專利名稱：用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻空氣管理的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體地涉及在其中的溫度和性能
管理。
背景技術(shù)：
在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，空氣在壓縮機(jī)中加壓，且在燃燒器中與空氣相混合用于產(chǎn) 生熱的燃燒氣體，該燃燒氣體經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)渦輪級(jí)向下游流動(dòng)。渦輪級(jí)包括具有定子導(dǎo) 葉的靜止噴嘴，該定子導(dǎo)葉引導(dǎo)燃燒氣體穿過下游的一列渦輪轉(zhuǎn)子葉片。葉片從支承轉(zhuǎn)子 沿徑向向外延伸，該支承轉(zhuǎn)子通過從氣體中獲取能量而被供以動(dòng)力。第一級(jí)渦輪噴嘴接收來自于燃燒器的熱燃燒氣體，且將其引導(dǎo)至第一級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子 葉片以便自其獲取能量。第二級(jí)渦輪噴嘴可設(shè)置在第一級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的下游，跟隨之后 的是第二級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子葉片列，其從燃燒氣體中獲取額外能量。附加級(jí)的渦輪噴嘴和渦輪轉(zhuǎn) 子葉片可設(shè)置在第二級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的下游。隨著從燃燒氣體中獲取能量，氣體的溫度相應(yīng)地降低。然而，由于氣體溫度相對(duì)較 高，故渦輪級(jí)通常由諸如壓縮空氣的冷卻劑來進(jìn)行冷卻，該壓縮空氣引導(dǎo)自壓縮機(jī)，穿過中 空的導(dǎo)葉和葉片翼型件，用于冷卻渦輪的各種內(nèi)部構(gòu)件。由于引導(dǎo)來的冷卻空氣由燃燒器 使用，故獲取的冷卻空氣量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的總體效率有直接影響。因此，期望改善冷卻空氣的利 用效率，用以改善渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的總體效率。所需的冷卻空氣量不但取決于燃燒氣體的溫度，而且還取決于設(shè)置在渦輪的旋轉(zhuǎn) 構(gòu)件與靜止構(gòu)件之間的各種密封件的完整性。轉(zhuǎn)子和葉片的熱膨脹和收縮可能不同于靜止 噴嘴和渦輪殼體的熱膨脹，從而對(duì)密封件的完整性形成挑戰(zhàn)。在一些情況下，密封件可能受 損，造成過多冷卻空氣進(jìn)入渦輪主流氣流中，導(dǎo)致轉(zhuǎn)移過多的壓縮機(jī)空氣，直接轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)致 渦輪效率比所期望的要低。因此，期望提供一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其改善了對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)靜止構(gòu)件與旋轉(zhuǎn)構(gòu)件 界面的密封。
發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括第一渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件和設(shè)置在 其附近的第二渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件。葉輪空間限定在第一渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件與第二渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組 件之間，且構(gòu)造成用以將冷卻空氣收容于其中。密封器件定位在第一渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件上，且 沿軸向延伸到葉輪空間中。具有與活動(dòng)部件相關(guān)聯(lián)的密封臺(tái)肩(land)的密封臺(tái)肩組件安 裝在第二渦輪組件中的開口內(nèi)。由形狀記憶合金構(gòu)成的偏壓部件與活動(dòng)部件相關(guān)聯(lián)，且構(gòu) 造成用以在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)從冷態(tài)轉(zhuǎn)變至熱態(tài)時(shí)將活動(dòng)部件和相關(guān)聯(lián)的密封臺(tái)肩沿軸向朝向 密封器件偏壓到葉輪空間中。在本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例中，一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括第一可旋轉(zhuǎn)的渦輪轉(zhuǎn)子組 件和設(shè)置在該第一可旋轉(zhuǎn)的渦輪轉(zhuǎn)子組件附近的第二靜止的噴嘴組件。限定在第一可旋轉(zhuǎn)
