渦輪發(fā)動機中的外緣密封組件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明一般而言涉及在渦輪發(fā)動機中的外緣密封組件，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腔流出的冷卻流體的徑向延伸的多個流動通道。
【背景技術】
[0002]在諸如燃氣渦輪發(fā)動機的多級旋轉式機器中，流體，例如進氣，在壓縮機區(qū)被壓縮并與燃燒區(qū)中的燃料混合。在燃燒區(qū)點燃氣體和燃料的混合物，以創(chuàng)建燃燒氣體，該燃燒氣體限定被引向發(fā)動機的渦輪區(qū)內(nèi)的一個或多個渦輪級的熱工作氣體，以產(chǎn)生渦輪構件的旋轉運動。例如，渦輪區(qū)和壓縮區(qū)都具有與可旋轉構件(例如輪葉)合作的固定的或非旋轉的構件(例如輪葉)，例如，用于壓縮和擴展熱工作氣體。機器內(nèi)的許多構件必須通過冷卻流體冷卻，以防止構件過熱。
[0003]熱工作氣體在包括冷卻流體的機器中從熱氣體路徑到盤腔的攝取降低了發(fā)動機性能和效率，例如，通過產(chǎn)生更高的盤和輪葉根部溫度。從熱氣體路徑到盤腔的加工氣體的攝取，還可能縮短使用壽命和/或引起盤腔中和周圍的構件的故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了在渦輪發(fā)動機中的熱氣體路徑和盤腔之間的密封組件。密封組件包括含有一排輪葉和內(nèi)罩的不可旋轉的輪葉組件，與輪葉組件相鄰的可旋轉的且包括一排葉片和形成渦輪轉子的一部分的渦輪盤葉片組件，以及徑向位于熱氣體路徑和盤腔之間的環(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周向地間隔開的流體通道。在發(fā)動機運行期間，流體通道完成從盤腔到熱氣體路徑的冷卻液的泵送。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了渦輪發(fā)動機中的熱氣體路徑和盤腔之間的密封組件。密封組件包括含有一排輪葉和內(nèi)罩的不可旋轉的輪葉組件，與輪葉組件相鄰的可旋轉的且包括一排葉片和形成渦輪轉子的一部分的渦輪盤葉片組件，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側向輪葉組件延伸，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周向間隔開的流體通道，其中在發(fā)動機的運行期間，通過流體通道利用渦輪轉子和葉片組件的旋轉，完成從盤腔向流體通道的冷卻流體的泵送，通過迫使熱氣體遠離密封組件以限制從熱氣體路徑到盤腔的熱氣體攝取。
【附圖說明】
[0006]雖然說明書以特別指出并清楚地主張本發(fā)明權利要求結束，相信根據(jù)以下描述結合附圖可以更好地理解本發(fā)明，其中相同的標號表示相同的元件，其中:
[0007]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括外緣密封組件的渦輪發(fā)動機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流體通道；以及
[0010]圖4-6是根據(jù)本發(fā)明的其它實施例的類似圖3中視圖的外緣密封組件的多個流體通道的視圖。
【具體實施方式】
[0011]在以下優(yōu)選實施例的具體描述中，參考構成說明書一部分的附圖，以說明的方式而不是限制的方式，可以在具體優(yōu)選實施例中實現(xiàn)本發(fā)明。應當理解的是，也可以使用其它實施例，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)動機10的一部分，其包括具有懸掛于外部殼(未示出)并附著至相應環(huán)形內(nèi)罩16A，16B的相應排的輪葉14A，14B的上游和下游固定輪葉組件12A，12B，以及包括多個葉片20和形成渦輪轉子24的一部分的轉子盤結構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)動機10的渦輪區(qū)26的“級”，對本領域技術人員來說其可以包括多個級是顯而易見的。在渦輪區(qū)26中的輪葉組件和葉片組件限定發(fā)動機10的縱軸La的軸向方向是相互間隔開的，其中相對于渦輪區(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，見圖1。
