本發(fā)明一般涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更特別地涉及密封系統(tǒng)，該密封系統(tǒng)用于減小渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)動(dòng)部件與徑向相鄰的靜止部件之間的間隙，以便通過減小經(jīng)過密封系統(tǒng)的泄漏而改進(jìn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。

背景技術(shù)：

在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，通常存在需求以便密封相鄰渦輪部件之間的連接從而使流體分離并且維持渦輪的效率。更特別地，通常需要密封件以便在部件之間將高壓區(qū)域和低壓區(qū)域分離，由此部件之一是靜止的而相鄰的部件轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，用于分離高壓壓縮機(jī)氣體和低壓氣體的常見位置位于轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子組件和在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間保持相對(duì)靜止的定子組件之間。

用在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的可轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間的常規(guī)密封件包括環(huán)式密封件，該環(huán)式密封件具有從可轉(zhuǎn)動(dòng)的本體延伸的多個(gè)脊部。該脊部被設(shè)計(jì)成初始地接觸相對(duì)的靜止本體并且在靜止本體中切入溝槽的大小。當(dāng)在使用期間可轉(zhuǎn)動(dòng)本體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，脊部只是在溝槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。該脊部防止一些氣體（但不是所有氣體）經(jīng)過形成在脊部和溝槽之間的間隙。因此，環(huán)式密封件易于泄漏并且導(dǎo)致其中使用密封件的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的低效率。因此，對(duì)于能夠密封可轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪部件和靜止渦輪部件之間的開口的渦輪密封件存在需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

用于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間調(diào)整級(jí)間密封件的位置以便提高密封件的效率的級(jí)間密封系統(tǒng)被公開。級(jí)間密封系統(tǒng)可以包括由周向延伸的殼體形成的級(jí)間密封殼體，該殼體具有定位在級(jí)間密封殼體的徑向內(nèi)表面上的密封件。級(jí)間密封殼體可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)彈簧而被徑向地向外偏置從而使級(jí)間密封殼體的徑向內(nèi)表面向外偏置。級(jí)間密封殼體可以置于級(jí)間殼體容納腔體中。在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間，可以將比級(jí)間密封殼體的另一側(cè)上的壓力更高的氣體供應(yīng)至該腔體。這樣一來，級(jí)間密封殼體徑向地向內(nèi)受力以便當(dāng)徑向指向內(nèi)的高壓力克服徑向地指向外的彈簧偏置時(shí)使密封件內(nèi)的間隙閉合。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，用于將級(jí)間密封殼體徑向地定位在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的系統(tǒng)可以包括由周向延伸的殼體形成的級(jí)間密封殼體，該殼體具有定位在級(jí)間密封殼體的徑向內(nèi)表面上的密封件，并且包括從級(jí)間密封殼體徑向地向外延伸的一個(gè)或多個(gè)偏置支撐件。該系統(tǒng)還可以包括聯(lián)接至偏置支撐件的一個(gè)或多個(gè)彈簧以便使級(jí)間密封殼體的徑向內(nèi)表面偏置，并且包括在級(jí)間密封殼體的外表面之間延伸、與相鄰的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的部件接觸的一個(gè)或多個(gè)側(cè)波形彈簧。

級(jí)間密封殼體可以具有軸向延伸的上游支撐臂，該上游支撐臂具有徑向內(nèi)密封表面并且可以形成用于容納級(jí)間密封殼體支撐件的第一鉤部的上游腔體。級(jí)間密封殼體還可以具有軸向延伸的下游支撐臂，該下游支撐臂具有徑向內(nèi)密封表面并且可以形成用于容納級(jí)間密封殼體支撐件的第二鉤部的下游腔體。軸向延伸的上游支撐臂和軸向延伸的下游支撐臂可以定位在級(jí)間密封殼體的徑向內(nèi)表面的徑向外側(cè)。級(jí)間密封殼體支撐件可以定位在級(jí)間密封殼體的徑向外側(cè)，并且可以包括在級(jí)間密封殼體的上游側(cè)具有第一鉤部的第一臂。第一鉤部可以容納在上游腔體內(nèi)并且可以包括徑向外密封表面，該徑向外密封表面被構(gòu)造成在渦輪操作期間與軸向延伸的上游支撐臂的徑向內(nèi)密封表面密封。級(jí)間密封殼體支撐件還可以包括在級(jí)間密封殼體的下游側(cè)上具有第二鉤部的第二臂。第二鉤部可以容納在下游腔體內(nèi)并且可以包括徑向外密封表面，該徑向外側(cè)密封表面被構(gòu)造成在渦輪操作期間與軸向延伸的下游支撐臂的徑向內(nèi)密封表面密封。

