用于密封流动通路部件的系统和方法以及密封件与流程

本发明大体上涉及涡轮机，并且更确切地说，涉及相邻的流动通路部件、用于密封流动通路部件的系统和方法以及密封件，例如，用于燃气涡轮机中的径向相邻翼型的组件。

背景技术：

涡轮机，例如燃气涡轮机，包括一排或多排翼型，包括称为静叶的静止翼型以及称为动叶(rotorblades)或轮叶的旋转翼型。燃气涡轮机可以包括前部的轴流式压缩机、围绕中部的一个或多个燃烧器，以及尾部的涡轮。通常，轴流式压缩机具有一系列级，每个级包括一排动叶，之后是一排固定静叶。因此，每一级通常包括一对动叶和静叶。通常，动叶增大经由入口进入轴流式压缩机中的流体的动能，并且静叶通过扩散将增大的流体动能转换成静压力。因此，两组翼型均在增大流体压力中发挥着重要作用。

对于动叶，翼型环连接到翼型底部处的内轴，以形成所述环。在许多应用中，制造一体成形的动叶环并不可行。因此，环中的每个动叶可以单独生产，通常包括具有柄和鸠尾榫部分的一体底座部分。随后可以通过将鸠尾榫部分插入到圆盘(转子轮)中的互补槽中而将动叶组装到整体环中，所述圆盘将形成轴的一部分并且连接到相邻(在轴向方向上)的级。

当组装相邻的动叶时，所获得的组件可能在相邻叶片柄之间包括形成不良流体泄漏通路(fluidleakpath)的小间隙。在一些组件中，后径向密封件大体垂直于轴向安装在相邻柄之间，以减小泄漏通路，并且阻尼销大体平行于轴向进行安装并且设计成进一步限制泄漏。动叶组件的生产中还使用用于限制相邻柄之间泄漏的其他密封配置。

动叶组件用在各种应用中，包括陆用燃气涡轮机、喷气发动机、高速船用发动机、小型发电站或者类似应用。类似的动叶组件可用在其他应用中，例如，大容量空气分离装置、高炉鼓风、流体裂化鼓风、丙烷脱氢或其他工业应用。

技术实现要素：

本发明的第一方面提供使用前载的密封件密封涡轮机翼型等流动通路部件(flowpathcomponents)的系统和方法。密封通道(sealchannel)限定在第一流动通路部件的吸力侧表面(suctionsidesurface)的一部分与第二流动通路部件的压力侧(pressureside)的一部分之间。密封件固持(retained)在由所述压力侧部分和所述吸力侧部分形成的密封通道内，并且所述密封通道限定前开口(forwardopening)，在安装期间，从所述前开口插入所述密封件。

本发明的第二方面提供一种系统，所述系统包括第一流动通路部件、第二流动通路部件以及密封件。所述第一流动通路部件具有前表面(forwardsurface)、后表面(aftsurface)、压力侧表面和吸力侧表面。第一流动通路部件的压力侧表面限定密封通道的压力侧部分。所述第二流动通路部件具有前表面、后表面、压力侧表面和吸力侧表面。第二流动通路部件的吸力侧表面限定密封通道的吸力侧部分。所述密封件固持在由所述压力侧部分和所述吸力侧部分形成的密封通道内。所述密封通道限定前开口，在安装期间，从所述前开口插入所述密封件。

进一步地，所述第一流动通路部件具有从所述前表面延伸到所述后表面的主体宽度(bodywidth)，以及大体垂直于所述主体宽度的柄高度(shankheight)，并且其中所述密封通道从所述前开口延伸，并且大体上沿所述主体宽度和大体上沿所述柄高度延伸。

进一步地，所述密封件从所述前开口大体上沿所述主体宽度并且大体上沿所述柄高度连续地延伸穿过所述密封通道，以大体上密封限定在所述第一流动通路部件与所述第二流动通路部件之间的至少一个泄漏通路。

所述系统进一步包括阻尼销(damperpin)，所述阻尼销位于所述第一流动通路部件与所述第二流动通路部件之间，并且至少部分限定相邻泄漏通路，并且其中所述密封件大体上密封所述阻尼销的所述相邻泄漏通路。

