專利名稱：用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪的系統(tǒng)、方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪轉(zhuǎn)子輪，并且更具體地涉及用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪的系統(tǒng)、方法 及設(shè)備。
背景技術(shù)：
渦輪轉(zhuǎn)子輪為渦輪的一部分，而渦輪又可作為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分。在燃?xì)?渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，壓縮機(jī)向燃燒器提供加壓空氣，在燃燒器處，空氣與燃料相混合，且混合物 經(jīng)點(diǎn)燃而產(chǎn)生熱的燃燒氣體。這些熱燃燒氣體向下游流至一個(gè)或更多渦輪轉(zhuǎn)子，渦輪轉(zhuǎn)子 從熱燃燒氣體獲得能量，用于向壓縮機(jī)供以動(dòng)力，以及用于提供有用功，例如向發(fā)電機(jī)供以 動(dòng)力或向飛行中的飛行器供以動(dòng)力。渦輪轉(zhuǎn)子可包括安裝到渦輪轉(zhuǎn)子輪的圓周上的多個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子葉片，渦輪轉(zhuǎn)子輪可 圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)的中心軸線旋轉(zhuǎn)。當(dāng)熱燃燒氣體離開(kāi)燃燒器且流過(guò)渦輪轉(zhuǎn)子葉片時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)子 輪開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。在此情況下，來(lái)自于熱燃燒氣體的能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。同時(shí)，熱燃燒氣體使渦輪轉(zhuǎn) 子輪經(jīng)受高溫，尤其是在渦輪轉(zhuǎn)子輪的輪緣處。然而，用于構(gòu)造渦輪轉(zhuǎn)子輪的材料可能不同 于其它渦輪構(gòu)件，使得渦輪轉(zhuǎn)子輪并非很耐熱。結(jié)果，熱燃燒氣體的高溫會(huì)超過(guò)渦輪轉(zhuǎn)子輪 的冶金極限，從而導(dǎo)致熱應(yīng)力、氧化和結(jié)構(gòu)破裂。為了防止渦輪轉(zhuǎn)子輪過(guò)熱，可從壓縮機(jī)獲取冷卻空氣來(lái)冷卻圍繞渦輪轉(zhuǎn)子組件及 位于其內(nèi)的空間，包括與渦輪轉(zhuǎn)子輪熱接觸的那些空間。然而，以此方式獲取空氣會(huì)從燃燒 器轉(zhuǎn)移空氣而妨礙了發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的效率。對(duì)于該效率損失，期望的是在渦輪轉(zhuǎn)子輪不經(jīng)受 附加應(yīng)力的情況下，最大限度地減少?gòu)娜紵鬓D(zhuǎn)移來(lái)用于冷卻的空氣量。此外，對(duì)于較大且 更為有效的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的需求而言需要渦輪轉(zhuǎn)子輪能耐受較高的燃燒溫度而不會(huì)增 加單獨(dú)構(gòu)件的成本。因此，需要的是用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪的系統(tǒng)、方法及設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例可解決上述需求中的一些或全部。本發(fā)明的一些實(shí)施例主要針對(duì) 用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪的系統(tǒng)和方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可提供一種用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子 輪的方法，其中，渦輪轉(zhuǎn)子輪包括支承相應(yīng)的渦輪葉片的一對(duì)葉片支柱(post)，以及其中， 在相應(yīng)的葉片支柱之間形成腔。該方法可包括提供可操作成用以將腔分隔成上部區(qū)域和下 部區(qū)域的至少一個(gè)密封件。此外，該方法可包括將至少一個(gè)密封件放入腔內(nèi)，以便進(jìn)入腔中 的冷卻空氣流在至少下部區(qū)域和至少上部區(qū)域之間分開(kāi)，使得下部區(qū)域相比于上部區(qū)域保 持在更低溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，可提供一種用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪的系統(tǒng)。該系統(tǒng) 可包括由多個(gè)葉片支柱支承的多個(gè)渦輪葉片，其中，在相應(yīng)的葉片支柱之間形成腔。該系統(tǒng) 還可包括安裝在腔內(nèi)的至少一個(gè)密封件，其將腔分隔成上部區(qū)域和下部區(qū)域。通過(guò)分隔腔， 進(jìn)入腔中的冷卻空氣流在至少下部區(qū)域與至少上部區(qū)域之間分開(kāi)，使得下部區(qū)域相比于上
