用于涡轮发动机的具有冷却特性的花键密封件制造技术

因此提供了一种分段流路组件和花键密封件。还提供了一种用于冷却花键密封件的方法。在一个示例性方面，提供了花键密封件，其可以至少部分地定位在由第一流路段限定的凹槽中，并且至少部分地定位在由相邻的流路段限定的相对地面对的凹槽中。花键密封件可以跨越相邻流路段之间的间隙并因此提供密封。花键密封件包括允许冷却流绕过花键密封件以冷却密封件的热侧以及通过密封件计量流量的特性。

Spline seals with cooling characteristics for turbo engines

【技术实现步骤摘要】
用于涡轮发动机的具有冷却特性的花键密封件联邦政府资助的研究本专利技术是在合同号FA8626-16-C-2138的政府支持下完成的。美国政府可拥有本专利技术的某些权利。
本主题大体涉及用于密封涡轮机的相邻流路段(例如，涡轮发动机的护罩)的花键密封件。
技术介绍
燃气涡轮发动机通常以串行流动顺序包括压缩机区段，燃烧区段，涡轮区段和排气区段。在操作中，空气进入压缩机区段的入口，在压缩机区段中，一个或多个轴向压缩机逐渐压缩空气直至其到达燃烧区段。燃料与压缩空气混合并在燃烧区段内燃烧以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段被导向通过限定在涡轮区段内的热气路径，然后经由排气区段从涡轮区段排出。燃气涡轮发动机通常包括各种分段流路组件，例如喷嘴和护罩组件。喷嘴和护罩组件通常包括多个周向间隔开的段，其中间隙在相邻段之间延伸。间隙适应热生长并减少流路段中的热应力。例如，与由更传统的材料形成的流路段相比，这种流路段更常见地由陶瓷基质复合(CMC)材料和具有更高温度性能的其他高温材料形成。通过用高温材料形成流路段，可以增加流路气体温度，从而可以更有效地操作发动机。花键密封件通常用在燃气涡轮发动机中，并且通常定位在加工到相邻流路段的端面中的相对凹槽内。花键密封件通常由高温合金制成，因此，例如与CMC流路段相比，具有更有限的高温性能。因此，花键密封件可能需要专用的冷却流。传统的流路段可以包括小的冷却特征，例如蜂窝，狭缝等，其加工到相邻的流路段的端面中，以允许冷却气流绕过花键密封件并计量流量。冷却气流从其冷侧冷却花键密封件，然后绕过花键密封件，并沿密封件的热侧冷却密封件并与热气体混合，从而降低密封件附近的气体温度。冷却气流防止氧化，蠕变引起的变形，烧穿，或其他热引起的密封件损坏。冷却槽或凹槽必须以严格的公差加工到流路段的端面中，以便控制绕过花键密封件的冷却气流量。将冷却特征加工到流路段中是具有挑战性的，耗时的并且增加了产品的成本。此外，如果产生错误，废料成本是显著的，因为流路段是相对昂贵的制造部件。因此，解决上述一个或多个挑战的分段流路组件和花键密封件将是有用的。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本专利技术来学习。在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种用于涡轮机的分段流路组件。分段流路组件包括第一流路段和第二流路段，第一流路段限定第一凹槽，第二流路段定位成邻近第一流路段并且限定与第一流路段的第一凹槽相对地面对的第二凹槽。分段流路组件还包括花键密封件，该花键密封件至少部分地定位在第一流路段的第一凹槽内并且至少部分地定位在第二流路段的第二凹槽内。花键密封件具有在第一表面和与第一表面相对的第二表面之间延伸的本体，其中花键密封件的本体沿第一表面限定多个通道以允许气流通过其中。在一些实施例中，分段流路组件限定径向方向，并且其中花键密封件的本体在第一表面和沿径向方向与第一表面相对的第二表面之间延伸，并且其中第一表面是本体的内表面，第二表面是本体的外表面。在一些实施例中，分段流路组件限定周向方向，并且其中花键密封件的本体沿周向方向在第一侧和第二侧之间延伸，并且其中第一侧至少部分地定位在第一流路段的第一凹槽内，第二侧至少部分地定位在第二流路段的第二凹槽内，并且其中多个通道从本体的第一侧延伸到第二侧。在一些实施例中，多个通道中的一个或多个通道沿着周向方向以基本直线的方式在第一侧和第二侧之间延伸。在一些另外的实施例中，多个通道中的一个或多个通道沿着周向方向以非直线方式在第一侧和第二侧之间延伸。在一些实施例中，分段流路组件限定轴向方向，并且其中花键密封件的本体沿轴向方向在第一端和第二端之间延伸，并且其中多个通道沿着轴向方向以预定间隔在第一端和第二端之间彼此间隔开。在一些实施例中，沿本体的第一表面限定的多个通道是多个第一通道，并且其中花键密封件的本体沿第二表面限定多个第二通道。在一些另外的实施例中，分段流路组件限定轴向方向，并且其中多个第二通道沿轴向方向彼此间隔开并且沿轴向方向偏离多个第一通道。在一些实施例中，在第一流路段和第二流路段之间限定间隙，并且其中在涡轮机操作期间，花键密封件的第一表面安置在第一流路段的第一凹槽的内壁和第二流路段的第二凹槽的内壁上。在一些实施例中，花键密封件由高温材料形成。在一些实施例中，第一流路段是第一护罩段，第二流路段是第二护罩段。在本公开的另一示例性实施例中，提供了一种用于冷却花键密封件的方法，该花键密封件构造成用于密封在用于涡轮机的分段流路组件的第一流路段和第二流路段之间限定的间隙。该方法包括操作涡轮机，使得空气从花键密封件的径向外侧的高压区域流动到花键密封件的径向内侧的低压区域，并且其中当空气从高压区域流到低压区域时，空气流过第一流路段和第二流路段之间的间隙，并通过至少部分地由花键密封件的内表面限定的多个通道来绕过花键密封件。在一些实施方式中，在操作期间，花键密封件的内表面在涡轮机的操作期间被安置在至少部分地限定第一流路段中的第一凹槽的内壁和至少部分地限定第二流路段中的第二凹槽的内壁上。在一些实施方式中，花键密封件在第一侧和第二侧之间周向延伸，并且在内表面和外表面之间径向延伸，并且其中多个通道沿着内表面在第一侧和第二侧之间延伸。在一些实施方式中，第一凹槽由内壁，与内壁径向间隔开的外壁，以及在内壁和外壁之间延伸并连接内壁和外壁的侧壁限定，并且其中第二凹槽由内壁，与第二凹槽的内壁径向间隔开的外壁，以及在第二凹槽的内壁和外壁之间延伸并连接第二凹槽的内壁和外壁的侧壁限定，并且其中在涡轮机的操作期间，第一部分空气在第一凹槽的外壁和花键密封件的外表面之间流动，并且在花键密封件的第一侧处进入多个通道中的一个通道，并且第二部分空气在第二凹槽的外壁和花键密封件的外表面之间流动，并且在花键密封件的第二侧处进入多个通道中的一个通道。和在本公开的又一示例性实施例中，提供了一种用于密封涡轮机的相邻流路段之间的间隙的花键密封件。花键密封件包括在第一表面和与第一表面间隔开的第二表面之间延伸的本体，其中花键密封件的本体沿第一表面限定一个或多个通道。在一些实施例中，本体在第一侧和与第一侧间隔开的第二侧之间延伸，第一侧和第二侧在第一表面和第二表面之间延伸并连接第一表面和第二表面，并且其中一个或多个通道在第一侧和第二侧之间延伸。在一些实施例中，第一侧定位在由相邻流路段中的一个流路段限定的第一凹槽内，第二侧定位在与第一凹槽相对地面对的第二凹槽内，第二凹槽由相邻流路段中的另一个流路段限定。在一些实施例中，花键密封件由高温材料形成。在一些实施例中，花键密封件的本体沿第二表面限定一个或多个第二通道，并且其中一个或多个第二通道偏移一个或多个通道。参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本专利技术的这些和其他特征，方面和优点。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。附图说明...

