專利名稱：徑向密封銷的制作方法
徑向密封銷技術(shù)領(lǐng)域
本申請(qǐng)大體而言涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，且更特定而言涉及用于防止燃?xì)鉁u輪葉片 之間泄漏的徑向密封銷(radial seal pin)設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪通常包括轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子具有多個(gè)周向間隔開(kāi)的槳葉或葉片。眾所周知，葉片 通常包括翼面(airfoil)、平臺(tái)、柄、燕尾榫和其它元件。燕尾榫可位于轉(zhuǎn)子周?chē)⒐潭ㄓ谄?中。翼面突出到由燃燒室所產(chǎn)生的熱燃燒氣體路徑內(nèi)以便將氣體動(dòng)能轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。
對(duì)于使用長(zhǎng)柄葉片設(shè)計(jì)的燃?xì)鉁u輪，徑向密封銷可用于相鄰葉片的柄之間以便密 封穿過(guò)柄的泄漏。一般而言，在由于旋轉(zhuǎn)所致的離心負(fù)載下，銷接觸密封槽面角(seal slot face angle)且朝向側(cè)密封軌滑動(dòng)。槽面角迫使銷朝向相鄰葉片以便防止在兩個(gè)葉片柄腔 之間的穿過(guò)柄的泄漏。
這種徑向密封銷的常見(jiàn)問(wèn)題包括由于使用低耐蠕變材料所致的磨圓 (mushrooming)或變平的端部，由于不足的頭部空間所致的屈曲，銷結(jié)合，銷鎖定以及簡(jiǎn)單 銷磨損。此外，即使對(duì)于正常作用的銷，泄漏仍是一問(wèn)題。泄漏區(qū)域包括柄內(nèi)徑和外徑區(qū)域。 穿過(guò)柄的泄漏可降低葉片柄腔內(nèi)的凈化壓力。這種較低凈化壓力可導(dǎo)致可能的熱氣體攝取 和因此所致的硬件損壞。
因此，需要用于燃?xì)鉁u輪的改進(jìn)的徑向密封銷設(shè)計(jì)。改進(jìn)的徑向密封銷設(shè)計(jì)應(yīng)足 以防止或限制穿過(guò)柄的泄漏同時(shí)耐用且可靠。這種改進(jìn)的密封應(yīng)提供改進(jìn)的冷卻、延長(zhǎng)的 葉片壽命和總體上提高的系統(tǒng)性能和效率。發(fā)明內(nèi)容
因此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N渦輪葉片。該渦輪葉片可包括柄、位于柄上的徑向密封銷槽 和位于徑向密封銷槽(radial seal pin slot)內(nèi)的密封銷。該密封銷可包括一對(duì)帶肩端 部(shouldered end)。
本申請(qǐng)還提供一種渦輪葉片。該渦輪葉片可包括柄、位于柄上的一對(duì)徑向密封銷 槽和位于徑向密封銷槽中的每一個(gè)內(nèi)的密封銷。該密封銷可包括一對(duì)帶肩端部，該帶肩端 部具有圓形部分和平坦部分。
當(dāng)結(jié)合若干附圖和所附權(quán)利要求來(lái)閱讀下文的具體實(shí)施方式
時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù) 人員而言，本發(fā)明的這些和其它特點(diǎn)和改進(jìn)將會(huì)變得明顯。


圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
圖2是已知轉(zhuǎn)子葉片的側(cè)視圖。
圖3是位于轉(zhuǎn)子葉片的徑向密封銷槽中的密封銷的透視圖。
圖4A和圖4B是使用已知密封銷的柄泄漏區(qū)域的側(cè)視圖。
圖5是轉(zhuǎn)子葉片的徑向密封銷槽的透視圖。
圖6是如本文所述的其中帶密封銷的徑向密封銷槽的展開(kāi)圖。
圖7是圖6的密封銷的側(cè)視平面圖。
圖8是圖6的密封銷端部的展開(kāi)圖。
圖9是圖6的徑向密封銷槽的透視圖。
圖10是圖6的徑向密封銷槽的另一透視圖。
圖IlA和圖IlB是由圖6的密封銷填充的柄泄漏區(qū)域的側(cè)視圖。
元件符號(hào)列表
10燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)
12壓縮機(jī)
14燃燒室
16 渦輪
18轉(zhuǎn)子葉片
20 翼面
22 平臺(tái)
24 柄
26燕尾榫
觀前邊緣徑向密封銷槽
30尾邊緣徑向密封銷槽
32徑向邊緣密封銷
33 圓端
34葉片蓋板
35密封凹穴面
36密封拐角
37相鄰葉片
38外徑泄漏間隙
39 間隙
40外徑泄漏間隙
100轉(zhuǎn)子葉片
110 翼面
120 平臺(tái)
130 柄
140燕尾榫
150徑向密封銷槽
160密封銷
170第一帶肩端部
180第二帶肩端部
190圓形部分
200平坦部分
210密封凹穴面
220成角度的拐角具體實(shí)施方式