4部區(qū)域保持在更低溫度。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，可提供一種用于熱隔離燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子輪的設(shè)備，其 中，渦輪轉(zhuǎn)子輪包括支承相應(yīng)的渦輪葉片的一對(duì)葉片支柱，以及其中，在相應(yīng)的葉片支柱之 間存在腔。該設(shè)備可包括伸長(zhǎng)的密封部件，其可操作成用以安裝在腔內(nèi)，且將該腔分隔成上 部區(qū)域和下部區(qū)域，使得進(jìn)入腔中的冷卻空氣流可在下部區(qū)域與上部區(qū)域之間分開(kāi)。這樣， 下部區(qū)域相比于上部區(qū)域可保持在更低溫度。本發(fā)明的其它實(shí)施例和方面將根據(jù)結(jié)合以下附圖的以下說(shuō)明而變得清楚。


因此，大體上已描述了本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖，這些附圖不必按比例繪制，且在 附圖中圖1以三維形式示出了現(xiàn)有技術(shù)中存在的渦輪轉(zhuǎn)子輪。圖2以截面形式示出了現(xiàn)有技術(shù)中存在的渦輪轉(zhuǎn)子輪。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪的示例性系統(tǒng)。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪的示例性系統(tǒng)的截面視 圖。圖5A至圖5D示出了用于渦輪轉(zhuǎn)子輪的隔離密封件的各種示例性實(shí)施例。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪的示例性系統(tǒng)的截 面視圖。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪的示例性方法。零件清單100 系統(tǒng)105渦輪轉(zhuǎn)子輪110渦輪轉(zhuǎn)子葉片115翼型件120渦輪轉(zhuǎn)子葉片平臺(tái)121徑向外表面122徑向內(nèi)表面124 前緣125轉(zhuǎn)子葉片柄部126 后緣130支承燕尾部135交替的燕尾槽口140輪支柱145柄部腔150阻尼器銷155平臺(tái)間隙160密封體165 蓋板
575視圖
580尾部組件
600實(shí)施例
605冷卻空氣
610冷卻空氣
611冷卻空氣
612冷卻空氣
615渦輪轉(zhuǎn)子輪空間區(qū)域
620渦輪轉(zhuǎn)子輪空間區(qū)域
625渦輪轉(zhuǎn)子輪空間區(qū)域
650蓋板
660柄部腔空氣
665柄部腔空氣
670柄部腔空氣
675柄部腔空氣
680柄部腔空氣
685柄部腔空氣
690節(jié)點(diǎn)
700方法
705方框
710方框
715方框
720方框
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將在下文參照附圖更為詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí) 施例。然而，本發(fā)明還可采用多種不同的形式予以實(shí)施，且不應(yīng)當(dāng)視作為限于本文所闡述的 示例性實(shí)施例；確切地說(shuō)，所提供的這些實(shí)施例使得本公開(kāi)內(nèi)容將會(huì)向本領(lǐng)域的技術(shù)人員 傳達(dá)本發(fā)明的范圍。貫穿全文相似的標(biāo)號(hào)表示相似的元件。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)100的三維視圖。系統(tǒng)100包括構(gòu)造成在燃?xì)鉁u輪發(fā) 動(dòng)機(jī)中使用的渦輪轉(zhuǎn)子輪105。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可包括布置在單個(gè)軸上的壓縮機(jī)和渦輪。 壓縮機(jī)將壓縮空氣供送至燃燒器，燃燒器將空氣與燃料相混合并燃燒該混合物來(lái)產(chǎn)生熱燃 燒氣體。這些熱燃燒氣體流過(guò)渦輪而促使其旋轉(zhuǎn)，并且使得軸旋轉(zhuǎn)。