4的渦輪轉(zhuǎn)子組件與第二靜止的噴嘴組件之間的葉輪空間構(gòu)造成用以將冷卻空氣收容于其 中。定位在第一可旋轉(zhuǎn)的渦輪轉(zhuǎn)子組件上的密封器件沿軸向延伸到葉輪空間中。具有與活 動(dòng)部件相關(guān)聯(lián)的密封臺(tái)肩的密封臺(tái)肩組件安裝在第二靜止的噴嘴組件中的開口內(nèi)，以及由 形狀記憶合金構(gòu)成的偏壓部件與活動(dòng)部件相關(guān)聯(lián)，且構(gòu)造成用以在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)從冷態(tài)轉(zhuǎn)變 至熱態(tài)時(shí)將活動(dòng)部件和相關(guān)聯(lián)的密封臺(tái)肩沿軸向朝向密封器件偏壓到葉輪空間中。在本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例中，一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括具有上游端和下游端的渦 輪殼體。靜止噴嘴組件相對(duì)于殼體成固定關(guān)系地設(shè)置在殼體內(nèi)。渦輪轉(zhuǎn)子組件支承在殼體 內(nèi)以便在其中旋轉(zhuǎn)，且在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間可操作成相對(duì)于靜止噴嘴組件熱膨脹。限定 在靜止噴嘴組件與可旋轉(zhuǎn)的渦輪轉(zhuǎn)子組件之間的葉輪空間構(gòu)造成用以將冷卻空氣收容于 其中。密封器件定位在渦輪轉(zhuǎn)子組件上，且沿軸向延伸到葉輪空間中，以及具有與活動(dòng)部件 相關(guān)聯(lián)的密封臺(tái)肩的密封臺(tái)肩組件安裝在靜止噴嘴組件中的開口內(nèi)。由形狀記憶合金構(gòu)成 的偏壓部件具有一定的成分使得在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的熱瞬變期間發(fā)生從冷的馬氏體狀態(tài) 至熱的奧氏體狀態(tài)的相變。偏壓部件與活動(dòng)部件相關(guān)聯(lián)，且構(gòu)造成用以在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)從冷 態(tài)轉(zhuǎn)變至熱態(tài)時(shí)將活動(dòng)部件和相關(guān)聯(lián)的密封臺(tái)肩沿軸向朝向密封器件偏壓到葉輪空間中。
在結(jié)合附圖的如下詳細(xì)說明中更為具體地描述了根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例和示例性實(shí)施 例的本發(fā)明及其另外的優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1為經(jīng)過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的軸向截面視 圖；圖2為經(jīng)過圖1中的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的放大截面視圖；圖3為經(jīng)過圖1中的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分處于非工作的冷態(tài)的放大截面視 圖；圖4為經(jīng)過圖1中的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分處于工作的熱態(tài)的放大截面視圖；圖5為在圖3中圓圈5處所截取的一部分的放大截面視圖；以及圖6為在圖4中圓圈6處所截取的一部分的放大截面視圖。零件清單10燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12多級(jí)式軸流壓縮機(jī)14燃燒器16多級(jí)式渦輪18壓縮空氣20熱燃燒氣體22第一級(jí)噴嘴翼型件24第一級(jí)渦輪翼型件26第二級(jí)噴嘴翼型件28第二級(jí)渦輪翼型件30第三級(jí)噴嘴翼型件32第三級(jí)渦輪翼型件
5
34內(nèi)部導(dǎo)葉側(cè)壁
36外部導(dǎo)葉側(cè)壁
38第一級(jí)噴嘴組件
40渦輪殼體
42第一支承盤
44第一級(jí)護(hù)罩(shroud)
46第一級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件
48內(nèi)部導(dǎo)葉側(cè)壁
50外部導(dǎo)葉側(cè)壁
52第二級(jí)噴嘴組件
54第二支承盤
56第二級(jí)護(hù)罩
58第二級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件
