專利名稱：渦輪葉片套管密封件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及燃氣渦輪發(fā)動機，尤其涉及其中的渦輪噴嘴。
背景技術(shù)：
在燃氣渦輪發(fā)動機中，空氣在壓縮機中增壓而與燃燒室中的燃料混合，從而產(chǎn)生熱燃氣。一臺高壓渦輪(HPT)從該熱氣體提取能量，以便給該壓縮機提供動力。同時，一臺低壓渦輪(LPT)從該氣體中提取額外的能量，以便給飛機渦輪風扇發(fā)動機用途中的上游的風扇提供動力，或通過一驅(qū)動軸為船舶和工業(yè)用途提供外部動力。
該高壓渦輪包括一個置于燃燒室出口處的第一級渦輪噴嘴，后者首先從其接受熱燃氣，而后燃氣由噴嘴葉片引入一排從轉(zhuǎn)子盤的周邊向外伸出的第一級渦輪轉(zhuǎn)子葉片。這些葉片從燃氣提取能量而轉(zhuǎn)動該轉(zhuǎn)子盤，后者轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動壓縮機的轉(zhuǎn)子葉片。
為了承受這些熱燃氣，高壓渦輪的各種部件通常用能在高溫下保持其強度的超級合金制成。其次，噴嘴葉片和轉(zhuǎn)子葉片通常是空心的，其中設有冷卻回路，壓縮機的一部分增壓空氣通過該冷卻回路而循環(huán)，以便在操作期間冷卻噴嘴葉片和轉(zhuǎn)子葉片。
現(xiàn)有技術(shù)包括數(shù)不清的冷卻回路和細部，專門用于噴嘴的定子葉片和設置在其下游的轉(zhuǎn)子葉片。
但是，在燃燒期間不使用從壓縮機流出的用于冷卻渦輪部件的任何空氣會相應地降低發(fā)動機的效率。發(fā)動機效率直接與操作期間產(chǎn)生的燃氣的溫度有關(guān)，從而利用溫度較高的燃氣來提高發(fā)動機的效率。
現(xiàn)代燃氣渦輪發(fā)動機利用超級合金的噴嘴葉片和轉(zhuǎn)子葉片的強度與其內(nèi)部冷卻來盡可能提高發(fā)動機效率，同時也延長發(fā)動機的使用壽命。但是，發(fā)動機效率的進一步提高受到可用的超級合金和從壓縮機可能實際流出的冷卻空氣量的限制。
因此，進一步提高燃氣渦輪發(fā)動機效率的當前發(fā)展包括選擇使用能夠經(jīng)受比現(xiàn)代超級合金當前經(jīng)受的顯著更高的燃氣溫度的陶瓷部件。一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的陶瓷材料是陶瓷基復合材料(CMC)，其中將碳化硅纖維埋置在碳化硅基體中，以便提高強度和壽命。
但是，陶瓷材料韌度小而需要特殊安裝來防止其中的過大應力，這種過大應力會導致其脆性的失效和相應地縮短使用壽命。
例如，燃氣渦輪發(fā)動機中的陶瓷材料必須結(jié)合同一發(fā)動機的傳統(tǒng)金屬部件一起使用。這些陶瓷部件可以優(yōu)先用于熱燃氣的直接流路中并支承于不會經(jīng)受燃氣的高熱負荷的金屬部件中。
這產(chǎn)生一個重要的設計問題，因為與在發(fā)動機周期的各個部分期間當溫度升降而膨脹和收縮的金屬部件相比，陶瓷材料具有相當?shù)偷臒崤蛎浵禂?shù)。
由于陶瓷材料和支承的金屬部件之間的熱膨脹系數(shù)的顯著不同，在陶瓷材料中能產(chǎn)生導致其縮短壽命的顯著的熱應力。
其次，第一級渦輪噴嘴葉片也經(jīng)受從也必然從葉片帶入其支承部件中的熱燃氣得到的空氣動力學的或壓力的負荷。
因此，希望提供一種帶有裝在金屬部件中的陶瓷葉片而能兼容其間的不同的熱膨脹系數(shù)的渦輪噴嘴。