級(jí)間密封殼體支撐件還可以包括一個(gè)或多個(gè)入口通道，該一個(gè)或多個(gè)入口通道與級(jí)間殼體容納腔體連通以用于將增壓氣體供應(yīng)至該級(jí)間殼體容納腔體，該增壓氣體的壓力比密封件處的級(jí)間密封殼體的一側(cè)上的壓力更高，該密封件定位在級(jí)間密封殼體的徑向內(nèi)表面上。級(jí)間密封殼體支撐件可以包括一個(gè)或多個(gè)出口通道，該一個(gè)或多個(gè)出口通道與級(jí)間殼體容納腔體連通以用于排出增壓氣體，該增壓氣體的壓力比密封件處的級(jí)間密封殼體的一側(cè)上的壓力更高，該密封件定位在級(jí)間密封殼體的徑向內(nèi)表面上。

彈簧偏置支撐件可以包括在遠(yuǎn)端處具有一個(gè)或多個(gè)頭部的一個(gè)或多個(gè)軸，由此該頭部支撐彈簧的遠(yuǎn)端。該軸可以是中空的并且形成容納螺栓的腔體。螺栓可以延伸通過容納螺栓的腔體以使得螺栓的近端聯(lián)接至級(jí)間密封殼體并且螺栓的遠(yuǎn)端包括靠在軸的外表面上的頭部。彈簧的近端可以靠在位于級(jí)間密封殼體的徑向外側(cè)的級(jí)間密封殼體支撐件上。偏置支撐件可以在級(jí)間密封殼體的外表面內(nèi)居中。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，位于級(jí)間密封殼體的徑向內(nèi)表面上的密封件可以由周向延伸的殼體形成，該周向延伸的殼體具有在級(jí)間密封殼體的徑向內(nèi)表面上徑向向內(nèi)延伸從而形成環(huán)式密封件的多個(gè)密封臂。位于級(jí)間密封殼體的徑向內(nèi)表面上的多個(gè)密封臂可以是總體平行于彼此的密封臂。彈簧可以定位成同心地圍繞至少一個(gè)偏置支撐件，其中，彈簧被構(gòu)造成使級(jí)間密封殼體的內(nèi)表面徑向向外偏置。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，側(cè)波形彈簧可以由多個(gè)側(cè)波形彈簧形成。側(cè)波形彈簧可以以W形構(gòu)造多次接觸級(jí)間密封殼體的外表面以及相鄰的部件。側(cè)波形彈簧的W形構(gòu)造可以具有沿著縱向軸線以交替方式聯(lián)接在一起的多個(gè)脊部和谷部。多個(gè)側(cè)波形彈簧可以周向延伸并且在周向上彼此偏離。

在操作期間，級(jí)間密封殼體置于級(jí)間密封殼體支撐件中的級(jí)間殼體容納腔體內(nèi)。級(jí)間密封殼體借助第一鉤部和第二鉤部保持就位，該第一鉤部從級(jí)間密封殼體支撐件延伸至級(jí)間密封殼體中的上游腔體中，該第二鉤部從級(jí)間密封殼體支撐件延伸至級(jí)間密封殼體中的下游腔體中。彈簧還通過徑向向外推偏置支撐件的頭部而使級(jí)間密封殼體在徑向向外的方向上偏置。當(dāng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作時(shí)，比徑向內(nèi)表面的徑向內(nèi)側(cè)的氣體壓力更高的氣體經(jīng)由入口通道通入至級(jí)間殼體容納腔體中。較高壓力的氣體在級(jí)間殼體容納腔體內(nèi)產(chǎn)生力，該力克服了彈簧的偏置力并且徑向地向內(nèi)驅(qū)動(dòng)級(jí)間密封殼體，直至第一鉤部的徑向外密封表面接觸軸向延伸的上游支撐臂的徑向內(nèi)密封表面以及第二鉤部的徑向外密封表面接觸軸向延伸的下游支撐臂的徑向內(nèi)密封表面。

級(jí)間密封系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于以該方式定位的級(jí)間密封殼體能夠使得密封件定位在高效的位置中，以便提供所設(shè)計(jì)的密封特性但不會(huì)過早失效。

下面詳細(xì)描述這些和其他實(shí)施例。

附圖說明

包括在說明書中并且形成說明書的一部分的附圖示出了本公開發(fā)明的實(shí)施例，并且與說明書一起公開了本發(fā)明的原理。

圖1是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的橫截面?zhèn)纫晥D，其示出了定位在靜葉的徑向內(nèi)側(cè)并且位于葉片的相鄰級(jí)之間的級(jí)間密封系統(tǒng)。

