專(zhuān)利名稱：阻尼器密封系統(tǒng)及阻尼內(nèi)覆環(huán)振動(dòng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪級(jí)阻尼系統(tǒng)及阻尼渦輪葉片內(nèi)覆環(huán)振動(dòng)的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，當(dāng)每一輪槳或渦輪葉片通過(guò)覆環(huán)時(shí)，由于熱燃?xì)獾膲毫γ}沖，這些覆環(huán)便受到振動(dòng)。另外，因?yàn)檫@個(gè)振動(dòng)接近葉片的高速回轉(zhuǎn)，該振動(dòng)可以在共振頻率處或附近，因此需要阻尼，以便在渦輪的長(zhǎng)期商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中保持預(yù)期的壽命。
作為在渦輪中與熱燃?xì)馔ǖ老噜彽母箔h(huán)的選擇材料，陶瓷基體復(fù)合材料有其優(yōu)點(diǎn)。陶瓷復(fù)合材料提供高的材料溫度性能。然而，陶瓷復(fù)合材料連接困難，并具有諸如磨損，由于與金屬的離子轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的氧化，應(yīng)力集中和當(dāng)將復(fù)合材料作成一定形狀，與該金屬部件連接時(shí)，損壞陶瓷復(fù)合材料的故障發(fā)生機(jī)制。
美國(guó)申請(qǐng)10/700251和10/793051提供了在陶瓷復(fù)合材料覆環(huán)和金屬支承結(jié)構(gòu)之間的連接機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)利用施加在覆環(huán)上，與覆環(huán)上的負(fù)荷聯(lián)系在一起的壓力分布來(lái)調(diào)整覆環(huán)的頻率，以使當(dāng)葉片通過(guò)覆環(huán)時(shí)，由熱燃?xì)獾膲毫γ}沖引起的損壞振動(dòng)響應(yīng)最小。
本發(fā)明的簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明涉及包圍在渦輪的熱燃?xì)馔ǖ乐械幕剞D(zhuǎn)部件的覆環(huán)的振動(dòng)的阻尼的阻尼系統(tǒng)，特別是涉及與陶瓷覆環(huán)相鄰的，和調(diào)整覆環(huán)頻率，以減小當(dāng)每一個(gè)渦輪葉片通過(guò)單個(gè)的覆環(huán)時(shí)，在熱燃?xì)馔ǖ乐械膲毫γ}沖引起的振動(dòng)響應(yīng)的彈簧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)的密封結(jié)構(gòu)。
高溫部件—例如受到疊加在高的整體溫度上的短時(shí)間熱作用的陶瓷基體復(fù)合材料(CMC)覆環(huán)—的密封結(jié)構(gòu)必需能耐受損壞和抵抗泄漏，以便滿足長(zhǎng)期的耐久性目標(biāo)。一種密封概念為使用一條陶瓷纖維繩，去密封CMC覆環(huán)。然而，在過(guò)度的化學(xué)或機(jī)械侵蝕的情況下，一條繩不能提供足夠的密封。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了金屬阻尼器的密封系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個(gè)密封件，可在過(guò)度的化學(xué)和機(jī)械侵蝕的情況下，提供足夠的密封。
這樣，在一個(gè)示例實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一個(gè)渦輪級(jí)的阻尼器系統(tǒng)。該渦輪級(jí)包括至少一個(gè)內(nèi)覆環(huán)，它配置在通過(guò)該渦輪級(jí)的一條熱燃?xì)馔ǖ赖闹車(chē)较蛏?，每一個(gè)所述的內(nèi)覆環(huán)具有部分地形成通過(guò)該渦輪的熱燃?xì)馔ǖ赖牡谝槐砻?。另外，該渦輪級(jí)還包括支承所述內(nèi)覆環(huán)的覆環(huán)體，至少一個(gè)阻尼器塊，一個(gè)阻尼機(jī)構(gòu)，和一個(gè)密封系統(tǒng)。每一個(gè)阻尼器塊與所述的第一表面相對(duì)的相應(yīng)的所述內(nèi)覆環(huán)的背面接合。