本文公開的主題涉及密封組件的設(shè)備和方法。特別地，設(shè)備和方法涉及沿著渦輪組件的兩個(gè)構(gòu)件之間的分離線提供密封件。

背景技術(shù)：

由于諸如制造簡(jiǎn)單或維護(hù)需要的考慮，可將功率裝置組件的構(gòu)件分成子構(gòu)件，以可移除的方式將它們彼此連結(jié)。在子構(gòu)件彼此接近或接觸且可彼此分開的位置形成所謂的分離線，并且其可包括設(shè)置在各構(gòu)件之間的密封件。當(dāng)存在與子構(gòu)件有關(guān)的壓差，即從內(nèi)部到外部的壓差，從外部到內(nèi)部的壓差，或者在子構(gòu)件內(nèi)的壓差時(shí)，如果分離線未得到充分密封的話，壓差可能趨向于產(chǎn)生穿過分離線的流。

如果子構(gòu)件在工作中遇到溫度變化或溫度梯度，則在分離線上提供密封可能是有挑戰(zhàn)的。例如，如果子構(gòu)件具有幾百華氏度或者甚至幾千華氏度的工作溫度，則在子構(gòu)件達(dá)到工作溫度時(shí)，子構(gòu)件可經(jīng)歷相當(dāng)大的熱膨脹。這可引起沿著分離線的尺寸變化，而且在子構(gòu)件過渡到工作溫度時(shí)，這樣的尺寸變化可損害沿著分離線的任何密封件的特性。即使一旦子構(gòu)件達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)或半穩(wěn)定狀態(tài)工作溫度，沿著分離線的溫度梯度也可使密封件沿著溫度梯度具有不同的密封特性。即使沿著分離線的小尺寸變化也可導(dǎo)致密封性能有相當(dāng)大的變化，使得密封件變得不確定，因?yàn)槊芊饧某叽缱兓赡苁沟妙A(yù)測(cè)構(gòu)件在哪里彼此接觸，以及/或者構(gòu)件在哪里接觸密封件是困難的。

不同的密封件特性在效率特別重要的渦輪中可能是特別得到關(guān)注的。例如，盡管泄漏可得到解決或者甚至是合乎需要的，但能夠?qū)π孤┻M(jìn)行建模或預(yù)測(cè)對(duì)于控制或測(cè)量渦輪的性能是有用的?？砂ㄟ@種分離線和/或密封件的特定構(gòu)件是渦輪中的擴(kuò)散器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

用于密封本文描述的渦輪組件的設(shè)備和方法的各方面對(duì)與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)問題或缺點(diǎn)提供解決方案。

在一個(gè)示例性但非限制性方面，本公開涉及一種渦輪系統(tǒng)，包括：壓縮機(jī)區(qū)段；燃燒區(qū)段；渦輪區(qū)段；擴(kuò)散器，其在擴(kuò)散器的兩個(gè)構(gòu)件之間有分離線；以及沿著分離線的密封件。密封件包括突出部分、凹陷部分和在突出部分和凹陷部分之間的柔性部分。當(dāng)垂直于分離線看時(shí)，柔性部分具有彎曲橫截面。彎曲橫截面的外表面接觸凹陷部分的內(nèi)表面，并且彎曲橫截面的內(nèi)表面接觸突出部分的外表面。

在另一個(gè)示例性但非限制性方面，本公開涉及一種功率裝置，包括：渦輪系統(tǒng)；機(jī)械負(fù)載或電氣負(fù)載；入口系統(tǒng)；以及控制系統(tǒng)。渦輪系統(tǒng)包括：壓縮機(jī)區(qū)段；燃燒區(qū)段；渦輪區(qū)段；擴(kuò)散器，其在擴(kuò)散器的兩個(gè)構(gòu)件之間有分離線；以及沿著分離線的密封件。密封件包括突出部分、凹陷部分和在突出部分和凹陷部分之間的柔性部分。當(dāng)垂直于分離線看時(shí)，柔性部分具有彎曲橫截面，彎曲橫截面的外表面接觸凹陷部分的內(nèi)表面，并且彎曲橫截面的內(nèi)表面接觸突出部分的外表面。

