用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的不對稱徑向花鍵密封件的制作方法
【專利摘要】一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的護(hù)罩設(shè)備包括：環(huán)形護(hù)罩節(jié)段(26)，其具有限定弓形內(nèi)部流徑表面(62)的弓形底壁(52)、從底壁(52)沿徑向向外延伸的間隔開的前壁和后壁(54，56)，以及從底壁(52)沿徑向向外延伸且在前壁和后壁(54，56)之間延伸的間隔開的側(cè)壁(58)，各個側(cè)壁(58)限定端面(74)，端面(74)包括：沿著端面(74)沿大體軸向方向延伸的軸向槽口(76)；沿著端面(74)沿大體徑向方向延伸且與軸向槽口(76)相交的第一徑向槽口(78)；接收在軸向槽口(76)中的軸向花鍵密封件(82)；以及具有L形的第一徑向花鍵密封件(84)，其具有徑向和軸向支腿(88，90)，徑向支腿(88)基本上比軸向支腿(90)更長，其中，徑向支腿(88)接收在第一徑向槽口(78)中，并且軸向支腿接收在軸向槽口(76)中。
【專利說明】用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的不對稱徑向花鍵密封件
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2011年11月6日提交的臨時(shí)專利申請N0.61/556, 270的權(quán)益。
[0002]關(guān)于聯(lián)邦贊助研究和開發(fā)的聲明
按照陸軍部授予的合同N0.W911W6-07-2-0002，美國政府可對本發(fā)明具有某些權(quán)利。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明大體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，并且更特別地，涉及用于密封此類發(fā)動機(jī)中的渦輪護(hù)罩的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]典型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)包括渦輪機(jī)核心，該渦輪機(jī)核心具有成串聯(lián)流關(guān)系的壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪。核心能夠按已知方式運(yùn)行，以產(chǎn)生一次氣體流。渦輪包括一個或多個轉(zhuǎn)子，其從一次氣體流中提取能量。各個轉(zhuǎn)子包括由旋轉(zhuǎn)盤承載的成環(huán)形陣列的葉片或輪葉。通過轉(zhuǎn)子的流徑部分地由護(hù)罩限定，該護(hù)罩是界定葉片或輪葉的末端的固定結(jié)構(gòu)。這些構(gòu)件在溫度非常高的環(huán)境中運(yùn)行，并且必須由空氣流冷卻，以確保足夠的使用壽命。典型地，用于冷卻的空氣從壓縮機(jī)中抽出(吹出)。使用吹出的空氣會不利地影響比燃料消耗量(“SFC”)，并且一般應(yīng)當(dāng)最小化使用吹出的空氣。
[0005]渦輪護(hù)罩典型地包括成環(huán)形或陣列的并排弓形節(jié)段。必須最小化相鄰節(jié)段之間的泄漏，以便滿足發(fā)動機(jī)性能要求，同時(shí)對硬件提供充分的冷卻。通常使用花鍵密封件來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，該花鍵密封件是橋接相鄰護(hù)罩節(jié)段之間的間隙的小金屬條。多個花鍵密封件通常沿軸向和徑向方向定位在相交的槽口中。為了減少兩個垂直密封件的接口處的泄漏，有時(shí)使用具有L形的密封件(“L形密封件”)來截?cái)嗝芊獠劭谥械男钡懒?。L形密封件較小且不易組裝，并且增加護(hù)罩組件所需的部件的數(shù)量。
