燃气轮机发动机的包括位于平台的径向向外面向侧和内罩的向内面向侧中的沟槽的密封组件的制作方法
【专利说明】燃气轮机发动机的包括位于平台的径向向外面向侧和内罩的向内面向侧中的沟槽的密封组件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是于2013 年 I 月 13 日提交的、题名 “SEAL ASSEMBLY INCLUDING GROOVESIN AN INNER SHROUD IN A GAS TURBINE ENGINE” 的 Ching-Pang Lee 的美国专利申请N0.13/747868(代理人案号N0.2012P17912US)的部分继续申请，该美国申请的全部内容作为引用并入本文。
技术领域
[0003]本发明总体上涉及一种用在燃气轮机发动机中的密封组件，其包括位于可旋转叶片平台的径向外侧上的多个沟槽，以帮助限制热气体路径和盘空腔之间的泄漏。
【背景技术】
[0004]在比如燃气轮机发动机的多级旋转机器中，流体(例如进气)在压缩器部分中压缩，并在燃烧器部分中与燃料混合。空气和燃料的混合物在燃烧器部分中点火，以产生燃烧气体，燃烧气体限定出导向发动机的涡轮部分内的涡轮级的热工作气体，以使涡轮部件旋转运动。涡轮部分和压缩器部分两者均具有与可旋转部件(比如叶片)协作的静止或非旋转部件(比如轮叶)，以压缩和膨胀热工作气体。机器内的许多部件必须由冷却流体冷却，以防止部件过热。
[0005]热工作气体在包含冷却流体的机器中从热气体路径到盘空腔的吸入例如通过产生更高的盘和叶片根部温度而降低了发动机性能和效率。工作气体从热气体路径到盘空腔的吸入还降低了盘空腔中或周围的部件的寿命和/或导致故障。
【发明内容】
[0006]根据本发明的第一方面，提供了一种密封组件，其位于盘空腔和延伸穿过燃气轮机发动机的涡轮部分的热气体路径之间。该密封组件包括静止的轮叶组件和旋转的叶片组件，静止的轮叶组件包括多个轮叶和内罩，旋转的叶片组件位于轮叶组件的下游，并包括多个叶片，多个叶片支撑在平台上，并在发动机操作期间与涡轮转子和平台一起旋转。该平台包括径向向外面向的第一表面、径向向内面向的第二表面、面向由涡轮部分的纵向轴线限定的轴向方向的第三表面以及延伸进第三表面中的多个沟槽。所述沟槽布置成在周向方向上具有分量的一空间限定在相邻沟槽之间，所述周向方向对应于叶片组件的旋转方向。在发动机操作期间，沟槽朝向热气体路径将净化空气引导出盘空腔，使得净化空气相对于穿过热气体路径的热气流的方向在期望的方向上流动。
[0007]根据本发明的第二方面，提供了一种密封组件，其位于盘空腔和延伸穿过燃气轮机发动机的涡轮部分的热气体路径之间。该密封组件包括静止的轮叶组件和旋转的叶片组件，静止的轮叶组件包括多个轮叶和内罩，旋转的叶片组件位于轮叶组件的下游，并包括多个叶片，多个叶片支撑在平台上，并在发动机操作期间与涡轮转子和平台一起旋转。该平台包括径向向外面向的第一表面、径向向内面向的第二表面、面向由涡轮部分的纵向轴线限定的轴向方向的第三表面以及延伸进第三表面中的多个沟槽。平台的第三表面相对于纵向轴线以一角度从平台的第一表面径向向内延伸，使得平台的第三表面还面向径向方向。所述沟槽布置成在周向方向上具有分量的一空间限定在相邻沟槽之间，所述周向方向对应于叶片组件的旋转方向。所述沟槽从其远离平台的第一表面的入口部向其邻近平台的第一表面的出口部逐渐变细，使得入口部比出口部宽。在发动机操作期间，沟槽朝向热气体路径将净化空气引导出盘空腔，使得净化空气的流动方向与穿过热气体路径的热气流的方向大致对准，穿过热气体路径的热气流大致平行于轮叶中的至少一个的后缘的出口角(exitangle)。
[0008]根据本发明的第三方面，提供了一种密封组件，其位于盘空腔和延伸穿过燃气轮机发动机的涡轮部分(包括涡轮转子)的热气体路径之间。该密封组件包括静止的轮叶组件和可与涡轮转子一起旋转并位于轮叶组件下游的叶片组件。轮叶组件包括多个轮叶和内罩。内罩包括径向向外面向的第一表面；径向向内且轴向下游面向的第二表面，轴向方向由涡轮部分的纵向轴线限定；以及延伸进第二表面中的多个轮叶沟槽。轮叶沟槽布置成在周向方向上具有分量的一空间限定在相邻轮叶沟槽之间，所述周向方向对应于涡轮转子的旋转方向。叶片组件包括支撑在平台上的多个叶片。该平台包括径向向外面向的第一表面、径向向内面向的第二表面、径向向外且轴向下游面向的第三表面以及延伸进平台的第三表面中的多个叶片沟槽。该叶片沟槽布置成在周向方向上具有分量的一空间限定在相邻叶片沟槽之间之间。在发动机操作期间，轮叶沟槽和叶片沟槽均朝向热气体路径将净化空气引导出盘空腔，使得净化空气相对于穿过热气体路径的热气流的方向在期望的方向上流动。
