具有兩行互補(bǔ)密封元件的密封系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪機(jī)領(lǐng)域，并且更具體地涉及渦輪機(jī)壓縮機(jī)和噴嘴的領(lǐng)域。
[0002]本發(fā)明適用于任何類(lèi)型的陸地或航空渦輪機(jī)，并且尤其適用于諸如渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)之類(lèi)的飛行器渦輪機(jī)。更優(yōu)選地，本發(fā)明適用于雙軸渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0003]例如，渦輪機(jī)包括具有多個(gè)壓縮級(jí)的壓縮機(jī)，每個(gè)壓縮級(jí)由一環(huán)形行的安裝在渦輪機(jī)的殼上的可動(dòng)(轉(zhuǎn)子)葉片以及安裝在渦輪機(jī)的外部環(huán)形殼體上的定子組成。
[0004]壓縮機(jī)定子可由環(huán)組成，或者也可分成多個(gè)部段(S卩，它包括多個(gè)繞壓縮級(jí)的縱向軸線以圓周的方式首尾相連地連接的角部段)。在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)“部段”是指所具有的角度范圍覆蓋小于或等于360°的角度的結(jié)構(gòu)的任一環(huán)形部分，例如或更具體地，是定子部段。
[0005]每個(gè)定子部段包括外殼和內(nèi)殼，該外殼和內(nèi)殼中的一個(gè)同軸地布置在另一個(gè)的內(nèi)部，并且一個(gè)(或若干)輪葉在這些殼之間徑向地延伸并通過(guò)輪葉的徑向端部與殼體連接。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，在每個(gè)級(jí)處，定子和轂之間均具有間隙，并在定子下方形成空腔。在運(yùn)轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)中，壓力沿上游至下游的方向增加。因此，泄漏流通常在該空腔中循環(huán)，沿從定子的下游至上游的方向在內(nèi)殼的徑向內(nèi)端部下方行進(jìn)。這種泄漏流的存在往往被認(rèn)為是“定子下方再循環(huán)現(xiàn)象”。
[0007]定子下方再循環(huán)現(xiàn)象會(huì)干擾渦輪機(jī)中的主氣流，并且尤其地，它會(huì)改變輪葉上游的流動(dòng)條件。因此，這種現(xiàn)象是降低壓縮機(jī)的可操作性和性能損失的一個(gè)重要的因素。
[0008]可遏制定子下方再循環(huán)現(xiàn)象的一種解決方案已被公開(kāi)，該方案在于:安裝由轉(zhuǎn)子殼支撐的密封元件并且該密封元件被布置成面向由定子支撐的耐磨涂層(abradablecoating layer)。耐磨涂層和一行密封元件的這種結(jié)合被稱為迷宮密封或更簡(jiǎn)單地被稱為“迷宮”。
[0009]因此能夠減少泄露區(qū)段，并因此減少定子內(nèi)殼下方的氣體泄漏流。
[0010]一個(gè)難點(diǎn)與下述事實(shí)有關(guān):在常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)期間，轉(zhuǎn)子和殼體在相對(duì)較高的機(jī)械變形和熱變形的影響下彼此獨(dú)立地移動(dòng)。因此，泄漏區(qū)段在發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)期間變化。在任務(wù)的某個(gè)時(shí)刻，泄漏區(qū)段會(huì)變得高至足以對(duì)壓縮機(jī)性能產(chǎn)生不可忽略的影響。
[0011 ]例如，喪失的性能可高達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)在全速時(shí)的0.5%到I %。
[0012]因此，需要改進(jìn)該解決方案以避免定子下方再循環(huán)現(xiàn)象的負(fù)面影響，以便提高壓縮機(jī)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]因此，本發(fā)明涉及渦輪機(jī)流動(dòng)路徑的密封系統(tǒng)，其處于定子部段下方的空腔中，密封系統(tǒng)包括:定子部段以及轉(zhuǎn)子裝置，空腔位于定子部段的輪葉根部和互補(bǔ)的轉(zhuǎn)子裝置之間，根部包括至少部分地設(shè)置有耐磨涂層的第一表面，轉(zhuǎn)子裝置設(shè)置有面向第一表面的至少一個(gè)第一密封元件，第一表面和第一密封元件形成第一密封副并在第一表面和第一密封元件之間界定出第一泄露區(qū)段。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，根部包括至少部分地設(shè)置有耐磨涂層的第二表面，轉(zhuǎn)子裝置設(shè)置有面向第二表面的至少一個(gè)第二密封元件，第二表面和第二密封元件形成第二密封副并在其間界定出第二泄露區(qū)段，在發(fā)動(dòng)機(jī)的任務(wù)期間，當(dāng)?shù)诙芊飧壁呄蛴谙鄳?yīng)的最大泄露區(qū)段時(shí)，第一密封副趨向于最小泄露區(qū)段，并且當(dāng)?shù)诙芊飧壁呄蛴谧钚⌒孤秴^(qū)段時(shí)，第一泄露密封副趨向于最大泄露區(qū)段。最后，第一密封副和第二密封副以軸向間隔彼此隔開(kāi)。
[0015]因此，本發(fā)明能夠通過(guò)減少穿過(guò)第二密封副的泄露流來(lái)補(bǔ)償?shù)谝幻芊飧钡南鄬?duì)間隔。因此，有利地，本發(fā)明能夠在渦輪機(jī)的工作期間利用可施加于渦輪機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的應(yīng)變。更確切地，由于密封副之間的軸向間隔，施加于定子和轉(zhuǎn)子的相對(duì)于彼此的偏斜作用可明智地用于獲得泄露流之間的需要的補(bǔ)償。
[0016]有利地，本發(fā)明還可包括軸向壁，例如該軸向壁呈環(huán)形部段的形式。該軸向壁的作用在于引起泄露流中的壓力損失，這可改善渦輪機(jī)的整體性能。
[0017]本發(fā)明還具有的優(yōu)點(diǎn)在于它不會(huì)產(chǎn)生任何之前不存在的附加的組裝約束。
[0018]有利地，第一表面是根部的內(nèi)表面，并且第二表面是根部的外表面。
[0019]在一個(gè)特定的實(shí)施例中，第一表面的曲率半徑小于第二表面的曲率半徑。
[0020]例如，第一表面可面向渦輪機(jī)的縱向軸線，與第二表面相對(duì)。
[0021]優(yōu)選地，第二表面屬于從根部的本體處軸向地突出的軸向壁，使得第二表面徑向地位于轉(zhuǎn)子裝置的平臺(tái)下方，并且第一表面被布置在根部本體上并同時(shí)與定子部段的平臺(tái)至少部分地徑向重疊。
[0022]在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，第二表面形成根部的軸向壁的一部分，軸向壁沿上游方向延伸。因此，本發(fā)明能夠被實(shí)施在低壓和高壓壓縮機(jī)流動(dòng)路徑中。有利地，當(dāng)在壓縮機(jī)中實(shí)施本發(fā)明時(shí)，這種構(gòu)型在渦輪機(jī)的工作期間利用了定子和轉(zhuǎn)子之間的偏斜。
[0023]在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，第二表面形成根部的軸向壁的一部分，軸向壁朝向下游方向延伸。因此，本發(fā)明能夠被實(shí)施在低壓和高壓渦輪流動(dòng)路徑中。有利地，當(dāng)在渦輪中實(shí)施本發(fā)明時(shí)，這種構(gòu)型在渦輪機(jī)的工作期間利用了定子和轉(zhuǎn)子之間的偏斜。
[0024]本發(fā)明還涉及一種轉(zhuǎn)子裝置，包括至少一個(gè)第一密封元件和至少一個(gè)第二密封元件，該至少一個(gè)第一密封元件朝向渦輪機(jī)的外部延伸并形成第一組密封元件，該至少一個(gè)第二密封元件面向縱向軸線并形成第二組密封元件，轉(zhuǎn)子裝置被配置成與定子部段結(jié)合而形成前述的密封系統(tǒng)，第一組密封元件和第二組密封元件以軸向間隔彼此隔開(kāi)。
[0025]在本發(fā)明的整個(gè)內(nèi)容中，應(yīng)當(dāng)理解的是，向外定向的密封元件被布置成使得密封元件的尖端和渦輪機(jī)的縱向軸線之間的徑向距離大于密封元件的根部和該軸線之間的徑向距離，這與面向縱向軸線的密封元件相反。
[0026]本發(fā)明還涉及一種定子部段，包括具有根部的輪葉，輪葉的根部包括第一表面和第二表面，第一表面至少部分地設(shè)置有耐磨涂層并面向渦輪機(jī)的縱向軸線，第二表面至少部分地設(shè)置有耐磨涂層并面向渦輪機(jī)的外部，定子部段被配置成與轉(zhuǎn)子裝置結(jié)合而形成之前披露的密封系統(tǒng)。此外，兩個(gè)耐磨涂層以軸向間隔彼此隔開(kāi)。