60內(nèi)部導(dǎo)葉側(cè)壁
62外部導(dǎo)葉側(cè)壁
64第三級(jí)噴嘴組件
66第三支承盤
68第三級(jí)護(hù)罩
70第三級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件
72葉輪空間
74葉輪空間
76翼型件壁(26)
78翼型件冷卻劑通道(26)
80冷卻空氣
82隔板組件
84徑向延伸的側(cè)部(82)
86徑向延伸的側(cè)部(82)
87徑向內(nèi)端(82)
88轉(zhuǎn)子表面
90內(nèi)部冷卻通道
92上游密封器件
94下游密封器件
96上游密封器件
98下游密封器件100第二級(jí)上游密封臺(tái)肩102第二級(jí)下游密封臺(tái)肩104渦輪轉(zhuǎn)子組件110密封臺(tái)肩組件
114承載活塞
116第一外端(114)
118收容槽口
120第二端(114)
122內(nèi)端(114)
124彈簧
126開口(120，114)
128復(fù)位彈簧
130固定的偏壓凸部
132壁(112)
134環(huán)形體(122，114)
具體實(shí)施例方式圖1和圖2中示出了燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的一部分。發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)于縱向或軸向的中 心軸線成軸對(duì)稱，且包括串流連通的多級(jí)式軸流壓縮機(jī)12、燃燒器14和多級(jí)式渦輪16。在工作期間，來自于壓縮機(jī)12的壓縮空氣18流至燃燒器14，燃燒器14進(jìn)行工作 利用壓縮空氣燃燒燃料，以產(chǎn)生熱燃燒氣體20。熱燃燒氣體20向下游流經(jīng)多級(jí)式渦輪16， 多級(jí)式渦輪16從其中獲取能量。如圖1和圖2中所示，多級(jí)式軸流渦輪16的一個(gè)實(shí)例可構(gòu)造成具有沿軸向彼此以 直接順序設(shè)置的六列翼型件22，24，26，28，30，32的三級(jí)，用于引導(dǎo)熱燃燒氣體20穿過其 間，以及用于從其中獲取能量。翼型件22構(gòu)造為第一級(jí)噴嘴導(dǎo)葉翼型件。該翼型件沿周向彼此間隔開，且在內(nèi)部 導(dǎo)葉側(cè)壁34與外部導(dǎo)葉側(cè)壁36之間沿徑向延伸，以限定第一級(jí)噴嘴組件38。噴嘴組件38 在渦輪殼體40內(nèi)為靜止的，且工作成用以收容和引導(dǎo)來自于燃燒器14的熱燃燒氣體20。 翼型件24從第一支承盤42的圓周沿徑向向外延伸，以便端接相鄰的第一級(jí)護(hù)罩44。翼型 件24和支承盤42限定第一級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件46，該第一級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件46接收來自于第一 級(jí)噴嘴組件38的熱燃燒氣體20，以便使第一級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件46旋轉(zhuǎn)，從而從熱燃燒氣體中 獲取能量。翼型件26構(gòu)造為第二級(jí)噴嘴導(dǎo)葉翼型件。該翼型件沿周向彼此間隔開，且在內(nèi)部 導(dǎo)葉側(cè)壁48與外部導(dǎo)葉側(cè)壁50之間沿徑向延伸，以限定第二級(jí)噴嘴組件52。第二級(jí)噴嘴 組件52在渦輪殼體40內(nèi)為靜止的，且工作成用以收容來自于第一級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件46的熱 燃燒氣體20。翼型件28從第二支承盤54沿徑向向外延伸，以便端接相鄰的第二級(jí)護(hù)罩56。 翼型件28和支承盤54限定第二級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件58，用于直接接收來自于第二級(jí)噴嘴組件 52的熱燃燒氣體20，以便從其中額外地獲取能量。類似的是，翼型件30構(gòu)造為第三級(jí)噴嘴導(dǎo)葉翼型件，其沿周向彼此間隔開，且在 內(nèi)部導(dǎo)葉側(cè)壁60與外部導(dǎo)葉側(cè)壁62之間沿徑向延伸，用以限定第三級(jí)噴嘴組件64。第三 級(jí)噴嘴組件64在渦輪殼體40內(nèi)為靜止的，且工作成用以接收來自于第二級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件 58的熱燃燒氣體20。翼型件32從第三支承盤66沿徑向向外延伸，以便端接相鄰的第三級(jí) 護(hù)罩68。翼型件32和支承盤66限定第三級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件70，用于直接接收來自于第三級(jí)噴嘴組件64的熱燃燒氣體20，以便從其中額外地獲取能量。在多級(jí)式渦輪16中所使用的 級(jí)的數(shù)目可取決于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的具體應(yīng)用場(chǎng)合而變化。