[0006]因此，存在對防止護(hù)罩密封槽口的相交部處的泄漏且易于組裝的花鍵密封件的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決了該需要，本發(fā)明提供不對稱的L形密封件。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的護(hù)罩設(shè)備包括:環(huán)形護(hù)罩節(jié)段，其具有限定弓形內(nèi)部流徑表面的弓形底壁、從底壁沿徑向向外延伸的間隔開的前壁和后壁，以及從底壁沿徑向向外延伸且在前壁和后壁之間延伸的間隔開的側(cè)壁，各個側(cè)壁限定端面，端面包括:沿著端面沿大體軸向方向延伸的軸向槽口 ；第一徑向槽口，其沿著端面沿大體徑向方向延伸，并且與軸向槽口相交:接收在軸向槽口中的軸向花鍵密封件；以及第一徑向花鍵密封件，其具有L形，具有徑向和軸向支腿，徑向支腿基本上比軸向支腿更長，其中，徑向支腿接收在第一徑向槽口中，并且軸向支腿接收在軸向槽口中。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的護(hù)罩設(shè)備包括:成環(huán)形陣列的弓形護(hù)罩節(jié)段，護(hù)罩節(jié)段中的各個具有限定弓形內(nèi)部流徑表面的弓形底壁、從底壁沿徑向向外延伸的間隔開的前壁和后壁，以及從底壁沿徑向向外延伸且在前壁和后壁之間延伸的間隔開的側(cè)壁，各個側(cè)壁限定端面，護(hù)罩節(jié)段布置成使得在相鄰護(hù)罩節(jié)段的端面之間存在間隙；其中，各個端面包括:沿著端面沿大體軸向方向延伸的軸向槽口 ；第一徑向槽口，其沿著端面沿大體徑向方向延伸，并且與軸向槽口相交；多個軸向花鍵密封件，各個軸向花鍵密封件接收在各對相鄰端面的軸向槽口中；多個第一徑向花鍵密封件，各個第一徑向花鍵密封件具有L形，具有徑向和軸向支腿，徑向支腿基本上比軸向支腿更長，其中，徑向支腿接收在各對相鄰端面的第一徑向槽口中，并且軸向支腿接收在各對相鄰端面的軸向槽口中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]參照結(jié)合附圖得到的以下描述，可最佳地理解本發(fā)明，其中:
圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的渦輪區(qū)段的一部分的示意性橫截面圖，該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的一方面構(gòu)建的花鍵密封件設(shè)備；
圖2是圖1中看到的護(hù)罩的示意性透視圖；
圖3是圖1中顯示的渦輪區(qū)段的一部分的正視立面圖；以及 圖4是花鍵密封件設(shè)置在其中的護(hù)罩節(jié)段的一部分的側(cè)視立面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]參照附圖，其中，相同附圖標(biāo)記遍及各圖表示相同元件，圖1描繪了氣體發(fā)生器渦輪10的一部分，氣體發(fā)生器渦輪10是已知類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的一部分。氣體發(fā)生器渦輪10的功能是從來自上游燃燒器(未顯示)的高溫加壓燃燒氣體中抽取能量，并且以已知方式將能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械功。氣體發(fā)生器渦輪10通過軸來驅(qū)動上游壓縮機(jī)(未顯示)，以便將加壓空氣供應(yīng)到燃燒器。
[0012]在示出的示例中，發(fā)動機(jī)是渦輪軸發(fā)動機(jī)，并且工作渦輪(也被稱為動力渦輪)將位于氣體發(fā)生器渦輪10的下游，并且聯(lián)接于輸出軸。但是，本文描述的原理同樣適用于渦輪螺槳發(fā)動機(jī)、渦輪噴氣機(jī)、和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，以及用于其它運(yùn)載工具或者在固定應(yīng)用中使用的渦輪發(fā)動機(jī)。