圖2是沿細(xì)節(jié)線2-2截取的級(jí)間密封系統(tǒng)連同就位的級(jí)間密封殼體支撐件的橫截面透視圖。

圖3是級(jí)間密封系統(tǒng)連同級(jí)間密封殼體支撐件被移除的橫截面透視圖。

圖4是聯(lián)接至級(jí)間密封殼體支撐件的級(jí)間密封系統(tǒng)的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖5是級(jí)間密封系統(tǒng)的一部分的透視圖。

圖6是沿著圖2中的截面線6-6截取的級(jí)間密封系統(tǒng)連同級(jí)間密封殼體支撐件被移除的橫截面透視圖。

具體實(shí)施方式

如在圖1-6中所示，用于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14的操作期間調(diào)整級(jí)間密封件12的位置以便提高密封件12的效率的級(jí)間密封系統(tǒng)10被公開。級(jí)間密封系統(tǒng)10可以包括由周向延伸的殼體形成的級(jí)間密封殼體16，該殼體具有定位在該級(jí)間密封殼體16的徑向內(nèi)表面18上的密封件12。級(jí)間密封殼體16可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)彈簧20而被徑向地向外偏置以便向外偏置級(jí)間密封殼體16的徑向內(nèi)表面18。級(jí)間密封殼體16可以安置在級(jí)間殼體容納腔體22中。在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間，可以向腔體22供應(yīng)比級(jí)間密封殼體16的另一側(cè)24上的更高的壓力的氣體。如此一來，當(dāng)徑向指向內(nèi)的高壓力克服徑向指向外的彈簧偏置時(shí)，級(jí)間密封殼體16徑向向內(nèi)受力以便使密封件12內(nèi)的間隙26閉合。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，級(jí)間密封系統(tǒng)10可以構(gòu)造用于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14內(nèi)徑向地定位級(jí)間密封殼體16。級(jí)間密封殼體16可以由周向延伸的殼體形成，該殼體具有定位在級(jí)間密封殼體16的徑向內(nèi)表面上的密封件12。級(jí)間密封系統(tǒng)10可以包括從級(jí)間密封殼體16徑向地向外延伸的一個(gè)或多個(gè)偏置支撐件28。級(jí)間密封系統(tǒng)10可以包括聯(lián)接至偏置支撐件28的一個(gè)或多個(gè)彈簧20，以便使級(jí)間密封殼體16的徑向內(nèi)表面18偏置。級(jí)間密封系統(tǒng)10可以包括一個(gè)或多個(gè)側(cè)波形彈簧30，側(cè)波形彈簧30在級(jí)間密封殼體16的外表面32之間延伸，與相鄰的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14的部件接觸，該部件可以是級(jí)間密封殼體支撐件42。

級(jí)間密封殼體16可以具有軸向延伸的上游支撐臂34，上游支撐臂34具有徑向內(nèi)密封表面36并形成用于容納級(jí)間密封殼體支撐件42的第一鉤部40的上游腔體38，并且級(jí)間密封殼體16具有軸向延伸的下游支撐臂44，下游支撐臂具有徑向內(nèi)密封表面46并形成用于容納級(jí)間密封殼體支撐件42的第二鉤部50的下游腔體48。軸向延伸的上游支撐臂34和軸向延伸的下游支撐臂44可以定位在級(jí)間密封殼體16的徑向內(nèi)表面18的徑向外側(cè)。級(jí)間密封殼體支撐件42可以定位在級(jí)間密封殼體16的徑向外側(cè)，并且包括在級(jí)間密封殼體16的上游側(cè)54上的具有第一鉤部40的第一臂52。第一鉤部40可以容納在上游腔體38內(nèi)，并且可以包括徑向向外的密封表面56，密封表面56被構(gòu)造成在渦輪操作期間與軸向延伸的上游支撐臂34的徑向內(nèi)密封表面36密封。級(jí)間密封殼體支撐件42還可以包括在級(jí)間密封殼體16的下游側(cè)62上的具有第二鉤部50的第二臂58。第二鉤部50可以容納在下游腔體48內(nèi)，并且可以包括徑向向外的密封表面64，密封表面64被構(gòu)造成在渦輪操作期間與軸向延伸的下游支撐臂44的徑向向內(nèi)的密封表面46密封。