發(fā)明概述一種套管密封件被做成用于一渦輪噴嘴葉片。該密封件包括一個有一與葉片的翼面輪廓相符合的周邊翼面輪廓的止動器。一個可彎曲的薄片被該止動器圍繞而固定地結(jié)合于其上。一個編織套包圍該薄片而固定地結(jié)合在該止動器上。
附圖簡述按照優(yōu)選的和示范的實施例，本發(fā)明與其其它目的和優(yōu)點一起更具體地描述于下列結(jié)合附圖的詳述中，附圖中

圖1是一種燃氣渦輪發(fā)動機的核心發(fā)動機中的示范的第一級渦輪噴嘴的部分截面示意圖；圖2是圖1中示出的渦輪噴嘴的一部分并沿線2-2截取的平面圖；圖3是圖1和圖2中示出的陶瓷葉片利用一圍繞的套管密封件安裝在一個外金屬帶中的一個示范的陶瓷葉片的部分截面的等比例圖；圖4是安裝在金屬帶中的相應槽內(nèi)的圖3所示套管密封件的一部分的放大的部分截面的等比例圖；
圖5是與安裝在金屬帶中的陶瓷葉片的相應端部隔開的圖2中例示的套管密封件的部分截面等比例圖；圖6是表示圖3-5中例示的套管密封件的各種部件的裝配及其裝入一示范實施例中的相應金屬帶內(nèi)的流程圖。
本發(fā)明詳述圖1中示意地例示燃氣渦輪發(fā)動機(10)的一部分，該部分相對于縱向或軸向中心線軸線(12)是軸對稱的。該發(fā)動機包括一個用于增壓周圍空氣(16)的多級軸向壓縮機(14)。
壓縮機下游設置一個環(huán)形燃燒室(18)，用于裝入從壓縮機來的混有空氣而點燃后產(chǎn)生熱燃氣(20)的增壓空氣。
燃燒室后隨高壓渦輪(HPT)，后者包括一個在發(fā)動機的其位置中圍繞中心線軸線(12)軸對稱地示意示出的環(huán)形第一級渦輪噴嘴(22)，該噴嘴也以等比例圖部分示出。該高壓渦輪也包括一個渦輪轉(zhuǎn)子(24)，該轉(zhuǎn)子有一排從一支承轉(zhuǎn)子盤沿徑向向外伸出的渦輪轉(zhuǎn)子葉片，該轉(zhuǎn)子盤又通過一根軸結(jié)合到壓縮機(14)的若干級轉(zhuǎn)子葉片上。
但是對于渦輪噴嘴(22)，圖1中例示的發(fā)動機可以有任何傳統(tǒng)的構(gòu)型和操作，其中從渦輪轉(zhuǎn)子(24)中的熱燃氣提取能量而用于給壓縮機(14)提供動力。該核心發(fā)動機可用于各種用途，例如包括渦輪風扇飛機發(fā)動機，該發(fā)動機也包括一臺位于核心發(fā)動機下游的低壓渦輪(LPT)，用于從燃氣提取額外能量來給上游的渦輪風扇(未示出)提供動力。在船舶和工業(yè)用途中，該低壓渦輪可用于驅(qū)動一根外軸而例如用于給船舶的驅(qū)動系統(tǒng)或發(fā)電機提供動力。
圖1中例示的渦輪噴嘴(22)包括沿徑向的外帶(26)和內(nèi)帶(28)，每個帶具有多個沿徑向穿過其間延伸的沿周邊隔開的孔(30)。該兩帶有相似的構(gòu)型，用于支承對應的一排空心的噴嘴葉片(32)的對置的徑向端部。
每個葉片(32)是一個分立的部件，最好是陶瓷做的，而支承帶(26，28)最好是金屬做的。陶瓷葉片可以用上述典型的CMC材料制成，而內(nèi)外帶可以用典型的超級合金如鈷基合金制成。
通過在第一級渦輪噴嘴(22)中使用陶瓷葉片(32)，可以進一步提高發(fā)動機中的燃氣(20)的溫度，以便進一步提高發(fā)動機的總效率。陶瓷葉片(32)在此升高溫度下有足夠的強度，從而保證在操作期間有合適的使用壽命。