因此，渦輪將熱燃燒氣 體中的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，這可結(jié)合發(fā)電機(jī)使用來(lái)發(fā)電，結(jié)合飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪風(fēng)扇 使用來(lái)產(chǎn)生推力，或結(jié)合其它系統(tǒng)來(lái)用于本領(lǐng)域中所公知的其它應(yīng)用。渦輪可包括多個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子輪，各渦輪轉(zhuǎn)子輪均支承多個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子葉片。如圖1中 所示，渦輪轉(zhuǎn)子輪105為環(huán)形構(gòu)件，其可圍繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。渦輪轉(zhuǎn)子輪 105支承沿徑向延伸到主氣流中的多個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子葉片110。渦輪轉(zhuǎn)子葉片110包括翼型件115、葉片平臺(tái)120、柄部125，以及燕尾部130。翼型件115具有在前緣和后緣處連接在一起的大體上凹入的壓力側(cè)和大體上凸出的吸入側(cè)。 翼型件115從渦輪轉(zhuǎn)子葉片平臺(tái)120沿徑向向外延伸至末梢(未繪出)。形成在翼型件115和柄部125的接合處的葉片平臺(tái)120限定熱燃燒氣流的內(nèi)部徑 向邊界。葉片平臺(tái)120包括限定熱燃燒氣體的內(nèi)部邊界的一部分的徑向外表面121，以及相 對(duì)的徑向內(nèi)表面122。平臺(tái)表面從相對(duì)的側(cè)緣沿周向延伸，且在前緣124與后緣126之間沿 軸向延伸。也稱為葉片支柱的柄部125提供從葉片平臺(tái)120至支承燕尾部130的徑向過(guò)渡， 從葉片平臺(tái)120沿徑向向內(nèi)延伸至燕尾部130。燕尾部130也從柄部125沿徑向向內(nèi)延伸， 且將渦輪轉(zhuǎn)子葉片110聯(lián)接到渦輪轉(zhuǎn)子輪105上。渦輪轉(zhuǎn)子輪105包括多個(gè)沿周向交替的 燕尾槽口 135和支柱140，各支柱140均由相鄰的槽口 135形成，且圍繞渦輪轉(zhuǎn)子輪105的 外周設(shè)置。各個(gè)槽口 135均適于收容來(lái)自于渦輪轉(zhuǎn)子葉片110的燕尾部130。柄部125還包括在上游側(cè)壁和下游側(cè)壁(未繪出)處連接在一起的大致凹入的側(cè) 壁和大致凸出的側(cè)壁。因此，凹入的側(cè)壁相對(duì)于上游側(cè)壁和下游側(cè)壁凹進(jìn)，以便在多個(gè)渦輪 轉(zhuǎn)子葉片110聯(lián)接在轉(zhuǎn)子組件內(nèi)時(shí)，在相鄰轉(zhuǎn)子葉片柄部125之間限定柄部腔145。除柄部 腔145之外，當(dāng)多個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子葉片110聯(lián)接到渦輪轉(zhuǎn)子輪105上時(shí)，在沿周向相鄰的渦輪轉(zhuǎn) 子葉片110之間形成預(yù)定的平臺(tái)間隙155。為了控制相鄰渦輪轉(zhuǎn)子葉片110內(nèi)的應(yīng)力及其 之間的沖擊(否則這將會(huì)在給定它們緊密鄰近且在柄部125處缺乏互連的情況下存在)，可 使用阻尼器銷150。阻尼器銷150位于在柄部125內(nèi)加工的槽口內(nèi)，且通過(guò)互連渦輪轉(zhuǎn)子葉 片110，阻尼器銷150可減少在相鄰渦輪轉(zhuǎn)子葉片110內(nèi)的應(yīng)力及其之間的潛在沖擊。當(dāng)熱燃燒氣體流過(guò)渦輪轉(zhuǎn)子葉片110進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)子輪105可通過(guò)對(duì) 流加熱、傳導(dǎo)加熱和輻射加熱而經(jīng)受加熱超過(guò)其冶金極限。例如，傳導(dǎo)加熱發(fā)生在熱燃燒氣 體流過(guò)渦輪轉(zhuǎn)子葉片110時(shí)。這些熱氣體加熱渦輪轉(zhuǎn)子葉片110，從而升高渦輪轉(zhuǎn)子葉片 110的工作溫度，使得與渦輪轉(zhuǎn)子輪105相接觸的渦輪轉(zhuǎn)子葉片110將熱量從熱燃燒氣體傳 導(dǎo)至渦輪轉(zhuǎn)子輪105。對(duì)流加熱發(fā)生在熱燃燒氣體流過(guò)葉片平臺(tái)120時(shí)。在給定此空氣流 過(guò)平臺(tái)120和平臺(tái)間隙155處的空氣間隙的情況下，熱空氣可滲漏到柄部腔145中。因此， 熱空氣的該種運(yùn)動(dòng)升高了柄部腔145、輪支柱140和渦輪轉(zhuǎn)子輪105頂部的溫度。