间隔元件包括"C"状形状。

技术方案10. 根据技术方案1所述的密封件，其特征在于，所述一个或更多个间隔元件包括具有不同于所述冲击挡板顶板和/或所述基板的热膨胀系数的材料。

技术方案11. 根据技术方案1所述的密封件，其特征在于，所述一个或更多个间隔元件包括一个或更多个间隔元件孔口。

技术方案12. 根据技术方案1所述的密封件，其特征在于，所述一个或更多个间隔元件包括实心元件。

技术方案13. 根据技术方案1所述的密封件，其特征在于，所述基板与所述一个或更多个间隔元件包括实心元件。

技术方案14. 根据技术方案1所述的密封件，其特征在于，所述冲击挡板顶板、所述基板和/或所述一个或更多个间隔元件包括整体或部分的弹簧材料。

技术方案15. 一种冷却定位在涡轮构件之间的密封件的方法，包括：

将冷却空气流提供至所述密封件；

迫使所述冷却空气流穿过所述密封件中的一个或更多个冲击孔口；

冲击冷却所述密封件；以及

迫使所述冷却空气流离开所述密封件。

技术方案16. 一种包括相邻构件之间的花键密封件的涡轮，所述花键密封件包括：

具有其中一个或更多个冲击孔口的冲击挡板顶板；

基板；

所述花键密封件的第一侧上的第一间隔元件；以及

所述花键密封件的第二侧上的第二间隔元件；

其中冷却流通过所述冲击挡板顶板的所述冲击孔口提供冷却。

技术方案17. 根据技术方案16所述的花键密封件，其特征在于，所述基板包括一个或更多个基板孔口、一个或更多个基板离开槽口，或实心结构。

技术方案18. 根据技术方案16所述的花键密封件，其特征在于，所述一个或更多个间隔元件包括具有不同于所述冲击挡板顶板和/或所述基板的热膨胀系数的弹簧元件或材料。

技术方案19. 根据技术方案16所述的花键密封件，其特征在于，所述基板和所述一个或更多个间隔元件包括实心元件。

技术方案20. 根据技术方案16所述的花键密封件，其特征在于，所述冲击挡板顶板、所述基板和/或所述一个或更多个间隔元件包括整体或部分的弹簧材料。

在审阅连同若干附图进行时的以下详细描述和所附权利要求时，本申请和所得专利的这些及其它的特征和改进将对本领域技术人员而言变得显而易见。

附图说明

图1为示出压缩机、燃烧器、涡轮和负载的燃气涡轮发动机的示意图。

图2为示出沿热气体路径定位的一定数量的构件的涡轮的侧视图。

图3为定位在相邻涡轮构件之间的花键密封件的侧视截面视图。

图4为如可在本文中所述的冲击冷却花键密封件的侧视截面视图。

图5为图4的冲击冷却花键密封件的基板的俯视平面视图。

图6为如可在本文中所述的冲击冷却花键密封件的备选实施例的侧视截面视图。

图7为用于与图6的冲击冷却花键密封件一起使用的基板的俯视平面视图。

图8为如可在本文中所述的冲击冷却花键密封件的备选实施例的侧视截面视图。

图9为如可在本文中所述的冲击冷却花键密封件的备选实施例的侧视截面视图。

图10为如可在本文中所述的冲击冷却花键密封件的备选实施例的侧视截面视图。

图11为如可在本文中所述的冲击冷却花键密封件的备选实施例的侧视截面视图。

图12为如可在本文中所述的冲击冷却花键密封件的备选实施例的侧视截面视图。

部件列表

10 燃气涡轮发动机

15 压缩机

20 空气

25 燃烧器

30 燃料

35 燃烧气体

40 涡轮

45 轴

50 负载

55 第一级喷嘴

60 第一级轮叶

62 第一级护罩

65 第一涡轮级

70 第二级喷嘴

75 第二涡轮级

80 隔板

85 轴线

90 花键密封件

91 第一构件

92 第二构件

94 密封槽口

97 冷却流

98 热气体路径

100 花键密封件

110 第一燃气涡轮构件

120 第二燃气涡轮构件

130 第一密封件槽口

140 第一斜面

150 第二密封件槽口

160 第二斜面

170 斜面间隙

180 顶部

190 底部

200 第一端

210 第二端

220 冲击挡板顶板

230 冲击孔口