如所指出的那樣，第一級(jí)噴嘴組件38、第二級(jí)噴嘴組件52和第三級(jí)噴嘴組件64相 對(duì)于渦輪殼體40為靜止的，而渦輪轉(zhuǎn)子組件46，58和70則安裝成用于在其中旋轉(zhuǎn)。因此， 便在靜止構(gòu)件與旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間限定了可稱為葉輪空間的空腔。圖2中示出的示例性葉輪空 間72和74存在于第二級(jí)噴嘴組件52的兩側(cè)，處于該噴嘴組件和第一級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件46 之間以及該噴嘴組件和第二級(jí)轉(zhuǎn)子組件58之間。渦輪翼型件以及葉輪空間72，74在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10工作期間暴露于熱燃燒氣體20。 為了確保此類內(nèi)部構(gòu)件所期望的耐用性，通常對(duì)其進(jìn)行冷卻。例如，第二級(jí)噴嘴翼型件26 為中空的，且壁76限定冷卻劑通道78。在示例性實(shí)施例中，來自于多級(jí)式軸流壓縮機(jī)12的 部分壓縮空氣引導(dǎo)自燃燒器，且用作冷卻空氣80，該冷卻空氣80經(jīng)引導(dǎo)穿過翼型件26用于 內(nèi)部冷卻。隔板組件82從第二級(jí)內(nèi)部導(dǎo)葉側(cè)壁48沿徑向向內(nèi)延伸。隔板組件包括沿徑向 延伸的側(cè)部84和86，且徑向內(nèi)端87緊密鄰近轉(zhuǎn)子表面88。內(nèi)部冷卻通道90收容穿過翼 型件冷卻劑通道78的部分冷卻空氣80，且將該冷卻空氣分散到葉輪空間72和74中，以在 其中保持可接受的溫度水平。稱為"天使翼"的密封器件92和94設(shè)置在第一級(jí)渦輪翼型 件24的上游側(cè)和下游側(cè)上。類似的是，密封器件96和98設(shè)置在第二級(jí)渦輪翼型件28的 上游側(cè)和下游側(cè)上。密封器件或天使翼沿軸向方向延伸，且端接在其緊密鄰近諸如100和 102的互補(bǔ)密封臺(tái)肩的相關(guān)聯(lián)的葉輪空間內(nèi)，該互補(bǔ)密封臺(tái)肩安裝在第二級(jí)隔板組件82的 沿徑向延伸的側(cè)部84，86中且自其延伸。在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，冷卻空氣80的泄漏(從 隔板組件82的內(nèi)部冷卻通道90流入葉輪空間72和74中)，通過上游和下游密封器件94， 96與密封臺(tái)肩100，102的緊密鄰近進(jìn)行控制。在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的其它渦輪級(jí)的靜止部分 與旋轉(zhuǎn)部分之間也可使用類似的密封器件和密封臺(tái)肩。在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10工作期間，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)溫度隨著啟動(dòng)而從冷態(tài)轉(zhuǎn)變至熱 態(tài)時(shí)，上文已經(jīng)描述的各種發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件或會(huì)經(jīng)受一定程度的熱膨脹，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)10的尺寸 變化，這必須得到解決。例如，當(dāng)溫度升高時(shí)，整個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子組件104可相對(duì)于固定的噴嘴 組件和渦輪殼體40沿軸向膨脹。由于渦輪轉(zhuǎn)子組件104支承在渦輪殼體40內(nèi)的方式，此 類軸向膨脹主要相對(duì)于殼體(圖1)沿下游方向。由于向下游的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在第一級(jí)渦輪轉(zhuǎn) 子組件46的下游密封器件94與第二級(jí)上游密封臺(tái)肩100之間的軸向交疊間距(overlap spacing)或會(huì)增大，導(dǎo)致從葉輪空間72泄漏到主氣流20中的冷卻空氣80減少。相反，在 第二級(jí)下游密封臺(tái)肩102與第二級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件58的上游密封器件96之間的軸向交疊間 距或會(huì)減小。脫離接觸，在密封器件之間的增大和/或減小存在輕微的后果。然而，由于冷 卻空氣80引導(dǎo)了來自于軸流壓縮機(jī)的空氣，其除了燃燒目的外的使用將直接影響燃?xì)鉁u 輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的效率和葉輪空間的設(shè)計(jì)工作。各葉輪空間設(shè)計(jì)成用以保持冷卻空氣的特定 流動(dòng)，用以防止主氣流20在其中進(jìn)行攝取。