阅读说明：本技术 涡轮机械密封装置和方法 (Turbomachine sealing device and method ) 是由 赖安·克里斯托弗·琼斯 丹尼尔·恩迪科特·奥斯古德 扎迦利·丹尼尔·韦伯斯特 格雷戈里·T·加 于 2019-07-30 设计创作，主要内容包括：一种涡轮机械密封装置,包括具有第一端面的第一涡轮机械部件和远离第一端面延伸的密封件,该密封件通过在部件的壁和密封件之间延伸的接片连接到该壁。(A turbomachinery sealing device includes a first turbomachinery component having a first end face and a seal extending away from the first end face, the seal being connected to a wall of the component by a tab extending between the wall and the seal.)

涡轮机械密封装置和方法

技术领域

本发明一般涉及发动机中密封泄漏路径。更具体地，本发明涉及密封件，例如花键密封件，其用在涡轮机硬件或其他硬件的泄漏路径中，其中密封件用于密封部件之间的泄漏。

背景技术

固定和旋转涡轮发动机部件，例如涡轮定子或喷嘴，叶片，叶片护罩和燃烧器，通常被构造为一圈并排的段。已知的是，相邻段之间的间隙处的泄漏导致飞行器发动机的低效率。因此，必须最小化相邻段之间的空气泄漏，以满足发动机性能要求。这通常使用花键密封件来实现，所述花键密封件是小金属条，其容纳在形成于两个相邻段中的密封槽中，桥接两个相邻段之间的间隙。在相邻段中形成的每个槽容纳花键密封件的一半。

在传统密封组件中，密封泄漏路径需要繁琐的组装，并且由于组装多个模块，必须仔细地***众多密封件以密封每一个泄漏路径，因此很有可能导致密封件的错放和/或不正确的安装。例如，在一圈涡轮叶片或一圈固定涡轮喷嘴或一圈涡轮护罩中，可能有30到70条联合线，每条联合线都需要密封件。组装所有密封件既复杂又耗时。

现有技术的问题是，安装密封件的复杂性可能导致密封件的错放和/或不正确的安装，从而导致相邻段之间的空气泄漏和效率损失。即使正确安装，也可以改善密封效果和流量控制。

发明内容

通过使用铸造和/或其他制造方法制造的密封件来解决上述问题中的至少一个，该方法允许密封件与相邻的一个段连接和/或整体形成，并且允许密封件在组装相邻段期间保持在适当位置，从而防止密封件的错放和/或不正确安装。

根据本文所述技术的一方面，一种涡轮机械密封装置，包括具有第一端面的第一涡轮机械部件和从远离第一端面延伸的密封件，该密封件通过在部件的壁和密封件之间延伸的接片连接到壁上。

根据本文所述技术的另一个方面，一种组装涡轮机械密封装置的方法包括以下步骤：提供第一涡轮机械部件，其具有通过接片连接到其上的密封件；提供第二涡轮机械部件；将第一涡轮机械部件和第二涡轮机械部件定位成彼此相邻，使得密封件跨越两个涡轮机械部件之间的间隙。

根据本文所述技术的另一方面，一种组装涡轮机械组件的方法，包括以下步骤：提供多个涡轮机械段，所述多个涡轮机械段中的每一个具有第一端面和与所述第一端面相对的第二端面，所述第一端面包括第一密封槽，所述第二端面包括第二密封槽，所述第一密封槽具有设置在其中的密封件，该密封件通过第一密封槽的壁和所述密封件之间延伸的接片连接到所述第一密封槽的壁；并且设置多个涡轮机械段，所述涡轮机械段的第一端面与相邻涡轮机械段的第二端面相邻，使得相应密封件的一部分延伸到第二密封槽中。