這些葉片最好是空心的，在其兩端之間有兩個沿徑向延伸的流通通道，通過這些通道可以在操作期間流過一部分增壓的壓縮空氣(16)，以用于其內(nèi)部冷卻。壓縮機流出空氣(16)也可用于以任何方便的方式冷卻外帶(26)和內(nèi)帶(28)。
如上所述，陶瓷葉片(32)的熱膨脹系數(shù)比金屬帶(26，28)的熱膨脹系數(shù)要顯著地低。因此，為了將葉片(32)有效地安裝在支承帶(26，28)中，安裝孔(30)具有與葉片(32)的兩端相匹配的翼面構(gòu)型，而葉片的兩端利用相應的套管密封件(34)安裝在那些孔中，這些密封件將葉片安裝在這些帶上，并將葉片密封在帶上。
更具體地說，多個噴嘴葉片(32)最初制成單個的或分立的陶瓷葉片。當安裝在發(fā)動機中時，內(nèi)外帶做成全環(huán)狀，最好做成單個區(qū)段，如對應于每個葉片的一個區(qū)段。帶區(qū)段可以利用在圖1和圖2中例示的以示范方式通過其間的合適的安裝法蘭和螺栓固定地結(jié)合在一起。
如圖3中最初例示的，每個套管密封件(34)在一近端在一個相應的孔(30)中固定地結(jié)合在每個帶上。密封件的另一端或遠端在兩個與其的密封嚙合中圍繞對應的葉片端部，同時作為其結(jié)構(gòu)安裝件。以此種方式，這些單個的葉片并不是以全金屬渦輪噴嘴的傳統(tǒng)方式固定地或整體地結(jié)合在內(nèi)外帶上，而是相反，這些單個的葉片松散地裝入安裝孔(30)中其徑向?qū)χ脙啥颂幍膬蓚€套管密封件中。
如圖1和圖2中所示，這些單個的葉片完全圍繞其徑向?qū)χ脙啥说闹苓呇b入相應的帶中。這些單個的葉片也可利用安置在外帶外側(cè)和內(nèi)帶內(nèi)側(cè)的止動器如整體的小連接片或法蘭(未示出)來沿徑向裝入帶中，這些小連接片或法蘭部分地疊合葉片的相應端部上的孔(30)。
圖4中更詳細地例示套管密封件(34)的示范構(gòu)型的一部分。每個套管密封件包括一個環(huán)形桿或止動器(36)，后者有一個與如圖2和圖3中例示的葉片(32)的安裝端部的翼面輪廓相符合的周邊翼面輪廓。
圖3和圖4中例示的止動器(36)安裝在圍繞每個孔(30)的內(nèi)表面而形成的相應的凹部或槽(38)中。如圖3中所示，每個葉片(32)有一首先接受從燃燒室來的燃氣的前緣(40)和一沿軸向?qū)χ玫暮缶?42)。
該葉片在徑向區(qū)段中有一空氣動力學輪廓或翼面輪廓，該輪廓從葉片的厚的前緣部分到葉片的薄的后緣部分沿周邊對置的壓力側(cè)(44)和吸入側(cè)(46)的厚度是減小的。在渦輪噴嘴葉片的典型輪廓中，葉片的壓力側(cè)(44)通常是凹形的，而對置的吸入側(cè)(46)通常是凸形的。
因此，套管密封件的止動件(36)有一匹配的或符合一致的翼面輪廓，以緊密地圍繞葉片的安裝端部的周邊。每個密封件還包括一個如圖4中所示的可以彎曲的薄填隙片或薄片(48)，該片被止動器(36)圍繞并固定地結(jié)合于其上。因而，一個編織布的或纖維的套(50)復蓋或包圍薄片(48)，并且也固定地結(jié)合在共同的止動器(36)上。
套管密封件(34)的各種部件最好用金屬如渦輪設計中常見的各種超級合金制成。例如，環(huán)形止動器(36)可以用鉻鎳鐵合金625制成，可彎曲的薄片(48)也可用鉻鎳鐵合金625制成，而編織套可用鈷基超級合金海納斯(Haynes)188制成。
薄片(48)和編織套(50)共同結(jié)合在支承的止動器上并可相當?shù)貜澢?，而止動器是剛性的。該套和薄片對陶瓷葉片的相應端部提供彈性的支承和與其接觸密封的合適襯底。
