帶有冷卻路徑的花鍵密封件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及帶有冷卻路徑的花鍵密封件，更具體地，本申請?zhí)峁┝艘环N用于在燃氣渦輪中面對高壓冷卻空氣流和熱氣體路徑的引擎部件之間使用的密封件。該密封件可包括第一墊片，帶有空氣出口孔的第二墊片，定位于第一墊片和第二墊片之間的一個或更多中間層和延伸穿過中間層的一個或更多冷卻路徑，用于使高壓冷卻空氣流從其中穿過且可通過空氣出口孔離開進入熱氣體路徑。
【專利說明】帶有冷卻路徑的花鍵密封件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請和所得到的專利總體涉及燃氣渦輪引擎，且更具體地涉及具有延伸從其中穿過的被動冷卻路徑的花鍵密封件等。
【背景技術(shù)】
[0002]一般而言，渦輪機例如燃氣渦輪引擎等包括延伸從其中穿過的主氣體流路徑。流出氣體流路徑或進入氣體流路徑的氣體泄漏可降低整體燃氣渦輪效率、增加燃料成本并且可能增加排放水平。燃氣渦輪引擎內(nèi)還可能使用輔助流以冷卻各種受熱部件。具體地，冷卻空氣可能從壓縮機的較后級抽出以用于冷卻受熱部件并用于吹掃鄰近部件之間的間隙和空腔。例如花鍵密封件可能置于諸如定子等的渦輪部件之間以限制空氣泄漏。然而，這些位置可能面臨非常高的溫度和速度，它們可能導(dǎo)致嚴(yán)重氧化并且甚至導(dǎo)致密封件失效。這種潛在的損害可通過將吹掃空氣提供至其中有花鍵密封件的間隙來稍許緩和。然而，此吹掃空氣可能是冷卻空氣的大量低效使用。
[0003]從而存在對于改良的花鍵密封件的需求以用于在重型燃氣渦輪引擎中的定子部件和其他部件之間使用。這種花鍵密封件可用比通常吹掃其中的間隙所必需的更少的流來冷卻，以用于整體更高的效率且具有增加的部件壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本申請和所得到的專利從而提供了一種用于在燃氣渦輪引擎中面對高壓冷卻空氣流和熱氣體路徑的部件之間使用的密封件。該密封件可包括第一墊片，帶有空氣出口孔的第二墊片，定位于第一墊片和第二墊片之間的一個或更多中間層和延伸穿過中間層的一個或更多冷卻路徑，以使高壓冷卻空氣流從其中穿過且可通過空氣出口孔離開進入熱氣體路徑。
[0005]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的密封件,其中第一墊片和第二墊片包括金屬墊片。
[0006]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的密封件，其中一個或更多中間層包括一個或更多多孔材料層，且一個或更多冷卻路徑延伸從其中穿過。
[0007]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的密封件，其中一個或更多多孔材料層包括柔韌織物材料。
[0008]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的密封件，其中一個或更多中間層包括一個或更多開口側(cè)，且一個或更多冷卻路徑延伸從其中穿過。
[0009]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的密封件，其中一個或更多中間層包括一個或更多開口端，且一個或更多冷卻路徑延伸從其中穿過。
[0010]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的密封件，其中一個或更多中間層包括一個或多個部分開口端，且一個或更多冷卻路徑延伸從其中穿過。
[0011]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的密封件，其中一個或更多中間層包括一個或更多封閉端。
[0012]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的密封件，其中第一墊片包括空氣進口孔。
[0013]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的密封件，其中空氣進口孔和空氣出口孔包括偏置位置。
[0014]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的密封件，其中第一墊片包括多個空氣進口孔。
[0015]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的密封件，其中第二墊片包括多個空氣出口孔。
[0016]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的密封件，其中空氣出口孔包括中心空氣出口孔。
[0017]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的密封件，其中部件包括第一定子和
