改进的密封件制造技术

一种迷宫式密封件，其具有平台，所述平台包括多边形单元的阵列，其中至少50%的该单元包括细分该单元的平面壁。该密封件减少了密封泄漏，并且可以降低包括这种密封件的燃气涡轮发动机的比燃料消耗。

Improved seals

【技术实现步骤摘要】
改进的密封件相关申请的交叉引用本说明书基于并要求2017年12月13日提交的印度专利申请第IN201711044794号和2018年1月31日提交的英国专利申请号GB1801557.8的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及密封件，更具体地涉及适用于燃气涡轮发动机的迷宫式密封件。
技术介绍
迷宫式密封件是涡轮发动机和涡轮发动机的压缩机中常见的一种机械密封件。形容词“迷宫”是指密封件具有通过密封件的曲折路径，所述曲折路径有助于最小化并且理想地防止任何泄漏。迷宫式密封件通常用于控制从高压区域到低压区域的空气或液体的泄漏。例如，可以采用迷宫式密封件以将两个部件密封在一起，以允许从高压区域通过密封边界到低压区域的受控流(例如气流)。已知类型的迷宫式密封件包括蜂窝状密封平台，即以六边形图案的形状形成的接触表面，类似于由蜜蜂在它们的蜂巢中构成的六边形棱柱形蜡单元，以容纳它们的幼虫并且存储蜂蜜和花粉。具有蜂窝状平台的迷宫式密封件通常用于燃气涡轮发动机中，以防止密封件翅片失效，并减弱摩擦的影响。在这种迷宫式密封件平台中使用的蜂窝结构提供了均匀的壁表面，该壁表面与任何流体通过密封件的流动方向无关。这意味着密封件壁通过摩擦阻止流动，但不会引入任何额外的限制。这种蜂窝迷宫式密封件通常包括环形金属密封件，所述环形金属密封件具有内表面，所述内表面包括相同金属的六边形蜂窝图案。这种密封件用于各种目的，包括控制用于滚筒通风的流体流动、缓冲贮槽、清除叶片尖端和密封轮辋，流体需要通过多个连接单元的磨损顶部，以便任何流体从密封件中泄漏。众所周知，通过减小蜂窝单元的尺寸，可以减少蜂窝迷宫式密封件的泄漏。这使得穿过密封件的流体路径更加曲折或弯曲，即流体必须克服更多障碍物以通过密封件。减小蜂窝单元尺寸还会不期望地增加成本、增加重量、增加发热(例如，当翅片在密封件上摩擦时)，增加火花并且可增加熔化。由于这些原因，迷宫式密封件的设计通常涉及必须平衡设计变化的正面影响和负面影响。美国专利申请US2009/0072488A1公开了一种迷宫式密封件，所述迷宫式密封件包括具有多个单元的平台。每个单元均包括几何形状的第一半部分和几何形状的第二半部分，所述第一半部分相对于第二半部分横向偏移。据说，单元半部分的偏移或交错提供了迷宫式密封件，所述迷宫式密封件比某些已知的迷宫式密封件更酥松，同时具有增强的密封能力。形成具有交错蜂窝图案的这种迷宫式密封件略微减小了蜂窝单元的总面积。计算流体动力学(CFD)研究表明，这种交错的蜂窝仅在非常低的密封间隙即低于0.125mm时才有效(ChouguleH.H.，RamerthD.和RamachandranD.，《Lowleakagedesignsforrotorteethandhoneycomblandsinlabyrinthseals》，ASME涡轮博览会2008：《陆地、海洋和空气的动力》，第4卷：《传热学》，A部分和B部分，论文GT2008-51024，第1613-1620页)。然而，巡航时的大多数关键空气密封件均在更大的密封间隙处运行，其中密封泄漏的减少和发动机性能至关重要。美国专利US4346904公开了一种用于耐磨密封件中的蜂窝结构。欧洲专利申请EP1985807A2公开了一种用于燃气涡轮发动机的耐磨密封平台。欧洲专利申请EP1146204A2公开了一种用于沿着径向向外定位燃气涡轮发动机的至少一些翼型叶片的密封元件。该密封元件具有密封结构，该密封结构整体形成，并包括多个向内突出的壁。本公开提供一种迷宫式密封件，所述迷宫式密封件克服了已知迷宫式密封件的缺点或至少为这种迷宫式密封件提供了有用的替代方案。本公开还提供了一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括一个或多个改进的(或替代的)迷宫式密封件。
技术实现思路
