弹簧密封件中的涡轮卡扣的制作方法

本发明大体上涉及燃气涡轮发动机的涡轮流动路径密封件，并且更具体地涉及用于密封在涡轮构件或元件之间的弹簧密封件。

背景技术：

燃气涡轮发动机的高压涡轮典型地包括涡轮护罩下游的涡轮喷嘴，该涡轮护罩单独地制造并且在发动机中组装就位。因此，间隙必要地提供在它们之间用于组装目的以及用于适应在发动机操作期间的不同热膨胀和收缩。这些静止定子构件之间的间隙适合地密封用于防止通过其的泄漏。在典型的高压涡轮喷嘴中，压缩机空气的一部分放出并且导送穿过喷嘴导叶用于其冷却。放出空气的使用降低发动机的总体效率，并且因此在可能时最小化。放出空气在大于流动穿过涡轮喷嘴的燃烧气体的压力的相对高的压力下，并且因此在不提供定子构件之间的适合密封件的情况下将泄漏到排气流动路径中。

拱式叶密封件对密封涡轮喷嘴与护罩之间的涡轮流动路径中的这些间隙而言为特别有用的。典型地用于此类应用中的叶密封件为拱式的，并且围绕分段的定子构件的圆周端对端设置。例如，涡轮喷嘴的径向外带包括沿轴向间隔开的前轨道和后轨道。这些轨道沿径向向外延伸，其中后轨道邻接毗连的护罩或护罩悬架上的互补表面，用于提供与其的主摩擦密封。

w形密封件和c形密封件典型地在由对接硬件形成的腔中为松弛的。组装力可在安装期间损坏密封件。密封件还可意外地离开组件。

鉴于该区域中的相对接近的区，用于叶密封件的安装布置为相对复杂的并且在组装过程期间经受损坏。较小且较不复杂的密封件对于简化其制造和组装并且消除可在组装期间出现的箍缩和损坏而言是期望的。

技术实现要素：

环形弹簧密封件中的燃气涡轮发动机卡扣包括绕着中心线轴线外接的连续或分开的完整360度环。环具有与环的径向内第一端部沿径向向外间隔的径向外第二密封端部，以及用于沿轴向偏压第二密封端部与第一端部分开和远离的轴向偏压器件。

轴向偏压器件可包括连接第一密封端部和第二密封端部的沿轴向向后敞开的圆锥形区段。第二密封端部可包括径向外向后敞开的v形截面弯头或圆形截面弯头。

第一端部可包括径向内v形锐角截面弯头，径向内v形锐角截面弯头可包括连接于沿轴向向后敞开的圆锥形连接区段的环形轴向前腿部，并且沿轴向向后敞开的圆锥形连接区段可由向前敞开的圆锥形中间区段连接于沿轴向向后敞开的圆锥形区段。

在密封件的另一个实施例中，第一端部可包括对称径向内u形弯头第一密封端部，u形第一密封端部可包括由其间的半圆形截面弯头或u形截面弯头连接的环形大致平行或不平行的沿轴向间隔开的前腿部和后腿部，第二密封端部可包括径向外向后敞开的v行截面弯头或圆形截面弯头，并且沿轴向向后敞开的圆锥形区段可沿径向位于后腿部与第一密封端部之间并且连接于它们。

在密封件的又一个实施例中，第一密封端部和第二密封端部相对于中心线轴线在截面上为轴向和径向圆形的，并且轴向偏压器件包括连接第一密封端部和第二密封端部的径向向内和轴向向后的弓形区段。

环形密封组件可包括环形弹簧密封件中的燃气涡轮发动机卡扣，其在第一环形涡轮构件与第二环形涡轮构件之间沿径向且沿周向延伸并且与它们密封接合。第一端部可弹簧加载并且可回转地装固在第一涡轮构件的至少一个u形或v形截面的槽口中。第一端部可弹簧加载抵靠第一涡轮构件的u形或v形槽口的平行或不平行的前环形壁和后环形壁且在它们之间，其中后环形壁是连续的，并且前环形壁是连续或间断的。间断的前环形壁可包括与连续的后环形壁沿轴向间隔开的沿周向间隔开的凸片。