[0027]本發(fā)明還涉及一種渦輪機(jī)，在所述渦輪機(jī)中，上文中披露的轉(zhuǎn)子裝置和定子部段可共同形成密封系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0028]閱讀下文給出的本發(fā)明的非限制性實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明并查看附圖的示意性局部圖之后，本發(fā)明將被更好地理解，在附圖中:
[0029]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的包括定子部段下方的密封系統(tǒng)的壓縮機(jī)的示例，
[0030]圖2A和圖2B示出了壓縮機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中的兩種情形，并示出了定子部段的示例性變形，
[0031]此外，為了易于理解附圖，附圖中示出的不同部分不一定按相同的比例繪出。
【具體實(shí)施方式】
[0032]在整個(gè)公開(kāi)內(nèi)容中，術(shù)語(yǔ)上游和下游應(yīng)當(dāng)參照本發(fā)明的渦輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)主氣流(main normal gas flow)方向FP(見(jiàn)圖1)來(lái)理解。此外，禍輪機(jī)軸線是禍輪機(jī)的縱向?qū)ΨQ軸線。軸向方向是渦輪機(jī)的軸線方向，并且徑向方向是垂直于渦輪機(jī)的軸線的方向。此外，除非另有提到，形容詞和副詞:軸向、徑向、軸向地以及徑向地均可參考上述的軸向和徑向方向來(lái)使用。此外，除非另有提到，形容詞“內(nèi)”和“外”可參考徑向方向來(lái)使用，使得元件的內(nèi)部或內(nèi)表面(即，徑向內(nèi)部或徑向內(nèi)表面)比該元件的外部或外表面(即，徑向外部或徑向外表面)更靠近渦輪機(jī)軸線。在附圖中，外側(cè)位于頂部，并且內(nèi)側(cè)位于底部。
[0033]圖1示出了示例性渦輪機(jī)壓縮機(jī)的局部示圖，并示出了共同設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明的密封系統(tǒng)9(換句話說(shuō)是泄露流限制系統(tǒng))的定子部段10以及轉(zhuǎn)子元件11。
[0034]定子部段10包括外殼SE、輪葉PS、以及形成定子的根部的內(nèi)殼SI。輪葉PS被安裝在夕卜殼SE的內(nèi)部。內(nèi)殼SI以與外殼SE同軸的方式安裝在葉輪PS的內(nèi)端部。
[0035]轉(zhuǎn)子元件11包括對(duì)輪葉PR2進(jìn)行支撐的上游轉(zhuǎn)子平臺(tái)R2以及對(duì)輪葉PRl進(jìn)行支撐的下游轉(zhuǎn)子平臺(tái)Rl。上游平臺(tái)R2和下游平臺(tái)Rl通過(guò)轉(zhuǎn)子殼VI彼此連接。
[0036]如將在本說(shuō)明書(shū)的末尾處公開(kāi)的，該系統(tǒng)能夠被調(diào)換，以便在具有微小變化的渦輪中使用。
[0037]內(nèi)殼SI軸向地位于平臺(tái)Rl和R2之間，并且徑向地位于定子部段10的平臺(tái)R’的下方。
[0038]內(nèi)殼SI包括內(nèi)表面21。徑向地位于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子殼VI和內(nèi)殼SI之間的空間限定出定子下方的空腔C。
[0039I示例中示出的內(nèi)殼SI包括從壓縮機(jī)的上游軸向延伸的軸向壁架或壁24，并且因此，在本例中，軸向壁架或軸向壁24為前壁架。因此，壁架24從根部SI的本體SI’軸向地突出以沿軸向方向延伸越過(guò)平臺(tái)R’，并且該壁架被平臺(tái)R2部分地覆蓋。
[0040]在這種情況下，壁架24呈沿角度方向延伸的環(huán)形部段的形式，例如沿相應(yīng)的定子根部(在這種情況下是定子部段10)的角度尺寸延伸。
[0041]轉(zhuǎn)子元件11和定子部段10被成形為使得壁架24在其三個(gè)表面(外表面24a、前表面24b以及自空腔C的上游處的內(nèi)表面)上至少部分地被轉(zhuǎn)子殼VI和平臺(tái)R2所圍繞。
[0042]內(nèi)表面21設(shè)置有耐磨涂層22。在這種情況下，形成第一組密封元件的三個(gè)密封元件23位于殼VI上，并面向耐磨涂層22。因此，涂層22和密封元件23形成第一密封副20，也被稱為第一迷宮密封件。耐磨涂層22徑向地位于部段10的平臺(tái)R’下方，優(yōu)選地，其不軸向地突出超過(guò)平臺(tái)。這同樣適用于布置在根部本體(SI’)上的第一表面21，并且，該第一表面21上涂覆有耐磨涂層22。
[0043]在這種情況下，向前壁架24的外表面24a設(shè)置有耐磨涂層32。