渦輪發動機密封件及其磨損度的修改制造技術

本發明專利技術涉及并公開一種密封件，該密封件包括襯底材料。襯底材料具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一磨損度，第二部分具有第二磨損度，第一磨損度與第二磨損度不同。

【技術實現步驟摘要】
渦輪發動機密封件及其磨損度的修改
本專利技術涉及渦輪機，并且更具體地，涉及渦輪發動機密封件。
技術介紹
旋轉迷宮式密封件具有廣泛的用途并且一個這種用途是實現燃氣渦輪發動機中的不同壓力下的增壓室之間的密封作用。這種密封件大體包括兩種主要元件，即，旋轉密封件以及固定密封件或罩。在與發動機的軸向長度平行的橫截面上，旋轉密封件常常具有多行薄齒狀突出部，所述多行薄齒狀突出部朝向固定密封件或罩從相對較厚的基部沿徑向延伸。固定密封件或罩通常由薄蜂窩帶狀構造形成。這些主要元件大體圍繞發動機的軸向長度沿周向定位并且定位成其間具有小的徑向間隙，以允許組裝旋轉部件和固定部件。迷宮式密封裝置的目的在于使主要氣體路徑外的氣體路徑泄漏最小化，并且隔離處于不同的溫度和壓力下的不同級的壓縮機。在很大程度上，發動機效率取決于通過控制氣體流以使氣體流與主要氣體路徑中的部件之間的相互作用最大化來使圍繞旋轉部件的該氣體泄漏最小化。渦輪發動機的有效性與沖擊旋轉構件輪葉的氣體直接成比例地發生變化。旋轉密封件與固定密封件之間更緊密的公差實現了較高的效率。用于獲得這些緊密公差的制造過程是成本極高并且耗時的。當操作燃氣渦輪發動機時，升高的操作溫度造成相對的固定密封件和旋轉密封件(例如旋轉迷宮式密封件中的那些旋轉密封件)朝向彼此沿徑向方向膨脹。旋轉迷宮式密封件沿徑向膨脹并且與罩摩擦，從而造成旋轉密封件薄突出部與罩之間的摩擦接觸。在摩擦期間，存在高熱壓縮，在摩擦之后獲得高殘余拉應力。該摩擦接觸造成密封齒溫度升高超過2,000°F，從而可能導致對一個或兩個密封構件同時造成損壞。例如，旋轉尖端可能開裂和折斷，從而顯著損害密封效率和發動機的操作。罩的薄蜂窩帶狀構造用于降低密封齒在其上摩擦的表面區域，同時降低結構的重量，且有助于使轉移至旋轉密封件的熱最小化，同時也提供所需的強度。此外，旋轉迷宮式密封齒尖端構造成能夠薄，以便與支承基部或殼結構熱隔離。然而，由于發動機啟動期間和發動機偏移期間的深入摩擦(甚至進入蜂窩部中)而造成的過多的熱能夠對旋轉刀刃密封件造成損壞，從而不利地影響耐久性和發動機效率，并且提供用于氣體流的泄漏路徑。此外，可能發生同樣使密封件特性降級的材料轉移。切割成甚至低密度蜂窩單元仍然能夠對旋轉密封齒造成損壞，從而導致過早的部分撤回。盡管已經在改進密封裝置的旋轉結構方面做出了大量努力，但是仍然對用于旋轉迷宮式密封結構的改進設計具有持續的需要，其中包括涉及能夠同時提高使用壽命和發動機操作效率的對固定結構的改進。
技術實現思路
本專利技術的各個方面以及優點將會在下文的描述中進行部分闡述，或者是通過描述可以顯而易見的，或者是可以通過實施本專利技術而學到。在一個方面中，本專利技術公開一種密封件，該密封件包括襯底材料。襯底材料具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一磨損度(abradability)，第二部分具有第二磨損度，第一磨損度與第二磨損度不同。在另一個方面中，本專利技術公開一種渦輪發動機密封件。該密封件包括襯底材料的部段。襯底材料的部段具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一磨損度，第二部分具有第二磨損度，第一磨損度與第二磨損度不同。在又一個方面中，本專利技術公開一種用于制造密封件的方法。該方法包括由襯底材料形成密封件。