[0013]氣體發(fā)生器渦輪10包括第一級噴嘴12，第一級噴嘴12包括多個沿周向隔開的翼型形中空第一級導(dǎo)葉14，多個沿周向隔開的翼型形中空第一級導(dǎo)葉14支承在弓形的節(jié)段式第一級外部帶16和弓形的節(jié)段式第一級內(nèi)部帶18之間。第一級導(dǎo)葉14、第一級外部帶16和第一級內(nèi)部帶18布置到多個沿周向鄰接的噴嘴節(jié)段中，該多個沿周向鄰接的噴嘴節(jié)段共同形成完整的360°組件。第一級外部帶16和內(nèi)部帶18分別限定用于流過第一級噴嘴12的熱氣流的外部和內(nèi)部徑向流徑邊界。第一級導(dǎo)葉14構(gòu)造成以便將燃燒氣體最佳地引導(dǎo)至第一級轉(zhuǎn)子20。
[0014]第一級轉(zhuǎn)子20包括成陣列的翼型形第一級渦輪葉片22，成陣列的翼型形第一級渦輪葉片22從第一級盤24向外延伸，第一級盤24圍繞發(fā)動機(jī)的中心線軸線旋轉(zhuǎn)。弓形第一級護(hù)罩節(jié)段26的環(huán)件布置成以便緊密地包圍第一級渦輪葉片22，以及從而限定用于流過第一級轉(zhuǎn)子20的熱氣流的外部徑向流徑邊界。[0015]第二級噴嘴28定位在第一級轉(zhuǎn)子20的下游，并且包括多個沿周向隔開的翼型形中空第二級導(dǎo)葉30，多個沿周向隔開的翼型形中空第二級導(dǎo)葉30支承在弓形的節(jié)段式第二級外部帶32和弓形的節(jié)段式第二級內(nèi)部帶34之間。第二級導(dǎo)葉30、第二級外部帶32和第二級內(nèi)部帶34布置到多個沿周向鄰接的噴嘴節(jié)段中，多個沿周向鄰接的噴嘴節(jié)段共同形成完整的360°組件。第二級外部帶32和內(nèi)部帶34分別限定用于流過第二級渦輪噴嘴34的熱氣流的外部和內(nèi)部徑向流徑邊界。第二級導(dǎo)葉30構(gòu)造成以便將燃燒氣體最佳地引導(dǎo)至第二級轉(zhuǎn)子38。
[0016]第二級轉(zhuǎn)子38包括成徑向陣列的翼型形第二級渦輪葉片40，成徑向陣列的翼型形第二級渦輪葉片40從第二級盤42沿徑向向外延伸，第二級盤42圍繞發(fā)動機(jī)的中心線軸線旋轉(zhuǎn)。弓形第二級護(hù)罩節(jié)段44的環(huán)件布置成以便緊密地包圍第二級渦輪葉片40，以及從而限定用于流過第二級轉(zhuǎn)子38的熱氣流的外部徑向流徑邊界。
[0017]第一級護(hù)罩節(jié)段26由成陣列的弓形第一級護(hù)罩懸掛件46支承，進(jìn)而由弓形護(hù)罩支承件48 (例如使用示出的鉤、橫桿和C形夾)以已知的方式承載成陣列的弓形第一級護(hù)罩懸掛件46。第二級護(hù)罩節(jié)段44由成陣列的弓形第二級護(hù)罩懸掛件50支承，進(jìn)而由護(hù)罩支承件48 (例如使用示出的鉤、橫桿和C形夾)以已知的方式承載成陣列的弓形第二級護(hù)罩懸掛件50。
[0018]圖2和3更詳細(xì)地示出第一級護(hù)罩節(jié)段26。將理解，雖然第一級護(hù)罩節(jié)段26和第二級護(hù)罩節(jié)段44不同，但它們在設(shè)計(jì)上是相似的。適用于第一級護(hù)罩節(jié)段26的本發(fā)明的原理表示也可如何對第二級護(hù)罩節(jié)段44實(shí)施花鍵密封件。
[0019]各個護(hù)罩節(jié)段26具有弓形底壁52。從底壁52沿徑向向外延伸的相對的前壁54和后壁56，以及一對間隔開的側(cè)壁58，一對間隔開的側(cè)壁58在前壁54和后壁56之間沿軸向延伸。底壁52、前壁54和后壁56和側(cè)壁58共同限定開放式護(hù)罩腔體60。
[0020]底壁52的沿徑向內(nèi)側(cè)面限定弓形沿徑向內(nèi)部流徑表面62。底壁52的外側(cè)面可包括突起的銷、肋條、翅片和/或湍流促進(jìn)器(“湍流器”)，以加強(qiáng)熱傳遞。在圖2中顯示漸縮的小型針狀翅片64。底壁52沿軸向向后延伸經(jīng)過后壁56，以限定后部凸緣或懸吊部66。弓形前部橫桿68從前壁54沿軸向向前延伸，并且弓形后部橫桿70沿軸向向后延伸經(jīng)過后壁56。在示出的示例中，在前部橫桿68中形成凹口 72，以接收銷(未顯示)或其它抗旋轉(zhuǎn)特征。