當安裝在其中安裝和保護套管密封件的對置的內(nèi)外帶之間時，在操作期間，該織編套提供抗磨損性能和對從陶瓷葉片暴露表面上流過的熱燃氣發(fā)生的熱負荷的防熱保護。
圖4中示出套管密封件(34)安裝在外帶(26)的孔(30)中，圖5中則單獨示出密封件(34)。埋置的薄片(48)最好疊合成多層或多片如兩片，它們圍繞或沿剛性的止動器(36)的翼面輪廓而延伸，這對可以彎曲的薄片和套形成相應的形狀界限。該示范的雙層薄片(48)具有大體上平坦的表面，它們從共同的止動器(36)向外徑向地或垂直地沿側(cè)面相互緊靠。
編織套(50)最好是一種單層金屬布，具有以任何合適方式編織成的例如有相對于共同的止動器(36)為對角線取向的金屬纖維或絞線。該編織套(50)包卷兩層薄片(48)的共同遠端，并符合圍繞止動器(36)的整個翼面輪廓的薄片的平面構(gòu)型。
如圖4中最清楚地示出的，兩個薄片層(48)的近端和包圍套(50)通過焊接例如形成沿止動器(36)的周邊延伸的焊接卷邊(52)而共同結(jié)合在止動器(36)上。該剛性的止動器(36)轉(zhuǎn)而通過釬焊例如形成沿止動器周邊的連續(xù)釬焊結(jié)合部(54)而合適地固定地結(jié)合在支承帶上。
以這種方式，單個套管密封件(34)通過圍繞安裝孔(30)周邊的相應槽(38)中的剛性止動器(36)而固定地結(jié)合。薄片(48)和套(50)的近端剛性地結(jié)合在該止動器上，而其對置的遠端或尖端垂直地或沿徑向延伸在孔(30)內(nèi)，從而提供可以彎曲的支承和與圍繞陶瓷葉片的整個周邊的陶瓷葉片的相應端部的密封。
圖2例示利用安裝在帶中的圍繞的套管密封件(34)的陶瓷葉片(32)的對置端部的全周邊安裝。在操作期間，熱燃氣(20)沿軸向流過在相鄰的葉片之間沿周邊限定的會聚的噴嘴通道，從而合適地引向下游的轉(zhuǎn)子葉片(未示出)。因此，在操作期間，單個葉片受到熱燃氣的升高的溫度和壓力。
如上所示，燃氣的溫度導致陶瓷葉片和金屬帶以對應于其不同的熱膨脹系數(shù)的不同比例而膨脹和收縮。其次，跨過噴嘴葉片的燃氣的顯著的壓力降產(chǎn)生其上的空氣動力學負荷，該負荷必須通過套管密封件(34)而被支承在內(nèi)外帶中。
因為單個葉片是松散的而非整體地安裝在相應的帶中，所以它們受到在葉片和安裝孔(30)之間形成的小的周圍余隙內(nèi)的各種搖動、滾動和滑動。其次，葉片本身、安裝孔(30)和套管密封件(34)的制造容差相應地影響相應的圍繞的安裝孔中的葉片端部的特定位置。
因此，套管密封件(34)的翼面構(gòu)型與其薄片(48)和套(50)的可彎曲性可以用于有利于容納葉片端部在安裝孔(30)中的各種局部運動(參見圖3中的移動軸X、Y)，在操作期間，這些局部運動沿套管密封件本身的壓力側(cè)和吸入側(cè)兩面以及在其相應的前后緣之間而變化。
如圖4和圖5中所示，薄片層(48)最好沿其對應于裝入發(fā)動機的葉片的徑向軸線的局部軸線開槽。每層薄片包括多個從其在止動器(36)處的近端延伸到其遠端的橫向槽(56)，以增大其可彎曲度。以這種方式，該薄片層可以由各單個懸臂式指形件形成，它們更好地符合支承葉片的圍繞其整個周邊包括對置的前后緣與壓力側(cè)和吸入側(cè)的翼面構(gòu)型。
在該優(yōu)選實施例中，每個雙層薄片(48)中的槽(56)最好圍繞其雙層之間的套管密封件的周邊沿縱向或周邊偏移，以便通過減小由這些槽本身引入的任何泄漏而改變密封。