現(xiàn)參看附圖，在所有若干附圖中，相似附圖標(biāo)記指代相似元件，圖1示出燃?xì)鉁u輪 發(fā)動(dòng)機(jī)10的側(cè)視截面圖。眾所周知，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括壓縮機(jī)12以壓縮進(jìn)來(lái)的空 氣流。壓縮機(jī)12將壓縮的空氣流遞送到燃燒室14。燃燒室14混合壓縮的空氣流與壓縮的 燃料流并點(diǎn)燃混合物(盡管僅示出單個(gè)燃燒室14，但是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括任意多 個(gè)燃燒室14)。熱燃燒氣體又被遞送到渦輪16。熱燃燒氣體驅(qū)動(dòng)渦輪16以便做出機(jī)械功。 在渦輪16中產(chǎn)生的機(jī)械功驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)12和諸如發(fā)電機(jī)等的外部負(fù)載。
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可使用天然氣、各種其它類型的合成氣和其它類型的燃料。燃 氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)可為由紐約的斯卡奈塔第市(Schenectady)的General Electric Company 公司提供的9FBA重型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可具有其它配置且可使用其它 類型部件?？稍诒疚闹惺褂闷渌愋偷娜?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。在本文中可一起使用多種燃?xì)鉁u 輪發(fā)動(dòng)機(jī)10，其它類型的渦輪和其它類型的發(fā)電設(shè)備。
圖2示出已知轉(zhuǎn)子葉片18的實(shí)例。眾所周知，轉(zhuǎn)子葉片18可包括從平臺(tái)22延伸 的翼面20、柄對(duì)和燕尾榫沈。如上文所述，燕尾榫沈可位于轉(zhuǎn)子(為圖示)周?chē)⒐潭?于其中以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。柄M可包括前邊緣徑向密封銷槽觀和尾邊緣徑向密封銷槽30。也可 在本文中使用其它轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計(jì)。
圖3示出尾邊緣徑向密封銷槽30，已知的密封銷32位于尾邊緣徑向密封銷槽30 中。如圖所示，密封銷32通常具有圓端33。在此圖中，α是葉片角，即，葉片蓋板34的角 度；β是密封銷角，即，密封凹穴頂面35的角度；F。是由于葉片旋轉(zhuǎn)所致的離心力；FP是垂 直于密封凹穴頂部的力；FS是沿著密封凹穴頂部的力；以及，&是合成摩擦力。為了有效地 進(jìn)行密封，F(xiàn)s應(yīng)大于&。盡管在此處未圖示，Y是密封凹穴拐角36的角度。一般而言，葉 片角度α和密封凹穴面角度β完成銷32的旁側(cè)加載。具體而言，離心力將迫使銷32抵 靠密封凹穴面35。密封凹穴拐角36的角度γ然后將迫使銷32在切向朝向相鄰葉片37以 便填充它們之間的間隙39。
圖4Α和圖4Β示出位于轉(zhuǎn)子葉片18與相鄰葉片37之間的密封銷32。圖4Α示出 外徑泄漏間隙38。外徑泄漏間隙38可約等于密封槽觀、30頂部的基體層厚度(ligament thickness)。基體層厚度通常與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度極限有關(guān)。圖4B示出內(nèi)徑泄漏間隙40。內(nèi)徑泄 漏間隙40可約等于密封銷32上結(jié)合公差量。結(jié)合公差大體上是密封材料與葉片材料之間 的不同熱膨脹系數(shù)以及瞬時(shí)操作條件的原因。
圖5和圖6示出如本文所述的轉(zhuǎn)子葉片100。如上文所述，轉(zhuǎn)子葉片100可包括翼 面110、平臺(tái)120、柄130和燕尾榫140。柄130包括一對(duì)徑向密封銷槽150。盡管僅示出一 個(gè)徑向密封銷槽150，但是柄130將包括前邊緣與尾邊緣徑向密封銷槽。
圖6至圖8示出可如本文所述的密封銷160。密封銷160可具有第一帶肩端部170 和第二帶肩端部180。如圖所示，帶肩端部170具有圓形部分190和平坦部分200。端部 170,180可大致相同。銷160可比密封銷槽150略短以便提供熱生長(zhǎng)且避免銷結(jié)合。
密封銷160可由hconel 738材料(鎳-鉻超合金)或具有充分整體蠕變強(qiáng)度的5類似材料類型制成。銷160可以任何方位處于槽150中。銷160可用于渦輪16的任何級(jí) 或其它情況。
