葉片和靜葉之間的密封件的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本申請大體涉及用于改進渦輪發(fā)動機的效率和/或操作的系統(tǒng)和/或器械，如在本文中所用以及除非另外明確陳述，否則其意圖包括所有類型的渦輪或旋轉(zhuǎn)發(fā)動機，包括燃氣渦輪發(fā)動機、飛機發(fā)動機、蒸氣渦輪發(fā)動機以及其他。更特別地，但是不通過限制的方式，本申請涉及與用于渦輪發(fā)動機的改進的密封件相關的系統(tǒng)和器械。
【背景技術(shù)】
[0002]一般而言，燃氣渦輪發(fā)動機(如下文中所討論地，其可用于說明當前發(fā)明的示例性應用)，包括壓縮器、燃燒室以及渦輪。壓縮器和渦輪大體包括成排的葉片，其軸向或周向地成級堆疊。每個級包括固定的成排周向間隔開的定子葉片，以及圍繞中央軸線或軸旋轉(zhuǎn)的成排的轉(zhuǎn)子葉片。在操作中，大體上，壓縮器轉(zhuǎn)子葉片圍繞軸旋轉(zhuǎn)，以及與定子葉片合作起作用，壓縮空氣流。然后在燃燒室中使用壓縮空氣供應以燃燒燃料供應。然后，所得到的來自燃燒的熱膨脹氣體流，即，工作流體，通過發(fā)動機的渦輪區(qū)段膨脹。通過渦輪的工作流體流引起轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子葉片連接到中央軸，使得轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)使軸旋轉(zhuǎn)。以此方式，包含在燃料中的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)軸的機械能，其例如可用于使壓縮器的轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)，使得產(chǎn)生燃燒所需的壓縮空氣供應，以及用于使發(fā)電機的繞組旋轉(zhuǎn)，使得生成電功率。
[0003]在操作期間，由于熱氣體路徑的極端溫度，必須非常謹慎以防止構(gòu)件達到可損害或降低其操作或者性能的溫度。如本領域技術(shù)人員將理解地，對極端溫度敏感的一個區(qū)域是熱氣體路徑的徑向朝內(nèi)的空間。經(jīng)常稱為內(nèi)側(cè)葉輪空間或渦輪的葉輪空間的該區(qū)域包含旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子葉片附連到其上的若干渦輪葉輪或轉(zhuǎn)子。雖然轉(zhuǎn)子葉片設計成抵抗熱氣體路徑的極端溫度，但是轉(zhuǎn)子不是，且因此，防止熱氣體路徑的工作流體流入葉輪空間。然而，軸向間隙必定存在在旋轉(zhuǎn)葉片和環(huán)繞的靜止部件之間，且工作流體通過這些間隙進入葉輪空間。此外，由于發(fā)動機預熱的方式以及不同的熱膨脹系數(shù)，這些間隙可取決于發(fā)動機操作的方式而變寬以及收縮。大小上的這種變化使得難以充分密封這些間隙。
[0004]大體上，這意味著渦輪葉輪空間必須凈化以避免熱氣體吸入。凈化要求葉輪空間內(nèi)的壓力維持在大于工作流體的壓力的水平。典型地，這通過從壓縮器抽出空氣以及將其直接引導到葉輪空間內(nèi)而實現(xiàn)。當完成這些時，產(chǎn)生凈化空氣的流出流(即，從葉輪空間到熱氣體路徑的凈化空氣流)，且通過間隙的該流出流防止工作流體的流入流。因此，保護葉輪空間內(nèi)的構(gòu)件免于工作流體的極端溫度的損害。
[0005]然而，凈化系統(tǒng)增加了發(fā)動機的制造和維護成本，且通常就維持在葉輪空間空腔中的期望水平的壓力而言是不準確的。此外，凈化葉輪空間以成本為代價。如本領域技術(shù)人員將理解地，凈化流負面地影響渦輪發(fā)動機的性能和效率。S卩，增加水平的凈化空氣降低發(fā)動機的輸出和效率。因此，凈化空氣的使用應當最小化。因此，需要改進的方法、系統(tǒng)和/或器械，其更好地將間隙/葉輪空間空腔從工作流體密封開，從而降低葉輪空間吸入和/或凈化空氣的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本申請因此描述了在燃燒渦輪發(fā)動機的渦輪中的密封件。在一個實施例中，密封件形成于限定在轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片之間的溝槽空腔內(nèi)。定子葉片可包括朝轉(zhuǎn)子葉片延伸的側(cè)壁突起，且轉(zhuǎn)子葉片可包括朝定子葉片延伸的天使翼突起。側(cè)壁突起可懸垂在天使翼突起之上。密封件可進一步地包括:布置在定子突起的內(nèi)側(cè)表面上的端口 ；以及布置在天使翼突起的外側(cè)表面上的偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。端口可構(gòu)造成朝偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)引導從端口排出的流體。偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可構(gòu)造成接收從端口排出的流體，且使流體朝溝槽空腔的入口偏轉(zhuǎn)。
