[發(fā)明專(zhuān)利]可壓縮陶瓷密封

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980136820.0
• 申請(qǐng)日: 2009-02-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102159392A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: G·B·梅里爾;J·A·莫里森
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西門(mén)子能源公司
• 主分類(lèi)號(hào): B32B18/00
• 分類(lèi)號(hào): B32B18/00;F01D9/04;F01D11/00;F16J15/10
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 崔幼平

本申請(qǐng)要求申請(qǐng)日期為2008年9月22日的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/098,985的權(quán)益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及受到熱膨脹的部件之間的流體密封，并且特別地涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的密封，例如陶瓷基復(fù)合材料（CMC）圍帶段之間的密封。

背景技術(shù)

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮機(jī)組件、燃燒室組件和渦輪組件。壓縮機(jī)壓縮環(huán)境空氣，該環(huán)境空氣然后被引導(dǎo)到燃燒室，其在燃燒室中與燃料混合。燃料和壓縮空氣的混合物被點(diǎn)燃，產(chǎn)生溫度可以達(dá)到2500到2900°F（1371到1593°C）的工作氣體。該氣體然后穿過(guò)渦輪組件。渦輪組件具有保持多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)葉片圓形陣列或“行”的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。渦輪組件也具有多個(gè)附連到渦輪殼體的固定導(dǎo)葉圓形陣列。每個(gè)葉片行前面是以與葉片所成的最佳角度來(lái)引導(dǎo)工作氣體的導(dǎo)葉行。工作氣體膨脹穿過(guò)渦輪組件導(dǎo)致能量從工作氣體傳遞到轉(zhuǎn)動(dòng)葉片，使得軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

每個(gè)葉片行被包含和引導(dǎo)工作氣體的圍帶緊密地環(huán)繞。加壓冷卻流體，例如來(lái)自壓縮機(jī)的部分空氣，相對(duì)于圍帶的徑向外表面被引導(dǎo)（“徑向”表示相對(duì)于渦輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)軸線）。每個(gè)圍帶可以由相鄰弓形環(huán)段的圓形陣列形成。在每對(duì)相鄰環(huán)段之間需要密封來(lái)防止加壓冷卻流體向內(nèi)泄漏進(jìn)入段之間，并且防止工作氣體向外泄漏。照慣例這通過(guò)安裝在環(huán)段之間的間隙的每側(cè)上的狹窄溝槽中的金屬封條來(lái)提供。該封條橫跨間隙，阻斷氣體的泄漏并且允許相鄰圍帶段之間的熱膨脹有一些不同。

每個(gè)導(dǎo)葉包括具有連接到渦輪殼體的徑向外部平臺(tái)的翼型。導(dǎo)葉也可以具有連接到內(nèi)部冷卻劑加壓室的內(nèi)部平臺(tái)。給定導(dǎo)葉行中的外部平臺(tái)互相相鄰安裝作為圓形陣列中的段，從而限定外部圍帶。內(nèi)部平臺(tái)類(lèi)似地在圓形陣列中互相相鄰安裝來(lái)限定內(nèi)部圍帶。這些外部和內(nèi)部圍帶限定它們之間的在固定導(dǎo)葉翼型上引導(dǎo)工作氣體的流體通道。在每對(duì)相鄰?fù)獠科脚_(tái)之間、每對(duì)內(nèi)部平臺(tái)之間以及每對(duì)相鄰圍帶之間需要密封。

燃?xì)鉁u輪被設(shè)計(jì)成具有不斷增加的工作氣體溫度來(lái)提供高效率。該演進(jìn)是由高溫部件材料例如陶瓷基復(fù)合材料（CMC）和其他用于暴露于工作氣體的部件的陶瓷實(shí)現(xiàn)的，所述部件包括圍帶段。CMC環(huán)段和金屬支撐結(jié)構(gòu)之間的熱膨脹差在一系列的渦輪運(yùn)行條件中發(fā)生。這導(dǎo)致環(huán)段之間密封間隙尺寸的周期性變化。

傳統(tǒng)封條在其溝槽深度中具有間隙來(lái)允許間隙的膨脹和收縮。由于陶瓷相比于金屬的相對(duì)脆性，這種傳統(tǒng)密封方法在陶瓷中不是理想的，因?yàn)橄鄬?duì)地窄而深的密封溝槽可以產(chǎn)生不被陶瓷良好耐受的應(yīng)力集中。

附圖說(shuō)明

在接下來(lái)的描述中參照附圖來(lái)解釋本發(fā)明，附圖示出：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的方面的基本密封結(jié)構(gòu)的橫向截面圖。

圖2是在厚度上處于壓縮的圖1的結(jié)構(gòu)的視圖。

圖3是密封結(jié)構(gòu)的橫向截面圖，示出墊片的第一橫向分隔，導(dǎo)致第一可壓縮度。

圖4是密封結(jié)構(gòu)的橫向截面圖，示出墊片的第二橫向分隔，導(dǎo)致較高的第二可壓縮度。

圖5是密封結(jié)構(gòu)的橫向截面圖，示出在密封結(jié)構(gòu)的寬度上變化的墊片的橫向分隔，導(dǎo)致在密封結(jié)構(gòu)的寬度上的一系列可壓縮性。

圖6示出安裝在燃?xì)鉁u輪部件之間的密封結(jié)構(gòu)的橫向截面圖。

圖7示出沿圖6的線7-7截取的截面圖，圖示出密封結(jié)構(gòu)中的冷卻間隙。

圖8示出帶有交替取向的CMC纖維的如圖7中的結(jié)構(gòu)。

圖9示出根據(jù)本發(fā)明的方面制備密封結(jié)構(gòu)的敷疊階段。

圖10圖示出根據(jù)本發(fā)明的方面制備密封結(jié)構(gòu)的方法。

圖11示出帶有安裝在燃?xì)鉁u輪部件之間的錐形的不可壓縮部分的可壓縮密封結(jié)構(gòu)的橫向截面圖。

具體實(shí)施方式

發(fā)明人認(rèn)識(shí)到燃?xì)鉁u輪中的陶瓷部件的更好的密封應(yīng)具有陶瓷的熱耐受性，而也應(yīng)該是彈性可壓縮的。陶瓷通常是不可壓縮的，但是本發(fā)明人已經(jīng)創(chuàng)新地構(gòu)想出制造陶瓷密封的方法，使得該陶瓷密封在厚度方向上是彈性可壓縮的。

圖1和2圖示出本發(fā)明的方面。帶有可壓縮厚度T的密封結(jié)構(gòu)20由被陶瓷墊片26分開(kāi)和互連的實(shí)質(zhì)上平行的陶瓷板22的堆疊體形成。每對(duì)相鄰的板22被一個(gè)或多個(gè)墊片的行R1-R3分開(kāi)。墊片在寬度W上比板窄。墊片26在相鄰的墊片行R1-R3中可以是互相橫向偏置的。這在行R1-R3中形成與相鄰行中的墊片26對(duì)齊的間隔28。如圖2中所示，當(dāng)密封結(jié)構(gòu)在厚度T上被壓縮C時(shí)，相鄰的板22彎曲進(jìn)入間隔28。