因此，在第二級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件58的上游密封器 件96與第二級(jí)下游密封臺(tái)肩102之間的軸向交疊間距的減小是不期望的，因?yàn)椴缓线m的流 量輸送到葉輪空間74中。因此，葉輪空間74在其軸向交疊間距減小的情況下將比設(shè)計(jì)流 量泄漏更多到主氣流20中。在非限制的示例性實(shí)施例中，第二級(jí)下游密封臺(tái)肩102與密封臺(tái)肩組件110(圖5 和圖6)相關(guān)聯(lián)，安裝成以便在隔板組件82的沿徑向延伸的側(cè)部86中的開口 112內(nèi)進(jìn)行相對(duì)的軸向運(yùn)動(dòng)。密封臺(tái)肩組件112包括承載活塞114，其具有構(gòu)造成用以將密封臺(tái)肩102收 容在形成于其中的收容槽口 118內(nèi)的第一外端116。承載活塞114的第二端120位于開口 112的內(nèi)端122附近，且包括第一偏壓部件，如設(shè)置在其間的彈簧。在所示的實(shí)施例中，彈 簧124收容在形成于承載活塞114的第二端120內(nèi)的開口 126中，然而還可構(gòu)思出用于收 容和定位彈簧124和其它彈簧構(gòu)造的其它構(gòu)造。如所構(gòu)造出的那樣，彈簧124從隔板組件 82的沿徑向延伸的側(cè)部86向外偏壓承載活塞和相關(guān)聯(lián)的密封臺(tái)肩102，且偏壓到葉輪空間 74中。在剛剛描述的非限制性實(shí)施例中，偏壓彈簧124由通常稱為形狀記憶合金金屬如 鎳-鈦(“NiTi")混合物的材料構(gòu)成。形狀記憶合金可取決于晶體結(jié)構(gòu)或相(即，馬氏體 (較低的溫度)和奧氏體(較高的溫度))而存在于兩種不同溫度下，且發(fā)生相變時(shí)的溫度 主要取決于合金的成分。雙向形狀記憶合金能夠在加熱至高于轉(zhuǎn)變溫度時(shí)恢復(fù)預(yù)定形狀， 而在冷卻到低于轉(zhuǎn)變溫度時(shí)則回到一定的備選形狀。偏壓彈簧124可由NiTi合金構(gòu)成，該 NiTi合金在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的熱瞬變中存在相變。當(dāng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10隨著啟動(dòng)而 從冷變熱時(shí)，彈簧124將經(jīng)由其馬氏體相(圖5)轉(zhuǎn)變成其奧氏體相(圖6)，導(dǎo)致承載活塞 114和相關(guān)聯(lián)的下游密封臺(tái)肩102在葉輪空間74和下游密封器件96的方向上受到偏壓。 結(jié)果，不管渦輪轉(zhuǎn)子組件104的下游軸向增長，仍可保持在第二級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件58的上游 密封器件96與第二級(jí)下游密封臺(tái)肩102之間所期望的緊密物理間距。結(jié)果使得來自于在 第二級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件58與第二級(jí)噴嘴組件52的隔板組件82之間的下游葉輪空間74內(nèi)的 冷卻空氣80的通過減少，從而改善了燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，且保持了對(duì)葉輪空間冷卻空 氣流的控制。密封臺(tái)肩組件110還可包括第二偏壓部件，如復(fù)位彈簧128，在圖5和圖6中所示 的實(shí)施例中，復(fù)位彈簧128圍繞承載活塞114的外周設(shè)置，位于從開口 112的壁132沿徑向 向內(nèi)延伸的固定環(huán)形偏壓凸部130與設(shè)置在承載活塞114內(nèi)端122附近的對(duì)應(yīng)環(huán)形體134 之間。當(dāng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10隨著停機(jī)而從熱變冷時(shí)，形狀記憶合金彈簧124將經(jīng)由其奧氏 體相(圖6)變成其馬氏體相(圖5)，導(dǎo)致承載活塞114和相關(guān)聯(lián)的下游密封臺(tái)肩102沿軸 向偏壓出葉輪空間74并遠(yuǎn)離下游的密封器件96。結(jié)果，不管渦輪轉(zhuǎn)子組件104在其冷卻 時(shí)向上游的軸向收縮，仍可保持在第二級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子組件58的上游密封器件96與第二級(jí)下 游密封臺(tái)肩102之間所期望的緊密物理間距。通過抵靠固定的偏壓凸部130和活塞環(huán)形體 134施加彈簧負(fù)載，除彈簧124所提供的任何偏壓之外，復(fù)位彈簧128還將偏壓施加在承載 活塞114上，從而確保承載活塞114回到開口 112內(nèi)的完全就位位置。承載活塞114和相 關(guān)聯(lián)的密封臺(tái)肩102的完全縮進(jìn)是必需的，用以在拆卸多級(jí)式渦輪16以便保養(yǎng)和改進(jìn)時(shí)避 免在噴嘴組件與渦輪轉(zhuǎn)子組件之間的間隙問題。