[发明专利]用于防止多个涡轮构件之间的空气泄漏的装置和方法

说明书

关于联邦政府资助研究或开发的声明

本发明是在由美国军队授予的合同号No.W911W6-11-2-0009下通过政府支持而完成的。政府享有本发明中的某些权利。

技术领域

本申请涉及涡轮，并且更具体而言，涉及防止多个涡轮构件之间的涡轮中的空气泄漏。

背景技术

飞行器和飞行器发动机行业始终寻求进行改进以提高燃料效率或降低其技术的燃料消耗率(SFC：Specific Fuel Consumption)。类似于汽车行业，飞行器和飞行器发动机行业中降低SFC的努力中的许多都集中于提高发动机自身的总体效率。在朝该目标努力时，许多注意力也针对降低发动机的总体重量。由于材料设计方面的进步，许多注意力已经集中于以可耐受产生于飞行器涡轮发动机中的热和力的较轻的材料(诸如，陶瓷和复合材料)替换较重的金属部分。尽管以较轻的材料替换发动机的某些部分降低了发动机的重量，但在材料暴露于飞行器发动机内的高温环境时，出现某些问题。这些问题中的一个是，金属部分与由例如陶瓷或复合材料制成的部分之间的相对热膨胀的不同。当金属部分邻近于由陶瓷或复合材料构成的部分时，金属和陶瓷或复合部分将膨胀不同的量且以不同速率膨胀，从而可能在其间产生不需要的空间。取决于不需要的空间或开口在发动机内的位置，空间或开口可导致其中的空气泄漏或其它空气流问题。泄漏和其它空气流问题可降低效率，且因此提高发动机的SFC。由于泄漏流和相对运动的不利性质，通常使用薄的顺应性密封件，诸如卷曲(convoluted)或“W”形密封件。然而，在“W”形密封件位于金属和陶瓷或复合构件之间的中心的系统中，相对热膨胀将引起薄密封件卷起，从而在密封件上引起高应力，且降低密封件有效性和寿命。因此，在本领域中需要抵消在具有不同热膨胀系数的用于涡轮中的材料的不利行为的装置和方法。

发明内容

因此，期望提供一种防止涡轮内的空气泄漏的装置和方法。提供涡轮且该涡轮包括第一涡轮构件和第二涡轮构件，第一涡轮构件为具有第一热膨胀系数的第一材料，第二涡轮构件为具有第二热膨胀系数的第二材料，第二涡轮构件邻近第一涡轮构件。空间在第一涡轮构件与第二涡轮构件之间。涡轮还包括密封该空间的密封组件。密封组件的至少一部分具有大致类似于第一涡轮构件或第二涡轮构件中的至少一者的热膨胀系数，以从而在第一涡轮构件和第二涡轮构件的热膨胀或热收缩期间保持空间中的密封。

还提供一种防止涡轮中的泄漏的方法，且该方法包括将密封组件安置于第一涡轮构件与第二涡轮构件之间的空间中，从而密封该空间。第一涡轮构件和第二涡轮构件分别为具有第一热膨胀系数和第二热膨胀系数的第一材料和第二材料。所述密封组件的一部分具有大致类似于所述第一涡轮构件或所述第二涡轮构件中的至少一者的热膨胀系数。该方法还包括在所述第一涡轮构件和所述第二涡轮构件的热膨胀和热收缩期间保持空间中的密封。

提供构造成密封第一物体与第二物体之间的空间的密封组件，且该密封组件包括密封部件，该密封部件具有第一端部和第二端部，第二端部沿轴线与第一端部间隔开。该组件还包括密封载体，该密封载体包围密封部件的至少一部分。密封载体适于防止第一端部与第二端部之间沿横向于轴线的方向的相对移动。

一种涡轮，包括：第一涡轮构件，第一涡轮构件为具有第一热膨胀系数的第一材料；第二涡轮构件，第二涡轮构件为具有第二热膨胀系数的第二材料，第二涡轮构件邻近第一涡轮构件；第一涡轮构件与第二涡轮构件之间的空间；密封组件，密封组件密封空间，其中，密封组件的至少一部分具有大致类似于第一涡轮构件或第二涡轮构件中的至少一者的热膨胀系数，以从而在第一涡轮构件和第二涡轮构件的热膨胀或热收缩期间保持空间中的密封。

优选地，第一涡轮构件为燃烧器的衬套；并且第二涡轮构件为第一级喷嘴。

优选地，密封组件的第一部分与衬套接合；并且密封组件的第二部分与喷嘴接合。

优选地，密封组件还包括：密封部件；和密封载体，密封载体包围密封部件的至少一部分，使得密封部件被隔离与衬套或喷嘴中的至少一者的接触。

优选地，涡轮还包括：屏障，屏障适于提供用于密封部件的至少一部分的隔热。

优选地，密封部件包括卷曲部分。

优选地，密封部件定位成使得密封部件的第一端部与密封载体联接，并且密封部件的第二端部与喷嘴或衬套中的一者联接。

优选地，密封载体具有大致类似于第一涡轮构件或第二涡轮构件中的至少一者的热膨胀系数，以从而在第一涡轮构件和第二涡轮构件的热膨胀或热收缩期间保持空间中的密封。