渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的外緣密封組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般而言涉及在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的外緣密封組件，更具體地，涉及包括環(huán)形翼部件的外緣密封組件，該環(huán)形翼部件包括用于向熱氣體路徑泵送從盤(pán)腔流出的冷卻流體的徑向延伸的多個(gè)流動(dòng)通道。
【背景技術(shù)】
[0002]在諸如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的多級(jí)旋轉(zhuǎn)式機(jī)器中，流體，例如進(jìn)氣，在壓縮機(jī)區(qū)被壓縮并與燃燒區(qū)中的燃料混合。在燃燒區(qū)點(diǎn)燃?xì)怏w和燃料的混合物，以創(chuàng)建燃燒氣體，該燃燒氣體限定被引向發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪區(qū)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)渦輪級(jí)的熱工作氣體，以產(chǎn)生渦輪構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。例如，渦輪區(qū)和壓縮區(qū)都具有與可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(例如輪葉)合作的固定的或非旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件(例如輪葉)，例如，用于壓縮和擴(kuò)展熱工作氣體。機(jī)器內(nèi)的許多構(gòu)件必須通過(guò)冷卻流體冷卻，以防止構(gòu)件過(guò)熱。
[0003]熱工作氣體在包括冷卻流體的機(jī)器中從熱氣體路徑到盤(pán)腔的攝取降低了發(fā)動(dòng)機(jī)性能和效率，例如，通過(guò)產(chǎn)生更高的盤(pán)和輪葉根部溫度。從熱氣體路徑到盤(pán)腔的加工氣體的攝取，還可能縮短使用壽命和/或引起盤(pán)腔中和周圍的構(gòu)件的故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的熱氣體路徑和盤(pán)腔之間的密封組件。密封組件包括含有一排輪葉和內(nèi)罩的不可旋轉(zhuǎn)的輪葉組件，與輪葉組件相鄰的可旋轉(zhuǎn)的且包括一排葉片和形成渦輪轉(zhuǎn)子的一部分的渦輪盤(pán)葉片組件，以及徑向位于熱氣體路徑和盤(pán)腔之間的環(huán)形翼部件。翼部件大體軸向地從葉片組件向輪葉組件延伸，且包括從其徑向內(nèi)表面向其徑向外表面延伸的多個(gè)周向地間隔開(kāi)的流體通道。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，流體通道完成從盤(pán)腔到熱氣體路徑的冷卻液的泵送。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的熱氣體路徑和盤(pán)腔之間的密封組件。密封組件包括含有一排輪葉和內(nèi)罩的不可旋轉(zhuǎn)的輪葉組件，與輪葉組件相鄰的可旋轉(zhuǎn)的且包括一排葉片和形成渦輪轉(zhuǎn)子的一部分的渦輪盤(pán)葉片組件，軸向地從輪葉組件向葉片組件延伸且包括密封表面的環(huán)形密封部件，以及位于從熱氣體路徑徑向向內(nèi)和從盤(pán)腔徑向向外的環(huán)形翼部件。翼部件大體軸向地從葉片組件的軸向面對(duì)側(cè)向輪葉組件延伸，且包括緊挨密封部件的密封表面的一部分。翼部件還包括從其徑向內(nèi)表面向其徑向外表面延伸的多個(gè)周向間隔開(kāi)的流體通道，其中在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行期間，通過(guò)流體通道利用渦輪轉(zhuǎn)子和葉片組件的旋轉(zhuǎn)，完成從盤(pán)腔向流體通道的冷卻流體的泵送，通過(guò)迫使熱氣體遠(yuǎn)離密封組件以限制從熱氣體路徑到盤(pán)腔的熱氣體攝取。
【附圖說(shuō)明】
[0006]雖然說(shuō)明書(shū)以特別指出并清楚地主張本發(fā)明權(quán)利要求結(jié)束，相信根據(jù)以下描述結(jié)合附圖可以更好地理解本發(fā)明，其中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件，其中:
[0007]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括外緣密封組件的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的圖解截面視圖；
[0008]圖2是從圖1中沿線2-2獲取的橫截面視圖；
[0009]圖3是從圖1中沿線3-3獲取的橫截面視圖并示出了在圖1所示的外緣密封組件的翼部件中形成的多個(gè)流體通道；以及
[0010]圖4-6是根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的類似圖3中視圖的外緣密封組件的多個(gè)流體通道的視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]在以下優(yōu)選實(shí)施例的具體描述中，參考構(gòu)成說(shuō)明書(shū)一部分的附圖，以說(shuō)明的方式而不是限制的方式，可以在具體優(yōu)選實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，也可以使用其它實(shí)施例，并且所作出的改變并不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
[0012]參考圖1，圖解地示出了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的一部分，其包括具有懸掛于外部殼(未示出)并附著至相應(yīng)環(huán)形內(nèi)罩16A，16B的相應(yīng)排的輪葉14A，14B的上游和下游固定輪葉組件12A，12B，以及包括多個(gè)葉片20和形成渦輪轉(zhuǎn)子24的一部分的轉(zhuǎn)子盤(pán)結(jié)構(gòu)22的葉片組件18。上游輪葉組件12A和葉片組件18在此可以統(tǒng)稱為發(fā)動(dòng)機(jī)10的渦輪區(qū)26的“級(jí)”，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)其可以包括多個(gè)級(jí)是顯而易見(jiàn)的。在渦輪區(qū)26中的輪葉組件和葉片組件限定發(fā)動(dòng)機(jī)10的縱軸La的軸向方向是相互間隔開(kāi)的，其中相對(duì)于渦輪區(qū)26的入口26A和出口 26B，圖1所示的輪葉組件12A是所示葉片組件18的上游，以及圖1所示的輪葉組件12B是所示葉片組件18的下游，見(jiàn)圖1。
[0013]轉(zhuǎn)子盤(pán)結(jié)構(gòu)22可以包括平臺(tái)28、渦輪盤(pán)30、和與在發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)行期間與轉(zhuǎn)子24 一起旋轉(zhuǎn)的葉片組件18有關(guān)的任何其它結(jié)構(gòu)，例如，根、側(cè)板、桿等。
[0014]輪葉14A、14B和葉片20延伸至在渦輪區(qū)26中限定的環(huán)形熱氣體路徑34。在發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)行期間，包括熱燃燒氣體的熱工作氣體He被引入熱氣體路徑34并流過(guò)輪葉14A，14B和葉片20至其余級(jí)。工作氣體He的通道通過(guò)熱氣體路徑34引起葉片20和對(duì)應(yīng)的葉片組件18的旋轉(zhuǎn)，以提供渦輪轉(zhuǎn)子24的旋轉(zhuǎn)。
[0015]仍然參考圖1，盤(pán)腔36位于熱氣體路徑34的徑向向內(nèi)處。盤(pán)腔36軸向地位于上游輪葉組件12A的環(huán)形內(nèi)罩16A和轉(zhuǎn)子盤(pán)結(jié)構(gòu)22之間。冷卻流體，例如包括壓縮機(jī)排出空氣的凈化空氣PA，被提供給盤(pán)腔36，以冷卻內(nèi)罩16A和轉(zhuǎn)子盤(pán)結(jié)構(gòu)22。凈化空氣Pa還提供壓力平衡，抵抗流過(guò)熱氣體路徑34的工作氣體He的壓力，以抵消工作氣體He至盤(pán)腔36的攝取。凈化空氣？八可以從通過(guò)轉(zhuǎn)子24形成的冷卻通道(未示出)和/或從所期望的其它上游通道(未示出)提供給盤(pán)腔36。應(yīng)當(dāng)注意到，大體，在其余內(nèi)罩和對(duì)應(yīng)的相鄰轉(zhuǎn)子盤(pán)結(jié)構(gòu)之間提供額外的盤(pán)腔(未示出)。還應(yīng)當(dāng)注意到，可以在盤(pán)腔36中提供除壓縮器排出空氣外的其它類型的冷卻流體，例如，來(lái)自外部源的冷卻流體或者從發(fā)動(dòng)機(jī)10的一部分而不是壓縮機(jī)提取的空氣。