圖3和圖4例示安裝在相應的支承帶中的套管密封件(34)。在操作期間，增壓空氣(16)通過外帶中的孔(30)的外側(cè)端部適當?shù)貜膲嚎s機通出，并相應地通過內(nèi)帶中的孔的內(nèi)側(cè)端部，而與圖4中的構(gòu)型比較，相應的套管密封件安裝在上側(cè)往下。
如圖3和圖4中所示，增壓空氣(16)作用在單個套管密封件的整個外表面積上，而在其套和薄片上作用一個向內(nèi)引導的壓力P，該壓力驅(qū)使套管密封年與安裝在其中的各葉片進一步密封嚙合。因此，每個密封件的薄片和套可以按要求從支承止動器(36)偏移，以保持與葉片接觸密封的線，而不管葉片在相應的安裝孔(30)中的相對的X、Y移動。
在圖5中示出的優(yōu)選實施例中，止動器(36)、薄片層(48)和套(50)是圍繞單個套管密封件的周邊而切斷的，以便于制造，而當裝入圖1中所示的環(huán)形帶中時更符合套管密封件的三維構(gòu)型和取向。
例如，圖5中例示的套管密封件包括三個沿密封件的壓力側(cè)被相應的斷開線(58)斷開的區(qū)段。同時，每個套管密封件最好還包括四個沿其吸入側(cè)的區(qū)段，它們也包卷通過壓力側(cè)開端的前緣。
圖5中示出的七個區(qū)段可以分開制造，以便更好地符合葉片的在其前后緣之間的輪廓的顯著變化。然后這七個區(qū)段可以合適地裝配到一起，以便不僅符合單個葉片本身的周邊翼面輪廓，而且還符合將它們安裝于其中的內(nèi)外帶的圓筒形輪廓，如圖1中所示。
圖4和圖5中例示的止動器(36)最好是一根與葉片端部的翼面輪廓符合的剛性桿或棒，并可在傳統(tǒng)的多軸數(shù)控機床中適當?shù)丶庸?。薄片?48)最好是可以彎曲的金屬薄片，它們可以被常規(guī)地加工成形而額外地包括在大多數(shù)部分中通過而延伸的槽(56)。
套管密封件的初始的平坦金屬片區(qū)段是與包套(50)一起焊接在剛性的止動器(36)上的，這些區(qū)段而后使金屬薄片層和編織套符合成所要的翼面輪廓。
圖5中例示的套管密封件(34)的不同區(qū)段可以專門做成局部地匹配支承葉片的相應區(qū)段，從其有一較大的寬度并帶有大直徑曲率的前緣直到在其后端有一小直徑曲率或半徑的較薄的后緣。該套管密封件的壓力側(cè)基本上為凹形，有三個對其符合的區(qū)段。而且，該套管密封件的吸入側(cè)基本上為凸形，有三個對其符合的主要區(qū)段，而第四個區(qū)段當其包卷套管密封件的前緣部分時向外凸出。
該構(gòu)型的一個特別的優(yōu)點是多區(qū)段套管密封件在相應的帶如圖2中例示的外帶中的裝配。該外帶以及類似的內(nèi)帶包括在每個葉片的前后緣處分開該帶的軸向斷開線(60)和延伸在其間的安裝孔(30)。因此每個帶區(qū)段包括一個安裝孔的壓力側(cè)部分和一個鄰接安裝孔的吸入側(cè)部分。
一個套管密封件的三個區(qū)段可以方便地安裝在一個半孔中的支承槽中，而下一套管密封件的四個區(qū)段可以方便地安裝在該帶區(qū)段的下一個半孔中。然后整個裝配件可以置于真空爐中，以便在爐中方便地釬焊密封件各區(qū)段。
然后這樣釬焊的帶區(qū)段可以隨后結(jié)合在一起而完成這些帶的環(huán)形連續(xù)性并在其間裝入相應的陶瓷葉片。
在圖2和圖5所示的優(yōu)選實施例中，外帶(26)的軸向斷開線(60)在靠近其前緣的套管密封件的壓力側(cè)上與第一區(qū)段斷開經(jīng)(58)符合，而在后緣處與結(jié)合該套管密封件的壓力側(cè)和吸入側(cè)的最后斷開線(58)符合。