[0013]轉子盤結構22可以包括平臺28、渦輪盤30、和與在發(fā)動機10的運行期間與轉子24 一起旋轉的葉片組件18有關的任何其它結構，例如，根、側板、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)動機10的運行期間，包括熱燃燒氣體的熱工作氣體He被引入熱氣體路徑34并流過輪葉14A，14B和葉片20至其余級。工作氣體He的通道通過熱氣體路徑34引起葉片20和對應的葉片組件18的旋轉，以提供渦輪轉子24的旋轉。
[0015]仍然參考圖1，盤腔36位于熱氣體路徑34的徑向向內(nèi)處。盤腔36軸向地位于上游輪葉組件12A的環(huán)形內(nèi)罩16A和轉子盤結構22之間。冷卻流體，例如包括壓縮機排出空氣的凈化空氣PA，被提供給盤腔36，以冷卻內(nèi)罩16A和轉子盤結構22。凈化空氣Pa還提供壓力平衡，抵抗流過熱氣體路徑34的工作氣體He的壓力，以抵消工作氣體He至盤腔36的攝取。凈化空氣？八可以從通過轉子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)提供給盤腔36。應當注意到，大體，在其余內(nèi)罩和對應的相鄰轉子盤結構之間提供額外的盤腔(未示出)。還應當注意到，可以在盤腔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，來自外部源的冷卻流體或者從發(fā)動機10的一部分而不是壓縮機提取的空氣。
[0016]從相應輪葉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吸入盤腔36并將凈化空氣P八的一部分從盤腔36傳遞出去。應當注意到，可以在內(nèi)罩和在發(fā)動機10中的其余級的相鄰轉子盤結構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吸入相應盤腔，并將凈化空氣Pa從盤腔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和盤腔36之間并大體軸向地從轉子盤結構22的軸向面對側22A向上游輪葉組件12A延伸的環(huán)形翼部件42(應當注意到，為清楚起見，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可以形成為轉子盤結構22的集成部分，或者可以從轉子盤結構22分離地形成并附加到其上。當軸向查看時，所示的翼部件42大體在周向方向為弓形形狀，見圖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包括多個周向間隔開的流體通道44。流體通道44通過翼部件42從其徑向內(nèi)表面42A向其徑向外表面42B延伸，見圖3。如圖2所示，流體通道44優(yōu)選地排列成一個環(huán)形排，其中流體通道44的寬度W44(見圖3)和相鄰流體通道44之間的周向間隔CSP(見圖3)可以根據(jù)發(fā)動機10的具體結構和根據(jù)所期望的用于通過流體通道44將凈化空氣Pa排出的結構所改變，正如下面將更具體描述的。盡管圖1-3所示的實施例中的流體通道44大體徑向直接通過翼部件42延伸，流體通道44可以具有其它結構，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進一步包括從上游輪葉組件12A的內(nèi)罩16A的大致軸向面對表面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的轉子盤結構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到盤腔36的熱工作氣體He的任何攝取都必須經(jīng)過彎曲的路徑。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。可以形成密封部件50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接觸時犧牲的磨耗材料。
[0020]在發(fā)動機10的運行期間，通過熱氣體路徑34的熱工作氣體He的通道使得葉片組件18和渦輪轉子24以圖2和3所示的旋轉方向Dk進行旋轉。
[0021]葉片組件18的旋轉以及盤腔36和熱氣體路徑34之間的壓力差，即盤腔36中的壓力大于熱氣體路徑34中的壓力，影響通過流體通道44從盤腔36向熱氣體路徑34的凈化空氣？八的泵送，以通過迫使熱工作氣體H e遠離密封組件40來幫助限制熱工作氣體H GhK熱氣體路徑34吸入盤腔36。由于密封組件40限制熱工作氣體He從熱氣體路徑34吸入盤腔36，相應地，密封組件40允許一