該阻尼機(jī)構(gòu)安裝在所述覆環(huán)體上，并與所述阻尼器塊連接通過(guò)該塊與內(nèi)覆環(huán)的背面接合，將負(fù)荷加在所述阻尼器塊和所述內(nèi)覆環(huán)上，從而阻尼所述內(nèi)覆環(huán)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。該密封系統(tǒng)包括至少一個(gè)主要的整體密封件和至少一個(gè)輔助的非整體的密封件，以限制通過(guò)該級(jí)的軸向和徑向的熱燃?xì)庑孤?br> 本發(fā)明還提供了一個(gè)渦輪級(jí)的阻尼器系統(tǒng)。該渦輪級(jí)包括由陶瓷材料制成的第一，第二和第三個(gè)覆環(huán)，這些覆環(huán)并排地配置在圓周方向上，并且每一個(gè)覆環(huán)具有部分地形成通過(guò)該渦輪的熱燃?xì)馔ǖ赖牡谝槐砻?。另外，該渦輪級(jí)還具有支承所述覆環(huán)的覆環(huán)體，三個(gè)阻尼器塊，阻尼機(jī)構(gòu)，第一密封件，和第二密封件。該阻尼器塊安裝在所述覆環(huán)體上，并且每一個(gè)塊與相應(yīng)的所述覆環(huán)接合；所述阻尼器塊由金屬材料制成。阻尼機(jī)構(gòu)安裝在所述覆環(huán)體上，并與所述的阻尼器塊連接，將負(fù)荷加在所述阻尼器塊和所述覆環(huán)上，以阻尼所述覆環(huán)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。每一個(gè)所述的阻尼機(jī)構(gòu)包括一個(gè)將負(fù)荷加在所述相應(yīng)的阻尼器塊上的彈簧。第一密封件配置在相應(yīng)的在圓周方向相鄰的所述阻尼器塊中形成的密封件槽之間。第二密封件包括配置在阻尼器/覆環(huán)界面的后部上的一個(gè)圓周繩密封件。
此外，本發(fā)明還提供了阻尼內(nèi)覆環(huán)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的方法。該內(nèi)覆環(huán)由覆環(huán)體支承并且部分地配置在通過(guò)一個(gè)渦輪級(jí)的熱燃?xì)馔ǖ赖膱A周上。所述內(nèi)覆環(huán)具有第一表面，它部分地形成通過(guò)該渦輪的熱燃?xì)馔ǖ?，同時(shí)限制通過(guò)該級(jí)的軸向和徑向的熱燃?xì)庑孤?。該方法包括提供至少一個(gè)阻尼器塊，以便與所述第一表面相對(duì)的，相應(yīng)的所述內(nèi)覆環(huán)的背面接合；提供一個(gè)阻尼機(jī)構(gòu)；使至少一個(gè)所述的阻尼塊作成一定形狀，以提供至少一個(gè)主要的整體密封件；和提供至少一個(gè)輔助的非整體密封件，以限制通過(guò)該級(jí)的軸向和徑向的熱燃?xì)庑孤?。該阻尼機(jī)構(gòu)安裝在所述覆環(huán)體上，并與所述阻尼器塊連接，用于通過(guò)使該塊與內(nèi)覆環(huán)的背面接合，將負(fù)荷加在所述阻尼器塊和所述內(nèi)覆環(huán)上，從而阻尼所述內(nèi)覆環(huán)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明通過(guò)仔細(xì)研究下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的示例性實(shí)施例，可以更完全地理解本發(fā)明的這些和其他目的與優(yōu)點(diǎn)。其中

圖1為沿圍繞渦輪軸線的周?chē)较蚩吹牟⒈硎緦?shí)施本發(fā)明的一個(gè)示例性阻尼器和密封系統(tǒng)的，經(jīng)一外覆環(huán)塊的橫截面圖；圖2為沿相對(duì)于渦輪的熱燃?xì)馔ǖ赖妮S向后方向看的其橫截面圖。
優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明圖1和圖2表示安裝多個(gè)覆環(huán)12的一個(gè)外覆環(huán)塊或體10。圖1為沿經(jīng)渦輪的熱燃?xì)饬鞯姆较?，在圓周方向的示圖，圖2為在其軸向后方向的視圖。從圖2中可看出，覆環(huán)塊10帶有三個(gè)單獨(dú)的覆環(huán)12?？梢钥闯?，多個(gè)覆環(huán)塊10配置成圍繞渦輪軸線的一個(gè)圓周組，并且每一個(gè)覆環(huán)體上安裝多個(gè)覆環(huán)12，它們包圍和形成流過(guò)渦輪的熱燃?xì)馔ǖ赖囊徊糠?。覆環(huán)12由陶瓷復(fù)合材料制成，利用螺釘(沒(méi)有示出)固定在覆環(huán)塊10上，并具有與熱燃?xì)馔ǖ赖臒崛細(xì)饨佑|的第一內(nèi)表面11(圖2)。