而且，當(dāng) 熱空氣流過(guò)葉片平臺(tái)120時(shí)，徑向外表面121的溫度升高至一定點(diǎn)，在此大量熱量從徑向內(nèi) 表面122輻射到柄部腔145。在給定渦輪轉(zhuǎn)子葉片110的冶金極限和渦輪轉(zhuǎn)子葉片110的構(gòu)件所必須耐受的受 熱量的情況下，渦輪轉(zhuǎn)子葉片110可適于包括內(nèi)部冷卻腔。該內(nèi)部冷卻腔可至少部分地由 翼型件115、葉片平臺(tái)120、柄部125和燕尾部130限定。在燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用中，冷卻空氣可 從壓縮機(jī)獲取并在該內(nèi)部冷卻腔內(nèi)循環(huán)，或甚至可引導(dǎo)其對(duì)柄部腔145加壓，以便能控制 熱燃燒氣體到柄部腔145中的滲漏。圖2示出了同樣在現(xiàn)有技術(shù)中存在的渦輪轉(zhuǎn)子輪105的截面視圖200。在圖2中， 在205和210處提供冷卻空氣，以便對(duì)柄部腔145加壓。由于空氣在柄部腔145周圍滲漏， 尤其是經(jīng)由平臺(tái)間隙155，故需要大量冷卻空氣來(lái)對(duì)柄部腔145加壓和使其冷卻。盡管該冷 卻空氣滲漏可降低215，220，225和230處的輪空間區(qū)域中的周圍空氣和216處沿軸向流過(guò) 柄部腔145的空氣的溫度，但這些區(qū)域中的空氣仍然很熱。因此，當(dāng)熱空氣流繼續(xù)在260， 265和270處經(jīng)由平臺(tái)間隙155越過(guò)柄部腔145以及在275，280和285處圍繞柄部腔145
8時(shí)，冷卻空氣未能冷卻該區(qū)域中的所有熱空氣。結(jié)果，如圖2中的升高的節(jié)點(diǎn)290所示，大 量熱量傳遞到渦輪轉(zhuǎn)子輪105的頂部。為了減慢熱空氣流過(guò)平臺(tái)間隙155且越過(guò)柄部腔145的總量，可將平臺(tái)間隙155 密封。例如，再次參看圖1，在沒(méi)有冷卻空氣或連同冷卻空氣一起的情況下，密封體160可用 于空氣控制。密封體160包括蓋板165和安裝組件166，用于將密封體160安裝在支柱140 的頂上和相鄰的渦輪轉(zhuǎn)子輪110之間。密封體160提供了軸向密封，且堵塞了一些熱燃燒 氣體經(jīng)由平臺(tái)間隙155滲漏到柄部腔145中。在利用冷卻空氣對(duì)柄部腔145加壓時(shí)，密封 體160可適于將冷卻空氣引導(dǎo)到柄部腔145與燕尾部130之間。然而即使在使用時(shí)，密封體160也不能防止熱空氣滲漏到柄部腔145中。確切地 說(shuō)，密封體160只可減慢此類滲漏。同時(shí)，密封體160增加了對(duì)于渦輪轉(zhuǎn)子輪105的質(zhì)量， 從而在輪旋轉(zhuǎn)期間引起不必要的物理應(yīng)力。此時(shí)，自身暴露于熱排出氣體的蓋板165在其 從熱排出氣體吸收熱量且然后將該熱量的一部分輻射到柄部腔145中時(shí)，也變成為該腔的 附加熱源。此種滲漏和輻射的組合將繼續(xù)，以顯著地升高柄部腔145的溫度。由于燕尾部 130、輪支柱140和渦輪轉(zhuǎn)子輪105的頂部暴露于柄部腔145內(nèi)的熱空氣，故在這些零件中 引起熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致它們的故障。為了防止或以其它方式最大限度地減小此類故障的機(jī) 率，期望的是使這些構(gòu)件與上述熱效應(yīng)中的一些或全部熱隔離開(kāi)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪的示例性系統(tǒng)300。 與系統(tǒng)100相似，系統(tǒng)300包括支承具有翼型件115的多個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子葉片110的渦輪轉(zhuǎn)子 輪。其它類似構(gòu)件包括下列具有徑向外表面121和徑向內(nèi)表面122的葉片平臺(tái)120 ；柄部 125，在該處當(dāng)多個(gè)柄部鄰接在一起時(shí)，形成了柄部腔145和平臺(tái)間隙155;以及適于配合在 輪支柱140之間且配合到槽口 135中的燕尾部130。系統(tǒng)300還包括隔離密封件350。隔離密封件350可固定在柄部腔145內(nèi)，且定位 成略微高于輪支柱140，從而將柄部腔145分成上部區(qū)域345和下部區(qū)域355。如前文所述， 在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)100中，流過(guò)葉片平臺(tái)120和經(jīng)過(guò)平臺(tái)間隙155的熱空氣可在渦輪轉(zhuǎn)子 輪中造成對(duì)流加熱效應(yīng)。通過(guò)將隔離密封件350置于柄部腔145內(nèi)且略微高于輪支柱140， 渦輪轉(zhuǎn)子輪的頂部可與流過(guò)柄部腔145的大部分熱空氣隔離開(kāi)，這降低了這些對(duì)流加熱效 應(yīng)，這是與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)技術(shù)效果。