[0021]第一級護(hù)罩節(jié)段26包括由側(cè)壁58限定的相對的端面74(通常也被稱為“擊打(slash)”面)。端面74可位于平行于發(fā)動機(jī)的中心線軸線的平面(被稱為“徑向平面”)中，或者它們可從徑向平面略微偏移，或者它們可定向成以便它們與此類徑向平面成銳角。當(dāng)組裝成完整的環(huán)件時(shí)，在相鄰護(hù)罩節(jié)段26的端面74之間存在端部間隙，如圖3中的箭頭“G”顯示的。
[0022]各個端面74具有密封槽口，該密封槽口形成到各個端面74中，以接收花鍵密封件。在示出的示例中，存在沿著底壁52形成的大體沿軸向延伸的軸向槽口 76、在后壁56的軸向位置處形成的大體沿徑向延伸的前部徑向槽口 78，以及正好設(shè)置在前部徑向槽口 78的后部的大體沿徑向延伸的后部徑向槽口 80。
[0023]花鍵密封件插入到密封槽口 76、78和80中。這些花鍵密封件呈金屬或其它適當(dāng)?shù)牟牧系谋∑綏l的形式，并且在大小上設(shè)置成接收在密封槽口 76、78和80中，并且在安裝在發(fā)動機(jī)中時(shí)，具有足以跨越相鄰護(hù)罩節(jié)段26之間的間隙G的寬度。更特別地，筆直的軸向花鍵密封件82插入到軸向密封槽口 76中。前部徑向花鍵密封件84插入到前部徑向密封槽口 78中，并且后部徑向花鍵密封件86插入到后部徑向密封槽口 80中。
[0024]如在圖4中最佳地看到的，前部徑向花鍵密封件84 (也可被稱為"L形密封件")的橫截面大體為"L"形，具有徑向支腿88和軸向支腿90。在示出的示例中，徑向支腿88的長度為軸向支腿90的長度的大約兩倍至三倍。徑向支腿88接收在前部徑向密封槽口 78中，并且軸向支腿90接收在軸向密封槽口 76中，使得其抵靠著軸向密封件82。后部徑向花鍵密封件86 (其也可被稱為“L形密封件”)的橫截面大體為"L〃形，具有徑向支腿92和軸向支腿94。在示出的示例中，徑向支腿92的長度是軸向支腿94的長度的大約兩倍至三倍。徑向支腿92接收在后部徑向密封槽口 80中，并且軸向支腿94接收在軸向密封槽口 76中，使得其抵靠著軸向密封件82。
[0025]密封件82、84和86中的各個跨過間隙“G”，并且接收在相鄰護(hù)罩節(jié)段26中的對應(yīng)槽口中?；ㄦI密封件跨過護(hù)罩節(jié)段18之間的間隙。徑向花鍵密封件84和86在與軸向密封件82共同截停護(hù)罩節(jié)段26之間的斜道流方面是有效的。
[0026]本發(fā)明具有優(yōu)于傳統(tǒng)L形密封件的若干優(yōu)點(diǎn)。不對稱L形密封件結(jié)合了 L形密封件構(gòu)造的泄漏減少益處以及非L形密封件設(shè)計(jì)的組裝的容易。對于需要L形密封件來滿足性能的設(shè)計(jì)，較少數(shù)量的密封件，以及不對稱L形密封件大于典型的L形密封件且比其更容易處理，是對組件的目前的備選方案的改進(jìn)。對于目前沒有L形密封件的構(gòu)造，不對稱L形密封件預(yù)期在不使組件復(fù)雜的情況下減少泄漏。
[0027]前述已經(jīng)描述了用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的花鍵密封件設(shè)備。雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但將對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可對本發(fā)明作出各種修改，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，提供本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的前述描述和用于實(shí)踐本發(fā)明的最佳模式僅是為了說明，而不是為了限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的護(hù)罩設(shè)備，包括: 環(huán)形護(hù)罩節(jié)段，其具有限定弓形內(nèi)部流徑表面的弓形底壁、從所述底壁沿徑向向外延伸的間隔開的前壁和后壁，以及從所述底壁沿徑向向外延伸且在所述前壁和所述后壁之間延伸的間隔開的側(cè)壁，各個側(cè)壁限定端面； 