减少燃气涡轮发动机内密封件的摩擦方法和装置.pdf

一种燃气涡轮发动机(10)的密封组件包括第一级圆盘(30)、第二级圆盘(32)，一个圆盘座圈(53)和在该第一和第二级圆盘之间延伸的一个中间级密封组件(50)。该中间级密封组件包括一个从一个辐板部分(58)沿径向向外延伸的径向外壳(54)。该外壳包括一个上游臂(60)，和从该外壳向外延伸的一个下游臂(62)，在该外壳上游臂和该第一级圆盘之间的圆盘座圈和与该第二级圆盘连接的下游臂。

1.  一种包括第一级圆盘(30)和第二级圆盘(32)的燃气涡轮发动机(10)的密封组件，所述密封组件包括：
一个圆盘座圈(53)；和
在该第一和第二级圆盘之间延伸的一个中间级密封组件(50)，所述中间级密封组件包括从一个辐板部分(58)沿径向向外延伸的一个径向外壳(54)，所述外壳包括一个上游臂(60)和一个从所述外壳向外延伸的下游臂(62)，还包括在所述外壳上游臂和该第一级圆盘之间的所述圆盘座圈所述下游臂与所述第二级圆盘连接。

2.  如权利要求1所述的密封组件，其特征为，所述圆盘座圈(53)由自所述中间级密封组件(50)产生的轴向负荷固定就位。

3.  如权利要求1所述的密封组件，其特征为，所述上游和下游臂(60和62)中的每一个臂从所述外壳(54)以悬垂轮廓呈弧形延伸。

4.  如权利要求3所述的密封组件，其特征为，当所述密封组件(50)连接在该第一和第二级圆盘(30和32)之间时，所述外壳(54)处于受压状态。

5.  如权利要求1所述的密封组件，其特征为，所述上游臂(60)以压配合与所述圆盘座圈(53)连接，所述下游臂(62)以压配合与该第二级圆盘(32)连接。

6.  如权利要求1所述的密封组件，其特征为，所述密封组件(50)有利于延长该涡轮发动机的使用寿命。

7.  一种包括一个转子组件(18)的燃气涡轮发动机(10)，该转子组件包括第一级圆盘(30)，第二级圆盘(32)和在它们之间延伸的一个密封组件；所述密封组件包括一个圆盘座圈(53)和一个中间级密封组件(50)；所述中间级密封组件包括一个径向外壳(54)和一个辐板部分(58)；所述外壳从所述辐板部分沿径向向外延伸，并包括一个上游臂(60)和一个下游臂(62)；所述圆盘座圈连接在所述外壳上游臂和所述第一级圆盘之间，所述下游臂与所述第二级圆盘连接。

8.  如权利要求7所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，所述密封组件圆盘座圈(53)连接在所述第一级圆盘(30)和所述中间级密封组件(50)之间。

9.  如权利要求8所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，所述密封组件圆盘座圈(53)，利用由自所述中间级密封(50)产生的轴向负荷固定就位。

10.  如权利要求8所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，所述中间级密封组件上游臂和下游臂(60和62)中的至少一个臂从所述外壳(54)以悬浮轮廓呈弧形延伸。