根据第一方面，本公开提供一种迷宫式密封件，所述迷宫式密封件具有平台，所述平台包括多边形单元的阵列，其中至少50%的单元包括细分该单元的平面壁。这种密封件减少了密封泄漏。现代燃气涡轮发动机中通常使用几种密封件来对压缩机滚筒和在巡航时流过的涡轮机边缘流进行通风。通过减少流体泄漏，本公开的迷宫式密封件可以减少特定的燃料消耗。平面壁可以在单元的相对角之间延伸。至少50%的单元可以包括单个平面壁，所述平面壁在单元的相对角之间延伸，以细分该单元，该平面壁具有与单元大体相同的高度。平面壁可以在单元的相对侧之间延伸。至少50%的单元可以包括在单元的相对侧之间延伸以细分单元的单个平面壁，平面壁具有与单元基本相同的高度。至少70%的单元可包括细分该单元的单个平面壁。至少80%的单元可包括细分该单元的单个平面壁。至少90%的单元可包括细分该单元的单个平面壁。所有单元均可包括细分该单元的单个平面壁。多边形单元可以是六边形的。这些单元的边均可具有相同的长度。多边形单元可以是八边形的。这些单元的边均可具有相同的长度。多边形单元可以具有总共四个边。这些单元的平行边可以具有相等的长度。这些单元的所有边均可以具有相等的长度。根据第二方面，本公开提供了一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括上述迷宫式密封件的一个或多个。细分平面壁显著减少了通过单元的旁通流量，这是因为它们降低了单元和密封件的排放系数和有效面积两者。减少燃气涡轮发动机中的密封泄漏可以减少这种发动机的比燃料消耗，从而节省燃料、降低燃料成本并有益于环境。细分平面壁具有通过仅添加最少量的金属来减小单元尺寸的效果。这是重要的，因为增加密封件的金属含量增加了由于摩擦而产生增加的热量的可能性，这就是为什么简单地减小传统蜂窝迷宫式密封件的单元尺寸是不期望的。相反，本公开的迷宫式密封件提供比传统蜂窝式迷宫式密封件更低的泄漏和由于摩擦产生的低热量。本领域技术人员将了解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征可以在必要的变更后应用于任何其它方面。此外，除非相互排斥，否则在本文描述的任何特征均可应用于任何方面和/或与本文描述的任何其它特征组合。本文所使用的术语“迷宫式密封件”是指一种类型的机械密封件，它提供延伸或曲折的路径，以最小化或理想地阻止泄漏。本文使用的术语“平台”是指与轮轴、管或轴接触以提供有效密封件的密封表面。本文所使用的术语“多边形单元的阵列”是指排列在基板上的多边形单元的重复图案。多边形单元具有相同的形状或不同的形状。通常，多边形单元具有相同的形状。多边形单元阵列可以采用蜂窝形式，然而单元的形状不需要是六边形的。本文所使用的术语“蜂窝”是指多边形单元的阵列，每个单元均具有相同或基本相同的形状。形状可以是六边形，以类似于蜂巢状蜂窝，但是该形状不必受此限制。本文所使用的术语“平面壁”是指大体上平面形状的壁，即大体上平坦的壁。本文所使用的术语“有效间隙”是指密封件的物理密封间隙和排放系数的乘积。本文所使用的术语“径向间隙”是指密封定子平台与密封转子翅片的半径差。本文所用的术语“压力比”，缩写为PR，是指密封上游压力与密封下游压力的比率。本文所使用的术语“比燃料消耗”，缩写为SFC，是指燃料流量除以输出推力或输出功率。对于远程民用飞机发动机而言，低SFC至关重要，因为燃料成本通常为飞机运营成本的15%至25%。除了在操作实例中或另有说明之外，表示本文所使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种迷宫式密封件，所述迷宫式密封件具有平台，所述平台包括多边形单元的阵列，其中至少50%的所述单元包括细分所述单元的平面壁。

【技术特征摘要】
2018.01.31 GB 1801557.8;2017.12.13 IN 2017110447941.一种迷宫式密封件，所述迷宫式密封件具有平台，所述平台包括多边形单元的阵列，其中至少50%的所述单元包括细分所述单元的平面壁。2.根据权利要求1所述的迷宫式密封件，其中所述平面壁在所述单元的相对角之间延伸。3.根据权利要求2所述的迷宫式密封件，其中至少50%的所述单元包括单个平面壁，所述单个平面壁在所述单元的相对角之间延伸，以细分所述单元，所述平面壁具有与所述单元大体相同的高度。4.根据权利要求3所述的迷宫式密封件，其中至少70%的所述单元包括细分所述单元的单个平面壁。5.根据权利要求4所述的迷宫式密封件，其中至少90%的所述单元包括细分所述单元的单个平面壁。6.根据权利要求1所述的迷宫式密封件，其中所述平面壁在所述单元的相对边之间延伸。7.根据权利要求6所述的迷宫式密封件，其中至少50%的所述单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：KC纳亚克，MK邓克，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB