專利名稱：渦輪葉片天使翼壓縮密封的制作方法
技術領域：
本申請大致涉及燃氣渦輪發動機，以及更具體地說涉及一種具有帶有正弦形狀的 天使翼壓縮密封(angel wing compression seal)的渦輪葉片。
背景技術：
降低通過輪空間的次級冷卻空氣泄漏可增加總的渦輪性能和效率。密封機構應 有效地密封在旋轉部件諸如葉片、輪葉、輪盤以及隔片和固定部件諸如噴嘴、翼片和隔膜之 間。具體地，流過渦輪的熱氣應當被防止"吸入"或泄漏到附接到轉子的旋轉部件以及附接 到渦輪殼的固定部件之間的輪空間內。 輪空間腔可加壓以提供從輪空間到氣路的正流出。天使翼類型密封也可用來通過 限制通過其泄漏可能發生的間隙來降低這個流出。這些密封還產生壓力損失"迷宮/密封 齒"機構以進一步減少輪空間空氣的流出。 天使翼類型設計的缺點是氣路壓力分布可能圓周地變化，尤其在葉片的下游。為 了防止吸入，輪空間壓力應超過在峰壓位置發現的壓力。然而，當前的天使翼構造通常僅提 供始終接近一致的環壓力(a皿ular pressure)。在低氣路壓力位置，諸如旋轉翼型的吸入 側或凹側下游，可能存在更高的壓力梯度，其可驅動輪空間空氣的高流出。這樣的高流出可 使可利用冷卻空氣防止更高壓力區域下游吸入的能力缺乏或減少。 因此希望改進密封機構以便降低通過輪空間的次級冷卻空氣損失。冷卻氣流損失 的減少將改善總的燃氣渦輪性能和效率。
發明內容
因此本申請提供一種用于渦輪葉片的天使翼密封。該天使翼密封可包括具有正弦 形狀的外邊緣的第一翼以及位于其上的多個翼齒。 本申請進一步提供一種減少渦輪葉片冷卻空氣損失的方法。該方法可包括將天使 翼密封定位在葉片周圍，在天使翼密封上提供正弦形狀的外邊緣以及將葉片旋轉使得正弦 形狀的外邊緣產生與葉片產生的壓力分布基本同相的壓力分布。 本申請進一步提供一種用于渦輪葉片的天使翼密封。該天使翼密封可包括具有正
弦形狀的外邊緣的上部翼，定位在上部翼上的多個翼齒，以及由翼齒限定的間隙。 通過閱讀結合若干附圖和權利要求的下列詳細描述，本領域普通技術人員將清楚
本申請的這些和其它特征和改進。
圖1是顯示渦輪的一部分的橫截面的局部示意圖。
圖2是已知渦輪葉片的透視圖。 圖3是如本文介紹的具有天使翼密封的渦輪葉片的透視圖。
圖4是圖3具有天使翼密封的渦輪葉片的俯視平面圖。
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圖5是如本文介紹的具有天使翼密封的渦輪葉片的備選實施例的透視圖。
圖6是圖5具有天使翼密封的渦輪葉片的俯視平面圖。部件列表
10燃氣渦輪100葉片
11轉子105天使翼密封
12轉動輪110上部翼
14隔片120正弦形狀的外邊緣
16螺栓130翼齒
18第一級噴嘴140頂端
20第二級噴嘴150上部根表面
22第一級葉片160間隙
24第二級葉片200葉片
26翼型205天使翼密封
28平臺210上部翼
30柄部220正弦形狀的外邊緣
32柄部槽230翼齒
34蓋板240頂端
36楔形榫250上部根表面
38天使翼密封260間隙
40擋氣件270間隙齒
42箭頭
44輪空間
45天使翼主體
46頂端
48上部翼根表面
50下部翼根表面
52上部密封體表面
54下部密封體表面
56上部天使翼
58下部天使翼
具體實施例方式
現在參考附圖，在若干附圖中相同的標號指的是相同的元件，圖l顯示燃氣渦輪 10的截面。燃氣渦輪10包括轉子ll，轉子11具有軸向間隔的轉動輪12以及通過多個圓 周間隔、軸向延伸的螺栓16將一個與另一個連接的隔片14。渦輪10包括具有噴嘴的各種 級，例如，第一級噴嘴18和第二級噴嘴20，帶有多個圓周間隔的定子輪葉。在噴嘴18、20之 間并且和轉子11 一起旋轉的是多個轉動輪葉，例如，第一級葉片22和第二級葉片24。
參考圖2，各葉片22、24可包括安裝在柄部30的平臺28上的翼型26。柄部30可 具有柄部槽32，其具有整體形成的蓋板34和用于與轉動輪12連接的楔形榫36。葉片22、 24可為整體的鑄件。其它部件和渦輪構造可在這里使用。
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葉片22、24可包括多個軸向凸出的天使翼密封38。天使翼密封38可與成形在相 鄰的噴嘴18、20上的多個擋氣件(lands)40協作，以便限制流過其的熱氣的吸入。熱氣路 徑可由箭頭42指示。天使翼密封38限制流進入輪空間44。 天使翼密封38可包括天使翼主體45，在末端的向上翻轉(upturn)或頂端46，上 部和下部翼根表面48、50，以及上部和下部密封體表面52、54。上部和下部密封體表面52、 54大致可為從根表面48、50延伸到頂端46的線性表面。上部體表面52可為關于轉子11 的旋轉軸線同心的弓形表面。如圖所示，葉片22、24的各側可具有上部天使翼56和下部天 使翼58。可使用天使翼密封38的其它構造和相似結構。 圖3和4顯示如本文介紹具有天使翼密封105的葉片100的實施例。