在另一個(gè)示例性但非限制性方面，本公開涉及一種渦輪，包括第一擴(kuò)散器構(gòu)件；第二擴(kuò)散器構(gòu)件；在第一擴(kuò)散器構(gòu)件和第二擴(kuò)散器構(gòu)件之間的分離線；以及沿著分離線的密封件。密封件在橫截面上包括凸形部分、凹形部分和在凸形部分和凹形部分之間的柔性部分。當(dāng)垂直于分離線看時(shí)，柔性部分具有彎曲橫截面，彎曲橫截面具有固定端和自由端，彎曲橫截面的外表面在自由端附近接觸凹形部分的內(nèi)表面，并且彎曲橫截面的內(nèi)表面在固定端附近接觸凸形部分的外表面。

附圖說明

圖1是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意圖；

圖2是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的擴(kuò)散器的局部橫截面；

圖3A是在擴(kuò)散器的兩個(gè)構(gòu)件匹配位置的分離線和相關(guān)聯(lián)的密封件的詳細(xì)視圖；

圖3B是圖3A的一部分的詳細(xì)視圖；

圖4是擴(kuò)散器構(gòu)件之間的分離線和密封件的橫截面圖；以及

圖5是密封件的柔性構(gòu)件的獨(dú)立視圖。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施例進(jìn)行描述。為了致力于提供對(duì)這些實(shí)施例的簡(jiǎn)明描述，可能不會(huì)在說明書中對(duì)實(shí)際實(shí)現(xiàn)的所有特征進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)例如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中開發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，必須作出許多對(duì)實(shí)現(xiàn)而言專有的決定來實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，例如符合與系統(tǒng)有關(guān)及與商業(yè)有關(guān)的約束，開發(fā)人員的具體目標(biāo)可根據(jù)不同的實(shí)現(xiàn)彼此有所改變。此外，應(yīng)當(dāng)理解，這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗時(shí)的，但盡管如此，對(duì)具有本公開的益處的普通技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作將是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造的例行任務(wù)。

本文公開了詳細(xì)的示例實(shí)施例。但是，本文公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)僅僅是代表性的，以便描述示例實(shí)施例。但是，本公開的實(shí)施例可體現(xiàn)為許多備選形式，并且不應(yīng)理解為局限于本文闡述的實(shí)施例。

因此，雖然示例實(shí)施例能夠有各種修改和備選形式，但在圖中僅以示例的方式示出其實(shí)施例，并且將在本文詳細(xì)地描述其實(shí)施例。但應(yīng)當(dāng)理解的是，不意于將示例實(shí)施例局限于公開的特定形式，而是相反，示例實(shí)施例覆蓋落在本公開的范圍內(nèi)的所有修改、等效物和備選方案。

本文所用的用語僅是為了描述特定實(shí)施例，并且不意于限制實(shí)例實(shí)施例。如本文所用，單數(shù)形式“一”、“一種”和“所述”意于也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地另有說明。當(dāng)在本文中使用時(shí)，用語“包括”和/或“包含”規(guī)定了存在所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件，但是不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、構(gòu)件和/或它們的組合。

雖然用語第一、第二、主要、輔助等可在本文用來描述各種元件，但這些元件不應(yīng)受這些用語限制。這些用語僅僅用來區(qū)分一個(gè)元件與另一個(gè)元件。例如(但不限于)，第一元件可稱為第二元件，而且類似地，第二元件可稱為第一元件，而不偏離示例實(shí)施例的范圍。如本文所用，用語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的所列項(xiàng)目的任何和所有組合。

在本文使用某些用語可僅僅是為了方便讀者，而且不應(yīng)將其理解為限制本發(fā)明的范圍。例如，諸如“上”、“下”、“水平”、“豎直”、“上游”、“下游”、“前”、“后”等詞語僅僅描述圖中顯示的構(gòu)造。實(shí)際上，本公開的實(shí)施例的元件或多個(gè)元件可按任何方向定向，因此用語應(yīng)當(dāng)理解為包含這樣的變型，除非另有規(guī)定。