减少燃气涡轮发动机内密封件 的摩擦方法和装置
技术领域
本发明总的涉及燃气涡轮发动机，尤其涉及燃气涡轮发动机转子组件上使用的密封组件。
背景技术
至少一些已知的燃气涡轮发动机包括一个核心发动机。该发动机按串联流动配置关系，具有一个风扇组件和压缩进入该发动机的气流的一个高压压缩机。燃烧室中，燃料和空气混合物点火，然后再通向低压和高压涡轮。该低压和高压涡轮中的每一个涡轮包括多个转子叶片，它们从离开该燃烧室的气流中提取回转能量。该高压压缩机通过一根轴与该高压涡轮连接。
至少一些已知的高压涡轮包括第一级圆盘和通过螺钉连接与该第一级圆盘连接的第二级圆盘。更具体地说，转子轴在多级压缩机的最后一级和涡轮的第一级圆盘的辐板部分之间延伸。该第一和第二级涡轮圆盘被与该第一级圆盘的前表面连接的前面板，和与该第二级圆盘辐板的后表面连接的后部密封隔开。一个中间级密封组件在该第一和第二级圆盘之间延伸，以便于密封围绕着第二级涡轮喷咀的流动。
至少一些已知的中间级密封组件包括一个中间级密封和一个单独的叶片座圈。该中间级密封利用多个螺钉与该第一和第二级圆盘连接。该叶片座圈包括一个裂开的园环，它与从该涡轮级圆盘延伸的一个轴对称的吊钩组件连接。然而，因为该密封组件复杂，这种中间级密封组件可能难以装配。为了减少装配时间和这种密封组件的成本，其它已知的中间级密封组件包括一个整体作出的中间级密封和叶片座圈。更具体地说，这种密封组件利用径向和轴向公盈将扭矩从该级的二个圆盘传递至该级的一个圆盘。然而，因为这种密封组件利用径向和轴向的压配合连接在该涡轮级圆盘之间，因此，这种密封组件容易受到从一个或二个涡轮级圆盘产生的低周波，疲劳(LCF)的影响。
发明概述
按照本发明的一个方面，提供了装配燃气涡轮发动机转子组件的一个密封组件的方法。该方法包括使一个圆盘座圈与第一级圆盘连接和连接一个中间级密封组件。该中间级密封组件包括在该转子组件内的一个外壳，使从该外壳延伸的一个下游臂与第二级圆盘接合，同时，从该外壳延伸的一个上游臂与该圆盘座圈接合。
按照本发明的另一个方面，提供了一种包括第一级圆盘和第二级圆盘的燃气涡轮发动机的密封组件。该密封组件包括：一个圆盘座圈；和在该第一和第二级圆盘之间延伸的一个中间级密封组件。该中间级密封组件包括从一个辐板部分沿径向向外延伸的一个径向外壳；该外壳包括一个上游臂和一个从该外壳向外延伸的下游臂；还包括在该外壳上游臂和该第一级圆盘之间的该圆盘座圈与该第二级圆盘连接的该下游臂。
按照本发明的又一个方面，提供了一种包括一个转子组件的燃气涡轮发动机。该转子组件包括第一级圆盘，第二级圆盘和在它们之间延伸的一个密封组件。该密封组件包括一个圆盘座圈和一个中间级密封组件。该中间级密封组件包括一个径向外壳和一个辐板部分。该外壳从所述辐板部分沿径向向外延伸，并包括一个上游臂和一个下游臂。该圆盘座圈连接在所述外壳上游臂和所述第一级圆盘之间。该下游臂与该第二级圆盘连接。
图1为燃气涡轮发动机的示意图；和
图2为图1所示的燃气涡轮发动机的一部分的放大的部分横截面图。
图1为燃气涡轮发动机10的示意图，它包括一个低压压缩机12，一个高压压缩机14和一个燃烧室16。发动机10还包括一个高压涡轮18和一个低压涡轮20。压缩机12和涡轮20用第一根轴24连接，压缩机14和涡轮18用第二根轴26连接。在一个实施例中，该燃气涡轮发动机为通用Ohio州Cincinnati城的电气公司销售的GE90。
在工作中，空气流过低压压缩机12，和压缩空气从低压压缩机12送至高压压缩机14。高度压缩的空气输送至该燃烧室16。从燃烧室16出来的气流，在从该燃气涡轮发动机10排出之前、驱动涡轮18和20。
图2为该燃气涡轮发动机10的一部分的放大的部分横截面图。具体地说，图2表示高压涡轮18的放大的部分横截面图。该高压涡轮18分别包括第一和第二级圆盘30和32。每一级的圆盘30和32包括一个相应的从一个孔(没有示出)沿径向向外延伸至相应的叶片榫槽38和48的辐板部分34和36。
一个中间级密封组件50沿轴向在涡轮级圆盘30和32之间延伸。更具体地说，该密封组件50包括一个中间级密封件52和一个圆盘或叶片座圈53。中间级密封件52包括一个外壳54和一个具有一个辐板部分58和一个孔(没有示出)的中心圆盘56。该壳54基本上为园柱形，并包括一个上游或前臂60和一个下游或后臂62。