第二定子。
[0018]本申請和所得到的專利還提供了一種冷卻定位于燃氣渦輪引擎中的部件之間的密封件的方法。該方法可包括步驟:使高壓冷卻空氣在密封件的第一側(cè)附近流動，抽吸高壓冷卻空氣穿過密封件的一個或多個中間層中的一個或更多冷卻路徑，以及抽吸高壓冷卻空氣穿過密封件的第二側(cè)附近的一個或更多出口孔進入熱氣體路徑。
[0019]本申請和所得到的專利還提供了一種用于在燃氣渦輪引擎中面對高壓冷卻空氣流和熱氣體路徑的部件之間使用的花鍵密封件?；ㄦI密封件可包括第一金屬墊片，帶有一個或更多空氣出口孔的第二金屬墊片，定位在第一墊片和第二墊片之間的多個多孔材料層和延伸穿過多孔材料層的一個或更多冷卻路徑，以使高壓冷卻空氣流從其中穿過并且通過空氣出口孔離開進入熱氣體路徑。
[0020]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的花鍵密封件，其中多個多孔材料層包括柔韌織物材料。
[0021]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的花鍵密封件，其中多個多孔材料層包括一個或更多開口側(cè)和/或一個或更多開口端，且一個或更多冷卻路徑延伸從其中穿過。
[0022]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的花鍵密封件，其中第一墊片包括一個或多個空氣進口孔。
[0023]根據(jù)本申請和所得到的專利的另一個實施例的花鍵密封件，其中一個或更多空氣進口孔和一個或更多空氣出口孔包括偏置位置。
[0024]當(dāng)結(jié)合數(shù)張附圖和所附權(quán)利要求查看以下詳細描述時，本申請和所得到的專利的這些和其他特征和改良對本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是燃氣渦輪引擎的示意圖，示出了壓縮機、燃燒器和渦輪。
[0026]圖2是渦輪的部分側(cè)視圖，示出了沿?zé)釟怏w路徑定位的多個部件。
[0027]圖3是定位在鄰近的渦輪部件之間的花鍵密封件的側(cè)截面圖。
[0028]圖4是如同本文可能所描述的花鍵密封件的部分透視圖。[0029]圖5是如同本文可能所描述的花鍵密封件的備選實施例的端平面視圖。
[0030]圖6是如同本文可能所描述的花鍵密封件的備選實施例的端平面視圖。
[0031]圖7是如同本文可能所描述的花鍵密封件的備選實施例的部分透視圖。
[0032]圖8是如同本文可能所描述的花鍵密封件的備選實施例的部分透視圖。
[0033]圖9是如同本文可能所描述的花鍵密封件的備選實施例的部分透視圖。
[0034]部件列表:
10燃氣渦輪引擎
15壓縮機
20空氣
25燃燒器
30燃料
35燃燒氣體
40渦輪
45軸
50負荷
55第一級噴嘴
60第一級輪葉
65第一級
70第二級噴嘴
75第二級
80隔板
85軸線
90花鍵密封件
91第一部件
92第二部件
93第一金屬墊片
94第二金屬墊片
95第一內(nèi)層
96第二內(nèi)層
97高壓冷卻空氣
98熱氣體路徑100花鍵密封件110頂
120底
130第一側(cè)
140第二側(cè)
150第一端
160第二端
170第一金屬墊片 180第二金屬墊片
190多孔材料層
200柔韌織物層
210冷卻路徑
215焊接處
220開口端
230開口側(cè)
240空氣出口孔
250花鍵密封件
260空氣進口孔
270空氣出口孔
280偏置
290部分封閉端
300折彎端
310封閉端
320折彎端
330焊接處
350花鍵密封件
360第一墊片
370第二墊片
380中間層
390冷卻路徑
395空隙
400空氣進口孔
410空氣出口孔
450花鍵密封件
460第一空氣進口孔
470第二空氣進口孔
480空氣出口孔。
【具體實施方式】
[0035]現(xiàn)在參考附圖，貫穿數(shù)張視圖，其中相似的數(shù)字代表相似的元件。圖1示出了如同本文可能所使用的燃氣渦輪引擎10的示意圖。燃氣渦輪引擎10可包括壓縮機15。壓縮機15壓縮進入的空氣流20。壓縮機15將壓縮空氣流20輸送至燃燒器25。燃燒器25將壓縮空氣流20與加壓燃料流30混合并點燃混合物以產(chǎn)生燃燒氣體流35。雖然僅示出了單個燃燒器25，但是燃氣渦輪引擎10可包括任何數(shù)量的燃燒器25。燃燒氣體流35又被輸送至渦輪40。燃燒氣體流35驅(qū)動渦輪40以便產(chǎn)生機械功。在渦輪40中產(chǎn)生的機械功通過軸45驅(qū)動壓縮機15和外部負荷50諸如發(fā)電機等。
[0036]燃氣渦輪引擎10可使用天然氣，各種類型的合成氣和/或其它類型的燃料。燃氣渦輪引擎10可能是由紐約斯克奈塔第的通用電氣公司提供的多種不同燃氣渦輪引擎的任一種，包括但不限于，那些例如7或9系列重型燃氣渦輪引擎等。燃氣渦輪引擎10可具有不同的構(gòu)造并且可使用其他類型的部件。此處還可能使用其他類型的燃氣渦輪引擎。此處還可能一起使用多個燃氣渦輪引擎，其它類型的渦輪和其他類型的發(fā)電設(shè)備。