240 基板

250 基板孔口

260 间隔元件

270 第一间隔元件

280 第二间隔元件

290 弹簧元件

300 花键密封件

310 基板排气槽口

320 离开孔口

330 凹腔

340 花键密封件

350 间隔元件孔口

360 花键密封件

370 花键密封件

280 实心元件

390 花键密封件

400 弹簧夹

410 花键密封件

420 刚性壁。

具体实施方式

现在参照附图，其中相似的标记遍及若干视图表示相似的元件，图1示出了如可在本文中使用的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可包括压缩机15。压缩机15压缩空气20的进入流。压缩机15将空气20的压缩流输送至燃烧器25。燃烧器25使空气20的压缩流与燃料30的加压流混合，并且点燃混合物来产生燃烧气体流35。尽管仅示出了单个燃烧器25，但燃气涡轮发动机10可包括任何数量的燃烧器25。燃烧气体流35继而输送至涡轮40。燃烧气体流35驱动涡轮40以便产生机械功。在涡轮40中产生的机械功经由轴45驱动压缩机15，以及外部负载50如发电机等。其它类型的应用包括航空等。

燃气涡轮发动机10可使用天然气、液体燃料、各种类型的合成气和/或其它类型的燃料和它们的混合物。燃气涡轮发动机10可为由General Electric公司(Schenectady, New York)提供的一定数量的不同燃气涡轮发动机中的任一种，包括但不限于如7或9系列重型燃气涡轮发动机等的那些。燃气涡轮发动机10可具有不同构造，并且可使用其它类型的构件。其它类型的燃气涡轮发动机也可在本文中使用。多个燃气涡轮发动机、其它类型的涡轮和其它类型的发电装备也可在本文中一起使用。

图2示出了涡轮40的一部分。总体而言，涡轮40可包括第一涡轮级65的第一级喷嘴55、第一级轮叶60，以及第一级护罩62。还示出了第二涡轮级75的第二级喷嘴70。可在本文中使用任何数量的级。喷嘴55,70可定位在隔板80上。任何数量的喷嘴70和隔板80可围绕轴线85沿周向定位。花键密封件90可定位在各对相邻的护罩62、相邻隔板80和/或其它涡轮构件之间，以便防止来自压缩机15或别处的冷却空气流20的穿过其的泄漏。如上文所述，花键密封件90可具有许多不同构造。还可使用其它类型的密封机构和技术。

图3示出了定位在相邻涡轮构件(第一构件91和第二构件92)之间的花键密封件90的实例。涡轮构件91,92可为相邻涡轮构件，如，定子构件等。涡轮构件91,92可限定其间的密封槽口94。花键密封件90可为实心材料密封件，但可使用其它类型的密封件如层合密封件。任何数量的花键密封件90可在本文中使用。密封件90防止高压冷却空气流97泄漏到低压热气体路径98中。本文中所示的密封件90仅出于实例的目的。可使用许多其它密封构造。

图4和5示出了如可在本文中所述的花键密封件100的实例。如上文所述，花键密封件100可定位在两个相邻的燃气涡轮构件之间，如，第一燃气涡轮构件110和第二燃气涡轮构件120。具体而言，花键密封件100可定位在第一燃气涡轮构件110和第二燃气涡轮构件120的两个相邻斜面之间，以便防止冷却流97泄漏到热气体路径98中。第一燃气涡轮构件110和第二燃气涡轮构件120可为护罩构件、隔板或其它类型的燃气涡轮构件。第一燃气涡轮构件110可包括沿第一斜面140定位的第一密封件槽口130。第二燃气涡轮构件120可包括沿第二斜面160定位的第二密封件槽口150。花键密封件100可定位在第一密封件槽口130和第二密封件槽口150中，以便形成第一斜面140与第二斜面160之间的密封件。花键密封件100因此可整体地或部分地阻挡斜面间隙170。花键密封件100可具有顶部180、底部190、第一端200和相对的第二端210。(用语"底部"、"基部"、"顶部"、"侧部"、"端部"、"第一"、"第二"等用于仅相对定向的目的，并且不作为绝对位置。)花键密封件100可由耐任何适合温度的材料制成。