本發(fā)明的阻尼器系統(tǒng)包括一個(gè)阻尼器塊/覆環(huán)界面，一個(gè)阻尼器負(fù)荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)和一個(gè)阻尼機(jī)構(gòu)。該阻尼器塊/覆環(huán)界面包括由金屬材料(例如PM2000)制成的阻尼器塊16。該材料的超級(jí)合金材料，具有高達(dá)2200的高溫使用范圍。如圖1所示，在一個(gè)示例實(shí)施例中，在阻尼器塊16的徑向向內(nèi)表面18和該覆環(huán)12的背面22之間形成一個(gè)整體的接觸表面。
該阻尼器設(shè)計(jì)成阻尼該覆環(huán)的特定的振動(dòng)模式。為了在這方面有效，該阻尼器必需具有正的預(yù)加負(fù)荷。在所示的示例實(shí)施例中，該正的預(yù)加負(fù)荷由金屬?gòu)椈商峁?。更具體地說(shuō)，阻尼器負(fù)載轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)30包括具有活塞32的一個(gè)活塞組件。該活塞的徑向內(nèi)端或遠(yuǎn)端配置在該阻尼器塊16中形成的互補(bǔ)的插孔38內(nèi)。沿著該活塞在軸向形成一個(gè)中心冷卻通道42，用于將冷卻介質(zhì)(例如壓縮機(jī)排出空氣)送入該塊中。冷卻介質(zhì)(例如壓縮機(jī)排放空氣)從位于阻尼器塊10的徑向外面的汽源，通過(guò)下述的阻尼機(jī)構(gòu)供給。
該阻尼器負(fù)荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)還包括配置在上面的金屬的和絕熱的墊圈50和52。該墊圈放在活塞32所帶有一個(gè)蓋54中。該墊圈50為該絕熱墊圈52提供支承。該絕熱墊圈52最好由整體的陶瓷氮化硅酮制成。該絕熱墊圈52通過(guò)與阻尼器塊12接觸阻斷該活塞的導(dǎo)熱通道。在絕熱墊圈52斷裂的情況下，由該蓋54保持的金屬墊圈50可保證彈簧固定和預(yù)加負(fù)荷。
該阻尼機(jī)構(gòu)還包括一個(gè)金屬?gòu)椈?0。作為保證結(jié)構(gòu)配合的一致性的裝置，該彈簧在裝配前要在一定溫度和負(fù)荷下預(yù)先調(diào)制。該彈簧的一端預(yù)先加載，與該絕熱墊圈52接合，使該活塞32和塊16沿徑向向內(nèi)偏置。彈簧60的相反的一端與由螺紋固定在殼體上的蓋64接合。在所述的示例性實(shí)施例中，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)在有螺紋的彈簧固定套筒68中的有螺紋的上彈簧座66，可以給該彈簧預(yù)加負(fù)荷。這個(gè)組件再擰入覆環(huán)塊10中。該彈簧通過(guò)預(yù)加負(fù)荷反作用在該上彈簧座和下彈簧座上。然后，該下彈簧座給阻尼器塊16加負(fù)荷。為了防止永久的蠕變變形，最好冷卻該金屬?gòu)椈伞＿@樣，希望該蓋具有一個(gè)孔或一個(gè)通道(沒(méi)有示出)，可使來(lái)自壓縮機(jī)排出空氣的冷卻流達(dá)到該彈簧，并將其溫度保持在預(yù)定溫度以下。如上所述，冷卻介質(zhì)也供給冷卻通道42，以冷卻活塞32和塊16。還作出排出消耗的冷卻介質(zhì)的通道(沒(méi)有示出)。
利用一個(gè)弦向密封件76在圓周的弦方向密封該阻尼器塊。該弦向密封件加工成傾斜或圓形表面形狀，以減少覆環(huán)楔入覆環(huán)塊16中的機(jī)會(huì)，并形成有效的阻尼。在所述的示例性實(shí)施例中，整個(gè)彈簧和阻尼器組件向前傾斜，以形成在后弦密封件76上的正的向后的壓力，以便在工作過(guò)程中保持阻尼器塊的位置。
該阻尼器的整體特點(diǎn)，即在阻尼器底部18和(涂層的)內(nèi)覆環(huán)表面22之間的接觸，與和配置在相應(yīng)的整體(機(jī)構(gòu)加工或鑄造)的密封槽72中的中間阻尼器塊的狗骨形橫截面式的斜槽流動(dòng)密封件70一起的后弦接觸密封件76提供主要的密封作用。一個(gè)繩密封件74，例如一條陶瓷纖維繩為允許的重復(fù)損壞提供輔助密封。
