[发明专利]用于可磨损天使翼的蜂窝结构

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮，并且更具体地涉及将可磨损蜂窝(abradable honeycomb)建造为喷嘴密封凸缘的集成部分，该喷嘴密封凸缘通过在燃气涡轮中的旋转动叶的天使翼(angel wing)而接合，以限制冷却空气泄漏到燃气涡轮的高温燃烧气体通道内。

本发明在由能源部授予的合同号DE-FC26-05NT42643下利用政府的支持而做成。政府在本发明中拥有某些权利。

背景技术

燃气涡轮为从通过涡轮的燃烧气体流抽取能量的旋转式发动机。它具有上游空气吸入口或入口、联接到燃烧器的压缩机、接收来自燃烧器的燃烧气体的下游涡轮、和气体出口或排气喷嘴。

压缩机和涡轮区段包括旋转的转子叶片或动叶的至少一个周向排。动叶的自由端部或尖端由定子壳体环绕。转子叶片的基部的侧面靠着位于旋转动叶的上游和下游的定子叶片或喷嘴的内部围带(shroud)。

密封组件典型地用于阻止或限制冷却空气从移动动叶和静止喷嘴之间泄漏到燃气涡轮的高温燃烧气体通道内。这些密封组件典型地包括称为“天使翼”的密封板，其从移动动叶的柄部的上游或下游表面轴向延伸，并且该密封板终止于径向向外延伸的尖端或齿。密封组件还包括从静止喷嘴组件的上游和下游轴向凸出的密封结构或凸缘，以与移动动叶柄部的天使翼限定密封件。然而，这些密封组件的密封性能不总为良好的，使得超过期望量的冷却空气倾向于泄漏到高温燃烧气体通道内，使得冷却空气量增加，从而引起燃气涡轮的性能的降低。

涡轮的效率部分地取决于天使翼和邻近密封结构之间的径向间隙或间隔。如果间隙太小，则天使翼将在某些涡轮操作条件期间撞击邻近密封结构。如果间隙太大，则过多的有价值的冷却空气将从转子叶轮空间(wheelspace)泄漏到热气体路径内，从而降低涡轮的效率。

可磨损密封件可用来通过物理地减少喷嘴的密封凸缘和动叶的相对的天使翼密封板之间的间隙而改善涡轮性能。可磨损密封材料有时定位在静止喷嘴的密封件的径向内部表面上，以便定位在喷嘴密封件的内部表面和旋转动叶的天使翼的端部尖端之间的环形间隔内。

用于密封组件中的一种类型的密封材料为可磨损蜂窝。尽管可磨损蜂窝具有显著地减少冷却空气到高温燃烧气体通道内的泄漏的能力，但是，传统制造的可磨损蜂窝件在动叶/喷嘴界面处的牢固附连难以确保。

利用在喷嘴上的蜂窝的天使翼可磨损密封件已证明提供显著的密封改善。然而，将蜂窝件可靠地附连到天使翼为困难的，这是因为硬焊(braze)金属带的薄件意味着很小的附连区域。目前，蜂窝有时直接硬焊到局部，希望它将继续停留。对这的一个替代方案为将蜂窝硬焊到板，并且然后将板硬焊或焊接到天使翼上。

发明内容

本发明利用沉降(sinker)放电加工(“EDM”)，以将蜂窝直接地插入/烧制到涡轮喷嘴密封凸缘内，所以它变成喷嘴密封凸缘的集成部分，使得当在涡轮的密封组件中的涡轮动叶天使翼擦损喷嘴密封凸缘时，在喷嘴密封凸缘和动叶天使翼之间存在带有较小的蜂窝失效风险的改善的密封。可选地，通过利用沉降放电加工装置将电极插入到材料块中而所获得的蜂窝可覆盖有适合于抗腐蚀性和/或改善的可磨损性的覆层。另外，蜂窝形成在其中的材料块可为涡轮喷嘴的集成部分或者与涡轮喷嘴分离。在后面的情况下，材料块在蜂窝形成于这种块中之后焊接或者硬焊到涡轮喷嘴。

在本发明的示范性实施例中，制造具有形成于密封凸缘中的多个可磨损空腔的涡轮喷嘴密封凸缘的方法包括如下步骤：提供适合于用作喷嘴密封凸缘的材料块；提供沉降放电加工装置用于将特征部加工到材料块内；提供电极用于与沉降放电加工装置一起使用，以执行将特征部加工到材料块中，电极成形为在材料块中形成多个空腔；并且利用沉降放电加工装置使用电极，以将电极直接地插入到材料块内，以由此形成具有多个可磨损空腔的喷嘴密封凸缘。

在本发明的另一个示范性实施例中，限制冷却空气泄漏到燃气涡轮的高温燃烧气体通道内的方法包括如下步骤：提供适合于形成一个或多个相应涡轮喷嘴密封凸缘的一个或多个材料块；提供沉降放电加工装置用于将特征部加工到(多个)材料块内；并且提供电极用于与沉降放电加工装置一起使用，以执行将特征部加工到(多个)材料块内，电极具有一系列交叉阴性沟槽，该一系列交叉阴性沟槽形成阳性蜂窝样式，其通过当电极按压到材料块内时阳性电极将蜂窝样式烧制到一个或多个材料块中的各个内而可直接地形成到(多个)材料块内。