专利名称：用于密封涡轮中的气体路径的装置和方法
技术领域：
本公开大致涉及用于密封涡轮中的气体路径的装置和方法。
背景技术：
涡轮被广泛使用于多种航空、工业、和发电应用中以做功。每个涡轮大致包括外围地安装的定子静叶(vane)和旋转叶片(blade)的交替级。定子静叶可附连于固定构件，例如包围涡轮的外壳，而且旋转叶片可附连于转子，其沿着涡轮的轴向中心线设置。压缩工作流体，例如蒸汽、燃烧气体、或者空气，沿着气体路径流过涡轮以产生功。定子静叶加速并引导压缩工作流体到随后一级的旋转叶片，以将运动给予旋转叶片，从而旋转转子并且做功。在定子静叶或旋转叶片的周围泄漏或绕过的压缩工作流体降低涡轮的效率。美国专利第4，902，198号描述了用于薄膜式冷却的设备，其包括沿着气体路径周向设置的内部和外部护罩区段(shroud segment)。相邻护罩区段之间的槽道中的条状密封件减少从相邻护罩区段之间的气体路径逸出的压缩工作流体的量。另外，护罩区段中的孔和条状密封件中的间断间隙提供流体通道，其横跨条状密封件并且进入气体路径内。如此，可供应加压流体穿过孔、横跨间隙、并且进入气体路径内以防止从气体路径的泄漏，并且还对条状密封件提供薄膜式冷却。然而，条状密封件中的间隙弱化条状密封件，从而可能导致过早失效、维护增多、和/或外来物质被释放入气体路径内。因此，用于密封涡轮中的气体路径的密封装置和方法中的持续改善是有用的。
发明内容
本发明的方面和优点将在后述描述中阐明，或可从描述而显而易见，或可通过本发明的实践而得知。本发明的一个实施例是一种用于密封涡轮中的气体路径的装置，其包括第一护罩区段和在第一护罩区段的表面中的槽道。阻挡件在槽道内部延伸，并且槽道中的旁通通路提供在阻挡件和槽道之间到涡轮中的气体路径的流体连通。本发明的另一个实施例是一种用于密封涡轮中的气体路径的装置，其包括具有第一槽道的第一护罩区段和与第一护罩区段相邻的第二护罩区段，其中第二护罩区段具有第二槽道。阻挡件从第一槽道内部延伸到第二槽道内部，并且阻挡件具有大致平坦表面，其面向气体路径并与第一和第二槽道中的每一个接触。到涡轮中的气体路径的第一流体通道在阻挡件和第一槽道之间。本发明还可包括一种用于密封涡轮中的气体路径的方法。该方法包括:将阻挡件放置于第一护罩区段中的第一槽道和第二护罩区段中的第二槽道之间，并且使流体在阻挡件和第一槽道之间流动到涡轮中的气体路径，其中流体流动穿过第一槽道中的第一旁通通路。本领域技术人员在阅读本说明书之后将更好地理解这种实施例的特征和方面以及其它。
本发明的完整且能够实施的公开内容，包括对本领域技术人员而言的它的最佳实施方式，在本说明书的剩余部分中更加具体地阐明，该说明书包括参照附图，其中:
图1是在本发明的范围内的示范涡轮的侧截面 图2是根据一个实施例的沿着线A—A取得的图1所示的相邻护罩区段的轴向截面图； 图3是根据备选实施例的沿着线A—A取得的图1所示的相邻护罩区段的轴向截面图； 图4是根据一个实施例的沿着线B— B取得的图2所示的护罩区段的侧截面 图5是根据备选实施例的沿着线B— B取得的图2所示的护罩区段的侧截面图；并且 图6是根据另一个实施例的沿着线B— B取得的图2所示的护罩区段的侧截面图。部件列表 10涡轮
12外壳 14定子 16旋转叶片 18转子 20工作流体 22护罩区段 24相邻表面 26槽道 28阻挡件 30平坦表面 32尺寸 34流体端口
36流体通道或旁通通路 38沟槽 40弧形形状 42阻挡件分段。
具体实施例方式将详细参考本发明的当前实施例，其中的一个或更多个示例在附图中示出。详细的描述使用数字和字母标号指示附图中的特征。使用附图和描述中的类似或相似标号指示本发明的类似或相似部分。如在本文中使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可以可互换地使用以彼此区别构件，而不意图为表示个别构件的位置或重要性。以解释本发明而不是限制本发明的方式提供各示例。实际上，对本领域技术人员而言将是显而易见的是，可在本发明中进行更改和变形，而不脱离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例中的一部分描绘或描述的特征可用于另一个实施例而得到更进一步的实施例。因此，意图本发明涵盖在所附权利要求和它们的等同物的范围内的这种更改和变形。
本发明的各种实施例包括用于密封涡轮中的气体路径的装置和方法。在特定实施例中，相邻护罩区段之间的阻挡件可防止压缩工作流体自由地在护罩区段之间流动并流动到气体路径外。阻挡件可从形成于护罩区段的相邻表面的内部槽道延伸。护罩区段中的一个或更多个可包括在阻挡件和槽道之间的流体端口和/或流体通道或旁通通路。加压流体可供应通过流体端口以在阻挡件和槽道之间流动并流入气体路径内，以防止从气体路径的泄漏，同时还对槽道和阻挡件提供对流和/或薄膜式冷却。尽管本发明的示范实施例将在涡轮中的气体路径的情况下大致描述，但是本领域技术人员将容易地理解，本发明的实施例可应用于包含加压流体的任意气体路径。图1提供根据本发明的一个实施例的涡轮10的部分的简化截面图。如图1所示，涡轮10可包括固定和旋转构件，其由外壳12包围。固定构件可包括例如附接于外壳12的固定喷嘴或定子静叶14。旋转构件可包括例如附接于转子18的旋转叶片16。