在這個示例 中，天使翼密封105包括既具有正弦形狀的外邊緣120，又具有多個翼齒130的上部翼110。 如圖所示，正弦形狀的外邊緣120從一個葉片IOO連續地流到下一個。正弦形狀的外邊緣 120的幅度和頻率可變化。翼齒130可從頂端140延伸到葉片110的上部根表面150。翼 齒130可進一步沿著頂端140延伸。翼齒130同樣可從一個葉片100連續地流到下一個。 如圖所示，翼齒130可具有彎曲的形狀，并且是間隔開的以便在其之間形成齒間隙160。翼 齒130和齒間隙160的形狀可變化。翼齒130的深度同樣可變化。 外邊緣120的正弦形狀和翼齒130的結合產生與繞葉片100的氣路壓力分布相 符合和相反的反復性的環壓力形式。具體地，由天使翼密封105產生的這個正弦壓力分布 可以與由旋轉葉片IOO產生的壓力分布的頻率同相。這些壓力分布因此可為同步的，以便 提供更一致的總體壓力梯度。這樣一致的壓力梯度能夠導致輪空間冷卻空氣中相當少的泄 漏。而且，平均輪空間壓力可被降低，以便提供較少的驅動冷卻空氣泄漏的流出的壓力梯 度。 具有在其上的翼齒130的獨特形狀的上部翼110給天使翼密封105提供與葉片 100的旋轉方向有關的傾斜角度。具體地，天使翼密封105提供前向的外邊緣120，使得冷卻 空氣的相對速度可降低，而空氣的靜態壓力由于天使翼密封105在空氣上做的功而增加。 天使翼密封105因此可以處理周向的壓力梯度并且，因此，可降低次級冷卻損失。因此可以 獲得總的循環效率改善。天使翼密封105可用于任何類型的渦輪。天使翼密封105可用在 離散的位置，以便阻止局部高氣路壓力的區域，或者天使翼密封105可以更廣地使用。
圖5和6進一步顯示如本文介紹的葉片200的實施例。在這個實施例中，葉片200 可包括相似于上述天使翼密封105的天使翼密封205。在這個示例中，葉片200可包括帶 有具有正弦形狀的相似外邊緣220的上部翼210。上部翼210還包括多個翼齒230。翼齒 230同樣從頂端240延伸到上部根表面250，并且沿著頂端240延伸。翼齒230可形成在其 之間的齒間隙260 。然而，在這個示例中，齒間隙260包括在其之間的間隙齒270 。間隙齒 270從一個翼齒230延伸到下一個。間隙齒270進一步限制通過的冷卻流。可在這里使用 相似設計。 應當清楚上述僅涉及本申請的某些實施例，在不背離由權利要求及其等價物限定 的本發明總體的精神和范圍的情況下，本領域技術人員能夠做出許多改變和修改。
權利要求
一種用于渦輪葉片(100)的天使翼密封(105)，包括第一翼(110)；所述第一翼(110)包括正弦形狀的外邊緣(120)；以及位于所述第一翼(110)上的多個翼齒(130)。
2. 根據權利要求1所述的天使翼密封(105) 翼(110)。
3. 根據權利要求1所述的天使翼密封(105) (140)和根表面(150)。
4. 根據權利要求3所述的天使翼密封(105) 頂端(140)延伸到所述根表面(150)。
5. 根據權利要求4所述的天使翼密封(105) 沿著所述頂端(140)延伸。
6. 根據權利要求1所述的天使翼密封(105) 括由所述多個翼齒(130)限定的間隙(160)。
7. 根據權利要求6所述的天使翼密封(105) 述間隙(160)中的間隙齒(270)。
8. 根據權利要求1所述的天使翼密封(105) 括多個葉片(IOO)，并且其中，所述正弦形狀的外邊緣(120)從第一葉片(100)連續地流到 第二葉片(100)。
9. 根據權利要求1所述的天使翼密封(105)，其特征在于，所述天使翼密封(105)還包 括多個葉片(IOO)，并且其中，所述多個翼齒(130)從第一葉片(100)連續地流到第二葉片 (100)。
10. —種減少渦輪葉片(100)冷卻空氣損失的方法，包括 將天使翼密封(105)定位在所述葉片(100)周圍； 在所述天使翼密封(105)上提供正弦形狀的外邊緣(120);以及使所述葉片(100)旋轉，使得所述正弦形狀的外邊緣(120)產生與所述葉片(100)產 生的壓力分布基本同相的壓力分布。，其特征在于，所述第一翼(110)包括上部 ，其特征在于，所述第一翼(110)包括頂端 ，其特征在于，所述多個翼齒(130)從所述 ，其特征在于，所述多個翼齒(130)進一步 ，其特征在于，所述天使翼密封(105)還包 ，其特征在于，所述間隙(160)包括位于所 ，其特征在于，所述天使翼密封(105)還包
全文摘要
本申請提供一種用于渦輪葉片(100)的天使翼密封(105)。天使翼密封(105)可包括具有正弦形狀的外邊緣(120)的第一翼(110)以及位于其上的多個翼齒(130)。
文檔編號F01D11/02GK101787903SQ20101000476
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月13日 優先權日2009年1月13日
發明者A·C·-P·亞卡拉, C·A·巴爾格林, G·M·伊策爾, R·C·布魯納 申請人:通用電氣公司