CN102224323B - 一种具有环段定位构件的涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定位构件(10)，用于定位涡轮叶轮的环段，所述涡轮叶轮安装为围绕所述壳体内的轴旋转。该构件具有：紧固部分(20)，用于紧固到壳体上；弹性部分(24，26，28)，形成一弹簧；和支撑部分(30，32)，其连接到所述弹性部分，并用于轴向撑靠该环段，其方式使得当所述构件安装后，该环段由该定位构件轴向压靠所述壳体的一个部分。

Description

一种具有环段定位构件的涡轮机

技术领域

本发明涉及涡轮机涡轮领域，更具体说，用于燃气轮机中的涡轮机。 

本发明更准确说涉及一种涡轮机，其具有定位构件，用于定位涡轮机叶轮的环段，其中涡轮机叶轮安装为围绕壳体内的轴旋转。 

背景技术

传统上，涡轮机涡轮的叶轮，例如直升机气体涡轮的高压涡轮，由一环包围，该环与涡轮机叶轮同轴。作为涡轮机定子的组件，该环形成涡轮级的外护罩。换句话说，离开燃烧室的燃烧后气体在涡轮叶轮的轮轴与该环之间流动，其方式驱动涡轮叶轮旋转。 

通常，该环由多个环段构成，也叫环区，一个接一个连续设置。 

这些环段通常并不紧固到涡轮机壳体上，因为它们由于燃烧气体传递来的高温而易于沿轴向和径向扩大。 

所述环段由一个或多个定位构件保持在壳体内。 

而且，通常的做法是通过制造冷却流体围绕该环来为环冷却，该冷却流体可从由涡轮压缩机产生的压缩空气流出。 

然而，这样的结构导致产生泄漏区域的缺点，可以理解，燃烧后的空气可渗入冷却回路，或者相反地，冷却流体可渗入位于涡轮机叶轮上游或下游的气体流部分，当下游发生喷出时，情况将更严重，这将对涡轮机的效率造成不利。 

为了避免泄漏，文献US 5 988 975提出了一个解决方案，该方案在于通过使用环来提供径向密封，该环使环段对壳体保持径向压力。 

发明内容

本发明的一个目的是提供一种涡轮机，包括一选择性定位构件，其用于在气体流部分与冷却回路之间提供密封。 

本发明通过以下事实实现此目的。该定位构件具有： 

·用于紧固到壳体上的紧固部分； 

·形成一弹簧的弹性部分；和 

·与该弹性部分相连的支撑部分，其以这样的方式对环段进行轴向支撑：当所述构件安装时，该环段被该定位构件沿轴向压到壳体的一个部分上。 

在本发明的意义中，术语“轴向”和“径向”应相对于涡轮机叶轮的轴和径去考虑，然而术语“下游”应参考燃烧后的气体通过涡轮机的流动方向去理解。 

因此，一旦每个环段利用由所述定位构件的支撑部分所施加的轴向力抵靠在壳体的一与旋转轴垂直的(上游或下游)部分而被轴向保持，则可在冷却流体回路与气体流部分之间建立密封。 

换句话说，随着该定位构件通过紧固部分紧固到壳体上，由弹性部分产生的轴向力被传送到支撑部分，随后传送到该环段。在缺少该定位构件的情况下，该环段适合相对于壳体沿轴向做小幅移动，从而可以理解该支撑部分推动环段顶靠壳体部分，从而将其压靠到所述壳体部分上。优选地，该支撑部分推动环段抵靠壳体的下游部分。 

在另一变例中，该紧固部分也撑靠该环段。 

优选地，该弹性部分位于紧固部分与支撑部分之间。 

优选地，该环段所压靠到的壳体部分垂直于涡轮机叶轮的旋转轴而被压。 

有利地，该定位构件包括承载该紧固部分的至少第一臂。 

优选地，该第一臂设计为沿轴向延伸。 

在第一变例中，该紧固部分为调整片的形式，其相对于所述第一臂在其 中延伸的平面垂直延伸。 

这样，当该定位构件安装时，该调整片径向延伸。它特别地用于夹在壳体的两个组成部分之间。 

在另一变例中，该紧固部分包括一轴孔，其相对于第一臂在其中延伸的平面垂直延伸。在此变例中，作为示例而非必须地，该壳体使用螺栓和螺母系统而被紧固，防止定位构件的第一臂相对于壳体作轴向移动。 

