燃气涡轮发动机中的级间密封壳体优化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种级间密封系统（10），其用于在燃气涡轮发动机（14）的操作期间调整级间密封件的位置以便提高密封件（12）的效率。级间密封系统（10）可以包括由周向延伸的壳体形成的级间密封壳体（16），该壳体具有定位在级间密封壳体（16）的径向内表面（18）上的密封件（12）。级间密封壳体（16）可以经由一个或多个弹簧（20）而被径向地向外偏置从而使级间密封壳体（16）的径向内表面（18）向外偏置。级间密封壳体（16）可以置于级间壳体容纳腔体（68）中。在涡轮发动机操作期间，腔体（68）可以将比密封壳体（16）的另一侧（24）上的压力更高的气体供应至腔体（68）。这样一来，级间密封壳体（16）径向地向内受力以便当径向地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（12）内的间隙（26）闭合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃气涡轮发动机中的级间密封壳体优化系统
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。在至少一个实施例中，位于级间密封壳体的径向内表面上的密封件可以由周向延伸的壳体形成，该周向延伸的壳体具有在级间密封壳体的径向内表面上径向向内延伸从而形成环式密封件的多个密封臂。位于级间密封壳体的径向内表面上的多个密封臂可以是总体平行于彼此的密封臂。弹簧可以定位成同心地围绕至少一个偏置支撑件，其中，弹簧被构造成使级间密封壳体的内表面径向向外偏置。在至少一个实施例中，侧波形弹簧可以由多个侧波形弹簧形成。侧波形弹簧可以以W形构造多次接触级间密封壳体的外表面以及相邻的部件。侧波形弹簧的W形构造可以具有沿着纵向轴线以交替方式联接在一起的多个脊部和谷部。多个侧波形弹簧可以周向延伸并且在周向上彼此偏离。在操作期间，级间密封壳体置于级间密封壳体支撑件中的级间壳体容纳腔体内。级间密封壳体借助第一钩部和第二钩部保持就位，该第一钩部从级间密封壳体支撑件延伸至级间密封壳体中的上游腔体中，该第二钩部从级间密封壳体支撑件延伸至级间密封壳体中的下游腔体中。弹簧还通过径向向外推偏置支撑件的头部而使级间密封壳体在径向向外的方向上偏置。当涡轮发动机操作时，比径向内表面的径向内侧的气体压力更高的气体经由入口通道通入至级间壳体容纳腔体中。较高压力的气体在级间壳体容纳腔体内产生力，该力克服了弹簧的偏置力并且径向地向内驱动级间密封壳体，直至第一钩部的径向外密封表面接触轴向延伸的上游支撑臂的径向内密封表面以及第二钩部的径向外密封表面接触轴向延伸的下游支撑臂的径向内密封表面。级间密封系统的优点在于以该方式定位的级间密封壳体能够使得密封件定位在高效的位置中，以便提供所设计的密封特性但不会过早失效。下面详细描述这些和其他实施例。附图说明包括在说明书中并且形成说明书的一部分的附图示出了本公开专利技术的实施例，并且与说明书一起公开了本专利技术的原理。图1是涡轮发动机的结构的横截面侧视图，其示出了定位在静叶的径向内侧并且位于叶片的相邻级之间的级间密封系统。图2是沿细节线2-2截取的级间密封系统连同就位的级间密封壳体支撑件的横截面透视图。图3是级间密封系统连同级间密封壳体支撑件被移除的横截面透视图。图4是联接至级间密封壳体支撑件的级间密封系统的横截面侧视图。图5是级间密封系统的一部分的透视图。图6是沿着图2中的截面线6-6截取的级间密封系统连同级间密封壳体支撑件被移除的横截面透视图。具体实施方式如在图1-6中所示，用于在燃气涡轮发动机14的操作期间调整级间密封件12的位置以便提高密封件12的效率的级间密封系统10被公开。级间密封系统10可以包括由周向延伸的壳体形成的级间密封壳体16，该壳体具有定位在该级间密封壳体16的径向内表面18上的密封件12。级间密封壳体16可以经由一个或多个弹簧20而被径向地向外偏置以便向外偏置级间密封壳体16的径向内表面18。级间密封壳体16可以安置在级间壳体容纳腔体22中。