在圖5所示的優(yōu)選實施例中，分區(qū)段的止動器(36)包括七個區(qū)段，這些區(qū)段具有圍繞其周邊而相互緊靠的端部部分或區(qū)間。同樣，編織套(50)包括七個區(qū)段，這些區(qū)段也有圍繞其周邊而相互緊靠的端部部分或區(qū)間。而且，兩個薄片層(48)每個包括七個區(qū)段，這些區(qū)段具有圍繞該密封件的周邊而相互緊靠的端部部分或區(qū)間。
在該套管密封件的這種構(gòu)造中，這七個區(qū)段可以分開制造，以便局部地符合被支承的葉片的相應部分，并在各帶的安裝槽(38)中簡單地緊靠在一起，如圖3和圖4中所示。最好是，分區(qū)段的薄片層(48)圍繞套管密封件的周邊互相疊合，從而形成內(nèi)部密封結(jié)合部。
圖5中示出，一個薄片層(48)有一從另一薄片層的相應區(qū)段向外伸出的舌形件或連接片(62)、套(50)和止動器(36)，以便與下一鄰接的密封件區(qū)段中的一個槽匹配，該下一鄰接的密封件區(qū)段中相應的薄片層是在該區(qū)段中偏移的。圖5中例示的連接片(62)設置在該薄片層的整個平直部分上面，并在靠近其近端處終止，如圖4中所示，該近端彎曲，以便附接在止動器(36)上。
疊合的薄片層的舌形件和槽結(jié)合部可以設置在圖5中例示的七個套管密封件區(qū)段中的任何一個或多個上。這些結(jié)合部改進這些區(qū)段的局部密封并在結(jié)構(gòu)上使薄片層和編織套相互連接。如果需要，在與帶的軸向斷開線(60)對應的套管密封件的兩個斷開線(58)處，凸出的連接片(62)可以省去，如圖2中所示。
圖4中例示的止動器(36)最好包括一個有一槽的外側(cè)表面，槽中可方便地裝入釬焊材料，以便在制造期間用爐子將套管密封件區(qū)段釬焊到帶的區(qū)段中。止動器(36)的內(nèi)側(cè)表面包括一個沿該套管密封件的周邊伸出的拱形或半圓形轉(zhuǎn)軸卷邊(64)，它也在相應的斷開線(58)處分區(qū)段。止動器(36)也包括一個與卷邊(64)沿側(cè)面隔開的平臺(66)，它們共同地有一大體上P形的構(gòu)型。
兩個薄片層(48)和包套(50)在其近端處焊接在平臺(66)上。該薄片層和包套的近端包括一個大體上90度的彎曲，該彎曲允許該薄片層和包套的其余部分以懸臂方式延伸在卷邊(64)上或與其疊合。因此卷邊(64)對于延伸于其上的薄片層和包套形成一轉(zhuǎn)軸。
薄片層(48)和圍繞的包套(50)具有與卷邊(64)適當?shù)馗糸_的共同的尖端或遠端，并可充分地彎曲，以便在操作期間容納圍繞該卷邊的偏移。
如上所述，在操作期間由增壓空氣(16)施加的壓力P驅(qū)動該薄片層和周圍的包套的尖端而與圍繞其周邊的葉片密封接觸。然而，在渦輪噴嘴操作期間產(chǎn)生的溫度和壓力負荷下，該葉片受到與內(nèi)外帶的差別移動。葉片可能在空間中相對于內(nèi)外帶搖動或滾動，而相應的套管密封件包括足夠的可彎曲度，以容納葉片的該相對運動而仍然保持其有效的支承和密封。
在圖4中，增壓空氣16的壓力P傾向于順時針轉(zhuǎn)動薄片層和包套，而葉片和帶之間的差別移動可能傾向于與其相反的反時針轉(zhuǎn)動薄片層和包套。在這種情況下，當在操作期間圍繞其驅(qū)動時，薄片層和包套可能圍繞轉(zhuǎn)軸卷邊(64)而彎曲。轉(zhuǎn)軸卷邊(64)將薄片層和包套中的應力減至最小，并保持焊接結(jié)合部或卷邊(52)的整體性，以保證該套管密封件的長期使用壽命。