进一步地，所述第一流动通路部件限定固持特征(retentionfeature)，所述固持特征与所述前开口相邻，用于在安装之后将所述密封件保持(holding)到位。

进一步地，所述固持特征选自唇缘(lip)、凹槽(slot)和钩(hook)。

进一步地，所述密封件限定固持特征，所述固持特征位于所述密封件的前部中与所述前开口相邻，用于在安装之后将所述密封件保持到位。

进一步地，所述固持特征选自调整片(tab)和钩，并且其中所述固持特征与限定在所述第一流动通路部件上的与所述前开口相邻的互补(complementary)固持特征相兼容(compatiblewith)。

本发明的第三方面提供一种安装前载密封件的方法。所述方法包括以下步骤：定位第一流动通路部件，所述第一流动通路部件具有前表面、后表面、压力侧表面和吸力侧表面。第一流动通路部件的压力侧表面限定密封通道的压力侧部分。所述方法包括以下步骤：定位第二流动通路部件，所述第二流动通路部件具有前表面、后表面、压力侧表面和吸力侧表面。第二流动通路部件的吸力侧表面限定密封通道的吸力侧部分。所述方法包括以下步骤：将密封件插入前开口中，所述前开口在所述第一流动通路部件的前表面与所述第二流动通路部件的前表面之间，并且由密封通道限定，所述密封通道由所述密封通道的压力侧部分和吸力侧部分形成。

进一步地，所述第一流动通路部件具有从所述前表面延伸到所述后表面的主体宽度，以及大体垂直于所述主体宽度的柄高度，并且其中所述密封通道从所述前开口延伸，并且大体上沿所述主体宽度和大体上沿所述柄高度延伸。

进一步地，所述密封件从所述前开口大体上沿所述主体宽度并且大体上沿所述柄高度连续延伸穿过所述密封通道，以大体上密封限定在所述第一流动通路部件与所述第二流动通路部件之间的至少一个泄漏通路。

所述的方法进一步包括以下步骤：在所述第一流动通路部件与所述第二流动通路部件之间安装阻尼销，并且至少部分限定相邻泄漏通路，并且其中所述密封件大体上密封所述阻尼销的所述相邻泄漏通路。

进一步地，所述第一流动通路部件限定与所述前开口相邻的固持特征，并且所述方法进一步包括以下步骤：将所述密封件与所述固持特征接合以将所述密封件保持到位。

进一步地，所述固持特征选自唇缘、凹槽和钩。

进一步地，所述密封件限定固持特征，所述固持特征位于所述密封件的前部中与所述前开口相邻，并且所述方法进一步包括以下步骤：将所述固持特征与所述第一流动通路部件接合以将所述密封件保持到位。

进一步地，所述固持特征选自调整片和钩，并且所述固持特征与限定在所述第一流动通路部件上、与所述前开口相邻的互补固持特征相兼容，并且接合所述固持特征的步骤包括将所述密封件的所述固持特征与所述互补固持特征接合。

本发明的第四方面提供一种密封件，所述密封件包括柔性构件(flexiblemember)，所述柔性构件贴合(conformingto)限定在相邻流动通路部件之间的密封通道。所述柔性构件包括轴向部件、径向部分和前端。所述轴向部分大体上从相邻流动通路部件的前表面延伸到相邻流动通路部件的后表面。径向部分大体上沿相邻流动通路部件的高度延伸并在相邻流动通路部件的后表面附近，并且与轴向部分相接续。所述前端与所述轴向部分相接续并且与密封通道的前开口相邻，所述密封通道的前开口由相邻流动通路部件的前表面限定。

进一步地，所述密封件大体上密封限定在所述相邻翼型柄之间的至少一个泄漏通路。

进一步地，所述前端包括固持特征，所述固持特征用于接合所述相邻流动通路部件并且将所述密封件固持到位。

进一步地，所述固持特征选自调整片和钩，并且所述固持特征与限定在所述相邻流动通路部件上的互补固持特征相兼容。本发明的说明性方面用于解决本说明书中所述的问题以及/或者未讨论的其他问题。

