[發明專利]用于防止多個渦輪構件之間的空氣泄漏的裝置和方法

有效

• 申請號: 201410007914.0
• 申請日: 2014-01-08
• 公開（公告）號: CN104033191B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 陳祖健;V.H.S.科雷亞;D.漢沃克;R.普羅克托爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D11/00
• 分類號: 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

關于聯邦政府資助研究或開發的聲明

本發明是在由美國軍隊授予的合同號No.W911W6-11-2-0009下通過政府支持而完成的。政府享有本發明中的某些權利。

技術領域

本申請涉及渦輪，并且更具體而言，涉及防止多個渦輪構件之間的渦輪中的空氣泄漏。

背景技術

飛行器和飛行器發動機行業始終尋求進行改進以提高燃料效率或降低其技術的燃料消耗率(SFC：Specific?Fuel?Consumption)。類似于汽車行業，飛行器和飛行器發動機行業中降低SFC的努力中的許多都集中于提高發動機自身的總體效率。在朝該目標努力時，許多注意力也針對降低發動機的總體重量。由于材料設計方面的進步，許多注意力已經集中于以可耐受產生于飛行器渦輪發動機中的熱和力的較輕的材料(諸如，陶瓷和復合材料)替換較重的金屬部分。盡管以較輕的材料替換發動機的某些部分降低了發動機的重量，但在材料暴露于飛行器發動機內的高溫環境時，出現某些問題。這些問題中的一個是，金屬部分與由例如陶瓷或復合材料制成的部分之間的相對熱膨脹的不同。當金屬部分鄰近于由陶瓷或復合材料構成的部分時，金屬和陶瓷或復合部分將膨脹不同的量且以不同速率膨脹，從而可能在其間產生不需要的空間。取決于不需要的空間或開口在發動機內的位置，空間或開口可導致其中的空氣泄漏或其它空氣流問題。泄漏和其它空氣流問題可降低效率，且因此提高發動機的SFC。由于泄漏流和相對運動的不利性質，通常使用薄的順應性密封件，諸如卷曲(convoluted)或“W”形密封件。然而，在“W”形密封件位于金屬和陶瓷或復合構件之間的中心的系統中，相對熱膨脹將引起薄密封件卷起，從而在密封件上引起高應力，且降低密封件有效性和壽命。因此，在本領域中需要抵消在具有不同熱膨脹系數的用于渦輪中的材料的不利行為的裝置和方法。

發明內容

因此，期望提供一種防止渦輪內的空氣泄漏的裝置和方法。提供渦輪且該渦輪包括第一渦輪構件和第二渦輪構件，第一渦輪構件為具有第一熱膨脹系數的第一材料，第二渦輪構件為具有第二熱膨脹系數的第二材料，第二渦輪構件鄰近第一渦輪構件。空間在第一渦輪構件與第二渦輪構件之間。渦輪還包括密封該空間的密封組件。密封組件的至少一部分具有大致類似于第一渦輪構件或第二渦輪構件中的至少一者的熱膨脹系數，以從而在第一渦輪構件和第二渦輪構件的熱膨脹或熱收縮期間保持空間中的密封。

還提供一種防止渦輪中的泄漏的方法，且該方法包括將密封組件安置于第一渦輪構件與第二渦輪構件之間的空間中，從而密封該空間。第一渦輪構件和第二渦輪構件分別為具有第一熱膨脹系數和第二熱膨脹系數的第一材料和第二材料。所述密封組件的一部分具有大致類似于所述第一渦輪構件或所述第二渦輪構件中的至少一者的熱膨脹系數。該方法還包括在所述第一渦輪構件和所述第二渦輪構件的熱膨脹和熱收縮期間保持空間中的密封。

提供構造成密封第一物體與第二物體之間的空間的密封組件，且該密封組件包括密封部件，該密封部件具有第一端部和第二端部，第二端部沿軸線與第一端部間隔開。該組件還包括密封載體，該密封載體包圍密封部件的至少一部分。密封載體適于防止第一端部與第二端部之間沿橫向于軸線的方向的相對移動。

一種渦輪，包括：第一渦輪構件，第一渦輪構件為具有第一熱膨脹系數的第一材料；第二渦輪構件，第二渦輪構件為具有第二熱膨脹系數的第二材料，第二渦輪構件鄰近第一渦輪構件；第一渦輪構件與第二渦輪構件之間的空間；密封組件，密封組件密封空間，其中，密封組件的至少一部分具有大致類似于第一渦輪構件或第二渦輪構件中的至少一者的熱膨脹系數，以從而在第一渦輪構件和第二渦輪構件的熱膨脹或熱收縮期間保持空間中的密封。

優選地，第一渦輪構件為燃燒器的襯套；并且第二渦輪構件為第一級噴嘴。

優選地，密封組件的第一部分與襯套接合；并且密封組件的第二部分與噴嘴接合。

優選地，密封組件還包括：密封部件；和密封載體，密封載體包圍密封部件的至少一部分，使得密封部件被隔離與襯套或噴嘴中的至少一者的接觸。

優選地，渦輪還包括：屏障，屏障適于提供用于密封部件的至少一部分的隔熱。

優選地，密封部件包括卷曲部分。

優選地，密封部件定位成使得密封部件的第一端部與密封載體聯接，并且密封部件的第二端部與噴嘴或襯套中的一者聯接。

優選地，密封載體具有大致類似于第一渦輪構件或第二渦輪構件中的至少一者的熱膨脹系數，以從而在第一渦輪構件和第二渦輪構件的熱膨脹或熱收縮期間保持空間中的密封。