[0037]圖2示出了渦輪40的一部分。一般而言，渦輪40可包括第一級65的第一級噴嘴55和第一級輪葉60。還示出了第二級75的第二級噴嘴70。此處可使用任何數(shù)量的級。噴嘴55、70可定位于隔板80上?？蓪⑷魏螖?shù)量的噴嘴70和隔板80周向地圍繞軸線85定位?；ㄦI密封件90可定位在每對鄰近的隔板80之間?？稍卩徑母舭?0或其他渦輪部件之間使用花鍵密封件90以便防止冷卻空氣流20從壓縮機15或從別處穿過而泄漏。如同以上所描述的，花鍵密封件90可具有許多不同的構(gòu)造。還可以使用其他類型的密封機構(gòu)。此處可使用其他部件和其他構(gòu)造。
[0038]圖3示出了在鄰近渦輪部件第一部件91和第二部件92之間的密封件90的使用。密封件90可具有第一金屬墊片93和第二金屬墊片94。多層多孔材料可能定位在它們之間。雖然示出了第一內(nèi)層95和第二內(nèi)層96，但是可使用任何數(shù)量的內(nèi)層。此處可使用任何數(shù)量的密封件90。密封件90防止高壓冷卻空氣流97進入較低壓熱氣體路徑98的泄漏。
[0039]圖4示出了如同本文可能所描述的花鍵密封件100的范例?；ㄦI密封件100可具有頂110、底120、第一側(cè)130、相對的第二側(cè)140、第一端150和相對的第二端160 (使用術(shù)語“底”、“頂”、“側(cè)”、“端”、“第一”、“第二”等的目的僅為了相對定向而并非作為絕對定位)。頂110可包括第一金屬墊片170而底120可包括第二金屬墊片180。金屬墊片170、180可能由耐高溫材料制成，例如不銹鋼，鎳基合金等。此處還可使用其它類型的材料。金屬墊片170、180可具有任何尺寸、形狀或構(gòu)造。還可使用附加的金屬墊片層。此處可使用其他類型的密封件。
[0040]花鍵密封件100還可具有定位在金屬墊片170、180之間的一個或更多多孔材料層190。多孔材料層190可能是柔韌織物材料200等。例如，柔韌織物材料200可能是編織線網(wǎng)或任何類型的柔韌耐高溫材料。多孔材料層190可具有任何尺寸、形狀或構(gòu)造且可具有各種程度的多孔性。這些層190的多孔特性提供了延伸從其中穿過的任何數(shù)量的冷卻路徑210。金屬墊片170和多孔材料層190可能通過多個焊接處215聯(lián)接。此處還可使用高溫黏合劑、高強度緊固件和其他類型的傳統(tǒng)緊固手段。
[0041]花鍵密封件100的第一端150和/或第二端160可能是開口端220。類似地，第一側(cè)130和/或第二側(cè)140可能是開口側(cè)230。開口端220和開口側(cè)230從而與高壓冷卻空氣流97連通。第二金屬墊片180可具有穿過其中形成的一個或更多空氣出口孔240。此處可使用任何數(shù)量的空氣出口孔240。空氣出口孔240可具有任何尺寸、形狀或構(gòu)造?？諝獬隹诳?40從而面對低壓熱氣體路徑98。此處可使用其他部件和其他布置。
[0042]高壓冷卻空氣97和較低壓氣體路徑98之間的壓差從而抽吸高壓冷卻空氣97進入花鍵密封件100的開口端220和開口側(cè)230。高壓冷卻空氣97移動穿過多孔材料層190中的冷卻路徑210從而冷卻花鍵密封件100。高壓冷卻空氣97隨后可能通過空氣出口孔240離開，進入低壓氣體路徑98。當(dāng)其從開口端220和開口側(cè)230穿過冷卻路徑210移動至空氣出口孔240時，高壓冷卻空氣97因而冷卻了密封件100。
[0043]圖5示出如同本文可能所描述的花鍵密封件250的進一步的范例?；ㄦI密封件250可能大致與以上描述的花鍵密封件100相似，但帶有包括空氣進口孔260的第一金屬墊片170和包括偏置空氣出口孔270的第二金屬墊片180?？諝膺M口孔260和空氣出口孔270可具有任何尺寸、形狀或構(gòu)造?？諝獬隹诳?70可包括從空氣進口孔260沿墊片170的長度的偏置位置280。備選地，孔260、270可能是對準(zhǔn)的。高壓冷卻空氣97從而可沿第一墊片170進入空氣進口孔260，沿偏置位置280的長度穿過冷卻路徑210移動，并且隨后離開空氣出口孔270，進入低壓氣體路徑98。此處可使用其他部件和其他構(gòu)造。
[0044]花鍵密封件250可包括開口端220和/或開口側(cè)230。備選地，如同圖6中所示，端150、160可能是部分封閉端290。部分封閉端290可包括金屬墊片170、180的一個或更多折彎端300。如同圖7中所示，端150、160也可能是封閉端310。封閉端310可包括金屬墊片170、180的一個或更多折彎端320并且通過焊接處330封閉。此處可使用其他類型的緊固手段。此處可使用其他部件和其他構(gòu)造。