附图说明

从以下结合附图对本发明各方面进行的详细描述中可更容易理解本发明的这些和其他特征，附图描绘了本发明的多个实施例，其中：

图1示出具有前载密封件的示例性翼型的一部分的侧视透视图。

图2示出示例性前载密封件的顶视透视图。

图3示出前载密封件的示例性固持特征的侧视透视图。

图4示出相邻翼型柄之间的前载密封件的图3中的示例性固持特征的正视透视图。

图5示出相邻翼型柄之间的前载密封件的示例性固持特征的正视透视图。

图6示出前载密封件的图5中的示例性固持特征的侧视透视图(图中未示出相邻翼型柄)。

图7示出类似于图5-6中所示的前载密封件的前载密封件的示例性固持特征的侧视透视图，其中翼型柄上具有额外的特征。

图8示出相邻翼型柄之间的前载密封件的示例性固持特征的正视透视图。

图9示出前载密封件的图8中的示例性固持特征的侧视透视图(图中未示出相邻翼型柄)。

图10示出前载密封件的图8-9中的示例性固持特征的另一侧视透视图(图中未示出相邻翼型柄)。

图11示出相邻翼型柄之间的前载密封件的示例性固持特征的正视透视图。

图12示出前载密封件的图11中的示例性固持特征的侧视透视图(图中未示出相邻翼型柄)。

图13示出类似于图11-12中所示的前载密封件的前载密封件的示例性固持特征的侧视透视图，其中翼型柄上具有额外的特征。

图14示出安装前载密封件的示例性方法的流程图。

应注意，本发明的附图并未按比例绘制。附图仅用于示出本发明的典型方面，因此不视作限制本发明的范围。在附图中，相同编号表示附图间的相同元件。

具体实施方式

在涡轮机的流动通路中或类似环境中组装部件的一个挑战在于密封相邻流动通路部件之间的潜在泄漏通路，并且以确保组装高效和可靠的方式来执行所述密封。例如，在翼型级的组装中，多个翼型设置成彼此相邻以形成环。尽管预期翼型叶片限定穿过该级的所需流动通路，优选地将由相邻柄部分形成的环用作实心环，以使相邻翼型柄中或之间没有泄漏通路穿过。类似地，涡轮机流动通路中的其他部件可能与相邻部件组装在一起，产生没有可靠密封件的不良泄漏通路。例如，护罩、盖板、垫片、准流动通路密封件(nfps)以及一些涡轮机中限定所需流动通路并且分段组装的其他部件可能在需要密封的相邻部件之间存在类似的接缝。

在一些翼型级中，每个相邻翼型使用翼型底部处位于柄下方的鸠尾榫附接件安装在转子中。所述翼型组装到所述环中。尽管已经开发出一些需要在第二部件处于其最终位置之前将一些或全部密封件设置在相邻第一部件与第二部件之间(以允许技术人员接近要将密封件安装到其中的底座或其他特征)的密封技术，但是可以在相邻的第一部件和第二部件经由转子附接件设置在环中之后，将前载密封件插入所述第一部件与第二部件之间。类似的过程可以在分段安装并且留有需要密封的接缝的其他流动通路部件之间实现。将相邻的流动通路部件设计成限定它们之间的前开口通道以接纳柔性密封件可提高密封件安装的简易性和有效性。

在图1中，翼型100的一部分图示成具有前载密封件(front-loadedseal)。翼型100包括翼型叶片102，所述翼型叶片102垂直延伸(仅示出其一部分)以限定穿过涡轮机的所需流动通路。翼型100还包括翼型100底座上的用于附接到转子的鸠尾榫104。翼型叶片102与鸠尾榫104之间设有翼型100的柄110。柄110具有柄高度，所述柄高度从翼型叶片102与柄110顶部的连接处以及鸠尾榫104与柄110底部的连接处进行测量。应注意，翼型叶片102、柄110和鸠尾榫104通常制造成具有均匀基材(basematerial)的单一零件(但它们可经历不同的机械加工、处理和涂覆过程)。柄110具有前表面112(仅可见轮廓)、后表面114、压力侧表面116和吸力侧表面(仅可见轮廓)。前表面112可以由翼型100的垂直于涡轮机总体流动通路前段的表面限定，并且可以在将其中组装翼型100的翼型级安装到涡轮机中时面对安装者。后表面114可以由翼型100的垂直于所述流动通路后段的表面限定，并且可以在将其中组装翼型100组装的翼型级安装到涡轮机中时背对安装者。压力侧表面116可以由翼型100的垂直于翼型100旋转轴的表面限定，面对相邻的翼型，并且在翼型100旋转工作时位于前侧上。吸力侧表面118可以由翼型100的垂直于翼型100旋转轴的表面限定，面对相邻的翼型，并且在翼型100旋转工作时位于后侧上。柄110具有宽度，所述宽度沿流动通路的总体方向从前表面112的最前部特征到后表面114的最后部特征进行测量。应注意，此宽度包括凸出的表面特征120、122、124，所述表面特征可不视作与柄110的主体宽度成一体(integralto)。所述主体宽度可以定义为在平行于翼型100附接到的轴的旋转轴的线上，从理论上呈平面的前表面的最前部分(从上表面126的前边缘延伸到下表面128的前边缘，翼型叶片102从上表面126开始延伸，鸠尾榫104从下表面128开始延伸)到理论上呈平面的后表面的最后部分(从上表面126的后边缘延伸到下表面128的后边缘，翼型叶片102从上表面126开始延伸，鸠尾榫104从下表面128开始延伸)的距离。