有利地，该弹性部分由起皱的簧片构成，此簧片为一小金属片，例如一柔性片，具有多个连续的皱折。然而，也可设计其他类型的弹性部分。 

而且，所述皱折优选位于紧固部分与支撑部分之间。 

在第一实施例中，该定位构件为簧片的形式，该簧片具有第一端，其构成所述紧固部分，表现为一垂直的调整片；和第二端，其构成弯曲的支撑部分；并具有位于第一端和第二端之间的中间部分，其皱起以形成所述弹性部分。 

在另一实施例中，该定位构件包括承载所述紧固部分的至少第一臂，和包括所述弹性部分的至少第二臂，该弹性部分优选由皱折构成。 

在本发明的一个优选方面，所述第一和第二臂平行于一板并从其延伸，该紧固部分位于该第一臂的与板较远的一端，而该支撑部分位于该第二臂的与板较远的一端。 

该紧固部分靠近该支撑部分(特别是该定位构件固定到壳体上的点靠近支撑部分)的一个优点是限制支撑部分与紧固部分之间的壳体、段，或定位系统(在温度影响下)变形的影响。这还限制应用到段上的力，并因此改善环段的性能。 

优选地，该定位构件进一步包括第三臂，其类似于从板延伸的第二臂，在第二和第三臂之间延伸的第一臂。因此，该定位构件为E形，带有由第一、第二和第三分支构成的三个分支。更准确说，当该定位构件与环段安装时，这三个分支沿轴向延伸。 

此定位构件的一个优点是它还可沿方位方向保持两个连续的环段。为 此，每个环段被沿方位方向保持在位于段的一端的第一定位构件的第一臂与位于段的另一端的第二定位构件的第一臂之间。 

而且，该第一臂还优选包括位于板与紧固部分之间的第二弹性部分，从而进一步改善该定位构件的弹性。 

在本发明的另一实施例中，该第一臂形成一板，用于盖住带有一间隙的限定在两个相邻环段之间的接合点。在此情况下，该盖板的一端优选包括上述调整片，用于将定位构件紧固到壳体上。因此，该盖板用于通过盖住可能在两个相邻段的两端部之间存在的间隙而改善密封。 

在另一实施例中，所述弹性部分由从板延伸的一对V形臂构成。在此情况下，所述弹性部分由一对弹性臂构成，该对弹性臂适于在变形后回到其初始形状。 

在此实施例中，该支撑部分有利地由所述臂的端部构成，所述端部设计为轴向撑靠环段，以将其压靠壳体的垂直于旋转轴延伸的(下游或上游)部分。 

本发明因此提供一种涡轮机，例如但不限于直升机，该涡轮机包括壳体、安装为围绕壳体内的轴旋转的涡轮机叶轮，和围绕涡轮机叶轮同轴设置的环，所述环由至少第一环段和第二环段构成，所述涡轮机进一步包括上述至少一个定位构件，该定位构件紧固到所述壳体上，并向至少一个环段施加轴向推力，以将其轴向压靠到壳体的一部分上。 

在优选方式中，该定位构件具有一紧固部分，用于将其紧固到壳体上，该紧固部分位于靠近所述壳体部分，以避免受到环段轴向膨胀的影响。 

所述部分优选为壳体的下游部分。 

有利地，该定位构件包括紧固到壳体上的第一臂，向第一环段上施加轴向推力的弹性第二臂，和向第二环段上施加轴向推力的弹性第三臂，以将环段轴向压靠到壳体的一部分上。优选地，该第一和第二环段相邻。 

在优选方式中，本发明的涡轮机进一步包括覆盖第一、第二邻接环段之间接合点的至少一个板，该盖板由该定位构件抵靠所述段而径向保持。 

优选地，该定位构件包括由具有皱折的簧片构成的弹性部分，该簧片径向撑靠该盖板，以将其抵靠第一和第二环段的相邻端部而径向保持。 

优选地，该皱折具有径向展曲性，以吸收所述盖板的振动。而且，无论气体流动部分与壳体内腔之间可能存在的压差是多少，此径向展曲性用于将盖板抵靠所述段的端部而径向保持。 

该定位构件的另一优点是，其用于吸收段的振动。 

依靠其皱折部分，该定位构件还可抵靠环段或密封簧片，并抵靠壳体的部分或环支撑，而径向支撑。触靠这两部分用于减小甚至消除环段间的任何径向偏移或间隙，从而确保这些段的受控径向定位：这对于确保控制涡轮机中的间隙甚而其性能特别有利。 