环形密封组件的另一个实施例包括环形弹簧密封件中的燃气涡轮发动机卡扣，其在包括涡轮喷嘴节段的高压涡轮喷嘴与包括涡轮护罩节段的静止护罩组件之间沿径向且沿周向延伸并且与它们密封接合。

技术方案1.一种环形弹簧密封件中的燃气涡轮发动机卡扣，包括：

连续或分开的完整360度的环，其绕着中心线轴线外接，

所述环包括径向外第二密封端部，其与所述环的径向内第一端部沿径向向外间隔，以及

轴向偏压器件，其用于沿轴向偏压所述第二密封端部与所述第一端部分开和远离。

技术方案2.根据技术方案1所述的密封件，其特征在于，所述密封件还包括：所述轴向偏压器件包括连接所述第一密封端部和所述第二密封端部的沿轴向向后敞开的圆锥形区段。

技术方案3.根据技术方案2所述的密封件，其特征在于，所述密封件还包括：所述第二密封端部包括径向外向后敞开的v形截面弯头或圆形截面弯头。

技术方案4.根据技术方案3所述的密封件，其特征在于，所述密封件还包括：

所述第一端部包括径向内v形锐角截面弯头，

所述径向内v形锐角截面弯头包括连接于沿轴向向后敞开的圆锥形连接区段的环形轴向前腿部，并且

所述沿轴向向后敞开的圆锥形连接区段由向前敞开的圆锥形中间区段连接于所述沿轴向向后敞开的圆锥形区段。

技术方案5.根据技术方案2所述的密封件，其特征在于，所述密封件还包括：

所述第一端部包括对称径向内u形弯头第一密封端部，

所述u形第一密封端部包括由其间的半圆形截面弯头或u形截面弯头连接的环形大致平行的沿轴向间隔开的前腿部和后腿部，

所述第二密封端部包括径向外向后敞开的v形截面弯头或圆形截面弯头，并且

沿轴向向后敞开的圆锥形区段沿径向位于所述后腿部与所述第一密封端部之间并且连接于它们。

技术方案6.根据技术方案1所述的密封件，其特征在于，所述密封件还包括：所述轴向偏压器件包括连接所述第一密封端部和所述第二密封端部的径向向内和轴向向后的弓形区段，并且所述第一密封端部和所述第二密封端部相对于所述中心线轴线在截面上为轴向和径向圆形的。

技术方案7.一种环形密封组件，包括：

环形弹簧密封件中的燃气涡轮发动机卡扣，其在第一环形涡轮构件与第二环形涡轮构件之间沿径向且沿周向延伸并且与它们密封接合，

所述环形弹簧密封件包括绕着中心线轴线外接的连续或分开的完整360度环，

所述环包括与所述环的径向内第一端部沿径向向外间隔的径向外第二密封端部，以及

轴向偏压器件，其用于沿轴向偏压所述第二密封端部与所述第一端部分开和远离。

技术方案8.根据技术方案7所述的组件，其特征在于，所述组件还包括：所述第一端部弹簧加载并且可回转地装固在所述第一涡轮构件的至少一个u形截面的槽口中。

技术方案9.根据技术方案8所述的组件，其特征在于，所述组件还包括：所述轴向偏压器件包括连接所述第一密封端部和所述第二密封端部的沿轴向向后敞开的圆锥形区段。

技术方案10.根据技术方案9所述的组件，其特征在于，所述组件还包括：

所述第二密封端部包括径向外向后敞开的v形截面弯头或圆形截面弯头，

所述第一端部包括径向内v形锐角截面弯头，

所述径向内v形锐角截面弯头包括连接于沿轴向向后敞开的圆锥形连接区段的环形轴向前腿部，并且

所述沿轴向向后敞开的圆锥形连接区段由向前敞开的圆锥形中间区段连接于所述沿轴向向后敞开的圆锥形区段。

技术方案11.根据技术方案9所述的组件，其特征在于，所述组件还包括：

所述第一端部包括对称径向内u形弯头第一密封端部，

所述u形第一密封端部包括由其间的半圆形截面弯头或u形截面弯头连接的环形大致平行的沿轴向间隔开的前腿部和后腿部，

所述第二密封端部包括径向外向后敞开的v形截面弯头或圆形截面弯头，并且

沿轴向向后敞开的圆锥形区段沿径向位于所述后腿部与所述第一密封端部之间并且连接于它们。

技术方案12.根据技术方案8所述的组件，其特征在于，所述组件还包括：

所述第一端部弹簧加载抵靠所述第一涡轮构件的所述u形槽口的平行的前环形壁和后环形壁且在它们之间，

所述后环形壁为连续的，并且

所述前环形壁为连续的，或者所述前环形壁为间断的并且包括与所述连续的后环形壁沿轴向间隔开的沿周向间隔开的凸片。

技术方案13.根据技术方案8所述的组件，其特征在于，所述组件还包括：所述轴向偏压器件包括连接所述第一密封端部和所述第二密封端部的径向向内和轴向向后的弓形区段，并且所述第一密封端部和所述第二密封端部相对于所述中心线轴线在截面上为轴向和径向圆形的。

技术方案14.一种环形密封组件，包括：

环形弹簧密封件中的燃气涡轮发动机卡扣，其在包括涡轮喷嘴节段的高压涡轮喷嘴与包括涡轮护罩节段的静止护罩组件之间沿径向且沿周向延伸并且与它们密封接合，

所述环形弹簧密封件包括绕着中心线轴线外接的连续或分开的完整360度环，

所述环包括与所述环的径向内第一端部沿径向向外间隔的径向外第二密封端部，以及

轴向偏压器件，其用于沿轴向偏压所述第二密封端部与所述第一端部分开和远离。

技术方案15.根据技术方案14所述的组件，其特征在于，所述组件还包括：所述第一端部弹簧加载并且可回转地装固在所述涡轮喷嘴的至少一个u形或v形截面的槽口中，并且所述第一端部弹簧加载抵靠所述u形或v形槽口的平行或不平行的前环形壁和后环形壁且在它们之间。

技术方案16.根据技术方案15所述的组件，其特征在于，所述组件还包括：所述轴向偏压器件包括连接所述第一密封端部和所述第二密封端部的沿轴向向后敞开的圆锥形区段。

技术方案17.根据技术方案16所述的组件，其特征在于，所述组件还包括：

所述第二密封端部包括径向外向后敞开的v形截面弯头或圆形截面弯头，

所述第一端部包括径向内v形锐角截面弯头，

所述径向内v形锐角截面弯头包括连接于沿轴向向后敞开的圆锥形连接区段的环形轴向前腿部，

所述沿轴向向后敞开的圆锥形连接区段与所述u形或v形槽口的所述后环形壁和底壁两者成弧线边角，并且

所述沿轴向向后敞开的圆锥形连接区段由向前敞开的圆锥形中间区段连接于所述沿轴向向后敞开的圆锥形区段。

技术方案18.根据技术方案16所述的组件，其特征在于，所述组件还包括：

所述第一端部包括对称径向内u形弯头第一密封端部，

所述u形第一密封端部包括由其间的半圆形截面弯头或u形截面弯头连接的环形大致平行的沿轴向间隔开的前腿部和后腿部，

所述第二密封端部包括径向外向后敞开的v形截面弯头或圆形截面弯头，并且

沿轴向向后敞开的圆锥形区段沿径向位于所述后腿部与所述第一密封端部之间并且连接于它们。

技术方案19.根据技术方案15所述的组件，其特征在于，所述组件还包括：

所述第一端部弹簧加载抵靠所述第一涡轮构件的所述u形或v形槽口的平行或不平行的前环形壁和后环形壁且在它们之间，

所述后环形壁为连续的，并且

所述前环形壁为连续的，或者所述前环形壁为间断的并且包括与所述连续的后环形壁沿轴向间隔开的沿周向间隔开的凸片。

技术方案20.根据技术方案15所述的组件，其特征在于，所述组件还包括：所述轴向偏压器件包括连接所述第一密封端部和所述第二密封端部的径向向内和轴向向后的弓形区段，并且所述第一密封端部和所述第二密封端部相对于所述中心线轴线在截面上为轴向和径向圆形的。

附图说明

根据优选且示例性的实施例的本发明在结合附图进行的以下详细描述中更具体描述，在该附图中：

图1为具有弹簧加载在第一构件的u形槽口中的第一端部和弹簧加载抵靠第二构件的第二端部的环形密封件中的第一示例性燃气涡轮发动机卡扣的截面图示。

图1a为具有弹簧加载在第一构件的v形槽口中的第一端部和弹簧加载抵靠第二构件的第二端部，以及连接第一端部和第二端部的径向向内和轴向向后的弓形区段的环形密封件中的示例性燃气涡轮发动机卡扣的截面图示。