這樣，在所述的示例性實(shí)施例中，使用將整體和非整體特點(diǎn)與金屬阻尼器綜合的密封系統(tǒng)。該阻尼器組件的密封表面包括阻尼器塊和內(nèi)覆環(huán)的(涂層)表面之間的整體的接觸表面。其優(yōu)點(diǎn)為環(huán)境屏障涂層(EBC)與金屬界面的相似性質(zhì)；在可以提供重復(fù)的軸向密封的阻尼器/覆環(huán)界面后部的非整體的圓周方向的繩密封體74；在阻尼器塊16中被加工或鑄造出的，有效保持斜槽流密封件70的整體的密封槽72；阻止在阻尼器頂部和表面上的軸向泄漏的整體加工的后弦密封件76；和有效地使弦密封件76(圖1)坐落在傾斜彈簧和阻尼器結(jié)構(gòu)。
在工作中，阻尼機(jī)構(gòu)的彈簧60保持在活塞32和阻尼器塊16上的徑向向內(nèi)和向后方向的力。該阻尼器塊16壓在該覆環(huán)12的背面22上，以衰減振動(dòng)，特別是可避免在共振頻率上或其附近的振動(dòng)響應(yīng)。
雖然已結(jié)合目前認(rèn)為最實(shí)際和優(yōu)選的實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不是僅限于所述的實(shí)施例，相反，在所附權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍內(nèi)，覆蓋各種修改和等價(jià)的結(jié)構(gòu)。
部件清單外覆環(huán)塊或體 10內(nèi)表面11內(nèi)覆環(huán)12阻尼器塊 16向內(nèi)的表面18背面 22阻尼器負(fù)荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)30活塞 32插孔 38中心冷卻通路 42金屬墊圈 50絕熱墊圈 52蓋54金屬?gòu)椈? 60蓋64上彈簧座 66有螺紋的彈簧保持套筒 68斜槽流動(dòng)密封件70密封槽72繩密封件 74弦向密封件7權(quán)利要求
1.一種渦輪級(jí)的阻尼器系統(tǒng)，包括沿圓周被安置在經(jīng)該渦輪級(jí)的熱燃?xì)馔ǖ郎系闹辽僖粋€(gè)內(nèi)覆環(huán)(12)，每一個(gè)所述的內(nèi)覆環(huán)具有部分地形成經(jīng)該渦輪的熱燃?xì)馔ǖ赖牡谝槐砻?11)；用以支承所述內(nèi)覆環(huán)的一個(gè)覆環(huán)體(10)；至少一個(gè)阻尼器塊(16)，每一個(gè)阻尼器塊與所述第一表面(11)相對(duì)的相應(yīng)的一所述內(nèi)覆環(huán)的背面(22)接合；一個(gè)阻尼機(jī)構(gòu)(30)，被安裝在所述覆環(huán)體上，并與所述阻尼器塊連接，以便借助于該塊與內(nèi)覆環(huán)的背面接合，該負(fù)荷加在所述阻尼器塊和所述內(nèi)覆環(huán)上，從而阻尼所述內(nèi)覆環(huán)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)；和一個(gè)密封系統(tǒng)，包括至少一個(gè)主整體密封件(18，22)；(70，72)；(76)和至少一個(gè)輔助的非整體密封件(76)，以限制經(jīng)該級(jí)的軸向和徑向的熱燃?xì)庑孤?br> 2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征為，所述輔助的非整體密封件包括被安置在該阻尼器/覆環(huán)界面的后部處的一個(gè)圓周繩密封件(74)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征為，所述至少一個(gè)主要的整體的密封件包括在所述阻尼器塊(16)和該內(nèi)覆環(huán)(12)的內(nèi)表面(22)之間的一個(gè)整體而接觸表面(18)。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征為，所述阻尼機(jī)構(gòu)包括一個(gè)彈簧(60)和一個(gè)活塞(32)，該活塞被所述彈簧偏置而將負(fù)荷加在所述阻尼器塊(16)上；其中，所述至少一個(gè)主整體密封件包括在所述阻尼器塊(16)和所述覆環(huán)體(10)之間的一個(gè)整體加工成的后弦密封件(76)，從而阻止沿該阻尼器塊的頂部表面的軸向泄漏。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征為，所述阻尼機(jī)構(gòu)向前傾斜，為所述后弦密封件(圖1)提供的正的向后壓力。