該密封件包括第一部分和第二部分，第一部分具有第一磨損度，第二部分具有第二磨損度，第一磨損度與第二磨損度不同。參照下文的描述以及所附權利要求，本專利技術的這些和其它的特征、方面以及優點將變得更好理解。結合在本說明書中并且構成本說明書一部分的附圖顯示了本專利技術的實施例并且與描述一起用于對本專利技術的原理進行解釋。附圖說明參照附圖，說明書中闡述了面向本領域普通技術人員的本專利技術的完整公開，這種公開使得本領域普通技術人員能夠實現本專利技術，包括本專利技術的最佳模式，在附圖中：圖1示出了渦輪機壓縮機轉子和定子的圖示；圖2示出了蜂窩狀罩的局部截面的圖示；圖3示出了壓縮機的橫截面，其中示出了與蜂窩狀罩相鄰的迷宮式密封齒；圖4示出了階梯形迷宮式密封裝置的透視圖，其中示出了與蜂窩狀罩相鄰的迷宮式密封件的齒；圖5示出了蜂窩狀結構；以及圖6示出了蜂窩狀結構和切割表面。具體實施方式現在將詳細地參照本專利技術的實施例，其中的一個或多個示例示于附圖中。每一個示例都以對專利技術進行解釋的方式給出，并不對本專利技術構成限制。實際上，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，能夠在不偏離本專利技術的范圍或者精神的前提下對本專利技術進行各種改型和變型。例如，作為一個實施例的一部分示出或者進行描述的特征能夠用于另一個實施例，從而產生又一個實施例。因此，期望的是，本專利技術覆蓋落入所附權利要求及其等同形式的范圍內的這種改型以及變型。總體而言，本專利技術公開了渦輪發動機密封件及其生產方法。該密封件包括襯底材料，該襯底材料例如可以呈帶狀形式。襯底材料能夠具有加強部分和/或減弱部分，從而允許在期望處磨損，但是另外使不期望磨損處的其它區域中的磨損最小化。這種構造減少了密封區域中泄漏的機會。甚至更廣泛地，襯底材料能夠被認為具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一強度，第二部分具有第二強度，其中第一強度大于第二強度。例如，一個部分能夠僅僅具有“基線”材料強度，并且另一個部分能夠比“基線”強或弱。本專利技術克服了與可均勻磨損的表面相關的問題。即，如果整個面可易于磨損，那么存在一部分磨損過快以及/或者使該部分由于總體弱的結構而失效的風險。另一方面，如果整個表面不是可易于磨損的，那么可能難于實現期望的耐磨特性，特別是在低磨損和/或低摩擦速度下。本專利技術通過允許給定部分的每一個區域的磨損度的期望水平而消除了在兩個參數之間進行選擇的需要。現在參照附圖，其中相似的部分具有相同的附圖標記，圖1中大體示出了具有壓縮機轉子4和定子6的典型發動機的軸流式壓縮機2的分段視圖。圖1的壓縮機轉子包括組裝成壓縮機盤22的一系列壓縮機輪葉20，壓縮機盤組裝成公共軸24。本專利技術的旋轉迷宮式密封件未示出圖1中，但是在壓縮機盤22之間定位在壓縮機轉子上的26處。固定的定子6包括一系列葉片30，隨著旋轉壓縮機輪葉20移動并且沿軸向方向壓縮空氣，該一系列葉片30沿軸向引導空氣流通過壓縮機。壓縮機輪葉20在壓縮機葉片30之間旋轉，從而形成壓力和溫度不同的具有區別的級。與葉片30相關聯但是從葉片沿徑向向內定位且與壓縮機轉子4的旋轉迷宮式密封件相對的罩由薄的蜂窩狀帶制成。盡管本專利技術的方法特別適于由旋轉迷宮式密封件形成的迷宮式密封件，但是如果需要的話，也可以使用該方法制備其它結構，所述旋轉迷宮式密封件沿包括薄蜂窩狀帶的定子6在盤22與固定密封件或罩之間定位于轉子4上。圖2中示出了大體圓柱形的固定密封件或罩40的截面，所述固定密封件或罩40定位在定子6中并且包括蜂窩狀結構42，蜂窩狀結構42呈大體圓柱形并且典型地粘結至墊環(圖2中未示出)。用于形成蜂窩狀結構的一個方法是通過弄皺、堆疊和結合薄韌性材料(例如鎳或鎳基高溫合金)片實現。與韌性材料片兼容的釬焊合金被放置在蜂窩狀結構與墊環之間的連接點處。在冷卻時，先前通過例如點焊的結合過程彼此連接的片通過釬焊在連接點44處連接至墊環。圖3是壓縮機2的橫截面，其中示出了組裝成壓縮機葉片30的蜂窩狀罩40。在壓縮機盤22之間定位在壓縮機2的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種密封件，所述密封件包括：襯底材料，所述襯底材料包括具有第一磨損度的第一部分和具有第二磨損度的第二部分，所述第一磨損度與所述第二磨損度不同。