附图说明

在阅读以下作为非限定性例子的实施例的说明后，本发明将得到更好的理解，其优点将更好地呈现。该说明参照附图，其中： 

图1是本发明涡轮机的定位构件第一实施例的立体图； 

图2是涡轮环的局部立体图，显示由图1中的定位构件保持在一起的两个环段； 

图3是涡轮机的局部轴向剖面图，显示安装后的图1中的定位构件； 

图4是本发明定位构件第二实施例的立体图； 

图5是具有图4的安装在其中的定位构件的涡轮机的局部轴向剖面图； 

图6是本发明涡轮机定位构件第三实施例的立体图； 

图7是具有图6的安装在其中的定位构件的涡轮机的局部轴向剖面图； 

图8是本发明涡轮机定位构件第四实施例的立体图； 

图9是具有图8的安装在其中的定位构件的涡轮机的局部轴向剖面图； 

具体实施方式

参照图1-3，将对本发明第一实施例进行说明。 

在本发明中，定位构件10用于相对于涡轮机的壳体定位一涡轮环段，其中涡轮可旋转地安装。 

从图1中可见，定位构件10通常为字母“E”的形式。它包括板12，从板12垂直延伸出的中央第一臂14，以及第二臂16和第三臂18，所述臂如同构成字母“E”的三个分支。所述臂大致相互平行。 

而且，定位构件10的厚度对比它的其他尺寸来说较小。更准确说，每个臂为起皱簧片的形式。 

根据本发明，定位构件10具有紧固部分20，在此实施例中，紧固部分20为由形成在第一臂14的自由端14a中，即其远离板12的端部中的孔22构成。以相似方式，第二臂16和第三臂18的自由端的附图标记为16a和18a。 

此紧固部分20用于紧固到涡轮机的壳体62上，以将定位构件10紧固到涡轮机的壳体上。这方面情况将在下文中描述。 

第一臂14、第二臂16和第三臂18中的每一个还分别包括形成弹簧的弹性部分24、26或28。 

这三个弹性部分24、26和28中的每个均为皱折形式。换句话说，第一臂14、第二臂16和第三臂18中的每一个均具有一连串的折叠部分，以形成皱折，折叠轴相对于所述臂横向延伸。 

这些皱折24、26和28可沿第一臂14、第二臂16和第三臂18的纵向方向变形，但它们倾向于回复到其原始形状。第二臂和第三臂的皱折26和28构成压缩弹簧，其意义为，如果企图将自由端向板移，则由此变形的皱折产生一称作压缩力的相对力。相反，皱折24构成一拉力弹簧。这种设置的优点将在下文中进行解释。 

而且，定位构件10具有两个支撑部分30和32，它们由第二臂16和第三臂18的自由端16a和18a构成。如图1中可见，自由端16a和18a是弯曲的，以形成钩状。 

而且，优选地，第二臂16和第三臂18比第一臂14稍长。 

参照图2和3，以下对如何安装定位构件10进行说明。 

通常，涡轮的环由多个环段组成，所述环段首尾连续布置。图2显示通过它们各自的端部50a和50’a相邻布置的第一环段50和第二环段50’。 

环的形状是这样的，它限定一轴向、一径向和一方位方向，这三个方向相互垂直。如上所述，该环设计为围绕涡轮机的涡轮叶轮布置。 

定位构件10的第一个优点是，它保持端部50a和50’a，以阻止环段50和50’围绕涡轮叶轮的轴转动。为此，每个环段50和50’均具有花键52或52’，相对于环段沿横向延伸，同时径向突出，使得当定位构件10安装后，板12沿环段50和50’的方位方向延伸，第一臂14和第二臂16位于一环段50’的花键52’的两侧，而构件10的第一臂14和第三臂18位于另一环段50的花键52的两侧。因此，可以理解，定位构件10阻止每个环段50和50’的端部50a和50’a沿方位方向移动。优选地，每个段50和50’分别由两个构件10保持在其方位端。 

如图2中可见，定位构件10的支撑部分30和32，即在此例中第二臂16和第三臂18的自由端16a和18a，沿轴向撑靠第一环段50和第二环段50’的各自的外边缘51和51’。此结构的优点将在下文中解释。 