附图说明

本发明可以通过参考以下结合附图的描述获得最好的理解，其中：

图1是组装在一起的两个喷嘴段的立体图；

图2是图1的分解立体图，示出了用于密封组装的喷嘴段的泄漏路径的花键密封件和密封槽；

图3是图1的横截面图，示出了组装两个喷嘴段的现有技术方法；

图4是示出了组装多个喷嘴段的示例性方法的横截面图；

图5示出了用图4方法组装后的相邻喷嘴段的密封槽中安装的密封件，其中在组装后，密封件与密封槽分离；

图6示出了用图4方法组装后的相邻喷嘴段的密封槽中安装的密封件，其中密封件与其中一个密封槽保持连接；

图7示出了用图4方法组装后的相邻喷嘴段的密封槽中安装的密封件，其中密封件与其中一个密封槽保持连接，并且至少包含一个孔；

图8是示出替代密封件实施例的分解示意图，其中部件具有从其相对面延伸的密封件；以及

图9是图8的部件的组装图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的参考标记在各个视图中表示相同的元件，图1描绘了固定在一起以形成燃气涡轮发动机中的涡轮喷嘴的一部分的两个示例性涡轮喷嘴段10，100。涡轮喷嘴仅是燃气涡轮发动机或类似涡轮机械内的涡轮机械部件的多个组件的一个示例，其中环形组件由两个或更多个部件构成，部件之间有需要密封的间隙。这些在本文中称为“密封组件”。这种组件可以位于发动机中的任何位置，并且不限于特定模块。这种组件通常，但不总是，由一圈单独的弓形段构成。构成密封组件的部件或段的非限制性示例包括固定翼型叶片的内带或外带，涡轮机械叶片的平台或护罩段的端部。

第一喷嘴段10包括内带12，内带12通过翼面16与外带14连接。外带14具有内侧表面18和外侧表面20。外带14的端面22位于内侧表面18和外侧表面20之间。同样地，第二喷嘴段100包括内带112，内带112通过翼面116与外带114连接。外带114具有内侧表面118和外侧表面120。外带114的端面122位于内侧表面118和外侧表面120之间。

现在参考附图2-6，每个端面22和122分别包括密封槽30和130，密封槽30和130从端面22，122向内延伸并构造成在其中容纳花键密封件40。如图3-6所示，当组装一圈或环形阵列的涡轮喷嘴段10，100时，端面22，122以面对关系彼此紧密靠近，其间限定有小间隙“G”。花键密封件40容纳在相邻段10，100的密封槽30，130中并跨越间隙G。通常，花键密封件40是金属原料的薄板状构件，具有相对的外表面42和内表面44。花键密封件40的功能是防止空气通过间隙G泄漏。

密封槽30由底壁32，内侧壁34和外侧壁36限定，并由两个端壁(未示出)封闭。内侧壁34和外侧壁36从底壁32延伸到端面22处的边缘38。

同样地，密封槽130由底壁132，内侧壁134和外侧壁136限定，并由两个端壁(未示出)封闭。内侧壁134和外侧壁136从底壁132延伸到端面122处的边缘138。

密封槽30，130具有由其最浅部分限定的基本深度D，其表示相应花键密封件40的期望的安放深度。例如，安放深度D可以大约是花键密封件40的总宽度W的一半。当组装时，花键密封件40基本上填充密封槽30，130的整个体积。

如图3所示，现有技术的组装方法需要将密封件40***槽30，130中，然后将段10，100固定在一起。密封件40的目的是防止空气从标记为“P1”的区域泄漏到标记为“P2”的区域。实际上，P1和P2之间的压差导致密封件40的内表面44抵靠每个槽30，130的内侧壁34，134，从而阻止流动。通常，在外表面42和外侧壁36，136之间提供约0.254mm(0.010英寸)的空隙，并且在密封件40的内表面44和内侧壁34，134之间提供约0.254mm(0.010英寸)的空隙。在密封件40如何操作上有一些不一致，因为它可以在槽30，130中四处移动，直到压差导致密封件40抵靠内侧壁34，134。

注意，通常标记为“P1”的区域是次级流路的一部分，即它位于硬件的“冷侧”。标记为“P2”的区域是主要流路的一部分，即位于热燃烧气体流动的硬件的“热侧”。密封件40防止热燃烧气体流入次级流路。通常，保持压差以提供回流余量，即，即使密封件40未完成，也确保热流路气体不被吸入到次级流路中。因此，在某些情况下，希望将吹扫流量降到最低，而使用密封来计量流量的能力将会很有帮助。如上所述，由于密封件和节段的组装数量以及由于密封件的错位和/或安装不正确，这种组装是复杂和繁琐的。