[0007]本申請還描述了一種燃燒渦輪發(fā)動機，其包括形成于在轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片之間限定的溝槽空腔內(nèi)的密封件。密封件可包括:布置在定子突起的內(nèi)側(cè)表面上的端口 ；以及布置在天使翼突起的外側(cè)表面上的偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。端口可構(gòu)造成將從端口排出的流體沿內(nèi)側(cè)方向以及朝偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)排出。偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可構(gòu)造成接收從端口排出的流體且使流體偏轉(zhuǎn)，使得流體與原本從溝槽空腔的入口到葉輪空間空腔行進的吸入工作流體的流動方向?qū)χ?oppose)。
[0008]當結(jié)合附圖以及所附權(quán)利要求閱讀優(yōu)選實施例的以下詳細描述時，本申請的這些以及其他特征將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0009]通過結(jié)合附圖的本發(fā)明的示例實施例的以下更詳細的描述的仔細研究，將更完全地理解和了解本發(fā)明的這些和其他特征，其中:
圖1是其中可使用本申請的實施例的示例燃氣渦輪發(fā)動機的示意性表示；
圖2是圖1的燃氣渦輪發(fā)動機中的壓縮器的截面視圖；
圖3是圖1的燃氣渦輪發(fā)動機中的渦輪的截面視圖；
圖4是如在根據(jù)常規(guī)設計的示例渦輪中構(gòu)造的若干排轉(zhuǎn)子和定子葉片的內(nèi)側(cè)徑向部分的示意性截面視圖；
圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例實施例的溝槽空腔和流動幕/天使翼突起組件的截面視圖；
以及
圖6是沿著圖5的線6-6的截面視圖；以及圖7是根據(jù)本發(fā)明的備選實施例的溝槽空腔和流動幕/天使翼突起組件的截面視圖。
【具體實施方式】
[0010]現(xiàn)在參考附圖，圖1示出燃氣渦輪發(fā)動機100的示意性表示，其將用于描述本發(fā)明的示例應用。本領域技術(shù)人員將理解本發(fā)明不受限于該類型的使用。如所述地，本發(fā)明可在諸如在發(fā)電和飛機中使用的發(fā)動機、蒸氣渦輪末梢以及其他類型的旋轉(zhuǎn)發(fā)動機的燃氣渦輪發(fā)動機中使用。一般而言，燃氣渦輪發(fā)動機通過從加壓的熱氣體流中抽取能量而操作，該熱氣體通過燃料在壓縮空氣的流中燃燒而產(chǎn)生。如在圖1中所示，燃氣渦輪發(fā)動機100可構(gòu)造成帶有通過共用的軸或者轉(zhuǎn)子機械聯(lián)接到下游的渦輪區(qū)段或渦輪110的軸向壓縮器106，以及定位在所述壓縮器106和所述渦輪110之間的燃燒室112。
[0011]圖2示出可在圖1的燃氣渦輪發(fā)動機中使用的示例性多級軸向壓縮器118的視圖。如圖所示，壓縮器118可包括多個級。每個級可包括成排的壓縮器轉(zhuǎn)子葉片120，其后是成排的壓縮器定子葉片122。因此，第一級可包括成排的壓縮器轉(zhuǎn)子葉片120，其圍繞中央軸旋轉(zhuǎn)，其后是成排的壓縮器定子葉片122，其在操作期間保持靜止。壓縮器定子葉片122彼此大體周向間隔開且圍繞旋轉(zhuǎn)軸固定。壓縮器轉(zhuǎn)子葉片120周向間隔開且附連到軸；當軸在操作期間旋轉(zhuǎn)時，壓縮器轉(zhuǎn)子葉片120圍繞其旋轉(zhuǎn)。如本領域技術(shù)人員將理解地，壓縮器轉(zhuǎn)子葉片120構(gòu)造成使得，當圍繞軸旋轉(zhuǎn)時，其對流過壓縮器118的空氣或流體賦予動能。壓縮器118可具有超出圖2中所示的級的其他級。額外級可包括多個周向間隔開的壓縮器轉(zhuǎn)子葉片120，其后是多個周向間隔開的壓縮器定子葉片122。
[0012]圖3示出可在圖1的燃氣渦輪發(fā)動機中使用的示例渦輪區(qū)段或渦輪124的局部視圖。渦輪124還可包括多個級。示出了三個示例級，但是在渦輪124中可存在更多或更少的級。第一級包括:多個渦輪動葉或渦輪轉(zhuǎn)子葉片126，其在操作期間圍繞軸旋轉(zhuǎn)；以及，多個噴嘴或渦輪定子葉片128，其在操作期間保持靜止。渦輪定子葉片128彼此周向間隔開且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線固定。渦輪轉(zhuǎn)子葉片126可安裝在渦輪葉輪(未示出)上用于圍繞軸(未示出)旋轉(zhuǎn)。還示出第二級渦輪124。第二級類似地包括多個周向間隔開的渦輪定子葉片128，其后是多個周向間隔開的渦輪轉(zhuǎn)子葉片126，其也安裝在渦輪葉輪上用于旋轉(zhuǎn)。還示出第三級，且其類似地包括多個渦輪定子葉片128和轉(zhuǎn)子葉片126。將理解渦輪定子葉片128和渦輪轉(zhuǎn)子葉片126位于渦輪124的熱氣體路徑中。通過熱氣體路徑的熱氣體流動方向通過箭頭標識。如本領域技術(shù)人員將理解得，渦輪124可具有超出在圖3中所示的級的其他級。每個額外級可包括成排的渦輪定子葉片128，其后是成排的渦輪轉(zhuǎn)子葉片126。
[0013]在使用中，在軸向壓縮器1