[0016]從相應(yīng)輪葉14A和葉片20徑向向內(nèi)的上游輪葉組件12A和葉片組件19的元件協(xié)作，以形成熱氣體路徑34和盤(pán)腔36之間的環(huán)形密封組件40。如本文所述，環(huán)形密封組件40幫助阻止工作氣體He從熱氣體路徑34吸入盤(pán)腔36并將凈化空氣P八的一部分從盤(pán)腔36傳遞出去。應(yīng)當(dāng)注意到，可以在內(nèi)罩和在發(fā)動(dòng)機(jī)10中的其余級(jí)的相鄰轉(zhuǎn)子盤(pán)結(jié)構(gòu)之間提供與本文所描述的類似的額外的密封組件40，例如，用于幫助阻止工作氣體He從熱氣體路徑34吸入相應(yīng)盤(pán)腔，并將凈化空氣Pa從盤(pán)腔36傳遞出去。
[0017]如圖1-3所示，密封組件40包括徑向位于熱氣體路徑34和盤(pán)腔36之間并大體軸向地從轉(zhuǎn)子盤(pán)結(jié)構(gòu)22的軸向面對(duì)側(cè)22A向上游輪葉組件12A延伸的環(huán)形翼部件42(應(yīng)當(dāng)注意到，為清楚起見(jiàn)，在圖2中用假想線示出上游輪葉組件12A)。如圖1所示，翼部件42可以形成為轉(zhuǎn)子盤(pán)結(jié)構(gòu)22的集成部分，或者可以從轉(zhuǎn)子盤(pán)結(jié)構(gòu)22分離地形成并附加到其上。當(dāng)軸向查看時(shí)，所示的翼部件42大體在周向方向?yàn)楣涡螤?，?jiàn)圖3。如圖1所示，翼部件42優(yōu)選地與上游輪葉組件12A的內(nèi)罩16A的下游端16A1重疊。
[0018]仍然參考圖1-3，翼部件42包括多個(gè)周向間隔開(kāi)的流體通道44。流體通道44通過(guò)翼部件42從其徑向內(nèi)表面42A向其徑向外表面42B延伸，見(jiàn)圖3。如圖2所示，流體通道44優(yōu)選地排列成一個(gè)環(huán)形排，其中流體通道44的寬度W44(見(jiàn)圖3)和相鄰流體通道44之間的周向間隔CSP(見(jiàn)圖3)可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)10的具體結(jié)構(gòu)和根據(jù)所期望的用于通過(guò)流體通道44將凈化空氣Pa排出的結(jié)構(gòu)所改變，正如下面將更具體描述的。盡管圖1-3所示的實(shí)施例中的流體通道44大體徑向直接通過(guò)翼部件42延伸，流體通道44可以具有其它結(jié)構(gòu)，例如圖4-6所示的這些，其將在下面描述。
[0019]如圖1所示，密封組件40進(jìn)一步包括從上游輪葉組件12A的內(nèi)罩16A的大致軸向面對(duì)表面16A2延伸的環(huán)形密封部件50。密封部件50軸向地向葉片組件18的轉(zhuǎn)子盤(pán)結(jié)構(gòu)22延伸并位于翼部件42的徑向向外且與翼部件42重疊，使得從熱氣體路徑34到盤(pán)腔36的熱工作氣體He的任何攝取都必須經(jīng)過(guò)彎曲的路徑。密封部件50的軸端50A包括緊挨著翼部件42的環(huán)形徑向向外延伸凸緣54的密封表面52?？梢孕纬擅芊獠考?0作為內(nèi)罩16A的集成部分，或者可以從內(nèi)罩16A分離地形成并附加到其上。密封表面52可以包括在凸緣54和密封表面52接觸時(shí)犧牲的磨耗材料。
[0020]在發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)行期間，通過(guò)熱氣體路徑34的熱工作氣體He的通道使得葉片組件18和渦輪轉(zhuǎn)子24以圖2和3所示的旋轉(zhuǎn)方向Dk進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0021]葉片組件18的旋轉(zhuǎn)以及盤(pán)腔36和熱氣體路徑34之間的壓力差，即盤(pán)腔36中的壓力大于熱氣體路徑34中的壓力，影響通過(guò)流體通道44從盤(pán)腔36向熱氣體路徑34的凈化空氣？八的泵送，以通過(guò)迫使熱工作氣體H e遠(yuǎn)離密封組件40來(lái)幫助限制熱工作氣體H GhK熱氣體路徑34吸入盤(pán)腔36。由于密封組件40限制熱工作氣體He從熱氣體路徑34吸入盤(pán)腔36，相應(yīng)地，密封組件40允許一