工作流体20，例如蒸汽、燃烧气体或空气，如图1所示，从左到右沿着热气体路径流过涡轮10。定子静叶14的第一级加速并引导工作流体20到旋转叶片16的第一级,从而使旋转叶片16的第一级和转子18旋转。工作流体20接着流动横跨定子静叶14的第二级，该定子静叶14加速并重新引导工作流体20到旋转叶片的下一级(未示出)，而且该过程在每个随后级重复。如图1所不,夕卜壳12的径向内部可包括连接于外壳12的一系列护罩区段22,其周向地环绕并且限定热气体路径以减少绕过定子静叶14或旋转叶片16的工作流体20的量。如在本文中使用的，术语“护罩”或“护罩区段”可事实上包含且包括暴露于与工作流体20相关的温度和压力的、热气体路径中的任何静止或固定硬件。例如，在图1所示的特定实施例中，护罩区段22位于定子静叶14和旋转叶片16的径向外侧，而在其它特定实施例中护罩区段22还可位于定子静叶14和/或旋转叶片16的径向内侧。图2和图3提供根据本发明的各种实施例的沿着线A— A取得的图1所示的相邻护罩区段22的轴向截面图。在各图中，护罩区段22位于定子静叶14的径向外侧，而且气体路径在护罩区段22的下方并且在图2和图3所示的旋转叶片之间。如图所示，护罩区段22具有相邻表面24，并且每个相邻表面24可具有槽道(slot) 26、凹槽(indent)或沟槽(groove)，其至少部分地延伸到表面24内。如在本文中使用的，术语“槽道”、“凹槽”、和“沟槽”意图为可互换的，并且包含或包括在护罩区段22的表面24中限定的任何通路、缝隙(crevice)、凹口(notch)、或凹槽。阻挡件28、密封件、销、或其它结构可位于槽道26内部并在相邻表面24中的槽道26之间延伸，以将护罩区段22柔性地保持在适当的位置，同时还最小化或者防止工作流体20从在相邻护罩22之间的气体路径逸出。阻挡件28可由陶瓷、合金钢或能够持续暴露于与气体路径相关的温度和压力的其它适当的材料形成。如图2和图3两者所示，阻挡件28可具有大致平坦表面30，其面对气体路径并与各槽道26接触。如此，阻挡件28的平坦表面30与槽道26之间的接触增强流体密封，该流体密封减少并且/或者防止工作流体20从气体路径逸出或泄漏。在图3所示的特定实施例中，阻挡件28具有尺寸(dimension) 32，其在槽道26内部比在护罩区段22之间大，以增强在阻挡件28和槽道26之间的密封。一个或更多个护罩区段22可包括穿过护罩区段22的流体端口 34。流体端口 34可提供穿过护罩区段22到槽道26的流体连通。如此，可提供加压流体，例如压缩空气、惰性气体或蒸汽，穿过护罩区段22到槽道26，以流动越过在槽道26中和在护罩区段22之间的阻挡件28，从而提供对流和/或薄膜式冷却。备选地或另外地，在阻挡件28和一个或更多个槽道26之间的流体通道或旁通通路36可提供流体连通，以容许加压流体流动经过阻挡件28并进入气体路径内。在图2和图3中，流体通道或旁通通路36大致地描绘为在阻挡件28的下面延伸，与气体路径中的流体流(在图2和图3中为向纸内)大致垂直。图4-6提供沿着线B— B取得的图2所示的护罩区段22的侧截面图，以说明在本发明的范围内的流体通道或旁通通路36的各种实施例。在图4所示的特定实施例中，流体通道或旁通通路36包括在槽道26中的多个均匀隔开的沟槽38。沟槽38容许加压流体在阻挡件28的大致平坦表面30和槽道26之间流动，以对流地从阻挡件28和/或护罩区段22移除热量。由于加压流体离开护罩区段22的槽道26并进入气体路径，故加压流体对阻挡件28和/或护罩区段22提供薄膜式冷却层。在图5所示的特定实施例中，流体通道或旁通通路36在槽道26中具有弧形形状40，以减少阻挡件28和槽道26之间的接触点，从而当加压流体在阻挡件28和槽道26之间流动并流入气体路径内时，增强对阻挡件28的对流和薄膜式冷却。本领域技术人员将容易地理解，流体通道或旁通通路36可具有各种形状和大小，而且，本发明不受限于任何特定形状或大小的流体通道或旁通通路36，除非在权利要求中特别地陈述。图6说明又一个实施例，其中，阻挡件28包括多个分段42，其在相邻表面24中的槽道26之间大致平行地延伸。另外，流体通道或旁通通路36中的沟槽38具有在工作流体20在气体路径中流动的方向上减小的、在槽道26中的宽度和/或深度。更深更宽的沟槽38允许额外的加压流体在阻挡件28和槽道26之间流动，以对护罩区段22和阻挡件28的上游部提供额外的对流冷却，并且还在加压流体流入气体路径内时，横跨阻挡件28和护罩区段22提供增强的薄膜式冷却。沟槽38的特定宽度和深度可根据气体路径中的护罩区段22的位置而不同。图1-6所示的各种实施例还可提供用于密封涡轮10中的气体路径的方法。该方法可包括将阻挡件28放置于相邻护罩区段22的相邻表面24中的槽道26之间，并且使加压流体在阻挡件28和一个或更多个槽道26之间流动到涡轮10中的气体路径，以便加压流体流动穿过在该一个或更多个槽道26中的一个或更多个流体通道或旁通通路36。在特定实施例中，该方法可包括使加压流体流动穿过一个或更多个槽道26中的沟槽38并且/或者使加压流体流动穿过一个或更多个护罩区段22中的流体端口 34。