圖6示意地例示在一優(yōu)選實施例中該套管密封件的各區(qū)段的裝配。每個區(qū)段的兩個薄片層(48)可以裝配在一起并包圍在其周圍的編織套(50)中。然后將薄片層和編織套的近端安置成與止動器區(qū)段(36)緊靠并合適地焊接于其上。
然后可以將這樣預裝配的套管區(qū)段緊靠結(jié)合在一起，使一個區(qū)段的連接片插入相鄰區(qū)段的對應槽中，并一起裝配在帶(26，28)的安裝槽(38)中。然后如上所述地將止動器區(qū)段(36)合適地釬焊在其安裝槽(38)中。最后的裝配包括將單個葉片裝入每個套管密封件的兩半個之間并將各個帶區(qū)段結(jié)合在一起而形成完全的360度的噴嘴組件。
上面公開的套管密封件能夠?qū)D1-3中例示的陶瓷葉片(32)裝入內(nèi)外兩帶(26，28)的支承金屬帶區(qū)段中。葉片(32)仍然是通過相應的套管密封件(34)而裝入兩帶的相應安裝孔(30)的分立的或單個的部件，與傳統(tǒng)的渦輪噴嘴中的金屬帶中的典型金屬葉片的單一構(gòu)型完全不同。
套管密封件(34)完全包圍陶瓷葉片的支承端部，并在其周圍形成有效的密封，從而將燃氣包含在葉片之間的噴嘴通道中，同時將通過套管密封件的增壓空氣的任何泄漏減到最小。
該套管密封件對陶瓷葉片提供彈性的支承，并容納由于燃氣的壓力負荷而產(chǎn)生的在葉片和帶之間的各種差別移動與由于通過典型的發(fā)動機周期的各部分的燃氣的操作溫度而產(chǎn)生的在葉片和帶之間的差別的膨脹和收縮。
將套管密封件分區(qū)段允許將單個區(qū)段局部地制作到被支承葉片的不同局部輪廓，并允許使用原先平坦的板金屬薄片層和編織纖維套(50)，當固定地結(jié)合到支承止動器(36)的翼面輪廓上時，這些薄片層和編織套(50)與葉片的翼面輪廓符合一致。
單個套管密封件(34)的分區(qū)段的構(gòu)造還允許匹配環(huán)形內(nèi)外帶的圓筒形輪廓，其中存在安裝孔(30)并用互補的套管密封件(34)密封。
雖然此處已描述了本發(fā)明的被認為是優(yōu)選的和示范的實施例，但該技術(shù)的專業(yè)人員顯然能從此處的說明而進行本發(fā)明的其它修改，因此，希望保證在附屬的權(quán)利要求書中包括所有落入本發(fā)明范圍和精神實質(zhì)中的此類修改。
因此，希望由美國專利保護的是在下列權(quán)利要求書中限定的和有區(qū)別的本發(fā)明。
部件清單10 燃氣輪機發(fā)動機12 中心線軸線14 軸向壓縮機16 周圍空氣18 環(huán)形燃燒器20 燃氣22 高壓渦輪噴嘴24 渦輪轉(zhuǎn)子26 外帶28 內(nèi)帶30 孔32 噴嘴葉片34 套管密封件36 止動器38 槽40 前緣42 后緣44 壓力側(cè)46 吸入側(cè)48 薄片50 編織套52 焊接卷邊54 釬焊結(jié)合部56 橫向槽58 斷開線60 軸向斷開線62 連接片64 轉(zhuǎn)軸卷邊66 平臺
權(quán)利要求
1.一種渦輪葉片(32)的套管密封件(34)，包括一個剛性的環(huán)形保持器(36)，有一與所述葉片(32)的翼面輪廓符合的周邊翼面輪廓；可以彎曲的板金屬薄片層(48)，疊合在所述止動器(36)的所述翼面輪廓的周圍并固定地結(jié)合于其上；以及一個編織套(50)，包圍所述薄片層(48)和固定地結(jié)合在所述止動器(36)上。