盡管文中將本發(fā)明的示例性實(shí)施例描述為主要應(yīng)用于多級(jí)式渦輪的第二級(jí)，但集 中的描述僅是為了簡(jiǎn)化，而非意圖將本發(fā)明的范圍限于該單一的應(yīng)用。所述發(fā)明的應(yīng)用可 用于所有各級(jí)的類似的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件和構(gòu)件。盡管已參照鎳-鈦成分的形狀記憶合金描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但也可使 用在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的所需溫度下表現(xiàn)出適合特性的其它成分，如鎳_金屬鈷、銅_鋅或其它。 此外，盡管所述實(shí)施例已舉例說明了使用具有膨脹特征的形狀記憶合金，例如，該膨脹特征 會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高時(shí)使密封臺(tái)肩102膨脹，但預(yù)料到的是，形狀記憶合金應(yīng)用(在其中，材料構(gòu)造成在其從其馬氏體相變成其奧氏體相時(shí)具有收縮反應(yīng))可導(dǎo)致下游密封臺(tái)肩的 縮進(jìn)、遠(yuǎn)離葉輪空間，以便例如在由于渦輪轉(zhuǎn)子組件104隨著渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的啟動(dòng)和加熱 而向下游增長導(dǎo)致密封器件94占據(jù)臺(tái)肩100時(shí)保持該臺(tái)肩和密封器件的所需間距。
本書面說明使用了包括最佳模式的實(shí)例來公開本發(fā)明，且還使本領(lǐng)域的技術(shù)人員 能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何所結(jié)合的方法。本發(fā)明 的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員所想到的其它實(shí)例。如果這些 其它實(shí)例具有與權(quán)利要求的書面語言并無不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實(shí)例包括與 權(quán)利要求的書面語言無實(shí)質(zhì)差異的同等結(jié)構(gòu)元件，則認(rèn)為這些實(shí)例落在權(quán)利要求的范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，包括第一渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件(58)；設(shè)置成鄰近所述第一渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件的第二渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件(52)；葉輪空間(74)，其限定在所述第一渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件(58)與所述第二渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件(52)之間且構(gòu)造成用以將冷卻空氣(80)收容于其中；密封器件(96)，其定位在所述第一渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件(58)上且沿軸向延伸到所述葉輪空間(74)中；密封臺(tái)肩組件(110)，其具有與活動(dòng)部件(114)相關(guān)聯(lián)的密封臺(tái)肩(102)，安裝在所述第二渦輪組件(52)中的開口(112)內(nèi)，由形狀記憶合金構(gòu)成的偏壓部件(124)，與所述活動(dòng)部件(114)相關(guān)聯(lián)且構(gòu)造成用以在所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)從冷態(tài)轉(zhuǎn)變至熱態(tài)時(shí)將所述活動(dòng)部件(114)和相關(guān)聯(lián)的密封臺(tái)肩(102)沿軸向朝向所述密封器件(96)偏壓到所述葉輪空間(74)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，其特征在于，所述偏壓部件(124)作為在 冷的馬氏體狀態(tài)下具有第一軸向長度而在熱的奧氏體狀態(tài)下具有更長的第二軸向長度的 雙向形狀記憶合金構(gòu)造而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，其特征在于，所述形狀記憶合金具有一定 成分，使得在所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)從冷態(tài)轉(zhuǎn)變至熱態(tài)時(shí)出現(xiàn)從冷的馬氏體狀態(tài)至熱 的奧氏體狀態(tài)的相變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，其特征在于，所述形狀記憶合金包括 鎳-鈦合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，其特征在于，所述偏壓部件(124)構(gòu)造成 用以在所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)從熱態(tài)轉(zhuǎn)變至冷態(tài)時(shí)將所述活動(dòng)部件(114)和相關(guān)聯(lián)的密封 臺(tái)肩(102)沿軸向偏壓出所述葉輪空間(74)并遠(yuǎn)離所述密封器件(96)。