本书面说明使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造并且使用任何装置或系统，并执行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括由本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于密封涡轮中的气体路径的装置，包括: a.第一护罩区段； b.在所述第一护罩区段的表面中的槽道； c.在所述槽道内部延伸的阻挡件；和 d.在所述槽道中的旁通通路，其中所述旁通通路提供在所述阻挡件和所述槽道之间到所述涡轮中的气体路径的流体连通。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括第二护罩区段，其与所述第一护罩区段相邻，其中所述第一和第二护罩区段具有相邻表面。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻挡件包括在所述槽道之间延伸的多个分段。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旁通通路与所述涡轮中的气体路径中的流体流大致垂直地延伸。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旁通通路包括在所述槽道中的多个均匀隔开的沟槽。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旁通通路具有弧形形状。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括流体端口，其穿过所述第一护罩区段到所述第一护罩区段中的所述槽道。
8.一种用于密封涡轮中的气体路径的装置，包括: a.第一护罩区段，其中所述第一护罩区段具有第一槽道； b.第二护罩区段，其与所述第一护罩区段相邻，其中所述第二护罩区段具有第二槽道; c.阻挡件，其从所述第一槽道内部延伸到所述第二槽道内部，其中所述阻挡件具有大致平坦表面，其面向所述气体路径并与所述第一和第二槽道中的每一个接触；和 d.第一流体通道，其在所述阻挡件和所述第一槽道之间到所述涡轮中的气体路径。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述阻挡件具有尺寸，其在所述第一和第二槽道内部比在所述第一和第二护罩区段之间大。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述阻挡件包括多个分段，其从所述第一槽道内部延伸到所述第二槽道内部。
11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一流体通道在所述第二护罩区段的方向上延伸。
12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一流体通道包括在所述第一槽道中的多个均匀隔开的沟槽。
13.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一流体通道包括在所述第一槽道中的多个弧形沟槽。
14.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括流体端口，其穿过所述第一护罩区段到所述第一护罩区段中的所述第一槽道。
15.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括第二流体通道，其在所述阻挡件和所述第二槽道之间到所述涡轮中的气体路径。
16.一种用于密封涡轮中的气体路径的方法，包括:a.将阻挡件放置于第一护罩区段中的第一槽道和第二护罩区段中的第二槽道之间；并且 b.使流体在所述阻挡件和所述第一槽道之间流动到所述涡轮中的气体路径，其中所述流体流动穿过所述第一槽道中的第一旁通通路。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括使所述流体流动穿过在所述第一槽道中的多个沟槽。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括使所述流体流动穿过所述第一护罩区段中的流体端口到所述第一护罩区段中的所述第一槽道。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括使所述流体在所述阻挡件和所述第二槽道之间流动到所述涡轮中的气体路径，其中所述流体流动穿过所述第二槽道中的第二旁通通 路。
全文摘要
本发明涉及用于密封涡轮中的气体路径的装置和方法。一种用于密封涡轮中的气体路径的装置包括在第一护罩区段和第一护罩区段的表面中的槽道。阻挡件在槽道内部延伸，并且槽道中的旁通通路提供在阻挡件和槽道之间到涡轮中的气体路径的流体连通。一种用于密封涡轮中的气体路径的方法包括将阻挡件放置于第一护罩区段中的第一槽道和第二护罩区段中的第二槽道之间，并且使流体在阻挡件和第一槽道之间流动到涡轮中的气体路径，其中流体流动穿过第一槽道中的第一旁通通路。
文档编号F01D11/02GK103195499SQ20131000170
公开日2013年7月10日 申请日期2013年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者A.G.温, R.米纳克施森达拉姆, K.T.麦戈文 申请人:通用电气公司