图1中的柄110以侧视图的形式示出，未示出可能遮盖压力侧表面116特征的相邻柄。阻尼销130、密封通道150和密封件170图示成它们安装之后的状态。应注意，在大多数实施方案中，在安装密封件170之前，相邻的柄将定位成抵靠压力侧表面116。

阻尼销130是安装在相邻柄之间的部件，用于在包括翼型110的涡轮机的操作期间，提供振动阻尼并且减小相邻柄之间的磨损。阻尼销130包括圆柱形主体132，所述圆柱形主体具有前端134和后端136。前端136包括凹口138，用于容纳柄110的压力侧上的支撑特征。后端136包括凹口140，用于容纳相邻柄的吸力侧上的支撑特征(未图示)。

密封通道150部分由柄110的压力侧表面116中的凹口限定。密封通道150进一步由压力侧的相邻柄(未图示)的吸力侧表面中的互补凹口限定。类似地，柄110在吸力侧表面118上具有互补凹口(未图示)，以与吸力侧的相邻柄一起限定另一个密封通道。密封通道150进一步由前开口152和终端开口154限定。前开口152提供用于将密封件170插入密封通道150中的开口。终端开口154限定密封件170在完全安装之后插入端所终止的端。在一些实施例中，终端开口154至少部分由柄110的底部表面128限定，并且通过与附接翼型110的转子(未图示)的表面接合来进行密封。在一些实施例中，密封通道150不包括终端开口并且在封闭端(blindend)终止。密封通道150包括横向部分(lateralportion)156，所述横向部分156从前开口152延伸到连接部分158。横向部分156大体上平行于由柄110的上表面126和下表面128的两个或更多个边缘限定的平面中的一者或两者。在本说明书中，大体平行是指横向部分156的大部分与至少一个参考平面成小于15度的角度。所述密封通道150包括垂直部分(verticalportion)160，所述垂直部分160从连接部分158延伸到终端开口154。垂直部分160大体平行于理论上呈平面的后表面(从上表面126的后边缘延伸到下表面128的后边缘)。在本说明书中，大体平行是指垂直部分160的大部分与参考平面成小于15度的角度。横向部分156和垂直部分160还大体垂直于彼此及其对应的参考平面。在本说明书中，大体垂直是指横向部分156的大部分与垂直部分160和/或后表面平面的大部分成75-105度(90度+/-15度)角。类似地，大体垂直是指垂直部分160与横向部分156的大部分和/或上表面或下表面平面成75-105度角。

连接部分158将横向部分156连接到垂直部分160并且延伸在两者之间，以使密封件170能够插入前开口152，穿过横向部分156，并且在连接部分158的引导下进入垂直部分160中并且到达终端开口154。在图示的实施例中，连接部分158是横向部分156与垂直部分160之间的弧形通道。柄110中的密封通道150仅限定在柄110和相邻柄之间安装密封件170时将密封件170引导并且定位在柄110与相邻柄之间的总密封通道的一部分。相邻柄上的类似和互补密封通道将使密封通道完整。因此，密封通道150对压力侧表面116是开放的(opento)。密封通道150无需完全封闭或者在压力侧表面116的平面中具有沿其整个长度的均匀深度。例如，在图示的实施例中，后开口162可使密封件170的更大部分(greaterportion)将在安装之后暴露。如示例性实施例中所示，密封通道150大体上沿柄110的主体宽度和柄高度延伸。在本说明书中，“大体上沿...延伸”是指密封通道150横越主体宽度的大部分和主体高度的大部分。在一个实施例中，密封通道150沿主体宽度的至少85％以及柄高度的至少85％延伸。

