[发明专利]在密封处具有改善的密封效果的涡轮机装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种在密封处具有改善的密封效果的涡轮机装置。

背景技术

在燃气涡轮机发动机中，将热气体从燃烧室输送至涡轮机部，在涡轮机部中定子翼叶被设计成将热的燃烧气体引导至转子叶片上，从而导致转子叶片所连接的转子发生旋转运动。这些定子翼叶和转子叶片的径向向内和向外的翼型、平台、外壳、或者其它部件可以存在从而形成环形流体通道，定子翼叶和转子叶片的翼型延伸进入该环形流体通道中，并且热的燃烧气体被引导经过该环形流体通道。

作为旋转部件的各排的转子叶片、和作为非旋转部件的各排的定子翼叶被交替地布置，在各排的转子叶片与各排的定子翼叶之间可存在间隙。目前研究目标是减小这些间隙的大小和/或将这些间隙密封，使得没有或者很少的主流流体经过这些间隙而丢失。将转子叶片与定子翼叶之间的这些间隙加以密封的结构可称为边缘密封。

专利和专利申请EP1731717A2、EP1731718A2、EP1939397A2、US7,452,182B2、和US2008/0145216A1揭示了不同类型的密封，这些密封将把热主流流体保持在环形流体通道的内部，有可能地热流体不泄漏进入边缘密封空腔并且也有可能冷却流体不经由边缘密封流出而进入主流中。在定子翼叶与转子叶片之间可存在小的间隙，经过该小间隙并且也基于公差、涡轮机部件的热膨胀及有关流体的压力差，主流流体会经过密封泄漏而离开主流流体路径。也有可能的是，第二流体源（可以是用于使转子叶片冷却的空气）会经过密封在相反方向上泄漏进入主流流体路径。这两种类型的流体和/或空气的流入或流出甚至会在相同密封的不同操作模式中发生，或者甚至会在主流流体路径中的不同周向位置发生。

因此，本发明的目的是提供一种改进的涡轮机装置，该涡轮机装置导致在大多数操作模式中有极少的流体经由密封流入和流出主流流体路径，从而导致例如气动损失的减小和涡轮机装置效率的提高。尤其是，本发明的另一个目的是提供一种在操作期间需要较少地对空气进行密封的涡轮机装置。

发明内容

本发明试图解决所述缺点。

该目的是由独立权利要求而实现。从属权利要求描述了本发明的有利特征和修改。

根据本发明，提供一种涡轮机装置，即具体地提供一种包括转子和定子的燃气涡轮机发动机的涡轮机部。转子绕着转子轴线而旋转并且包括径向地向外延伸的多个转子叶片段（被环形段分段），其中“向外”表示相对于转子轴线垂直于转子轴线的远离转子轴线的方向，并且其中“径向地”表示垂直于转子轴线且开始于作为中心轴线的转子轴线的方向。各转子叶片段包括翼型和径向的内叶片平台。“径向的内平台”表示主流体路径的第一边界与第二边界相对，其中在第一边界与第二边界之间引导主流体，并且第一边界将主流体路径限制在转子轴线的方向上。

定子围绕转子从而形成用于加压工作流体（即主流体）的环形流动路径，并且定子包括设置在与多个转子叶片相邻位置的多个引导翼叶段（由环形段所分段），其中多个引导翼叶径向地向内延伸。各引导翼叶段包括翼型和径向的内翼叶平台。定子还包括：同轴地对准转子轴线的柱形定子壁、及被布置在柱形定子壁的外表面中部上的环形定子壁。“中部”具体地表示柱形定子壁不终止于该环形定子壁，而是柱形定子壁在环形定子壁的两个方向上延伸。

所述密封装置包括内翼叶平台的后缘、内叶片平台的前缘、以及第一环形腔和第二环形腔。“前面的”表示部件中首先与工作流体接触的区域（该部件的上游端），“后面的”表示部件中最后与工作流体接触的区域（该部件的下游端）。

根据本发明，第一环形腔至少是由内翼叶平台的后缘、柱形定子壁的第一部、和环形定子壁所限定。第二环形腔至少是由内叶片平台的前缘、柱形定子壁的第二部、和环形定子壁所限定。第一环形腔经由第一环形密封通道与环形流动路径流体连通。利用环形定子壁将第一环形腔与第二环形腔分离，即环形定子壁构成在第一环形腔与第二环形腔之间的分隔壁。第一环形腔经由在环形定子壁的边缘与内叶片平台的前缘（具体地内叶片平台的前缘的径向面朝内表面）之间的第二环形密封通道与第二环形腔流体连通。此外，第二环形腔经由第三环形密封通道与空心的空间流体连通，以便提供密封流体。

这些特征形成流体边缘密封，从而将在径向内翼叶平台与径向内叶片平台之间的环形间隙加以密封。