其中，各個端面包括: 沿著所述端面沿大體軸向方向延伸的軸向槽口； 第一徑向槽口，其沿著所述端面沿大體徑向方向延伸，并且與所述軸向槽口相交； 接收在所述軸向槽口中的軸向花鍵密封件；以及 具有L形的第一徑向花鍵密封件，其具有徑向和軸向支腿，所述徑向支腿基本上比所述軸向支腿更長，其中，所述徑向支腿接收在所述第一徑向槽口中，并且所述軸向支腿接收在所述軸向槽口中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的護(hù)罩設(shè)備，其特征在于，各個端面進(jìn)一步包括: 沿著所述端面沿大體徑向方向延伸的第二徑向槽口，所述第二徑向槽口與所述軸向槽口相交；以及 具有L形的第二徑向花鍵密封件，其具有徑向和軸向支腿，所述徑向支腿基本上比所述軸向支腿更長，其中，所述徑向支腿接收在所述第二徑向槽口中，并且所述軸向支腿接收在所述軸向槽口中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的護(hù)罩設(shè)備，其特征在于，所述軸向槽口沿著所述底壁延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的護(hù)罩設(shè)備，其特征在于，所述第一徑向槽口沿著所述后壁延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的護(hù)罩設(shè)備，其特征在于，所述第二徑向槽口沿著所述后壁延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述底壁沿軸向向后延伸經(jīng)過所述后壁，以限定后部懸吊部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，弓形前部橫桿從所述前壁沿軸向向前延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，弓形后部橫桿從所述后壁沿軸向向后延伸。
9.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的護(hù)罩設(shè)備，包括: 成環(huán)形陣列的弓形護(hù)罩節(jié)段，所述護(hù)罩節(jié)段中的各個具有限定弓形內(nèi)部流徑表面的弓形底壁、從所述底壁沿徑向向外延伸的間隔開的前壁和后壁，以及從所述底壁沿徑向向外延伸且在所述前壁和所述后壁之間延伸的間隔開的側(cè)壁，各個側(cè)壁限定端面，所述護(hù)罩節(jié)段布置成使得在相鄰護(hù)罩節(jié)段的所述端面之間存在間隙； 其中，各個端面包括: 沿著所述端面沿大體軸向方向延伸的軸向槽口； 第一徑向槽口，其沿著所述端面沿大體徑向方向延伸，并且與所述軸向槽口相交； 多個軸向花鍵密封件，各個軸向花鍵密封件接收在各對相鄰端面的所述軸向槽口中；以及 多個第一徑向花鍵密封件，各個第一徑向花鍵密封件具有L形，具有徑向和軸向支腿，所述徑向支腿基本上比所述軸向支腿更長，其中，所述徑向支腿接收在各對相鄰端面的所述第一徑向槽口中，并且所述軸向支腿接收在各對相鄰端面的所述軸向槽口中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的護(hù)罩設(shè)備，其特征在于: 各個端面進(jìn)一步包括沿著所述端面沿大體徑向方向延伸的第二徑向槽口，所述第二徑向槽口與所述軸向槽口相交；以及 多個第二徑向花鍵密封件，各個第二徑向花鍵密封件具有L形，具有徑向和軸向支腿，所述徑向支腿基本上比所述軸向支腿更長，其中，所述徑向支腿接收在各對相鄰端面的所述第二徑向槽口中，并且所述軸向支腿接收在各對相鄰端面的所述軸向槽口中。
【文檔編號】F01D11/00GK103906896SQ201280054278
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月6日
【發(fā)明者】D.S.施塔普萊頓, C.M.塞格利奧, V.H.S.科雷亞 申請人:通用電氣公司