6.一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，包括 第一可旋轉(zhuǎn)的渦輪轉(zhuǎn)子組件(58)；設(shè)置成鄰近所述第一可旋轉(zhuǎn)的渦輪轉(zhuǎn)子組件(58)的第二靜止噴嘴組件(52)； 葉輪空間(74)，其限定在所述第一可旋轉(zhuǎn)的渦輪轉(zhuǎn)子組件(58)與所述第二靜止噴嘴 組件(52)之間且構(gòu)造成用以將冷卻空氣(80)收容于其中；以及密封器件(96)，其定位在所述第一可旋轉(zhuǎn)的渦輪轉(zhuǎn)子組件(58)上且沿軸向延伸到所 述葉輪空間(74)中；密封臺(tái)肩組件(110)，其具有與活動(dòng)部件(114)相關(guān)聯(lián)的密封臺(tái)肩(102)，安裝在所述 第二靜止噴嘴組件(52)中的開口(112)內(nèi)；由形狀記憶合金構(gòu)成的偏壓部件(124)，其與所述活動(dòng)部件(114)相關(guān)聯(lián)，且構(gòu)造成 用以在所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)從冷態(tài)轉(zhuǎn)變至熱態(tài)時(shí)將所述活動(dòng)部件和相關(guān)聯(lián)的密封臺(tái)肩 (102)沿軸向朝向所述密封器件偏壓到所述葉輪空間(74)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，其特征在于，所述偏壓部件(124)作為在 冷的馬氏體狀態(tài)下具有第一軸向長度而在熱的奧氏體狀態(tài)下具有更長的第二軸向長度的 雙向形狀記憶合金構(gòu)造而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，其特征在于，所述形狀記憶合金具有一定成分，使得在所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)從冷態(tài)轉(zhuǎn)變至熱態(tài)時(shí)出現(xiàn)從冷的馬氏體狀態(tài)至熱 的奧氏體狀態(tài)的相變。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，其特征在于，所述偏壓部件(124)構(gòu)造成 用以在所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)從熱態(tài)轉(zhuǎn)變至冷態(tài)時(shí)將所述活動(dòng)部件(114)和相關(guān)聯(lián)的密封 臺(tái)肩(102)沿軸向偏壓出所述葉輪空間(74)并遠(yuǎn)離所述密封器件(96)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，其特征在于，所述形狀記憶合金包括 鎳-鈦合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻空氣管理的設(shè)備。具體而言，涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有可旋轉(zhuǎn)的渦輪轉(zhuǎn)子組件，設(shè)置成鄰近其的靜止噴嘴組件以及限定于其間的葉輪空間。葉輪空間將冷卻空氣收容于其中，且包括密封器件和密封臺(tái)肩組件，該密封器件定位在第一可旋轉(zhuǎn)的渦輪轉(zhuǎn)子組件上且沿軸向延伸到葉輪空間中，該密封臺(tái)肩組件具有與活動(dòng)部件相關(guān)聯(lián)的密封臺(tái)肩，安裝在第二靜止噴嘴組件中的開口內(nèi)。由形狀記憶合金構(gòu)成的偏壓部件與活動(dòng)部件相關(guān)聯(lián)，且工作成用以在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)從冷態(tài)轉(zhuǎn)變至熱態(tài)時(shí)將活動(dòng)部件和相關(guān)聯(lián)的密封臺(tái)肩沿軸向朝向密封器件偏壓到葉輪空間中，以便減少來自于葉輪空間內(nèi)的冷卻空氣的釋放。
文檔編號(hào)F01D11/18GK101852101SQ201010155658
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者J·E·托里尼, S·W·特什 申請(qǐng)人:通用電氣公司