【技术保护点】
1.一种用于涡轮机的分段流路组件，其特征在于，所述分段流路组件包括：/n第一流路段，所述第一流路段限定第一凹槽；/n第二流路段，所述第二流路段定位成邻近所述第一流路段并且限定第二凹槽，所述第二凹槽与所述第一流路段的所述第一凹槽相对地面对；和/n花键密封件，所述花键密封件至少部分地定位在所述第一流路段的所述第一凹槽内，并且至少部分地定位在所述第二流路段的所述第二凹槽内，所述花键密封件具有在第一表面和与所述第一表面相对的第二表面之间延伸的本体，其中所述花键密封件的所述本体沿所述第一表面限定多个通道，以允许气流通过其中。/n

【技术特征摘要】
20180824 US 16/111,7831.一种用于涡轮机的分段流路组件，其特征在于，所述分段流路组件包括：
第一流路段，所述第一流路段限定第一凹槽；
第二流路段，所述第二流路段定位成邻近所述第一流路段并且限定第二凹槽，所述第二凹槽与所述第一流路段的所述第一凹槽相对地面对；和
花键密封件，所述花键密封件至少部分地定位在所述第一流路段的所述第一凹槽内，并且至少部分地定位在所述第二流路段的所述第二凹槽内，所述花键密封件具有在第一表面和与所述第一表面相对的第二表面之间延伸的本体，其中所述花键密封件的所述本体沿所述第一表面限定多个通道，以允许气流通过其中。


2.根据权利要求1所述的分段流路组件，其特征在于，其中所述分段流路组件限定径向方向，并且其中所述花键密封件的所述本体沿着所述径向方向在所述第一表面和与所述第一表面相对的所述第二表面之间延伸，并且其中所述第一表面是所述本体的内表面，并且所述第二表面是所述本体的外表面。


3.根据权利要求1所述的分段流路组件，其特征在于，其中所述分段流路组件限定周向方向，并且其中所述花键密封件的所述本体沿着所述周向方向在第一侧和第二侧之间延伸，并且其中所述第一侧至少部分地定位在所述第一流路段的所述第一凹槽内，并且所述第二侧至少部分地定位在所述第二流路段的所述第二凹槽内，并且其中所述多个通道从所述本体的所述第一侧延伸到所述本体的所述第二侧。


4.根据权利要求3所述的分...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞尔吉奥·菲利皮，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US