图1b为具有弹簧加载在第一构件的u形槽口中的第一端部和弹簧加载抵靠第二构件的第二端部，以及连接第一端部和第二端部的径向向内和轴向向后的弓形区段的环形密封件中的示例性燃气涡轮发动机卡扣的截面图示。

图2为具有弹簧加载在第一构件的u形槽口中的第一端部和弹簧加载抵靠第二构件的第二端部的第二示例性燃气涡轮发动机弹簧密封件的截面视图图示。

图2a为用于保持图2中所示的第二示例性燃气涡轮发动机弹簧密封件的凸片的透视视图图示。

图3为图2中所示的密封件的示例性实施例的轴向视图图示。

图4为穿过图3中的4-4的密封件的周向视图图示。

图5为飞行器涡扇燃气涡轮发动机的示意性视图图示，其中图1中所示的环形密封件中的卡扣在涡轮喷嘴与轴向相邻的涡轮护罩组件之间。

图6为图5中所示的示为在涡轮喷嘴与轴向相邻的涡轮护罩组件之间的环形密封件中的卡扣的放大透视视图图示。

部件列表

4第一环形涡轮构件

6第二环形涡轮构件

8周围空气

10燃气涡轮发动机

12中心线轴线

14风扇

15间隙

16多级轴向压缩机

18环形燃烧器

19高压涡轮

20高压涡轮喷嘴

21第一轴

22高压涡轮转子

23涡轮叶片

24低压涡轮喷嘴

25第二轴

26低压涡轮转子

27流动路径

28压缩空气

29冷却空气

30气体

32喷嘴节段

33环形密封组件

35外带

39翼型件

40涡轮护罩节段

42护罩悬架

44外壳

48第一密封表面

50第二密封表面

52环形弹簧密封件

53内第一密封端部

54一个u形截面的槽口

55外第二密封端部

56前腿部

57圆形截面

58后腿部

60u形弯头

62前环形壁

64后环形壁

66外向后敞开的v形截面弯头

67圆形环状截面弯头

68内v形截面弯头

70向后敞开的圆锥形区段

72外端部

73向前敞开的圆锥形中间区段

74圆锥形连接区段

76凸片

78底壁

79环

80弓形区段

83内u形弯头第一密封端部

88后凸缘

100静止护罩组件

＋p高压

-p低压

t厚度。

具体实施方式

图1-4中示出了燃气涡轮发动机环形密封组件33，其包括环形弹簧密封件52中的卡扣，其在绕着中心线轴线12外接的第一环形涡轮构件4与第二环形涡轮构件6之间沿径向且沿周向延伸并且与它们密封接合。密封组件33设计成防止或阻止通过燃气涡轮发动机的第一涡轮构件4与第二涡轮构件6之间的间隙15的泄漏。燃气涡轮发动机包括飞行器、船舶和工业燃气涡轮发动机。

环形弹簧密封件52中的卡扣包括径向内第一密封端部53，其弹簧加载并且可回转地装固在第一涡轮构件4的至少一个槽口54中。因此，第一密封端部53密封接合抵靠第一涡轮构件4上的面向后的第一密封表面48。图1中所示的示例性槽口54在截面上为u形。内第一密封端部53弹簧加载抵靠第一涡轮构件4的u形槽口54的平行的前环形壁62和后环形壁64且在它们之间。图1a中所示的备选形状的示例性槽口54在截面上为v形，并且内第一密封端部53弹簧加载抵靠第一涡轮构件4的v形槽口54的非平行的前环形壁62和后环形壁64且在它们之间。

弹簧密封件52中的环形卡扣包括与第一端部53沿径向向外间隔的径向外第二密封端部55。第二密封端部55由沿轴向向后敞开的圆锥形区段70连接于第一端部53。圆锥形区段70提供轴向偏压器件，其用于沿轴向偏压或推动第二密封端部55与第一端部53分开和远离并且密封接合抵靠第二构件6上的面向后的第二密封表面50。径向外第二密封端部55弹簧加载并且密封接合抵靠第二构件6。第二密封端部55可包括如图1中所示的与第二构件6密封接合且接触的径向外向后敞开的v形截面弯头66，或如图2中所示的更圆的环状截面弯头67。

