[发明专利]涡轮发动机密封件及其磨损度的修改

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮机，并且更具体地，涉及涡轮发动机密封件。

背景技术

旋转迷宫式密封件具有广泛的用途并且一个这种用途是实现燃气涡轮发动机中的不同压力下的增压室之间的密封作用。这种密封件大体包括两种主要元件，即，旋转密封件以及固定密封件或罩。在与发动机的轴向长度平行的横截面上，旋转密封件常常具有多行薄齿状突出部，所述多行薄齿状突出部朝向固定密封件或罩从相对较厚的基部沿径向延伸。固定密封件或罩通常由薄蜂窝带状构造形成。这些主要元件大体围绕发动机的轴向长度沿周向定位并且定位成其间具有小的径向间隙，以允许组装旋转部件和固定部件。迷宫式密封装置的目的在于使主要气体路径外的气体路径泄漏最小化，并且隔离处于不同的温度和压力下的不同级的压缩机。

在很大程度上，发动机效率取决于通过控制气体流以使气体流与主要气体路径中的部件之间的相互作用最大化来使围绕旋转部件的该气体泄漏最小化。涡轮发动机的有效性与冲击旋转构件轮叶的气体直接成比例地发生变化。旋转密封件与固定密封件之间更紧密的公差实现了较高的效率。用于获得这些紧密公差的制造过程是成本极高并且耗时的。

当操作燃气涡轮发动机时，升高的操作温度造成相对的固定密封件和旋转密封件(例如旋转迷宫式密封件中的那些旋转密封件)朝向彼此沿径向方向膨胀。旋转迷宫式密封件沿径向膨胀并且与罩摩擦，从而造成旋转密封件薄突出部与罩之间的摩擦接触。在摩擦期间，存在高热压缩，在摩擦之后获得高残余拉应力。该摩擦接触造成密封齿温度升高超过2,000°F，从而可能导致对一个或两个密封构件同时造成损坏。例如，旋转尖端可能开裂和折断，从而显著损害密封效率和发动机的操作。

罩的薄蜂窝带状构造用于降低密封齿在其上摩擦的表面区域，同时降低结构的重量，且有助于使转移至旋转密封件的热最小化，同时也提供所需的强度。此外，旋转迷宫式密封齿尖端构造成能够薄，以便与支承基部或壳结构热隔离。然而，由于发动机启动期间和发动机偏移期间的深入摩擦(甚至进入蜂窝部中)而造成的过多的热能够对旋转刀刃密封件造成损坏，从而不利地影响耐久性和发动机效率，并且提供用于气体流的泄漏路径。此外，可能发生同样使密封件特性降级的材料转移。切割成甚至低密度蜂窝单元仍然能够对旋转密封齿造成损坏，从而导致过早的部分撤回。

尽管已经在改进密封装置的旋转结构方面做出了大量努力，但是仍然对用于旋转迷宫式密封结构的改进设计具有持续的需要，其中包括涉及能够同时提高使用寿命和发动机操作效率的对固定结构的改进。

发明内容

本发明的各个方面以及优点将会在下文的描述中进行部分阐述，或者是通过描述可以显而易见的，或者是可以通过实施本发明而学到。

在一个方面中，本发明公开一种密封件，该密封件包括衬底材料。衬底材料具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一磨损度(abradability)，第二部分具有第二磨损度，第一磨损度与第二磨损度不同。

在另一个方面中，本发明公开一种涡轮发动机密封件。该密封件包括衬底材料的部段。衬底材料的部段具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一磨损度，第二部分具有第二磨损度，第一磨损度与第二磨损度不同。

在又一个方面中，本发明公开一种用于制造密封件的方法。该方法包括由衬底材料形成密封件。该密封件包括第一部分和第二部分，第一部分具有第一磨损度，第二部分具有第二磨损度，第一磨损度与第二磨损度不同。

参照下文的描述以及所附权利要求，本发明的这些和其它的特征、方面以及优点将变得更好理解。结合在本说明书中并且构成本说明书一部分的附图显示了本发明的实施例并且与描述一起用于对本发明的原理进行解释。

附图说明

参照附图，说明书中阐述了面向本领域普通技术人员的本发明的完整公开，这种公开使得本领域普通技术人员能够实现本发明，包括本发明的最佳模式，在附图中：

图1示出了涡轮机压缩机转子和定子的图示；

图2示出了蜂窝状罩的局部截面的图示；

图3示出了压缩机的横截面，其中示出了与蜂窝状罩相邻的迷宫式密封齿；

图4示出了阶梯形迷宫式密封装置的透视图，其中示出了与蜂窝状罩相邻的迷宫式密封件的齿；

图5示出了蜂窝状结构；以及

图6示出了蜂窝状结构和切割表面。

具体实施方式