每一个臂60和62为弧形，并在轴向方向延伸，其形状为向内的凸形。更具体地说，每一个臂60和62以悬垂曲线形式，从该外壳54的中间部分80延伸至每一个相应的圆盘30和32。该中间部分80包括多个密封齿82，该密封齿5和第二级喷咀组件88的径向内侧86连接的一个密封件84接触。
在每一个臂60和62地上游端94和下游端96分别整体地作出法兰96和92。法兰90和92可使该中间级密封件52分别在该第一和第二级圆盘30和32之间连接。更具体地说，后法兰92可使该中间级密封臂62以压配合，而不是使用紧固件与该第二级圆盘32连接。另外，如下面更详细地所述那样，前法兰90可使该中间级密封臂60以压配合，而不是使用紧固件与该第一级圆盘30连接。
圆盘座圈53沿着第一级圆盘榫槽38的下游侧100延伸，将该第一级转子叶片102保持在该榫槽38内。更具体地说，该座圈53具有一个径向外端110，一个径向内端112和一个在它们之间延伸的体114。该径向内端112基本上与该体114的上游垂直延伸，使得在该体114和径向内端112之间形成一个弯头116。该弯头116便于将该圆盘座圈53保持在相对于该第一级圆盘30的恰当位置上，还便于不用螺钉连接，使该圆盘座圈53与该中间级密封件52连接。
该圆盘座圈53以径向压配合与该第一级圆盘30连接。具体地说，该圆盘座圈53利用该中间级密封件60保持在相对于该第一级圆盘30和该中间级密封组件50的位置，使该圆盘座圈弯头116被置在中间级密封臂法兰90内，更具体地说，如下所述，因为该中间级密封组件50与该圆盘座圈53连接，该中间级密封组件50为该圆盘座圈53定向，使该座圈53基本上相对于该第一级圆盘30处于中心。另外，在该圆盘座圈53和中间级密封件52之间的径向压配合便于使该密封件52相对于涡轮18处在中心。
在装配过程中，首先将该圆盘座圈53插入转子组件18内的位置，使该圆盘座圈53与该第一级圆盘30接合。然后，在轴向挤压或压缩该中间级密封件52，并在该转子组件18内连接，使该中间级密封件臂60以径向压配合与该圆盘座圈53连接，和使该密封件臂62以压配合与该第二级圆盘32连接。因此，当装配时，由于该密封件52受压缩，该密封件52(更具体地是该臂60和62的悬垂的弯曲部分)使轴向负荷作用在该圆盘座圈53上。该轴向负荷便于将该圆盘座圈53保持在相对于第一级圆盘30和中间级密封组件50的位置上。另外，该圆盘座圈53和第一级圆盘30之间的径向压配合，和该圆盘座圈53和中间级密封件52之间的径向压配合，便于使该圆盘座圈53相对于该第一级圆盘30和该中间级密封组件50对中。
上述中间级密封组件成本低，很可靠。该中间级密封组件包括一个中间级密封件和一个分开的圆盘座圈。该圆盘座圈以压配合，通过该中间级密封件与该第一级圆盘配合。该中间级密封件以压配合与该圆盘座圈和该转子组件连接。因此，因为不需要紧固件在该转子组件内连接该中间级密封组件，因此装配时间可减少。另外，该中间级密封件和该圆盘座圈之间的压配合可增加该中间级密封组件的低周波疲劳寿命，同时可使在涡轮级圆盘之间产生的有差别的扭矩，依靠摩擦通过该中间级密封组件传递。结果，该中间级密封组件可以成本低和可靠的方式延长该涡轮转子组件的使用寿命。
以上详细地说明了转子组件的示例性实施例。该转子组件不是仅限于这里所述的具体实施例，而是每一个组件的零件可与所述的其他零件独立地和单独地使用。例如，每一个中间级密封组件零件可以与其他中间级密封组件零件和其他转子组件结合使用。
虽然就各种具体的实施例说明了本发明，但业内人士明白，在本权利要求书的精神和范围内可对本发明进行修改。
10-燃气涡轮发动机
12-低压压缩机
14-高压压缩机
16-燃烧室
18-高压涡轮
20-低压涡轮
24-第一根轴
26-第二根轴，
30-第一级圆盘，
32-第二级圆盘，
34-辐板部分
36-辐板部分
38-叶片榫槽，
46-叶片榫槽
50-中间级密封组件
52-密封件
53-圆盘或叶片座圈，
54-外壳
56 中心圆盘，
58-辐板部分
60-上游或前臂，
62-下游或后臂
80-中间部分，
82-密封齿
84-密封件，
86-近端
88-喷咀组件
90-法兰
92-法兰
94-上游端
96-下游端
100-下游侧
102-第一极转子叶片，
110-外端
112-内端
114-体
116-弯头