参考附图4-6，本概念使用诸如熔模铸造，增材制造和电火花加工(EDM)的制造技术来形成槽30，130和密封件40。这造成密封件40整体形成(即，单一或整体构造)或固定到槽30，130中的一个，并允许相邻的段10，100固定在一起，而无需手动将密封件40***槽30，130。这种制造还允许在槽30，130和密封件40之间的公差得到更严格的控制，以提供更好的密封效果并驱动气流动远离潜在的泄漏路径。图4示出了涡轮喷嘴段10，100与密封件40组装在一起，密封件40连接到相邻的涡轮喷嘴段10，100。这种方法不需要复杂的密封组件。

如图所示，密封件40通过接片或注道150与槽30的底壁32、槽130的底壁132相连接，所述接片或注道在密封件40和底壁32，132之间。如本文中所使用的，当描述两个元件时的术语“连接”指的是这些元件之间的接合或互连，而不仅仅是两者之间的接触(例如，摩擦，压力)。如本文所用，术语“接片”是指相对细长的机械互连元件，其不需要具有任何特定的横截面形状。术语“接片”的同义词包括例如：注道，纽带，连接器或梁。如图所示，接片或注道150的厚度“T_t”小于密封件40的厚度“T_s”。应该理解的是，代替密封件40连接到底壁32，132，密封件40可以通过一个或多个接片连接到内侧壁34，外侧壁36，内侧壁134或外侧壁136中的一个或多个上，只要密封件40连接到槽30，130的至少一个壁上，就可以组装相邻的涡轮喷嘴段10，100。

所述的接片或注道150可以以不同的方式起作用。例如，接片或注道150可以是非常薄且/或以其他方式易碎的。其目的是将密封件40固定在适当位置以使组装更容易。因此，作为示例，两个涡轮喷嘴段10，100可以与具有一体化密封件40的涡轮喷嘴段10，100中的一个组装在一起。然后，一旦它们被组装，就可以使用工具断开或震开密封件以释放它(可以通过销钉撞击或切割/磨削工具完成)，如附图5所示。该方法可用于许多密封类型甚至涡轮叶片上的阻尼器。

在另一个示例中，如图6所示，接片或注道150可以稍微更厚以将密封件40保持在适当位置，但允许其四处移动以寻找槽30，130中的密封位置。在该示例中，接片或注道150连接到底壁32，132，并且不会被折断并且将像弹簧元件那样提供弹簧力，以抵抗密封件40的相对的外表面42和内表面44之间的压差力，从而提供可变的限制，这将允许计量泄漏流量。此外，如图7所示，密封件40可包括通过其厚度形成的孔或槽46，以在密封件40处于完全密封位置时允许吹扫流量的计量，例如密封件40防止气流泄漏。

上述密封结构的多种物理构造是可能的。例如，图8和图9示出了分别包括第一部件202，第二部件204和第三部件206的组件200。第一部件202和第三部件206各自包括端面222，端面222具有形成在其中的密封槽230。在所示的示例中，每个密封槽230从相应的端面222延伸一个倾斜角度。在组装的方向上，密封槽230彼此相对地成角度。

第二部件204在其相对侧上具有端面224，每个端面224具有通过接片250连接到其上的密封件240。接片250的厚度可以小于密封件240的厚度。在该示例中，密封件240以倾斜角度远离端面224延伸，在前视图或后视图中大概呈现V形。

部件202，204和206可通过在箭头的方向上移动它们，即结合轴向和横向运动，来进行组装。图9示出了处于组装状态的部件202，204和206，其中每个密封件240容纳在一个密封槽230中。

图8和图9的实施例示出了如下概念：通过如上所述的接片连接的密封件可以从一个部件的面延伸并且完全容纳在会合部件的槽中；或者，换句话说，不是每个部件都需要包括密封槽。该实施例进一步示出了这样的概念：给定部件可具有从其相对侧延伸的两个或更多个密封件，所述密封件容纳在两个相邻部件的槽中。设置以斜角延伸的密封件允许从这些部件大体成角度的或弧形结构的物理组装。

当前技术提供了除去组装步骤，简化整个组装过程以及允许严格控制的制造公差以引入更好的密封效果和驱动气流远离潜在泄漏路径的益处；因此，提高了性能。

前面已经描述了涡轮机械装置和方法。本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求，摘要和附图)，和/或公开的任何方法或过程的所有步骤，可以以除了一些所述特征和/或所述步骤互斥的组合之外的任意组合进行组合。

在本说明书中公开的每个特征(包括任何所附权利要求，摘要和附图)，除非另有明确说明的，否则均可以被用于相同，等效或类似目的的替代特征所取代。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是一系列等效或类似特征的一个示例。