隔離密封件350還可降低現(xiàn)有技術(shù) 的系統(tǒng)100中所存在的輻射效應(yīng)。由于流過(guò)葉片平臺(tái)120的熱空氣，葉片平臺(tái)120的溫度 升高到一定點(diǎn)，在此熱量從徑向內(nèi)表面122輻射且輻射到柄部腔145中。在系統(tǒng)300中，隔 離密封件350可提供絕緣屏障，其阻止在徑向內(nèi)表面122處從葉片平臺(tái)120輻射的此熱量 的至少一部分，這是與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)技術(shù)效果。此外，通過(guò)將柄部腔145分成上部區(qū)域345和下部區(qū)域355，隔離密封件350可在 柄部腔145的下部區(qū)域355內(nèi)形成空氣屏障，該下部區(qū)域355比柄部腔145的上部區(qū)域345 內(nèi)的空氣溫度更冷。該較冷的空氣可降低燕尾部130、輪支柱140和渦輪轉(zhuǎn)子輪105頂部 的溫度。在示例性實(shí)施例中，例如，隔離密封件350可使輪支柱140溫度降低約10° F至 20° F。這些構(gòu)件周圍的空氣溫度的這種降低可減小在其中所受到的熱應(yīng)力，這是與本發(fā)明 實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)技術(shù)效果。由于這些構(gòu)件受到減小的熱應(yīng)力，故它們可承受更高 的物理應(yīng)力，意味著隔離密封件350能夠?qū)崿F(xiàn)更小且更為經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)。例如，當(dāng)燕尾部130 以較低的溫度工作時(shí)，燕尾部130具有較高的材料性能且可耐受較高的應(yīng)力。因此，燕尾部130可適應(yīng)較小的設(shè)計(jì)，因?yàn)槠渚哂懈蟮某惺芪锢響?yīng)力的能力。在備選方案中，可保持燕 尾部130的尺寸，以便使用更為廉價(jià)的制造材料。此外，作為又一個(gè)備選方案，還可采用較 小和較為廉價(jià)的設(shè)計(jì)的組合。在示例性系統(tǒng)300中，隔離密封件可定位成略微高于輪支柱140且固定在柄部腔 145內(nèi)。在示例性設(shè)計(jì)中，隔離密封件350可設(shè)計(jì)成貼近地配合在柄部腔145內(nèi)，以便可采 用對(duì)抗摩擦和溫度的組合的緊固件將隔離密封件350保持在適當(dāng)位置上。在其它實(shí)施例 中，柄部125可適于包括用于隔離密封件350的安裝支承件，如渦輪輪支柱140能進(jìn)行的一 樣。作為備選，柄部125還可適于使得在多個(gè)柄部當(dāng)安裝到渦輪轉(zhuǎn)子輪上而鄰接在一起時(shí) 形成隔離密封件350的一部分。下文將更為完整地描述這些及其它實(shí)施例。隔離密封件350可由任何單一材料或材料的組合制成。通常，這些材料可包括 鋼和/或鎳基合金。具體而言，還可使用市售材料如GTD111、Rene N5、L605、X750，以及 IN-738。在示例性系統(tǒng)300的一個(gè)實(shí)施例中，未利用冷卻空氣對(duì)柄部腔145加壓。在另一 個(gè)實(shí)施例中，可利用冷卻空氣來(lái)對(duì)柄部腔145加壓。圖4以截面形式示出了一個(gè)示例性實(shí) 施例400，其中，柄部腔145受到如此加壓。在圖4中，隔離密封件450可將柄部腔145分成 上部區(qū)域445和下部區(qū)域455。在圖4中，可在405和410處提供冷卻空氣。冷卻空氣可在215，220，225和230處 繼續(xù)冷卻渦輪轉(zhuǎn)子輪空間區(qū)域周圍的空氣，使得周圍空氣可為適度熱的。此外，熱空氣流可 在460，465和470處繼續(xù)流過(guò)平臺(tái)間隙155且越過(guò)柄部腔145，以及在475，480和485處圍 繞柄部腔145。然而，在示例性實(shí)施例中，由于隔離密封件450將柄部腔145分成上部區(qū)域 445和下部區(qū)域455，較熱的空氣可包含在上部區(qū)域445中。這種包含導(dǎo)致即使一些適度熱 的空氣可如416處所示繼續(xù)沿軸向流過(guò)間隙155且越過(guò)下部區(qū)域455，下部區(qū)域455也可通 過(guò)熱隔離密封件450而與在徑向內(nèi)表面122處從葉片平臺(tái)120所輻射的熱量隔絕。因此， 在與現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)相比時(shí)，較少量的熱量將傳遞至實(shí)施例400中的渦輪轉(zhuǎn)子輪105的頂 部。在圖4中由略微較低的節(jié)點(diǎn)490示出了相對(duì)溫度的這種改變。