如在說明書和權(quán)利要求中所使用的那樣，“基本”和“大約”至少包括相對(duì)于理想值或標(biāo)稱值的在制造公差、工作公差和/或檢查公差之內(nèi)的偏離。

本公開可應(yīng)用于壓縮吸力空氣的各種各樣的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如(但不限于)重型燃?xì)鉁u輪；航空衍生燃?xì)鉁u輪等等。本公開的實(shí)施例可應(yīng)用于單個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)或多個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。本公開的實(shí)施例可應(yīng)用于在單個(gè)循環(huán)或聯(lián)合循環(huán)中工作的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖1示出燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10，其具有入口系統(tǒng)12。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10大體包括壓縮機(jī)14、具有燃燒室16的至少一個(gè)燃燒器和渦輪區(qū)段18。在基于陸地的燃?xì)鉁u輪中，渦輪區(qū)段18典型地驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)載或電氣負(fù)載，諸如發(fā)電機(jī)20。壓縮機(jī)14設(shè)有入口，入口可包括多個(gè)入口導(dǎo)葉(未顯示)，它們布置在入口氣室22的下游。渦輪區(qū)段18流通地連接到擴(kuò)散器100上，擴(kuò)散器100連接到熱回收蒸汽發(fā)生器32上。入口系統(tǒng)12大體包括雨水罩24，雨水罩24安裝到入口過濾間26的上游端上。雨水罩24通過入口空氣導(dǎo)管28流通地連接到入口氣室22上?？商峁┛刂葡到y(tǒng)30來控制燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的任何方面。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可安裝成功率裝置的一部分。

圖2示出燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10中的擴(kuò)散器100的簡(jiǎn)化局部橫截面。擴(kuò)散器100的內(nèi)部部分102允許擴(kuò)散器100將速度轉(zhuǎn)換成壓力，即，對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10中的氣體流執(zhí)行擴(kuò)散功能。擴(kuò)散器100的外部部分104提供用于冷卻流106的區(qū)域。提供冷卻流106是為了使外殼107保持低于最高工作溫度。例如，外殼107可由碳鋼制造而成，碳鋼具有大約600至700華氏度的最高容許工作溫度，而內(nèi)部部分102可具有大約1200華氏度的高溫燃燒氣體?？商峁├鋮s流106，以允許外殼107在這樣的工作條件下工作。

外部部分104中的流體(例如，冷卻流106)可比內(nèi)部部分102中的流體(例如，燃燒氣體)處于更高的壓力。例如，外部部分104中的流體可具有比內(nèi)部部分102中的流體更高2psi和3psi之間的壓力。這種壓差將使流體從外部部分104流到內(nèi)部部分102。實(shí)際上，有意在前排出孔110和后排出孔112處提供一些流。

圖3A提供朝向擴(kuò)散器外殼108的外表面的視圖。如所示出的那樣，擴(kuò)散器外殼108包括第一構(gòu)件114(上部構(gòu)件)和第二構(gòu)件116(下部構(gòu)件)，它們合在一起形成殼，殼形成擴(kuò)散器100的外周?？商峁┤魏螖?shù)量的構(gòu)件。為了簡(jiǎn)單，描述了兩個(gè)構(gòu)件。兩個(gè)構(gòu)件可各自基本為擴(kuò)散器100的180°。

第一構(gòu)件114和第二構(gòu)件116在分離線118處相遇，分離線118延伸通過擴(kuò)散器108到達(dá)外部部分104，并且大體沿著燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的軸向方向或軸向流方向延伸。示出了分離線118是基本水平的，但這不應(yīng)理解為限制性的。任何構(gòu)造的分離線118者是適用的，包括例如周向分離線、豎向分離線、水平分離線、非筆直分離線或者它們的組合。由于形成密封組件120的構(gòu)件的原因，分離線118的大部分在圖3A中是不可見的。

圖3B顯示圖3A的放大視圖，并且示出密封組件120的一部分。圖3A特別示出了兩個(gè)密封組件120，它們基本相同且彼此端對(duì)端地貼靠。

圖4示出密封組件120的橫截面。密封組件120包括插入到凹陷部分124中的突出部分122。示出了在突出部分122和凹陷部分124之間的柔性部分126。突出部分122和凹陷部分124可形成于兩個(gè)部件上，兩個(gè)部件基本彼此成鏡像而形成周向殼。突出部分122和凹陷部分124可由任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬?。柔性部?26可由提供足夠的彈性和/或像彈簧一樣的作用的任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥伞?/p>