密封件170图示成处于其安装配置中。在一个实施例中，密封件包括片弹簧(flatspring)，所述片弹簧从前开口152插入，穿过横向部分156，并且在连接部分158的引导下进入垂直部分160中并且到达终端开口154。下文参见图2提供了关于密封件170的其他详情。

所述密封件170可包括柔性构件，所述柔性构件贴合限定在相邻流动通路部件之间的密封通道150。所述柔性构件可包括轴向部件、径向部分和前端，所述轴向部分大体上从相邻流动通路部件的前表面延伸到相邻流动通路部件的后表面，径向部分大体上沿相邻流动通路部件的高度延伸并在相邻流动通路部件的后表面附近，并且与轴向部分相接续。所述前端与所述轴向部分相接续并且与密封通道的前开口相邻，所述密封通道的前开口由相邻流动通路部件的前表面限定。

图2示出了安装之前处于松弛状态(relaxedstate)的示例性前载密封件200，例如图1中的密封件170。在一个实施例中，密封件200可以是由一层或多层弹簧材料构成的垫片密封件(shimseal)或分层塞缝片(laminatedspline)。例如，密封件200可以包括第一层210和第二层212，它们分别由具有所需宽度、长度和厚度的矩形柔性材料主体构成，例如钴基(cobalt-based)合金(以实现可成形性、温度容限和耐磨损性和耐腐蚀性)。可以使用其他材料，并且所述其他材料可基于其弹簧特性、温度容限以及与这些材料所密封的流动通路中的环境相容的其他物理特性进行选择。片弹簧密封件中使用的材料可变形，以在插入时，沿着弧形密封通道行进，例如，图1中的密封通道150。在图示的实例中，第一层210的长度大于第二层212的长度。所述层可以具有不同的厚度或材料，或者可以包括其他差异以便于实现分层、插入、固持(retention)、弹簧特性或者密封特性。层210、212通过焊接220连接，在图示的实例中，所述焊接是三点焊接。密封件200可以包括插入端230和固持端232。在图示的实例中，在插入端230附近执行焊接220。其他形状、配置、各层之间的附接、层数以及一端或两端的形状也可以适用于具体实施例和固持特征。

图3-4示出相邻流动通路部件310、320之间的前载密封件370的示例性固持特征300。例如，固持特征300可以并入(incorporatedinto)例如密封件170的前载密封件中和相邻翼型之间的密封通道的前开口中，例如，在翼型100中的柄110与相邻翼型之间的密封通道150的前开口中。在图3中，仅示出一个流动通路部件310，以更好地示出密封件370以及密封通道350的前部以及流动通路部件310的相邻前表面。图4中示出了流动通路部件310、320。固持特征300包括与前开口352相邻的唇缘312。密封件370包括与唇缘312互补的配置中的接合端(engagementend)372。密封通道350包括上壁354，唇缘312从所述上壁354凸出。所安装密封件370的弹簧力促使接合端372抵靠上壁354向上施压(pressed)并且抵靠唇缘312的内表面314向前施压。如图4中所示，与密封通道350本身类似，固持特征300包括相邻流动通路部件310、320上的互补部分。第二流动通路部件320还包括用于接合密封件370接合端372的唇缘322。应注意，通道深度360、362以及因此流动通路部件310、320中的每一者中的前开口352的部分可不相等。因此，在图示的实施例中，第二流动通路部件320上的唇缘322比第一流动通路部件310上的唇缘312窄。在其他实施例中，这些特征可能具有更大或更小的不对称性，并且在某些情况下，并入在部件中的固持特征的唇缘或其他部分可能仅存在于一个所述流动通路部件上。

