[發明專利]用于可磨損天使翼的蜂窩結構

無效

• 申請號: 201210368311.4
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN103143796A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: B.P.萊西;R.邱普;盛諾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B23H9/10
• 分類號: B23H9/10;F01D9/02;F01D11/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

技術領域

本發明涉及渦輪，并且更具體地涉及將可磨損蜂窩(abradable?honeycomb)建造為噴嘴密封凸緣的集成部分，該噴嘴密封凸緣通過在燃氣渦輪中的旋轉動葉的天使翼(angel?wing)而接合，以限制冷卻空氣泄漏到燃氣渦輪的高溫燃燒氣體通道內。

本發明在由能源部授予的合同號DE-FC26-05NT42643下利用政府的支持而做成。政府在本發明中擁有某些權利。

背景技術

燃氣渦輪為從通過渦輪的燃燒氣體流抽取能量的旋轉式發動機。它具有上游空氣吸入口或入口、聯接到燃燒器的壓縮機、接收來自燃燒器的燃燒氣體的下游渦輪、和氣體出口或排氣噴嘴。

壓縮機和渦輪區段包括旋轉的轉子葉片或動葉的至少一個周向排。動葉的自由端部或尖端由定子殼體環繞。轉子葉片的基部的側面靠著位于旋轉動葉的上游和下游的定子葉片或噴嘴的內部圍帶(shroud)。

密封組件典型地用于阻止或限制冷卻空氣從移動動葉和靜止噴嘴之間泄漏到燃氣渦輪的高溫燃燒氣體通道內。這些密封組件典型地包括稱為“天使翼”的密封板，其從移動動葉的柄部的上游或下游表面軸向延伸，并且該密封板終止于徑向向外延伸的尖端或齒。密封組件還包括從靜止噴嘴組件的上游和下游軸向凸出的密封結構或凸緣，以與移動動葉柄部的天使翼限定密封件。然而，這些密封組件的密封性能不總為良好的，使得超過期望量的冷卻空氣傾向于泄漏到高溫燃燒氣體通道內，使得冷卻空氣量增加，從而引起燃氣渦輪的性能的降低。

渦輪的效率部分地取決于天使翼和鄰近密封結構之間的徑向間隙或間隔。如果間隙太小，則天使翼將在某些渦輪操作條件期間撞擊鄰近密封結構。如果間隙太大，則過多的有價值的冷卻空氣將從轉子葉輪空間(wheelspace)泄漏到熱氣體路徑內，從而降低渦輪的效率。

可磨損密封件可用來通過物理地減少噴嘴的密封凸緣和動葉的相對的天使翼密封板之間的間隙而改善渦輪性能。可磨損密封材料有時定位在靜止噴嘴的密封件的徑向內部表面上，以便定位在噴嘴密封件的內部表面和旋轉動葉的天使翼的端部尖端之間的環形間隔內。

用于密封組件中的一種類型的密封材料為可磨損蜂窩。盡管可磨損蜂窩具有顯著地減少冷卻空氣到高溫燃燒氣體通道內的泄漏的能力，但是，傳統制造的可磨損蜂窩件在動葉/噴嘴界面處的牢固附連難以確保。

利用在噴嘴上的蜂窩的天使翼可磨損密封件已證明提供顯著的密封改善。然而，將蜂窩件可靠地附連到天使翼為困難的，這是因為硬焊(braze)金屬帶的薄件意味著很小的附連區域。目前，蜂窩有時直接硬焊到局部，希望它將繼續停留。對這的一個替代方案為將蜂窩硬焊到板，并且然后將板硬焊或焊接到天使翼上。

發明內容

本發明利用沉降(sinker)放電加工(“EDM”)，以將蜂窩直接地插入/燒制到渦輪噴嘴密封凸緣內，所以它變成噴嘴密封凸緣的集成部分，使得當在渦輪的密封組件中的渦輪動葉天使翼擦損噴嘴密封凸緣時，在噴嘴密封凸緣和動葉天使翼之間存在帶有較小的蜂窩失效風險的改善的密封。可選地，通過利用沉降放電加工裝置將電極插入到材料塊中而所獲得的蜂窩可覆蓋有適合于抗腐蝕性和/或改善的可磨損性的覆層。另外，蜂窩形成在其中的材料塊可為渦輪噴嘴的集成部分或者與渦輪噴嘴分離。在后面的情況下，材料塊在蜂窩形成于這種塊中之后焊接或者硬焊到渦輪噴嘴。

在本發明的示范性實施例中，制造具有形成于密封凸緣中的多個可磨損空腔的渦輪噴嘴密封凸緣的方法包括如下步驟：提供適合于用作噴嘴密封凸緣的材料塊；提供沉降放電加工裝置用于將特征部加工到材料塊內；提供電極用于與沉降放電加工裝置一起使用，以執行將特征部加工到材料塊中，電極成形為在材料塊中形成多個空腔；并且利用沉降放電加工裝置使用電極，以將電極直接地插入到材料塊內，以由此形成具有多個可磨損空腔的噴嘴密封凸緣。

在本發明的另一個示范性實施例中，限制冷卻空氣泄漏到燃氣渦輪的高溫燃燒氣體通道內的方法包括如下步驟：提供適合于形成一個或多個相應渦輪噴嘴密封凸緣的一個或多個材料塊；提供沉降放電加工裝置用于將特征部加工到(多個)材料塊內；并且提供電極用于與沉降放電加工裝置一起使用，以執行將特征部加工到(多個)材料塊內，電極具有一系列交叉陰性溝槽，該一系列交叉陰性溝槽形成陽性蜂窩樣式，其通過當電極按壓到材料塊內時陽性電極將蜂窩樣式燒制到一個或多個材料塊中的各個內而可直接地形成到(多個)材料塊內。