[发明专利]燃气涡轮发动机中的级间密封壳体优化系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及涡轮发动机，并且更特别地涉及密封系统，该密封系统用于减小涡轮发动机中的转动部件与径向相邻的静止部件之间的间隙，以便通过减小经过密封系统的泄漏而改进涡轮发动机的效率。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，通常存在需求以便密封相邻涡轮部件之间的连接从而使流体分离并且维持涡轮的效率。更特别地，通常需要密封件以便在部件之间将高压区域和低压区域分离，由此部件之一是静止的而相邻的部件转动。例如，用于分离高压压缩机气体和低压气体的常见位置位于转动的转子组件和在涡轮发动机操作期间保持相对静止的定子组件之间。

用在涡轮发动机的可转动部件和静止部件之间的常规密封件包括环式密封件，该环式密封件具有从可转动的本体延伸的多个脊部。该脊部被设计成初始地接触相对的静止本体并且在静止本体中切入沟槽的大小。当在使用期间可转动本体转动时，脊部只是在沟槽内转动。该脊部防止一些气体（但不是所有气体）经过形成在脊部和沟槽之间的间隙。因此，环式密封件易于泄漏并且导致其中使用密封件的涡轮发动机的低效率。因此，对于能够密封可转动涡轮部件和静止涡轮部件之间的开口的涡轮密封件存在需求。

发明内容

用于在燃气涡轮发动机操作期间调整级间密封件的位置以便提高密封件的效率的级间密封系统被公开。级间密封系统可以包括由周向延伸的壳体形成的级间密封壳体，该壳体具有定位在级间密封壳体的径向内表面上的密封件。级间密封壳体可以经由一个或多个弹簧而被径向地向外偏置从而使级间密封壳体的径向内表面向外偏置。级间密封壳体可以置于级间壳体容纳腔体中。在涡轮发动机操作期间，可以将比级间密封壳体的另一侧上的压力更高的气体供应至该腔体。这样一来，级间密封壳体径向地向内受力以便当径向指向内的高压力克服径向地指向外的弹簧偏置时使密封件内的间隙闭合。

在至少一个实施例中，用于将级间密封壳体径向地定位在燃气涡轮发动机内的系统可以包括由周向延伸的壳体形成的级间密封壳体，该壳体具有定位在级间密封壳体的径向内表面上的密封件，并且包括从级间密封壳体径向地向外延伸的一个或多个偏置支撑件。该系统还可以包括联接至偏置支撑件的一个或多个弹簧以便使级间密封壳体的径向内表面偏置，并且包括在级间密封壳体的外表面之间延伸、与相邻的燃气涡轮发动机的部件接触的一个或多个侧波形弹簧。

级间密封壳体可以具有轴向延伸的上游支撑臂，该上游支撑臂具有径向内密封表面并且可以形成用于容纳级间密封壳体支撑件的第一钩部的上游腔体。级间密封壳体还可以具有轴向延伸的下游支撑臂，该下游支撑臂具有径向内密封表面并且可以形成用于容纳级间密封壳体支撑件的第二钩部的下游腔体。轴向延伸的上游支撑臂和轴向延伸的下游支撑臂可以定位在级间密封壳体的径向内表面的径向外侧。级间密封壳体支撑件可以定位在级间密封壳体的径向外侧，并且可以包括在级间密封壳体的上游侧具有第一钩部的第一臂。第一钩部可以容纳在上游腔体内并且可以包括径向外密封表面，该径向外密封表面被构造成在涡轮操作期间与轴向延伸的上游支撑臂的径向内密封表面密封。级间密封壳体支撑件还可以包括在级间密封壳体的下游侧上具有第二钩部的第二臂。第二钩部可以容纳在下游腔体内并且可以包括径向外密封表面，该径向外侧密封表面被构造成在涡轮操作期间与轴向延伸的下游支撑臂的径向内密封表面密封。

级间密封壳体支撑件还可以包括一个或多个入口通道，该一个或多个入口通道与级间壳体容纳腔体连通以用于将增压气体供应至该级间壳体容纳腔体，该增压气体的压力比密封件处的级间密封壳体的一侧上的压力更高，该密封件定位在级间密封壳体的径向内表面上。级间密封壳体支撑件可以包括一个或多个出口通道，该一个或多个出口通道与级间壳体容纳腔体连通以用于排出增压气体，该增压气体的压力比密封件处的级间密封壳体的一侧上的压力更高，该密封件定位在级间密封壳体的径向内表面上。

弹簧偏置支撑件可以包括在远端处具有一个或多个头部的一个或多个轴，由此该头部支撑弹簧的远端。该轴可以是中空的并且形成容纳螺栓的腔体。螺栓可以延伸通过容纳螺栓的腔体以使得螺栓的近端联接至级间密封壳体并且螺栓的远端包括靠在轴的外表面上的头部。弹簧的近端可以靠在位于级间密封壳体的径向外侧的级间密封壳体支撑件上。偏置支撑件可以在级间密封壳体的外表面内居中。