弹簧密封件52中的环形卡扣还包括沿轴向向后敞开的圆锥形区段70，其沿径向位于径向外向后敞开的v形截面弯头66和第一密封端部53的径向外端部72处的径向内v形截面弯头68之间并且连接于它们。弹簧密封件52中的环形卡扣能够符合第一涡轮构件4的至少一个u形槽口54并且柔性地密封抵靠第二构件6。弹簧密封件52可由多种金属材料制成，其包括但不限于inconelalloyx750、rene41、inconelalloy718、inconelalloy625以及waspaloy。弹簧密封件52可具有一定范围的厚度和刚度。弹簧密封件52可具有在从0.002英寸到0.030英寸的范围中的厚度t。

图1中所示的弹簧密封件52中的环形卡扣的第一示例性实施例包括非对称径向内第一密封端部53，其弹簧加载并且可回转地装固在至少一个u形槽口54中。u形槽口54包括平行的前壁62和后壁64。第一密封端部53包括平行于且抵靠前壁62依靠的环形轴向前腿部56。径向内v形截面弯头68包括在轴向前腿部56轴向后方且连接于其的轴向向后敞开的圆锥形连接区段74。轴向向后敞开的圆锥形连接区段74由向前敞开的圆锥形中间区段73连接于轴向向后敞开的圆锥形区段70。圆锥形连接区段74可为u形槽口54的后环形壁64和圆柱形底壁78两者的弧线边角(caddy-corner)。第一端部53的形状设计成提供在至少一个u形槽口54内的强弹簧力并且容易从槽口除去。第一端部53弹簧加载抵靠第一涡轮构件4的u形槽口54的平行的前环形壁62和后环形壁64且在它们之间。

图1b中所示的弹簧密封件52中的环形卡扣的另一个示例性实施例包括径向内圆形截面第一密封端部53，其弹簧加载并且可回转地装固在至少一个u形槽口54中。径向外圆形截面第二密封端部55与第一端部53沿径向向外间隔。第一端部53弹簧加载抵靠第一涡轮构件4的u形槽口54的平行的前环形壁62和后环形壁64且在它们之间。第二密封端部55由径向向内和轴向向后的弓形区段80连接于第一端部53。弓形区段80提供轴向偏压器件，其用于沿轴向偏压或推动第二密封端部55与第一端部53分开和远离并且密封接合抵靠第二构件6。径向内圆形截面第一密封端部53和径向外圆形截面第二密封端部55具有沿轴向且沿径向延伸的圆形截面57。

图2中所示的弹簧密封件52中的环形卡扣的第二示例性实施例包括第一密封端部53，其具有对称径向内u形弯头第一密封端部83，其弹簧加载并且可回转地装固在至少一个u形槽口54中。u形第一密封端部83包括环形大致平行的环形轴向间隔开的前腿部56和后腿部58，它们由它们之间的u形截面弯头60或半圆形截面弯头连接。平行的前腿部56和后腿部58弹簧加载抵靠第一涡轮构件4的u形槽口54的相应的平行的前壁62和后壁64。后腿部58可比前腿部56长。沿轴向向后敞开的圆锥形区段70沿径向位于后腿部58与第一密封端部53的径向内端部之间并且连接于它们。

如图1中所示，u形槽口54和前环形壁62可围绕发动机和构件为连续的。u形槽口54可为连续的并且也可分段。如图2和2a中所示，u形槽口54可围绕发动机和构件为间断的。前环形壁62可围绕发动机为间断的，并且包括与u形槽口54的连续后环形壁64沿轴向间隔开的沿周向间隔开的凸片76，如图2和2a中所示。连续后环形壁64提供密封表面。弹簧密封件52中的环形卡扣为如图3和4中所示的完整360度环79，并且可分开。