图5-7示出了相邻流动通路部件510、520之间的前载密封件570的另一固持特征500。固持特征500可以可任选地并入位于流动通路部件510、520中的一者或两者的表面上的钩状特征，如图7中所示。前载密封件570包括穿过密封通道550的前开口552突出的伸出部分(extension)572。伸出部分572包括钩状部分574，钩状部分574用于在密封件570上提供额外的固持力。在图示的实施例中，钩状部分574包括s形钩，所述s形钩具有朝前开口552弯回的第一弧形576以及向下弯曲以接合流动通路部件510、520的下唇缘512、522的第二弧形578。增加互补钩514以接合并且固持第二弧形578的端部可为稳固地固持密封件570提供额外的固持力。

图8-10示出了相邻流动通路部件810、820之间的前载密封件870的另一固持特征800。固持特征800并入凹槽(groove)854，所述凹槽854从密封通道850的前开口852略微凹进，以容纳并入在密封件870的接合端872中的调整片(tab)874。凹槽854由上表面856、前表面858和后表面860限定，以在密封件870的弹簧力的作用下容纳并且接合调整片874的端面876、前表面878和后表面880。向上调整片874通过密封件870的弹簧力固持在上凹槽854中。

图11-13示出了相邻流动通路部件1110、1120之间的前载密封件1170的另一固持特征1100。如图13中所示，固持特征1100可以可任选地并入位于流动通路部件1110、1120中的一者或两者的表面上的钩状特征。密封件1170包括穿过密封通道1150的前开口1152突出的延伸部分1172。延伸部分1172包括调整片1174，调整片1174用于在密封件1170上提供额外的固持力。在图示的实施例中，调整片1174是向下调整片，所述向下调整片具有端面1176、前表面1178和后表面1180，并且延伸越过流动通路部件1110、1120的下唇缘1112、1122。增加互补钩1114以接合并且固持调整片1174的端部可为稳固地固持密封件1170提供额外的固持力。

图14示出了将前载密封件安装在相邻流动通路部件之间的方法1400，所述相邻流动通路部件可为如以上附图中的翼型和其他实例。在步骤1410中，定位第一部件，例如使用鸠尾榫连接将翼型固定到转子。在步骤1420中，定位相邻部件，例如，所述环中的下一个翼型。如上所述，每个部件具有密封通道的一部分，以便当所述部件设置成彼此相邻时，在两个部件之间形成具有前开口的密封通道。在步骤1430中，将密封件插入前开口中，所述前开口由密封通道从相邻部件的前表面其出现(emerges)的位置限定。在步骤1440中，引导密封件穿过所述通道，直到所述密封件的插入端到达密封通道的终端，并且所述密封件大体上密封所述相邻部件之间的潜在流动通路。相对于不设置密封件的部件之间的流动通路，大体上密封可将部件之间的总潜在流动通路减少至少85％。大体上完整的柄密封件可将相邻翼型的柄部之间的流动通路减少至少99％。在步骤1450中，在安装有所述密封件的涡轮机的操作期间，接合密封件与相邻部件之间的固持特征，以将密封件稳固地固持到位。例如，密封件的接合端可以安置在唇缘的后方，或者包括用于接合一个或两个部件中或上的唇缘、凹槽或钩的钩或调整片。

以上附图示出了根据本发明的若干实施例的一些相关操作处理。应注意，在一些替代实施方案中，所述操作的顺序可能与所述顺序不同，或者事实上，可以大体上同时地或者倒序地执行，具体取决于所涉及的操作。

本说明书中所用的术语仅用于描述特定实施例，而不旨在限制本发明。除非上下文另外明确指出，否则本说明书所用的单数形式“一种”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式。应进一步了解，说明书中所用的术语“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。

随附权利要求书中所有方法和步骤及功能元件的对应结构、材料、作用和等效物旨在包括用于结合特别主张的其他权利要求元件执行该功能的任何结构、材料或作用。本说明书中已出于说明和描述的目的提供说明，但是本说明书并非穷举或者限于所公开的形式。在不脱离本发明范围和精神的前提下，所属领域中的普通技术人员可显而易见地做出许多修改和变化。所选和所述的实施例用于最好地解释本发明的原理及实践应用，同时让所属领域中的普通技术人员了解多个实施例，这些实施例可针对特定的目标用途做出各种修改。