突出部分122可包括外表面128，外表面128可為凸形和/或大體V形的。凹陷部分124可為凹形和/或大體U形和/或魚嘴形。突出部分122可為突舌，而凹陷部分124則可為凹槽。實(shí)際上，突出部分122和凹陷部分124可具有彼此互補(bǔ)且適應(yīng)本公開的其它方面的任何形狀。在突出部分122和凹陷部分124之間提供間隙130。間隙130可允許突出部分122和凹陷部分124之間有制造公差。間隙130可允許突出部分122和凹陷部分124之間由于熱膨脹而有變化，如上面論述的那樣。熱膨脹可能是因?yàn)槔鐢U(kuò)散器100的徑向熱膨脹引起的。外表面128可大體與柔性部分126的內(nèi)表面互補(bǔ)。間隙130可為提供對(duì)于制造和/或熱負(fù)載引起的尺寸變化來說充分的空隙的任何距離。在示例中，間隙130基本介于0英寸和0.1英寸之間。在示例中，間隙130基本介于0.020英寸和0.080英寸之間。在示例中，間隙130基本介于0.040英寸和0.060英寸之間。隨著突出部分122和凹陷部分124熱膨脹，間隙130可變小或變大，這取決于諸如特定結(jié)構(gòu)構(gòu)造和/或溫度梯度的因素。

密封組件120可不設(shè)有柔性部分126。這種構(gòu)造提供優(yōu)于不包括突出部分122和凹陷部分124的分離線118(“筆直”分離線)的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橥怀霾糠?22和凹陷部分124的互補(bǔ)構(gòu)造允許因?yàn)闊崤蛎浂幸恍┏叽缱兓?，或者因?yàn)槠渌蚨谐叽缱兓瑫r(shí)仍然對(duì)“筆直”分離線提供良好的密封性能，因?yàn)橥怀霾糠?22和凹陷部分124的互補(bǔ)形狀允許在熱膨脹和收縮期間至少在某種程度上在突出部分122和凹陷部分124之間保留接觸。

柔性部分126具有彎曲橫截面，它可基本為V形或U形。柔性部分126的第一端132可至少在一個(gè)點(diǎn)處接觸突出部分122的外表面，并且第一端132被示出為完全沿著突出部分122的面向內(nèi)部部分102的第一側(cè)134接觸突出部分。柔性部分126可通過任何適當(dāng)?shù)氖侄伪３志臀?。如圖4中示出的那樣，柔性部分126在第一側(cè)134處夾在突出部分122和凹陷部分124之間，使得突出部分122和凹陷部分124兩者都接觸柔性部分126。還示出了柔性部分126設(shè)置在突出部分122中的槽口或凹槽136內(nèi)。凹槽136可提供抵抗柔性部分126移動(dòng)的緊密配合(諸如壓配)，或者可提供允許柔性部分126在凹槽136內(nèi)滑動(dòng)的松弛配合。

雖然外表面128和柔性部分126具有相似形狀，但柔性部分126可為較大的V形或U形，使得當(dāng)?shù)谝欢?32如上面描述的那樣受約束時(shí)，第二端138被偏壓遠(yuǎn)離突出部分122的面向外部部分104的第二側(cè)140。第二端138可接觸凹陷部分124的內(nèi)表面。關(guān)于這個(gè)構(gòu)造，柔性部分126跨越間隙130，并且當(dāng)穿過分離線118從外部部分104到內(nèi)部部分102應(yīng)用壓差時(shí)，允許較好地抵抗通過分離線118的流。由于應(yīng)用了壓力時(shí)，壓力應(yīng)用趨向于打開柔性部分126的V形或U形或使其變平，或者趨向于促使柔性部分126進(jìn)入“不那么彎曲”的狀態(tài)的力，并且改進(jìn)密封。而且，通過以所示出和描述的方式接觸突出部分122和凹陷部分124，柔性部分126能夠在間隙130由于制造和/或熱膨脹而有尺寸變化的情況下彎曲。