【技術特征摘要】
2012.01.04 US 13/343,2091.一種渦輪發動機密封件，所述渦輪發動機密封件包括：由韌性材料帶制成的蜂窩狀結構，所述蜂窩狀結構包括基部襯底區以及位于基部襯底區之上并且與所述基部襯底區共延的表面襯底區，所述基部襯底區限定第一磨損度；其中所述表面襯底區還限定具有第二磨損度的中心區域和具有第三磨損度的側邊區域，所述側邊區域鄰近所述中心區域并且沿著所述中心區域定位；其中，所述中心區域通過局部弱化處理而被局部減弱，并且所述側邊區域通過局部強化處理而被局部加強，使得所述基部襯底區的所述第一磨損度小于所述中心區域的第二磨損度，并且所述第一磨損度大于所述側邊區域的所述第三磨損度。2.根據權利要求1所述的渦輪發動機密封件，其特征在于，所述中心區域通過構造成增加脆性的局部弱化處理而被局部減弱。3.根據權利要求1所述的渦輪發動機密封件，其特征在于，所述局部弱化處理產生局部減弱區域，所述局部減弱區域延伸穿過形成所述中心區域的韌性材料帶的總厚度的至少10％。4.根據權利要求1所述的渦輪發動機密封件，其特征在于，所述局部弱化處理產生局部減弱區域，所述局部減弱區域延伸穿過形成所述中心區域的韌性材料帶的總厚度的至少25％。5.根據權利要求1所述的渦輪發動機密封件，其特征在于，所述局部弱化處理產生局部減弱區域，所述局部減弱區域延伸穿過形成所述中心區域的韌性材料帶的總厚度的至少50％。6.根據權利要求1所述的渦輪發動機密封件，其特征在于，所述局部弱化處理為化學處理。7.根據權利要求1或6所述的渦輪發動機密封件，其特征在于，所述局部弱化處理包括在預定溫度下將所述中心區域暴露于輕元素以允許輕元素擴散到所述中心區域的表面中。8.根據權利要求7所述的渦輪發動機密封件，其特征在于，所述輕元素包括鋁、氮、氫或硼中的一個或多個。9.根據權利要求1所述的渦輪發動機密封件，其特征在于，所述局部弱化處理包括表面開槽、選擇性刻蝕、離子注入或擴散、鋁化或其組合。10.根據權利要求1所述的渦輪發動機密封件，其特征在于，所述側邊區域在當所述局部弱化處理被應用到所述中心區域時被進行掩模，以便所述側邊區域不經受所述局部弱化處理。11.一種渦輪發動機密封件組件，所述渦輪發動機密封件組件包括：背板；以及渦輪發動機密封件，所述渦輪發動機密封件包括由韌性材料帶制成的蜂窩狀結構，所述蜂窩狀結構包括連接至背板的基部襯底區以及位于基部襯底區之上并且與所述基部襯底區共延的表面襯底區，所述基部襯底區限定第一磨損度；其中所述表面襯底區還限定具有第二磨損度的中心區域和具有第三磨損度的側邊區域，所述側邊區域鄰近所述中心區域并且沿著所述中心區域定位；以及其中，所述中心區域通過局部弱化處理而被局部減弱，并且所述側邊區域通過局部強化處理而被局部加強，使得所述基部襯底區的所述第一磨損度小于所述中心區域的第二磨損度，并且所述第一磨損度大于所述側邊區域的所述第三磨損度。12.根據權利要求11所述的渦輪發動機密封件組件，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：SF辛普森，GC利奧塔，JT克納普，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：