[0045]圖8示出了如同本文可能所描述的花鍵密封件350的備選范例。與以上所描述的相似，花鍵密封件350可包括第一金屬墊片360、第二金屬墊片370和多個中間層380。中間層380可能與以上所描述的多孔材料層190以及柔韌織物材料200相似。備選地，此處可使用任何類型的耐高溫材料。中間層380可能是金屬的和/或非金屬的。中間層380可包括在其中限定的一個或更多冷卻路徑390。取決于中間層380的特性，冷卻路徑390更可能呈延伸從其中穿過的空隙395的形式。冷卻路徑390可具有任何尺寸、形狀或構(gòu)造。冷卻路徑390可從一個或更多空氣進口孔400延伸至一個或更多空氣出口孔410?？諝膺M口孔400和空氣出口孔410可包括沿密封件350的長度的偏置位置420。高壓冷卻空氣97從而可進入空氣進口孔400，沿中間層380內(nèi)的冷卻路徑390擴散，并且通過出口孔410離開進入低壓熱氣體路徑98。此處可使用其他部件和其他構(gòu)造。
[0046]圖9示出如同本文可能所使用的花鍵密封件450的進一步實施例。如所示，花鍵密封件450可能和花鍵密封件350相似，但帶有第一空氣進口孔460和第二空氣進口孔470。高壓冷卻空氣97從而可進入空氣進口孔460，移動穿過冷卻路徑390，并且又通過中心空氣出口孔480離開。此處可使用任何尺寸、形狀或位置的，任何數(shù)量的空氣進口孔和空氣出口孔。此處可使用其他部件和其他構(gòu)造。
[0047]本文所描述的花鍵密封件從而使用高壓冷卻空氣97和較低壓熱氣體路徑98之間的壓差通過其中的冷卻路徑來促進密封件的冷卻。本文所描述花鍵密封件因而使用比典型用于吹掃空氣冷卻所需要的更少的流被充分冷卻。此外，本文所描述的花鍵密封件提供了增加的密封件壽命、減少的輔助流、高整體引擎效率和降低的熱耗率?；ㄦI密封件可能是原始設(shè)備或改型的部分。本文可一起使用花鍵密封件的不同的構(gòu)造。還可能使用其他類型的密封位置。
[0048]應(yīng)當(dāng)顯而易見的是前述僅涉及本申請和所得到的專利的某些實施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以對本文做出多種改變和修改而不偏離如由所附權(quán)利要求和其等同物所限定的本發(fā)明的總體精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在燃氣渦輪引擎中面對高壓冷卻空氣流和熱氣體路徑的部件之間使用的密封件，包括: 第一墊片: 第二墊片； 所述第二墊片包括空氣出口孔； 一個或更多中間層，其定位于所述第一墊片和所述第二墊片之間；和 一個或更多冷卻路徑，其延伸穿過所述一個或更多中間層，以使所述高壓冷卻空氣流從其中穿過且通過所述空氣出口孔離開進入所述熱氣體路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的密封件，其特征在于，所述第一墊片和所述第二墊片包括金屬墊片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的密封件，其特征在于，所述一個或更多中間層包括一個或更多多孔材料層，且所述一個或更多冷卻路徑延伸從其中穿過。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的密封件，其特征在于，所述一個或更多多孔材料層包括柔韌織物材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的密封件，其特征在于，所述一個或更多中間層包括一個或更多開口側(cè)，且所述一個或更多冷卻路徑延伸從其中穿過。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的密封件，其特征在于，所述一個或更多中間層包括一個或更多開口端，且所述一個或更多冷卻路徑延伸從其中穿過。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的密封件，其特征在于，所述一個或更多中間層包括一個或多個部分開口端，且所述一個或更多冷卻路徑延伸從其中穿過。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的密封件，其特征在于，所述一個或更多中間層包括一個或更多封閉端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的密封件，其特征在于，所述第一墊片包括空氣進口孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的密封件，其特征在于，所述空氣進口孔和所述空氣出口孔包括偏置位置。
【文檔編號】F01D11/00GK103711526SQ201310452428
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月3日
【發(fā)明者】V.J.摩根, D.W.韋伯 申請人:通用電氣公司