本发明不限于前述实施例的细节。本发明扩展到本说明书中公开的特征(包括任何所附权利要求，摘要和附图)中的任何新颖的或任何新颖组合，或公开的任何方法或过程的步骤中的任何新颖的或任何新颖的组合。

本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：

1.一种涡轮机械密封装置，包括具有第一端面的第一涡轮机械部件、和远离所述第一端面延伸的密封件，所述密封件通过在所述部件的壁和所述密封件之间延伸的接片连接到所述壁。

2.根据任何在前条项的装置，其中所述壁限定了与所述第一端面连通的第一密封槽的一部分，并且所述密封件的一部分容纳在所述第一密封槽中。

3.根据任何在前条项的装置，进一步包括邻近所述第一涡轮机械部件设置的第二涡轮机械部件，所述第二涡轮机械部件具有第二端面和形成在所述第二端面中的第二密封槽，其中当所述第一涡轮机械部件和所述第二涡轮机械部件彼此相邻设置时，所述密封件的一部分延伸到所述第二密封槽中，以密封所述第一端面和所述第二端面之间的间隙。

4.根据任何在前条项的装置，其中所述密封件，接片和壁形成整体结构。

5.根据任何在前条项的装置，其中所述密封件以倾斜角度远离所述第一端面延伸。

6.根据任何在前条项的装置，其中所述接片的厚度小于所述密封件的厚度。

7.根据任何在前条项的装置，其中所述密封件包括贯穿其形成的计量孔。

8.根据任何在前条项的装置，其中所述第一涡轮机械部件包括与所述第一端面相对的第二端面，所述第二端面包括第二密封槽。

9.一种涡轮机械密封装置，包括布置成一圈的多个任何在前条项的第一涡轮机械部件，其中每个所述第一涡轮机械部件的所述第一端面设置在相邻的一个所述第一涡轮机械部件的所述第二端面附近，使得每个所述第一涡轮机械部件中的所述密封件的一部分延伸到一个所述第一涡轮机械部件的所述第二密封槽中，从而密封多个所述第一涡轮机械部件中的相邻的第一涡轮机械部件之间的间隙。

10.一种组装涡轮机械密封装置的方法，包括以下步骤：提供第一涡轮机械部件，所述第一涡轮机械部件具有通过接片连接到其上的密封件；提供第二涡轮机械部件；和将所述第一涡轮机械部件和所述第二涡轮机械部件定位成彼此相邻，使得所述密封件跨越两个涡轮机械部件之间的间隙。

11.根据任何在前条项的方法，其中所述密封件，接片和第一涡轮机械部件形成整体结构。

12.根据任何在前条项的方法，进一步包括在定位所述第一涡轮机械部件和第二涡轮机械部件之后使所述接片断裂的步骤。

13.根据任何在前条项的方法，所述第一段包括第一端面，所述第一端面具有形成在其中的第一密封槽。

14.根据任何在前条项的方法，所述密封件设置在所述第一密封槽内，并通过所述接片连接到所述第一密封槽的壁。

15.根据任何在前条项的方法，其中所述第二段包括第二端面，所述第二端面具有形成在其中的第二密封槽。

16.根据任何在前条项的方法，进一步包括将所述第一端面定位在所述第二端面附近，以允许所述密封件的一部分定位在所述第二密封槽中的步骤。

17.根据任何在前条项的方法，其中所述密封件包括计量孔。

18.一种组装涡轮机械部件的方法，包括以下步骤：提供多个涡轮机械段，所述多个涡轮机械段中的每一个具有第一端面和与所述第一端面相对的第二端面，所述第一端面包括第一密封槽，所述第二端面包括第二密封槽，所述第一密封槽具有设置在其中的密封件，所述密封件通过在所述第一密封槽的壁和所述密封件之间延伸的接片连接到所述壁；及将所述多个涡轮机械段设置为一个涡轮机械段的第一端面与相邻涡轮机械段的第二端面相邻，使得相应密封件的一部分延伸到所述第二密封槽中。

19.根据任何在前条项的方法，进一步包括在将所述多个涡轮机械段定位在一起之后断开所述接片的步骤。

20.根据任何在前条项的方法，其中所述密封件，接片和涡轮机械段形成整体结构。