如圖9和圖10所示，柄130包括葉片角α。密封銷槽150包括具有角度β的密 封凹穴頂面210。角度α與β的組合使密封銷160在離心力下向前移動(dòng)。同樣，徑向銷槽 150包括具有角度γ的成角度拐角250。當(dāng)銷160向旁側(cè)移動(dòng)時(shí)，角度Y使密封銷160朝 向下一葉片的柄130移動(dòng)。同樣，如圖IlA和IlB所示，肩部170、180的使用填充上文所述 的外徑間隙38和內(nèi)徑間隙40以改進(jìn)性能。
一般而言，為了確定密封
Fs ^ Fr
Fc sin(a +β )彡 μ Fp
Fc sin(a + β ) ^ μ Fc cos (α+β)
tan ( α + β )彡 μ
μ = 0. 35
α +β ^ 19. 3°
同樣，角度Y應(yīng)大于葉片材料與銷材料之間的摩擦角來(lái)防止瞬態(tài)條件期間的熱 生長(zhǎng)所致的銷鎖定
Fs ^ Fr
Fsin(Y)彡 μ Fp
Fsin(Y) ^ μ F cos(y)
tan ( Y)彡 μ
μ = 0. 35
γ 彡 19. 3°
因此本申請(qǐng)?zhí)峁u輪級(jí)葉片之間更好的密封。具體而言，可顯著地減小在徑向密 封銷周?chē)男孤﹨^(qū)域。由于低泄漏，改進(jìn)的密封提供改進(jìn)的效率且也可減少熱氣體攝取并 改進(jìn)構(gòu)件可靠性。
明顯的是，前文的描述僅涉及本申請(qǐng)的某些實(shí)施例且在不偏離由所附的權(quán)利要求 和其等效物所限定的本發(fā)明的一般精神和范圍的情況下可由本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明做 出多種變化和修改。權(quán)利要求
1.一種渦輪葉片(100)，包括 柄(130)；位于所述柄(130)上的徑向密封銷槽(150)；以及 位于所述徑向密封銷槽(150)內(nèi)的密封銷(160)； 所述密封銷(160)包括一對(duì)帶肩端部(170，180)。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉片(100)，其特征在于，所述柄(130)包括一對(duì)徑向密封 銷槽(150)。
3.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉片(100)，其特征在于，所述一對(duì)帶肩端部(170，180)包 括圓形部分(190)和平坦部分(200)。
4.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉片(100)，其特征在于，所述密封銷(160)具有第一長(zhǎng) 度，所述徑向密封銷槽(150)具有第二長(zhǎng)度，且所述第一長(zhǎng)度比所述第二長(zhǎng)度短。
5.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉片(100)，其特征在于還包括一對(duì)葉片(100)，在所述葉 片(100)之間具有間隙(39)，且所述密封銷(160)位于所述間隙(38,40)中。
6.如權(quán)利要求5所述的渦輪葉片(100)，其特征在于，所述柄(130)包括具有葉片角α 的蓋板(34)。
7.如權(quán)利要求6所述的渦輪葉片(100)，其特征在于，所述徑向密封銷槽(150)包括具 有密封銷葉片角β的密封凹穴面010)。
8.如權(quán)利要求7所述的渦輪葉片(100)，其特征在于，所述徑向密封銷槽(150)包括具 有角度Y的成角度的拐角020)。
9.如權(quán)利要求8所述的渦輪葉片(100)，其特征在于，所述角度α、β和γ的組合與 離心力將所述密封銷(160)定位于所述間隙(39)中。
10.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉片(100)，其特征在于，所述柄(130)包括外徑間隙 (38)和內(nèi)徑間隙(40)，且所述一對(duì)帶肩端部(170，180)填充所述外徑間隙(38)和所述內(nèi) 徑間隙(40)。
11.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉片(100)，其特征在于，所述密封銷(160)包括鎳鉻合金。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及一種徑向密封銷。其中，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N渦輪葉片(100)。該渦輪葉片(100)可包括柄(130)，位于該柄(130)上的徑向密封銷槽(150)和位于該徑向密封銷槽(150)內(nèi)的密封銷(160)。該密封銷(160)可包括一對(duì)帶肩端部(170，180)。
文檔編號(hào)F01D5/20GK102031998SQ20101051296
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月7日
發(fā)明者J·A·瓦倫, M·S·洪坎普 申請(qǐng)人:通用電氣公司