級(jí)間密封殼體支撐件42還可以包括一個(gè)或多個(gè)入口通道66，入口通道66與級(jí)間殼體容納腔體22連通以用于將比密封件12處的級(jí)間密封殼體16的側(cè)面24上的壓力更高的增壓氣體供應(yīng)至級(jí)間殼體容納腔體22，密封件12定位在級(jí)間密封殼體16的徑向內(nèi)表面18上。入口通道66可以徑向地向內(nèi)延伸并且在級(jí)間殼體容納腔體68內(nèi)終止，級(jí)間密封殼體16置于級(jí)間殼體容納腔體68中。入口通道66可以具有任意適合的橫截面形狀、面積和大小。入口通道66可以由單個(gè)通道或多個(gè)通道形成。級(jí)間密封殼體支撐件42還可以包括一個(gè)或多個(gè)出口通道70，出口通道70與級(jí)間殼體容納腔體68連通以用于排出比密封件12處的級(jí)間密封殼體16的側(cè)面24上的壓力更大的增壓氣體，密封件12處定位在級(jí)間密封殼體16的徑向內(nèi)表面18上。出口通道70可以軸向地延伸，并且具有與級(jí)間殼體容納腔體68連通的入口72。出口通道70可以具有任意適合的橫截面形狀、面積和大小。出口通道70可以由單個(gè)通道或多個(gè)通道形成。

彈簧偏置支撐件28可以包括在遠(yuǎn)端78處具有一個(gè)或多個(gè)頭部76的一個(gè)或多個(gè)軸74。頭部76可以支撐彈簧20的遠(yuǎn)端80。軸74可以是中空的并且可以形成容納螺栓的腔體84。螺栓84可以延伸穿過容納螺栓的腔體82以使得螺栓84的近端86聯(lián)接至級(jí)間密封殼體16，并且螺栓84的遠(yuǎn)端88可以包括靠在軸74的外表面上的頭部90。彈簧20的近端92可以靠在級(jí)間密封殼體支撐件42上，級(jí)間密封殼體支撐件42定位在級(jí)間密封殼體16的徑向外側(cè)。偏置支撐件28可以在級(jí)間密封殼體16的外表面94上居中，如在圖5中所示。

定位在級(jí)間密封殼體16的徑向內(nèi)表面18上的密封件12可以由具有多個(gè)密封臂100的周向延伸的殼體形成，密封臂100在徑向上向內(nèi)延伸以形成位于級(jí)間密封殼體16的徑向內(nèi)表面18上的環(huán)式密封件（labyrinth seal）。定位在級(jí)間密封殼體16的徑向內(nèi)表面18上的多個(gè)密封臂100可以是總體彼此平行的密封臂100。在至少一個(gè)實(shí)施例中，彈簧20可以圍繞偏置支撐件28同心地定位。彈簧20可以被構(gòu)造成在方向102上徑向向外偏置級(jí)間密封件12殼體的內(nèi)表面18。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，側(cè)波形彈簧30包括多個(gè)側(cè)波形彈簧30。側(cè)波形彈簧30可以以W形構(gòu)造多次接觸級(jí)間密封殼體16的外表面32和相鄰部件。側(cè)波形彈簧30的W形構(gòu)造可以具有沿著縱向軸線108以交替方式聯(lián)接在一起的多個(gè)脊部104和谷部106。多個(gè)側(cè)波形彈簧30可周向延伸并且可以與彼此周向偏離。

在操作期間，級(jí)間密封殼體16置于級(jí)間密封殼體支撐件42中的級(jí)間殼體容納腔體22內(nèi)。級(jí)間密封殼體16借助第一鉤部40和第二鉤部50而保持就位，第一鉤部40從級(jí)間密封殼體支撐件42延伸至級(jí)間密封殼體16中的上游腔體38中，第二鉤部50從級(jí)間密封殼體支撐件42延伸至級(jí)間密封殼體16中的下游腔體48中。彈簧20還通過徑向地向外推偏置支撐件28的頭部76而在徑向向外的方向102上使級(jí)間密封殼體16偏置。通常，在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作的早期階段中達(dá)到級(jí)間密封件12的熱膨脹與公差之間的夾點(diǎn)（pinch point）。

當(dāng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作時(shí)，比徑向內(nèi)表面18的徑向內(nèi)側(cè)的氣體壓力更高的氣體經(jīng)由入口通道66被通入級(jí)間殼體容納腔體22中。更高壓力的氣體在級(jí)間殼體容納腔體22內(nèi)產(chǎn)生力，該力克服彈簧20的偏置力并且徑向地向內(nèi)驅(qū)動(dòng)級(jí)間密封殼體16，直至第一鉤部40的徑向外密封表面56接觸軸向延伸的上游支撐臂34的徑向內(nèi)密封表面36以及第二鉤部50的徑向外密封表面64接觸軸向延伸的下游支撐臂44的徑向內(nèi)密封表面46。以該方式定位級(jí)間密封殼體16能夠使得密封件12定位在高效位置中以便提供所設(shè)計(jì)的密封特性但不會(huì)過早地失效。

為了說明、解釋和描述本發(fā)明的實(shí)施例的目的而提供了上述內(nèi)容。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，這些實(shí)施例的修改和改變將是明顯的，并且可以在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下做出這些修改和改變。