花键密封件100可包括冲击挡板顶板220。冲击挡板顶板220可包括其中的一定数量的冲击孔口230。尽管示出了两(2)个冲击孔口230，但任何数量的冲击孔口230可以以任何适合的尺寸、形状或构造在本文中使用。冲击孔口230和它们的定位可设计成优化相对于冷却流97的流速的热传递。此外，密封件100还可对于梯度、温度、寿命和其它类型的参数优化。

花键密封件100可包括基板240。基板240可具有任何适合的尺寸、形状或构造。基板240可具有其中的一定数量的基板孔口250。尽管示出了一(1)个基板孔口250，但任何数量的基板孔口250可以以任何适合尺寸、形状或构造在本文中使用。基板孔口250可增大穿过花键密封件100的冷却流97的体积，以便加强总体冷却。作为备选，如下文所示，基板240还可为实心结构，而没有其中的孔口250中的任一个。

一个或更多个间隔元件260可定位在冲击挡板顶板220与基板240之间。在该实例中，第一间隔元件270和第二间隔元件280可在本文中使用。任何数量的间隔元件260可以以任何适合的尺寸、形状或构造在本文中使用。间隔元件260可围绕第一端200和第二端210定位，以便向花键密封件100提供与冲击挡板顶板220和基板240组合的盒装形状。其它位置和定向可在本文中使用。间隔元件270,280可防止或限制冷却流97从花键密封件100的端部200,210离开的失去。

间隔元件260可为弹簧元件290等。更具体而言，弹簧元件290可为板簧等。不同类型的弹簧材料可在本文中使用。间隔元件260可具有大致"C"状形状、"U"状形状、片簧和其它类型的适合形状。弹簧元件290可增大涡轮构件110,120与花键密封件100之间的接触力。该增加的接触可增大穿过冲击孔口230的冷却流97的体积，并且还可减小穿过其的总体泄漏流。作为备选，间隔元件260可由相比于冲击挡板顶板220和基板240的不同材料制成，以便经由总体热膨胀系数的差异来驱动板220,240分开。其它构件和其它构造可在本文中使用。

在使用中，冷却流97可被迫穿过冲击挡板顶板220的冲击孔口230。冲击孔口230可迫使冷却流97成为一定数量的离散射流，其冲击基板240，以便提供加强的冷却。花键密封件100可与其它类型的密封冷却工艺和技术组合，以便允许非常高温度的操作。当操作温度超过常规护罩如金属护罩、陶瓷基质复合物护罩等的材料极限时，花键密封件100因此可提供较低的维护成本和改进的总体效率。花键密封件100因此使用穿过其的总体泄漏流来以最小流体损失改进构件寿命。

图6和7示出了可在本文中描述的花键密封件300的备选实施例。花键密封件300可大致类似于上文所述的花键密封件100，并且可包括冲击挡板顶板220、基板240和一对间隔元件260。替代包括基板孔口250的基板240，本文中的基板240可包括一定数量的基板排气槽口310。基板排气槽口310可包括大致凹腔330内的相对窄的离开孔口320。基板排气槽口310可具有任何适合的尺寸、形状或构造。任何数量的基板排气槽口310可在本文中使用。基板孔口250和基板排气槽口310的组合也可在本文中使用。其它构件和其它构造可在本文中使用。

