[发明专利]用于涡轮机的空气动力密封组件

说明书

关于联邦赞助的研究和开发的声明

本发明是根据美国能源部授予的合同号为DE-FC26-05NT42643的合同而在政府的支持下完成的。政府对本发明享有某些权利。

技术领域

本申请大体涉及用于涡轮机的密封组件，并且更具体而言，涉及用于密封转子/定子空隙等的高级空气动力密封组件和系统。

背景技术

诸如燃气轮机发动机的各种类型的涡轮机是已知，并且广泛用于功率发生、推进等等。涡轮机的效率部分地取决于内部构件之间的间隙和通过这些间隙的一次流体和二次流体的泄漏。例如，可在某些转子-定子交接部处故意地允许有较大的间隙，以适应较大的由热引起的相对运动。流体通过这些空隙从高压的区域泄漏到低压的区域可导致涡轮机有不良的效率。这种泄漏可影响效率，因为泄漏的流体无法做有用功。

因而使用不同类型的密封系统来最大程度地减小流过涡轮机的流体的泄漏。但是，在不同的运行阶段期间，密封系统常常会经受较高的温度、热梯度和热膨胀和收缩，这可增加或减小通过其中的间隙。例如，燃气轮机等上的级间密封件可在它们的性能上受到限制，因为从启动到稳态运行状况间隙变化时。应用于这样的位置的典型的密封系统包括迷宫密封件和刷密封件。在迷宫密封件的情况下，可对间隙设定预定的增大的边界，以便避免与其的接触。在启动运行阶段期间有用的这个额外的间隙可降低涡轮机的效率和性能，因为在稳态运行阶段期间，跨过密封件的泄漏会增加。此外，这样的迷宫密封件典型地无法容忍旋转轴的径向间隙的变化。

因而期望有一种用于涡轮机的改进的密封组件和系统。优选地，这样的密封组件和系统可在稳态运行期间提供较紧密的密封，同时在过渡运行期间避免摩擦、接触引起的磨损以及损害。这样的密封组件和系统应当改进总的系统效率，同时制造起来成本低且提供长的寿命。

发明内容

因而本申请和得到的专利提供了一种用于涡轮机的空气动力密封组件。该空气动力密封组件可包括多个弹簧、连接到弹簧上的瓦，以及定位在弹簧和瓦的周围的二次密封件。

本申请和得到的专利进一步提供了一种在固定构件和旋转构件之间进行密封的方法。该方法可包括以下步骤：沿第一方向旋转瓦；沿第二方向旋转二次密封件，以便接触瓦；在空气静力运行期间，将瓦保持在平衡位置上；以及在空气动力运行期间，使瓦运动远离旋转构件。

本申请和得到的专利进一步提供了一种用于涡轮发动机的密封系统。该密封系统可包括固定构件、旋转构件以及定位在固定构件的周围且面向旋转构件的多个密封组件。密封组件各自可包括具有渐缩形状的瓦。

在审阅结合附图和所附权利要求所得到的以下详细描述之后，本申请和得到的专利的这些和其它特征与改进对于本领域普通技术人员将变得显而易见。

附图说明

图1是燃气轮机发动机的示意图。

图2是本文可描述的空气动力密封组件的侧视平面图。

图3是图2的空气动力密封组件的正视平面图。

图4是本文可描述的空气动力密封系统的一部分的正视平面图。

部件列表：

10涡轮机

15压缩机

20空气流

25燃烧器

30流燃料

35燃烧气体流

40涡轮

45轴

50负载

100空气动力密封组件

110固定构件

115高压侧

120定子

125低压侧

130旋转构件

135流体流

140转子

150弹簧

160波纹件

170折转部

180顶部件

190二次密封件

195类似板的形状

200瓦

202较厚的中部

204较薄的端部

210类似渐缩楔的形状

220密封系统

230节段间空隙

具体实施方式