[发明专利]用于涡轮机械的具有适形涂层的密封件

说明书

本申请提供用于减小涡轮机械的相邻构件之间的泄漏的槽口密封件。密封件可包括金属垫片和上覆金属垫片的涂层。涂层可为金属涂层、玻璃涂层、釉质涂层或陶瓷涂层。涂层可形成密封件的外表面以便与涡轮机的密封槽口的密封槽口表面相接合。涂层可能够操作以在预定操作温度和预定操作压力下适形于密封槽口表面的表面不平度并且保持联接至金属垫片来减少越过密封件并且由此在构件之间的泄漏。涂层可构造成在预定操作温度和预定操作压力下流动到由密封槽口表面的表面不平度所形成的凹陷部中并且保持联接至金属垫片。

技术领域

本申请主要涉及用于减少泄漏的密封件，并且更具体地涉及构造成在密封槽口内操作以减少涡轮机械的相邻构件之间的泄漏的密封件。

背景技术

在涡轮机械构件之间热燃烧气体和/或冷却流的泄漏通常导致功率输出减少和效率下降。例如，通过围绕热气体路径提供加压的压缩机空气，热燃烧气体可容纳在涡轮内。通常，在相邻的涡轮构件（例如定子护罩、喷嘴、以及隔板、内壳壳体构件，以及转子构件）之间高压冷却流泄漏到热气体路径中导致效率降低，并且需要提高点燃温度和降低发动机燃气涡轮效率来维持期望的功率水平（相比于此种泄漏的环境空隙）。因此，通过减少或消除涡轮构件之间的泄漏可改善涡轮效率。

传统地，涡轮构件接合处（junction）之间的泄漏利用定位在形成于该涡轮构件例如定子构件之间的密封槽口中的金属密封件来处理。密封槽口通常横跨构件之间的接合处延伸，使得定位在其中的金属密封件阻塞或以其它方式抑制穿过该接合处的泄漏。然而，利用定位在涡轮构件中的密封槽口内的金属槽口密封件来防止涡轮构件接合处之间的泄漏由于现代涡轮机械中产生的相对高温而变得复杂。由于引入新材料，例如陶瓷基复合材料（CMC）涡轮构件，其允许涡轮相对于传统涡轮以更高温度（例如，超过1500摄氏度）操作，用于在密封槽口中使用的常规金属涡轮槽口密封件可能并不适合。

利用金属密封件防止涡轮构件接合处之间的泄漏由于涡轮构件的密封槽口由相邻构件中的对应槽口部分形成的事实而变得更加复杂（定位在其中的密封件通常横跨构件之间的接合处延伸）。这些相邻构件之间例如因热膨胀、制造、组装和/或安装缺陷等导致未对准而产生不规则的密封槽口接触表面，其随着时间的推移可在构造、形状和/或大小方面发生变化。另外，密封槽口接触表面可包括例如因制造缺陷、热膨胀、磨损、氧化等引起表面不平度或粗糙度，其允许空气在密封槽口接触表面和抵靠其定位的密封件的外表面（或多个外表面）之间移动。密封槽口接触表面的表面粗糙度也可随着时间的推移而变化，例如因热循环负载、氧化和/或磨损引起。

如果密封件不变形或不以其它方式适形（或顺应）于此类不平度，则在密封槽口接触表面中的此类不平度允许横跨定位在密封槽口内的槽口密封件的泄漏。遗憾的是，试图解决此类不规则密封槽口接触表面（例如，由于未对准）的许多常规金属密封件无法充分地耐受当前的涡轮操作温度。另外，试图解决密封槽口接触表面的表面不平度的许多常规金属和非金属密封件不能适应表面不平度随着时间的推移而变化，因为它们通常塑性地变形或分离来至少部分地填充表面不平度。

因此，将期望有构造成用于在典型的涡轮密封槽口中使用的涡轮机械构件接合处密封件，其耐受涡轮日益升高的操作温度并且适形于密封槽口接触表面中的不平度。

发明内容

在一个方面，本公开内容提供一种密封件，其用于定位在涡轮机的、至少部分地由相邻构件的密封槽口表面所形成的密封槽口内以防止横跨在构件之间延伸的间隙的泄漏。密封件包括金属垫片和涂层。金属垫片限定包括密封表面和支承表面的外表面。涂层上覆并联接至至少金属垫片的密封表面并且形成密封件的外表面以便与密封槽口表面接合。涂层可操作以在预定操作温度和预定操作压力下适形于密封槽口表面的表面不平度并且保持联接至金属垫片以减少越过密封件并穿过间隙的泄漏。