圖5A至圖5D示出了根據(jù)本發(fā)明的一些方面的熱隔離密封件的各種示例性實(shí)施 例。在圖5A中，在視圖500處，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的銷密封件505。銷密封件 505可包括銷，該銷可適于配合在渦輪轉(zhuǎn)子葉片110中加工的至少一個(gè)輪廓內(nèi)，且可將柄部 腔分成上部區(qū)域和下部區(qū)域。將應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，銷密封件505可提供在渦輪轉(zhuǎn)子葉片110 之間的支承和振動(dòng)控制。在一個(gè)實(shí)施例中，除類似于圖1中的阻尼器銷155的其它支承結(jié) 構(gòu)之外，還可使用銷密封件505。在另一個(gè)實(shí)施例中，銷密封件505可替代此類結(jié)構(gòu)。在圖5B中，在視圖525處，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的支架密封件530。支 架密封件530可由制造成渦輪轉(zhuǎn)子葉片110的一部分的一個(gè)或多個(gè)凸緣形成。當(dāng)兩個(gè)渦輪 轉(zhuǎn)子葉片110并排地安裝到渦輪轉(zhuǎn)子輪105上時(shí)，這些凸緣可交搭以便形成空氣間隙。連 同該空氣間隙，上部凸緣上方的上部區(qū)域和下部凸緣下方的下部區(qū)域同樣可形成在柄部腔 內(nèi)。根據(jù)該實(shí)施例，可提供當(dāng)柄部腔由冷卻空氣加壓時(shí)，有限量的冷卻空氣經(jīng)由空氣間隙滲 漏到上部區(qū)域中。在圖5C中，在視圖550處，示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的板狀密封件555。板 狀密封件555可為適于配合在一個(gè)或多個(gè)槽口內(nèi)的扁平的、平坦結(jié)構(gòu)，該槽口加工在渦輪轉(zhuǎn)子葉片110中。在圖5D中，在視圖575處，根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，板狀密封件555 還可適于為板狀密封件和尾部的組件580。在該實(shí)施例中，輪支柱140可適于包括用于安裝 尾部組件的T形槽口，且渦輪轉(zhuǎn)子輪110同樣可加工有上述槽口。在兩個(gè)實(shí)施例中，板狀密 封件555和板狀密封件與尾部的組件580可將柄部腔分隔成如上文所述的上部區(qū)域和下部 區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，熱隔離密封件可適于包括蓋板。圖6以截面形式示 出了隔離密封件450的一個(gè)示例性實(shí)施例600，其中，柄部腔145由冷卻空氣進(jìn)行加壓，以 及其中，隔離密封件450也適于包括蓋板650。如圖4中所示，隔離密封件450可將柄部腔 145分成上部區(qū)域445和下部區(qū)域455。熱空氣流也可在660，665和670處經(jīng)由上部區(qū)域 445繼續(xù)流過(guò)柄部腔145，以及在675，680和685處圍繞柄部腔145，將上部區(qū)域相比于下部 區(qū)域455保持在更高的工作溫度。同樣類似于圖4，在605和610處可提供冷卻空氣。然而，與圖4不同的是，盡管冷卻空氣可在615，620和625處繼續(xù)冷卻渦輪轉(zhuǎn)子輪 空間區(qū)域周圍的空氣，使得周圍空氣可為適度熱的，但可通過(guò)蓋板650來(lái)防止該適度熱的 空氣沿軸向流過(guò)平臺(tái)間隙155。同時(shí)，該適度熱的空氣可由如611和612處所示的專用冷卻 空氣取代。因此，通過(guò)密封間隙155和使用專用的冷卻空氣源，下部區(qū)域455可保持在相比 于如果單獨(dú)使用隔離密封件450甚至更低的工作溫度。如由節(jié)點(diǎn)690所示，由于冷卻空氣 可保持在下部區(qū)域455內(nèi)，故在與現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)相比時(shí)，實(shí)施例600中傳遞至渦輪轉(zhuǎn)子輪 105頂部的熱量便少得多。在示例性實(shí)施例中，使用適于包括蓋板的隔離密封件可使輪支柱140的溫度降低 大約75° F。通過(guò)使輪支柱140和周圍區(qū)域處的溫度如此大地降低，為冷卻這些構(gòu)件所需的 冷卻空氣量便較少。因此，當(dāng)本發(fā)明的實(shí)施例用于燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)，可提供更多空氣給壓縮機(jī)， 而非從壓縮機(jī)獲取。通過(guò)將額外的空氣提供給壓縮機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中存在較小的熱動(dòng)力 損失，且燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的總體效率可提高。