由于包括柔性部分126，在柔性部分126和凹陷部分124的內(nèi)表面和/或突出部分122的外表面之間產(chǎn)生的間隙可為0.0至0.004英寸，0.0至0.002英寸，或0.0至0.1英寸，或者提供充分密封的任何間隙。柔性部分126可彎曲、膨脹和/或壓縮，以盡可能最大程度地減小產(chǎn)生的間隙。

包括柔性部分126提供某些優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槊芊饨M件120變得比無柔性部分126的密封組件更具有確定性。例如，柔性部分126在熱膨脹導(dǎo)致其變化的期間膨脹和收縮(通過變形)的能力允許沿著分離線118有更一致的密封。如果沒有柔性部分126，密封組件120密封的能力變得不那么可預(yù)測(cè)和/或不那么可靠。例如，如果密封組件120在較高的溫度下不能有效地密封，則由于壓力的原因，更多流體將流動(dòng)穿過分離線118。這對(duì)渦輪的聯(lián)合循環(huán)效率可有不合需要的影響，因?yàn)槔绫刃枰母嗟睦鋮s流體進(jìn)入到擴(kuò)散器100中，并且降低聯(lián)合循環(huán)效率。由于密封得到改進(jìn)，可出現(xiàn)諸如減少冷卻流、減少流預(yù)測(cè)的不確定性和改進(jìn)熱預(yù)測(cè)的好處。

圖5單獨(dú)示出柔性部分126。單獨(dú)示出柔性部分126更容易地顯示延伸的葉片142，或可設(shè)置在柔性部分126的一個(gè)或兩個(gè)端部上的柔性部分的彎曲橫截面的延伸部。

回到圖3B，延伸的葉片142可設(shè)置在其中省略了突出部分122和凹陷部分124的位置上。由于例如制造和/或維護(hù)考慮，在兩個(gè)基本相似的密封組件120彼此端對(duì)端地貼靠的位置可省略突出部分122和凹陷部分124的長(zhǎng)度。而且，在單個(gè)密封組件120結(jié)束的位置，可省略突出部分122和凹陷部分124。在這些情形中，可提供延伸的葉片142來確保柔性部分126充分地延伸以覆蓋分離線118。如可在圖4中看到的那樣，在不包括延伸的葉片142的位置(在這個(gè)圖中的第二端138附近)，分離線118未被柔性部件覆蓋。在包括突出部分122和凹陷部分124的位置，省略延伸的葉片142可防止干擾，同時(shí)仍然允許整體密封，在沒有突出部分122和凹陷部分124的情況下，延伸的葉片142不會(huì)引起干擾，但覆蓋分離線118而形成密封。

雖然前述描述集中在擴(kuò)散器的分離線上，但密封組件120可應(yīng)用于具有分離線的任何構(gòu)件。此外，分離線可為直的或彎曲的，而且可適用于任何密封件，并且在由于構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(例如，構(gòu)件的熱膨脹)而出現(xiàn)變化的情形中是特別有用的。

雖然已經(jīng)關(guān)于目前認(rèn)為的最實(shí)際和優(yōu)選的實(shí)施例來描述了本發(fā)明，但要理解的是，本發(fā)明不局限于公開的實(shí)施例，而是相反，本發(fā)明意于覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)的各種修改和等效布置。

部件列表

10燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)

12入口系統(tǒng)

14壓縮機(jī)

16燃燒室

18渦輪區(qū)段

20發(fā)電機(jī)

22入口氣室

24雨水罩

26入口過濾間

28入口空氣導(dǎo)管

30控制系統(tǒng)

32熱回收蒸汽發(fā)生器

100擴(kuò)散器

102內(nèi)部部分

104外部部分

106冷卻流

107外殼

108擴(kuò)散器外殼

110前排出孔

112后排出孔

114第一構(gòu)件

116第二構(gòu)件

118分離線

120密封組件

122突出部分

124凹陷部分

126柔性部分

128外表面

130間隙

132第一端

134第一側(cè)

136凹槽

138第二端

140第二側(cè)

142葉片。