【附图说明】
[0009]尽管说明书以特别指出并明确发明的权利要求书结束，但是应明白，结合附图，从下面的描述中会更好地理解本发明，在附图中，类似的标号表示类似的元件，附图中:
[0010]图1是包括根据本发明实施例的密封组件的燃气轮机发动机中的涡轮级的一部分的示意性截面图；
[0011]图2是图1的密封组件的多个沟槽的局部透视图；
[0012]图2A是图2所示许多沟槽的正视图；
[0013]图3是在径向向内方向上观看时的图1所示级的截面图；
[0014]图4是包括根据本发明另一实施例的密封组件的燃气轮机发动机中的涡轮级的一部分的示意性截面图；
[0015]图5是图4的密封组件的多个沟槽的局部透视图；
[0016]图5A是图4所示许多沟槽的正视图；
[0017]图6是在径向向内方向上观看时的图4所示级的截面图；
[0018]图7是与图5的视图类似的视图，示出根据本发明另一实施例的密封组件；以及
[0019]图8是与图6的视图类似的视图，示出根据本发明另一实施例的密封组件。
【具体实施方式】
[0020]在下面对优选实施例的详细描述中，参考形成本说明书一部分的附图，在附图中，仅以示例方式而不以限制方式示出可实施本发明的特定优选的实施例。应理解，可使用其它实施例，并可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对实施例进行改变。
[0021]参见图1，示意性示出涡轮发动机10的一部分，其包括静止的轮叶组件12和叶片组件18，静止的轮叶组件包括从外壳(未示出)悬出并固定到环形内罩16的多个轮叶14，叶片组件包括多个叶片20和形成涡轮转子24的一部分的转子盘结构22。轮叶组件12和叶片组件18可在本文中统称为发动机10的涡轮部分26的“级”，如本领域技术人员所明白的，涡轮部分可包括多个级。轮叶组件12和叶片组件18在限定出发动机10的纵向方向La的轴向方向上彼此间隔开，其中，图1所示轮叶组件12相对于涡轮部分26的入口 26A和出口 26B位于所示叶片组件18的上游，见图1和3。
[0022]转子盘结构22可包括平台28、叶片盘30以及与在发动机10操作期间随转子24一起旋转的叶片组件18相关的任何其它结构，比如根部、侧板、肋等。
[0023]轮叶14和叶片20延伸进限定在涡轮部分26内的环形热气体路径34中。包括热燃烧气体的工作气体He(见图3)在发动机10操作期间被引导通过热气体路径34，并流过轮叶14和叶片20到达其它级。工作气体He流过热气体路径34会导致叶片20和对应的叶片组件18旋转，以提供涡轮转子24的旋转。
[0024]参见图1，盘空腔36位于热气体路径34的径向内部，位于环形内罩16和转子盘结构22之间。净化空气Pa(比如压缩空气)被提供进盘空腔36中，以冷却内罩16和转子盘结构22。净化空气Pa还提供抵抗流过热气体路径34的工作气体H 力的压力平衡，以抵消进入盘空腔36中的工作气体Hc流。净化空气P A可从穿过转子24形成的冷却通路(未示出)和/或根据需要从其它上游通路(未示出)提供到盘空腔36。应注意，额外的盘空腔(未示出)通常设置在剩余内罩16和对应的相邻转子盘结构22之间。
[0025]如图1-3所示，所示实施例中的内罩16包括大致径向面向延伸的第一表面40，轮叶14从第一表面延伸出。所不实施例中的第一表面40从内罩16的轴向上游端部42延伸到轴向下游端部44，见图2和3。内罩16还包括径向向内且轴向下游面向的第二表面46，其从内罩16的轴向下游端部44延伸远离相邻的叶片组件18而到达内罩16的大致轴向面向的第三表面48，见图1和2。所不实施例中的内罩16的第二表面46相对于平行于纵向轴线La的线LI以角度β从下游端部44延伸，S卩，使得第二表面46也相对于纵向轴线La以角度β从下游端部44延伸，角度β优选地介于约30-60°之间，在所示实施例中为约45°，见图1。第三表面48从第二表面46径向向内延伸，并面向相邻叶片组件18的转子盘结构22。
[0026]内罩16和转子盘结构22的位于相应轮叶14和叶片20的径向内部的部件协作以在热气体路径34和盘空腔