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征為，所述至少一個(gè)主要的整體密封件包括被限定在所述阻尼器塊的至少一個(gè)整體密封槽(72)，用以容納一個(gè)斜槽流動(dòng)密封件(70)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征為，所述密封系統(tǒng)包括被配置成在相應(yīng)的沿圓周方向相鄰的所述阻尼器塊(6)中被限定的密封槽(72)之間延伸的第一密封件(70)；和包括被配置在該阻尼器/覆環(huán)界面的后部處的一個(gè)圓周繩密封件(74)的第二密封件。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征為，該阻尼器塊(16)整體地與內(nèi)覆環(huán)(12)的第二表面(22)接觸(18)，從而在其之間限定一密封件。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征為，所述阻尼機(jī)構(gòu)包括一個(gè)彈簧(60)和一個(gè)活塞(32)，該活塞被所述彈簧偏壓而將負(fù)荷加在所述阻尼器塊(16)上；并且還包括在每一個(gè)所述的阻尼器塊(16)和所述的覆環(huán)體(10)之間的整體加工成的后弦密封件(76)，從而阻止沿該阻尼器塊的頂部表面的軸向泄漏。
10.一種阻尼由一個(gè)覆環(huán)體(10)支承且部分地被配置在經(jīng)一渦輪級(jí)的熱燃?xì)馔ǖ赖膱A周上的內(nèi)覆環(huán)(12)的振動(dòng)方向的方法，所述內(nèi)覆環(huán)具有部分地限定經(jīng)過(guò)該渦輪的熱燃?xì)馔ǖ?，同時(shí)限制經(jīng)該級(jí)的軸向和徑向的熱燃?xì)庑孤┑牡谝槐砻?11)；該方法包括如下步驟提供至少一個(gè)阻尼器塊(16)，與在所述第一表面(11)相對(duì)的相應(yīng)的所述內(nèi)覆環(huán)(12)的背面(22)接合；提供一個(gè)阻尼機(jī)構(gòu)(30)，該阻尼機(jī)構(gòu)被所述覆環(huán)體(10)支承，并與所述的阻尼器塊(16)連接，用以借助于該塊與該內(nèi)覆環(huán)(12)的背面(22)接合，將負(fù)荷加在所述阻尼器塊和所述內(nèi)覆環(huán)上，從而阻尼所述內(nèi)覆環(huán)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)；配置至少一個(gè)所述的阻尼器塊(16)以形成至少一個(gè)主要的整體密封件(18、72、76)；和提供至少一個(gè)輔助的非整體密封件(76)，從而限制經(jīng)該級(jí)的軸向和徑向的熱燃?xì)庑孤?br> 全文摘要
一種渦輪級(jí)的阻尼器和密封系統(tǒng)，該渦輪級(jí)包括配置在通過(guò)該渦輪級(jí)的熱燃?xì)馔ǖ缊A周上的內(nèi)覆環(huán)(12)和支承該內(nèi)覆環(huán)的覆環(huán)件(10)。阻尼器塊(16)與該內(nèi)覆環(huán)(12)的背面(22)接合。另外，一個(gè)阻尼機(jī)構(gòu)(30)安裝在該覆環(huán)體(10)上，并與該阻尼器塊(16)連接，用于通過(guò)使該塊與內(nèi)覆環(huán)(12)的背面(22)接合，將負(fù)荷加在該阻尼器塊和內(nèi)覆環(huán)上，從而阻尼該內(nèi)覆環(huán)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。該密封系統(tǒng)包括至少一個(gè)主要的整體的密封件(18、72、76)的至少一個(gè)輔助的非整體密封件(74)，以限制通過(guò)該級(jí)的軸向和徑向的熱燃?xì)庑孤?br> 文檔編號(hào)F01D25/06GK1959066SQ200610143289
公開(kāi)日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2006年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月3日
發(fā)明者R·R·凱羅, K·L·布魯斯, T·R·法雷爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司