在涡轮发动机操作期间，可以向腔体22供应比级间密封壳体16的另一侧24上的更高的压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃气涡轮发动机（14）内的级间密封壳体（16）的径向位置的系统（10），其特征在于：级间密封壳体（16），所述级间密封壳体（16）由周向延伸的壳体（16）形成，所述壳体（16）具有定位在所述级间密封壳体（16）的径向内表面（18）上的密封件（12）；至少一个偏置支撑件（28），所述至少一个偏置支撑件（28）从所述级间密封壳体（16）径向地向外延伸；至少一个弹簧（20），所述至少一个弹簧（20）联接至所述至少一个偏置支撑件（28）以便使所述级间密封壳体（16）的所述径向内表面（18）偏置；以及至少一个侧波形弹簧（30），所述至少一个侧波形弹簧（30）在所述级间密封壳体（16）的外表面（32）之间延伸与相邻的所述燃气涡轮发动机（14）的部件接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于燃气涡轮发动机（14）内的级间密封壳体（16）的径向位置的系统（10），其特征在于：级间密封壳体（16），所述级间密封壳体（16）由周向延伸的壳体（16）形成，所述壳体（16）具有定位在所述级间密封壳体（16）的径向内表面（18）上的密封件（12）；至少一个偏置支撑件（28），所述至少一个偏置支撑件（28）从所述级间密封壳体（16）径向地向外延伸；至少一个弹簧（20），所述至少一个弹簧（20）联接至所述至少一个偏置支撑件（28）以便使所述级间密封壳体（16）的所述径向内表面（18）偏置；以及至少一个侧波形弹簧（30），所述至少一个侧波形弹簧（30）在所述级间密封壳体（16）的外表面（32）之间延伸与相邻的所述燃气涡轮发动机（14）的部件接触。2.根据权利要求1所述的系统（10），其特征在于，所述级间密封壳体（16）具有轴向延伸的上游支撑臂（34）以及轴向延伸的下游支撑臂（44），所述上游支撑臂（34）具有径向内密封表面（36）并且形成用于容纳所述级间密封壳体支撑件（42）的第一钩部（40）的上游腔体（38），所述下游支撑臂（44）具有径向内密封表面（46）并且形成用于容纳所述级间密封壳体支撑件（42）的第二钩部（50）的下游腔体（48）。3.根据权利要求2所述的系统（10），其特征在于，所述级间密封壳体支撑件（42）定位在所述级间密封壳体（16）的径向外侧并且包括第一臂（52）和第二臂（58），所述第一臂（52）在所述级间密封壳体（16）的上游侧（54）上具有第一钩部（40），其中，所述第一钩部（40）容纳在所述上游腔体（38）内并且包括径向外密封表面（56），所述径向外密封表面（56）被构造成在涡轮操作期间与所述轴向延伸的上游支撑臂（34）的径向内密封表面（36）密封；所述第二臂（58）在所述级间密封壳体（16）的下游侧（62）上具有第二钩部（50），其中，所述第二钩部（50）容纳在所述下游腔体（48）内并且包括径向外密封表面（64），所述径向外密封表面（64）被构造成在涡轮操作期间与所述轴向延伸的下游支撑臂（44）的径向内密封表面（46）密封。4.根据权利要求3所述的系统（10），其特征在于，所述级间密封壳体支撑件（42）进一步包括至少一个入口通道（66），所述至少一个入口通道（66）与级间壳体容纳腔体（68）连通以用于将增压气体供应至级间壳体容纳腔体（68），所述增压气体的压力比所述密封件（12）处的所述级间密封壳体（16）的一侧上的压力更高，所述密封件（12）定位在所述级间密封壳体（16）的所述径向内表面（18）上。5.根据权利要求4所述的系统（10），其特征在于，所述级间密封壳体支撑件（42）进一步包括至少一个出口通道（70），所述至少一个出口通道（70）与所述级间壳体容纳腔体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张际平，PM皮拉皮尔，尹艳，JD科瓦奇，
申请(专利权)人：西门子能源公司，
类型：发明
国别省市：美国,US