[发明专利]阶梯状、锥形蜂窝密封件载体

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于燃气涡轮发动机中的密封件，并且更具体地，涉及用于减少转子轮空间腔之间的次级流的级间密封构造。

背景技术

众所周知，当热气流冲击安装在转子轮或转子盘上的涡轮轮叶时，涡轮机从热气流提取能量，转子轮或转子盘固定在相关的旋转装置(例如发电机)的轴或转子上。轮叶呈由能够承受极限温度的材料制成的翼型件的形式。轮叶的安装部分和柄部通常由相同材料制成，但是安装部分(或者燕尾榫)之间的转子盘柱由能力较弱的材料制成。为此原因，保护盘柱不受热气流的高温的直接影响是重要的。因此，涡轮的轮叶和相邻的叶片元件设置有平台，所述平台轴向结合，以限定圆周边界，因此使径向内安装部分或柄部与热气流隔离。

保护整个转子腔不受高温影响同样是重要的。然而，在膨胀热气的边界靠近转子腔(例如由一级叶轮的盘柱、二级固定喷嘴组件的平台和由二级叶轮的盘柱界定的前腔和后腔)的温度敏感区域处的涡轮的高压部分的级间区域中，这种情况甚至变得更加明显。

根据目前的实践，迷宫式密封件(labyrinth-type seals)通常用于前腔与后腔之间。这种密封件是本领域内众所周知的，并且包括与圆周密封表面邻接的多个圆周齿，所述圆周密封表面由耐高温耐磨材料以例如蜂窝形式制成，从而提供与迷宫齿相接触的密封表面，并且由于蜂窝材料的可变形性，密封表面可变形而不会损坏齿，由此建立在操作条件下所需的最小间隙。例如见美国专利No.5,215,435。由于流过轮空间而绕过(bypassing)固定翼型件的流，因此这种密封件还防止性能损失。

传统的隔板和蜂窝载体设计具有基本恒定的内部直径，由于密封件外侧的流动路径的形状呈锥形，因此所述基本恒定的内部直径需要更多的径向空间以用于封装。此外，由于相对较厚的载体和较大的径向高度使转子上的密封齿与固定喷嘴之间具有较大的径向间隙，因此这种设计还涉及更多的段间泄漏。

备选地，一些设计使用直径均匀的圆柱形、金属片载体，其中蜂窝材料中加工有阶梯部。

此处的问题是这种加工很难不对蜂窝材料造成损坏，并且因此必须使用更昂贵和耗时的方法。

因此，仍然存在对构造更简单的级间密封件的需要，该级间密封件相对于现有设计还提供改进的间隙和密封。

发明内容

因此，在一个示例性而非限制性实施例中，本发明提供一种用于在旋转部件与非旋转部件之间使用的密封件的密封件载体，该密封件载体包括弓形(arcuate)金属片密封件载体体部，该弓形金属片密封件载体体部形成为包括阶梯状、锥形构造，其中一端处的内径大于相对端处的直径，多个阶梯状部段由一端与相对端之间交替的径向部分和轴向部分限定，每个轴向部分都适于承载密封元件；并且其中安装凸缘设置在弓形金属片密封件载体体部的一端处和相对端处。

所述弓形金属片载体体部的外表面设置有围绕所述弓形金属片载体体部沿圆周间隔开的轴向延伸肋，所述轴向延伸肋在所述安装凸缘之间从所述前端向所述后端均匀地逐渐变细。所述轴向延伸肋由沿所述轴向部分中的每一个轴向部分延伸的、分立的肋部分形成。所述金属片载体体部形成有一个或多个加强特征。所述轴向部分形成有不同的轴向长度。所述径向部分形成有不同的径向高度。所述弓形载体体部包括2个到大约70个之间的弓形段，所述弓形段共同构成360度的环形载体体部。

在另一个示例性而非限制性实施例中，本发明提供一种用于在燃气涡轮机的旋转部件与非旋转部件之间使用的环形密封件，该环形密封件包括环形金属片密封件载体体部，该环形金属片密封件载体体部形成为包括阶梯状、锥形构造，其中前端处的直径大于后端处的直径，多个阶梯状部段由在所述前端与所述后端之间交替的径向部分和轴向部分限定，每个轴向部分都承载分立的(discrete)密封元件，并且其中环形金属片密封件载体体部的外表面设置有轴向延伸肋，所述轴向延伸肋围绕环形金属片密封件载体体部沿圆周间隔开。

所述分立的密封元件包括蜂窝密封件。所述轴向延伸肋在所述安装凸缘之间从所述前端向所述后端基本均匀地逐渐变细。所述轴向延伸肋由沿所述轴向部分中的每一个轴向部分延伸的、分立的肋部分形成。所述轴向部分形成有不同的轴向长度。所述径向部分形成有不同的径向高度。所述环形载体体部包括2个到大约70个之间的弓形段，所述弓形段共同构成360度的环形载体体部。