圖7示出了用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪的示例性方法700，其中，渦輪轉(zhuǎn)子輪包括支承 多個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的一對(duì)輪支柱或柄部。當(dāng)多個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子葉片由渦輪轉(zhuǎn)子輪支承時(shí)，柄部 腔形成在渦輪轉(zhuǎn)子葉片的相應(yīng)柄部或輪支柱之間。在方框705處，可提供至少一個(gè)密封件， 該密封件可操作以將柄部腔分隔成上部區(qū)域和下部區(qū)域。在方框710處，可將密封件放入柄部腔內(nèi)，使得下部區(qū)域中的溫度相比于上部區(qū) 域中的溫度可保持在更低溫度。在方框715處，可提供冷卻空氣源，以及在方框720處，可 使用冷卻空氣對(duì)柄部腔加壓。如前文所述，用冷卻空氣對(duì)柄部腔加壓可減少進(jìn)入柄部腔中 的熱空氣流，且從而可利用柄部腔和柄部腔周圍的構(gòu)件來(lái)降低空氣的工作溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，在方法700中所使用的密封件可為圖3中所示的隔離密封件 350。在其它實(shí)施例中，該密封件可為圖5中所示的一個(gè)或多個(gè)密封件，包括銷密封件505、 支架密封件530、板狀密封件555或板狀密封件與尾部的組件580。在又一個(gè)實(shí)施例中，該 密封件還可適于包括蓋板。蓋板可操作成用以覆蓋葉片支柱的一部分，且還操作成用以引 導(dǎo)冷卻空氣流圍繞該至少一個(gè)蓋板的一部分并進(jìn)入柄部腔中。在又一個(gè)實(shí)施例中，蓋板還 可適于提供軸向密封，以便防止熱空氣在相應(yīng)的葉片支柱之間流動(dòng)。在再一個(gè)實(shí)施例中，隔 離密封件可包括上述中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，且可將柄部腔分隔成多個(gè)區(qū)域。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)構(gòu)想出文中闡述的本發(fā)明的許多改進(jìn)和其它實(shí)施例，與其相關(guān)的這些發(fā)明具有存在于前述說(shuō)明和相關(guān)附圖中的教導(dǎo)內(nèi)容的益處。因此，本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，本發(fā)明可采用許多形式予以實(shí)施，且不應(yīng)當(dāng)局限于上述實(shí)施例。 因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的特定實(shí)施例，且改進(jìn)和其它實(shí)施例意圖包括在 所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。盡管本文使用了特殊用語(yǔ)，但它們僅用于一般性和描述性的意義， 而非出于限制的目的。
權(quán)利要求
一種用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪(105)的方法(700)，所述渦輪轉(zhuǎn)子輪(105)包括支承相應(yīng)的渦輪葉片(110)的一對(duì)葉片支柱(125)和位于相應(yīng)的葉片支柱(125)之間的腔(145)，所述方法包括提供(705)可操作以將所述腔(145)分隔成上部區(qū)域和下部區(qū)域的至少一個(gè)密封件(350)；以及將所述至少一個(gè)密封件放入(710)所述腔(145)內(nèi)，其中，進(jìn)入所述腔(145)中的冷卻空氣流在至少所述下部區(qū)域(355)與至少所述上部區(qū)域(345)之間分開(kāi)，以及其中，所述下部區(qū)域(355)相比于所述上部區(qū)域(345)保持在更低的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(700)，其特征在于，所述方法還包括提供(715)冷卻空氣流源；以及利用冷卻空氣對(duì)所述腔(145)加壓(720)，其中，減少了進(jìn)入所述腔中的熱氣流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(700)，其特征在于，所述方法還包括提供至少一個(gè)蓋板(165)，所述蓋板(165)可操作用以覆蓋所述葉片支柱(125)的一部 分，且還可操作用以引導(dǎo)冷卻空氣流圍繞所述至少一個(gè)蓋板(165)的一部分和進(jìn)入所述腔 (145)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(700)，其特征在于，所述至少一個(gè)密封件(350)包括下 列中的至少一個(gè)銷(505)；支架密封件(530)；板狀密封件(555)；或板狀密封件(555)和 尾部的組件(580)。