2.一種按照權(quán)利要求1的密封件，其特征在于，所述止動器(36)包括一個沿其所述周邊延伸的與一平臺(66)側(cè)向隔開的拱形卷邊(64)，而將所述薄片層(48)和包套(50)焊接在所述平臺(66)上并彎曲而重疊于所述卷邊。
3.一種按照權(quán)利要求2的密封件，其特征在于，所述包套(50)包卷所述薄片層(48)并與其符合而圍繞所述止動器(36)的所述翼面輪廓，而且利用所述薄片層的近端共同地結(jié)合到所述止動器上。
4.一種按照權(quán)利要求3的密封件，其特征在于，所述薄片層(48)包括一些用于增加其可彎曲度的槽(56)，而所述這些槽在所述薄片層之間偏移。
5.一種按照權(quán)利要求4的密封件，其特征在于，所述止動件(36)、薄片層(48)和包套(50)是圍繞其周邊而分區(qū)段的，而所述分區(qū)段的薄片層(48)圍繞所述周邊而彼此重疊。
6.一種按照權(quán)利要求5的密封件，其特征在于所述分區(qū)段的止動器(36)包括圍繞所述周邊而彼此緊靠的部分；所述分區(qū)段的包套(50)包括圍繞所述周邊而彼此緊靠的部分；以及所述分區(qū)段的薄片層(48)包括圍繞所述周邊而彼此緊靠的部分。
7.一種渦輪噴嘴(22)，包括沿徑向的外帶(26)和內(nèi)帶(28)，有多個沿徑向而穿過其間的沿周邊隔開的孔(30)；多個陶瓷噴嘴葉片(32)，每個葉片有穿過所述帶中的所述孔(30)的對置的端部；多個在一端固定地結(jié)合到所述孔(30)的相應孔中的所述帶(26，28)上的套管密封件(34)，具有與其密封嚙合地圍繞所述葉片端部的對置的尖端端部；以及每個所述套管密封件(34)包括一個剛性的環(huán)形止動器(36)，具有一個與所述葉片(32)的翼面輪廓符合的周邊翼面輪廓；可以彎曲的金屬薄片層(48)，圍繞所述止動器(36)的所述翼面輪廓而疊合，并固定地結(jié)合于其上；以及一個編織包套(50)，包圍所述薄片層(48)并固定地結(jié)合在所述止動器(36)上。
8.一種按照權(quán)利要求7的噴嘴，其特征在于，所述止動器(36)包括一個沿其所述周邊延伸而沿側(cè)向與平臺(66)隔開的拱形卷邊(64)，而將所述薄片層(48)和包套(50)焊接在所述平臺(66)上并彎曲而重疊于所述卷邊。
9.一種按照權(quán)利要求8的噴嘴，其特征在于，所述薄片層(48)包括一些槽(56)，用于增加其可彎曲度，所述這些槽在所述薄片層之間偏移。
10.一種按照權(quán)利要求9的噴嘴，其特征在于，所述止動器(36)、薄片層(48)和包套(50)是圍繞其周邊分區(qū)段的，而所述分區(qū)段的薄片層(48)圍繞所述周邊而相互重疊。
全文摘要
一種套管密封件(34)做成用于渦輪噴嘴葉片(32)。該密封件(34)包括一個止動器(36)，該止動器有一與葉片(32)的翼面輪廓符合的周邊翼面輪廓。一個可彎曲的薄片(48)被止動器(36)圍繞并固定地結(jié)合于其上面。一個編織套(50)包圍薄片(48)而固定地結(jié)合在止動器(36)上。在一示范的實施例中，套管密封件(34)圍繞安裝在金屬支承帶(26，28)中的陶瓷渦輪葉片(32)的一端。
文檔編號F01D11/00GK1712674SQ200510078668
公開日2005年12月28日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月23日
發(fā)明者T·A·威爾斯, M·E·露伊, D·E·布曼, N·布哈特 申請人:通用電氣公司