图5中示意性地示出了示例性飞行器涡扇燃气涡轮发动机10，其关于纵向或轴向中心线轴线12轴对称。发动机10包括串流连通的风扇14、多级轴向压缩机16、环形燃烧器18、包括单级高压涡轮转子22上游和前方的高压涡轮喷嘴20的高压涡轮19，以及一级或更多级低压涡轮喷嘴24和转子26。高压涡轮转子22由第一轴21连结于压缩机16，并且低压转子26由同轴的第二轴25连结于风扇14。在操作期间，周围空气8向下游流动穿过风扇14、压缩机16，从压缩机16处，其作为压缩空气28离开，并且接着流动到燃烧器18中。压缩空气28在燃烧器18中与燃料混合并且点燃，生成热燃烧气体30，其向下游流动穿过涡轮级，该涡轮级从其抽取能量用于对风扇14和压缩机16两者供能。燃烧器18下游的涡轮的各种定子和转子构件限定涡轮流动路径27，其将热燃烧气体导送穿过其用于从发动机排放。

高压涡轮转子22在高压涡轮喷嘴20下游和附近。高压涡轮转子22可采用任何常规形式，其具有从转子盘沿径向向外延伸的多个沿周向间隔开的涡轮叶片23，用于从气体30抽取能量并且对压缩机16供能。包括涡轮护罩节段40的静止护罩组件100位于涡轮喷嘴20附近和下游。

压缩空气28的一部分从压缩机16放出，并且用作冷却空气29，其导送至涡轮的各种部分，如高压喷嘴20，以提供其冷却。冷却空气29中的一些在相比于在发动机操作期间流过高压涡轮喷嘴20中的涡轮流动路径27的燃烧气体30的低压-p的相当大的高压+p下围绕且穿过高压涡轮喷嘴20导送。

图6中示出了环形密封组件33，其包括弹簧密封件52中的环形卡扣，其在第一环形涡轮构件和第二环形涡轮构件之间沿径向且沿周向延伸并且与它们密封接合，该第一环形涡轮构件和该第二环形涡轮构件为包括涡轮喷嘴节段32的高压涡轮喷嘴20和包括涡轮护罩节段40的静止护罩组件100。静止护罩组件100定位成邻近涡轮喷嘴20的轴向下游，并且界定和限定在涡轮叶片23径向外侧的流动路径27。静止护罩组件100由从多个沿周向邻接的护罩悬架42支承的环或多个沿周向邻接的拱式涡轮护罩节段40制成，多个沿周向邻接的护罩悬架42继而使用前和后的钩和固持夹从环形外壳44支承。护罩节段40和悬架42与涡轮喷嘴20同轴地设置，用于限定围绕涡轮叶片23的径向外流动路径边界，燃烧气体30从喷嘴20流动穿过涡轮叶片23。

冷却空气29围绕喷嘴20导送并且沿径向向内流动穿过涡轮喷嘴20的单独中空定子翼型件39用于其冷却，并且围绕外带35的外表面循环。冷却空气29相比于导送穿过喷嘴20的燃烧气体30的较低压力-p在相对高压力＋p下。

密封组件33包括涡轮喷嘴节段32中的各个上的后凸缘88中的u形槽口54，以及槽口的平行前壁62和后壁64。弹簧密封件52中的环形卡扣设计成防止或阻止通过涡轮喷嘴20与静止护罩组件100之间的间隙15的泄漏。弹簧密封件52中的环形卡扣包括径向内第一密封端部53，其弹簧加载并且可回转地装固在第一涡轮构件4的至少一个u形槽口54中。第一端部53弹簧加载抵靠u形槽口54的平行的前环形壁62和后环形壁64且在它们之间。

弹簧密封件52中的环形卡扣具有呈360度轴对称构造和形状的低轮廓卡扣。不需要铆钉或螺栓，这改进组件和涡轮喷嘴的耐久性，减少泄漏路径，并且允许模块化组件。

集成或紧固内模块密封件缓解组件损坏的风险。连同360度轴对称密封件的腔中的低轮廓卡扣提供了优于带头的或有铆钉的附接密封件的改进的零件耐久性和减少的泄漏。

尽管本文中描述了认作是本发明的优选且示例性的实施例的内容，但本发明的其它改型将从本文中的教导对本领域技术人员而言为显而易见的，并且因此期望在所附权利要求中保护如落入本发明的真实精神和范围内的所有此类改型。

因此，期望由美国专利证书保护的是如以下权利要求中限定和区分的本发明。