5.一種用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪(105)的系統(tǒng)(300)，包括多個(gè)渦輪葉片(110)；多個(gè)葉片支柱(125)，其安裝到所述渦輪轉(zhuǎn)子輪(105)上且可操作用以支承一個(gè)或多 個(gè)渦輪葉片(110)，其中，在相應(yīng)的葉片支柱(125)之間形成腔(145)；以及至少一個(gè)密封件(350)，其安裝在所述腔(145)內(nèi)且可操作以將所述腔分隔成上部區(qū) 域(345)和下部區(qū)域(355)，其中，進(jìn)入所述腔(145)中的冷卻空氣流在至少所述下部區(qū)域 (355)與至少所述上部區(qū)域(345)之間分開(kāi)，以及其中，所述下部區(qū)域(355)相比于所述上 部區(qū)域(345)保持在更低的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述至少一個(gè)密封件(350)包括可操作用以配合在所述腔(145)內(nèi)的銷(505)；以及其中，所述葉片支柱(125)還可操作用以包括用于收容所述銷(505)的至少一個(gè)輪廓， 以及其中，所述銷(505)可操作以將所述至少一個(gè)輪廓上方的腔(145)區(qū)域分隔成所述上 部區(qū)域，以及將所述至少一個(gè)輪廓下方的區(qū)域分隔成所述下部區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述至少一個(gè)密封件(350)包括支架密封件(530)；以及其中，所述葉片支柱(125)還可操作用以包括凸緣，所述凸緣彼此緊密鄰近地交搭而 形成所述支架密封件(530)，以及其中，所述支架密封件(530)可操作以將所述凸緣上方的 腔(145)區(qū)域分隔成所述上部區(qū)域，以及將所述凸緣下方的區(qū)域分隔成所述下部區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述至少一個(gè)密封件(350)包括可操作用以配合在所述葉片支柱(125)內(nèi)的板狀密封件(555)；以及其中，所述葉片支柱(125)還可操作用以包括用于收容所述板狀密封件(555)的至少一個(gè)槽口，以及其中，所述板狀密封件(555)可操作以將所述至少一個(gè)槽口上方的腔區(qū)域 分隔成所述上部區(qū)域，以及將所述至少一個(gè)槽口下方的區(qū)域分隔成所述下部區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述至少一個(gè)密封件(350)包括 可操作用以配合在所述葉片支柱(125)內(nèi)的板狀密封件(555)和尾部的組件(580)；以及其中，所述葉片支柱(125)還可操作用以包括用于收容所述板狀密封件(555)和尾部 的組件(580)的T形槽口，以及其中，所述板狀密封件(555)和尾部的組件(580)可操作以 將所述T形槽口上方的腔區(qū)域分隔成所述上部區(qū)域，以及將所述至少一個(gè)槽口下方的區(qū)域 分隔成所述下部區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括可操作用以利用冷卻空氣對(duì)所述腔(145)加壓的冷卻空氣源，其中，減少了進(jìn)入所述 腔中的熱氣流。全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例可提供用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪(105)的系統(tǒng)、方法及設(shè)備。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可提供一種用于熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪(105)的方法。渦輪轉(zhuǎn)子輪可包括支承相應(yīng)的渦輪轉(zhuǎn)子葉片(110)的一對(duì)葉片支柱(125)或柄部，使得柄部腔(145)形成在相應(yīng)的葉片支柱(125)之間。為了熱隔離渦輪轉(zhuǎn)子輪(105)，可提供可操作成用以將柄部腔(145)分隔成上部區(qū)域(345)和下部區(qū)域(355)的至少一個(gè)密封件(350)。此外，該密封件(350)可放入柄部腔(145)內(nèi)，以便將柄部腔分隔成上部區(qū)域和下部區(qū)域。在此情況下，冷卻空氣流可在上部區(qū)域與下部區(qū)域之間分開(kāi)，使得下部區(qū)域相比于上部區(qū)域可保持在更低溫度。
文檔編號(hào)F01D5/08GK101929357SQ20101017151
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者D·海努姆, E·勞什 申請(qǐng)人:通用電氣公司