图8示出了如可在本文中所述的花键密封件340的又一个实施例。花键密封件340可很大程度上类似于上文所述的花键密封件100，并且可包括冲击挡板顶板220、间隔元件260和基板240。在该实例中，基板240可不包括基板孔口250。作为替代，基板240可为实心的，并且间隔元件260中的一个或更多个可具有定位在其中的一个或更多个间隔元件孔口350。任何数量的间隔元件孔口350可以以任何适合的尺寸、形状或构造在本文中使用。因此，冷却流97可经由间隔元件孔口350离开。具体而言，冷却流97可经由间隔元件孔口350进入密封槽口130,150，并且接着可泄漏到斜面间隙中。花键密封件340可为任何适合的尺寸、形状或构造。其它构件和其它构造可在本文中使用。

图9示出了如可在本文中所述的花键密封件360的又一个备选实施例。花键密封件360可很大程度上类似于上文所述的花键密封件100，并且可包括冲击挡板顶板220、基板240和间隔元件260。在该实例中，基板240可不包括基板孔口250。相反，基板240可为实心的。类似地，间隔元件260可不包括间隔元件孔口350。相反，间隔元件260可为实心的。假定如此，花键密封件360完全不包括任何离开孔口。相反，所有冷却流97可经由泄漏流离开。花键密封件360可为任何适合的尺寸、形状或构造。其它构件和其它构造可在本文中使用。

图10示出了如可在本文中所述的花键密封件370的又一个实施例。花键密封件370可类似于上文所述的花键密封件100，并且可包括冲击挡板顶板220、基板240和间隔元件260。冲击挡板顶板220可包括冲击孔口230，并且基板240可包括一个或更多个基板孔口250。然而，间隔元件260可不由弹簧元件290制成。相反，间隔元件260均可为实心元件380。如上文所述，实心元件380可经由不同热膨胀系数等来分开板220,240。不同类型的材料可在本文中用于不同的热膨胀速率。花键密封件370可为任何适合的尺寸、形状或构造。其它构件和其它构造可在本文中使用。

图11示出了如可在本文中所述的花键密封件390的又一个实施例。花键密封件390可大致类似于上文所述的花键密封件100，并且可包括冲击挡板顶板220、基板240和间隔元件260。冲击挡板顶板220可包括一个或更多个冲击孔口230，并且基板240可包括一个或更多个基板孔口250。在该实例中，间隔元件260以及冲击挡板顶板220和基板240可为弹簧夹400等。假定如此，花键密封件390的全部或一部分可由弹簧状的材料制造。不同类型的弹簧材料可在本文中使用。花键密封件390可具有任何适合的尺寸、形状或构造。其它构件和其它构造可在本文中使用。

图12示出了如可在本文中所述的花键密封件410的又一个实施例。花键密封件410可大致类似于上文所述的花键密封件100，并且可包括冲击挡板顶板220、基板240和间隔元件260。冲击挡板顶板220可包括一个或更多个冲击孔口230，并且基板240可包括一个或更多个基板孔口250。在该实例中，间隔元件260可为大致刚性的壁420。大致刚性的壁420例如可柔性低于弹簧元件290等。大致刚性的壁420可具有任何适合的尺寸、形状或构造。花键密封件410作为替代可具有定位在冲击挡板顶板220的顶部上的一个或更多个弹簧元件290。大致刚性的壁420因此提供了冲击挡板顶板220与基板240之间的大致恒定的距离，同时弹簧元件290提供了冲击挡板顶板220上的高压力。该较高压力可允许冲击孔口230的宽间距，以便向基板240提供大致一致的冷却。花键密封件410可具有任何适合的尺寸、形状或构造。其它构件和其它构造也可在本文中使用。

本文中所述的花键密封件因此提供了大致一致的冷却流速，以便提供改进的冷却和延长的总体密封件寿命。此外，本文中所述的花键密封件可以以减少的副流、较高的总体发动机效率和减小的热耗率提供改进的冷却。不同构造的花键密封件可在本文中一起使用。其它类型的密封工艺和技术也可在本文中使用。花键密封件可为最初的装备或改型的部分。

应当显而易见的是，前文仅涉及本申请和所得专利的某些实施例。本领域技术人员可在本文中作出许多变化和改型，而不脱离如由以下权利要求及其等同物限定的本发明的总体精神和范围。