本发明的另一优点可参照图3更好地理解，图3显示环段50和50’以及定位构件如何安装在涡轮机60的壳体62中的细节。 

如上所述，环段50和50’围绕高压涡轮的叶轮布置，以覆盖所述涡轮的叶片64。箭头F代表燃烧后的气体离开燃烧室的流动方向，该燃烧室位于高压涡轮的上游。 

从图3中可以理解，环段50的轴向端部50b和50c呈现轴向膨胀部66和68用于与由壳体62的上游部分62a和下游部分62b承载的突起配合，以使环段50径向保持在壳体62中。然而，环段50安装在壳体62中，具有小量的轴向间隙。 

而且，可以看到，壳体62和环段50和50’的设置方式限定一环形通道P，以使冷却流体可围绕环流动。孔70形成在壳体62中，以使冷却流体可与环段接触，以对它们进行冷却。 

根据本发明，定位构件10利用紧固部分20，通过使用例如螺母和螺栓或钉型的锁定构件而被紧固到壳体62上。 

当定位构件10在安装位置时，其臂14、16和18沿涡轮叶轮的轴向延伸，而板12装容在环段的上游膨胀部66和壳体62之间。 

而且，定位构件10所紧固到的点，即此例中的螺母72，相对于壳体62的下游突起62b的位置使得：构件10的皱折24、26和28在它们的纵向受到连续的轴向压力，因此导致第二臂16和第三臂18的自由端16a和18a施加向下游的推动环段50和50’的外边缘51和51’的推力。其结果是，环段50和50’被轴向压靠壳体的下游部分，该部分在此例中由上述下游突起62b构成。环段50和50’与壳体62的下游部分之间的接触通过接触区域C发生，用于在环形通道P与下游流动部分V之间提供密封，从而阻止环形通道中流动的冷却流体流入下游流动部分V中。 

另一优点是在环形通道中流动的冷却流体还冷却可能被加热的皱折30和32。这使得可通过优化皱折的操作温度而控制皱折的寿命。 

最后，在图3中，可以看到定位构件10，更准确说第一臂14的皱折24，用于使板54持续径向抵靠第一环段50和第二环段50’的相邻端部。此板54覆盖限定在两环段的端部50a和50’a之间的接合点56，以改善环形通道与流动部分之间的密封，其中涡轮叶轮的叶片64在流动部分中移动。 

定位构件10的另一个优点是它在其每个轴向端沿方位方向推动环段，从而改善环段50和壳体62的下游部分62b之间的接触，并因此改善密封。在段50和50’端部支撑的定位还用于减小在壳体62的槽中所述段堵塞的风险。 

参照图4和5，下面是对根据本发明的定位构件110的第二实施例的描述。在此实施例中，与第一实施例中相同的元件设定相同的附图标记数加上100。 

定位构件110为由簧片构成的单独臂114的形式。如同第一实施例，该臂或簧片114具有形成压缩弹簧的弹性部分124，此弹性部分由皱折构成， 该皱折通过将簧片114折叠几次而制成。 

另外，构件110具有一由调整片构成的紧固部分120，该紧固部分相对于第一臂114在其中延伸的平面垂直地延伸。此调整片120例如可通过折叠簧片114而制成。 

为了与第一实施例一致，可声明构件110具有位于调整片120与皱折124之间的板112。 

最后，簧片114具有支撑部分130，该支撑部分由簧片远离调整片120的端部构成，该端部是弯曲的。 

图5显示安装在涡轮机60中的定位构件110。 

该定位构件110通过调整片120紧固到壳体110上。为此，调整片径向容纳在环段50和壳体62之间。 

簧片114轴向延伸，以使其自由端130撑靠环段50的边缘51。 

而且，簧片114的长度选择为当环段抵靠壳体的下游部分62b而轴向定位时，构件110的皱折124被轴向压缩。随后，该簧片的端部130对环段50的外边缘51施加轴向推力，从而导致该环段轴向压靠壳体62的下游部分62b，特别是压靠接触区域C。 

因此可以理解，定位构件110有利地将环段50保持与壳体62的下游部分62b轴向接触。 

而且，构件110的皱折124使板54能够抵靠环段的端部而径向保持。 

参照图6和7，下面是对本发明第三实施例的说明。 

在此实施例中，与第一实施例中相同的元件设定相同的附图标记数加上200。 

第三实施例中的定位构件210大致为E形。在这点上，它具有中央的第一臂214，该第一臂形成一直板(无皱折)，用于覆盖环段的两端点间的接合点。换句话说，该定位构件有利地可省略上述接合点覆盖板，因为第一臂214具体履行所述接合点覆盖板的角色。 

在第一臂214的一个端部，设有一板212承载紧固部分220，该紧固部 分由与第二实施例中相似的调整片构成。 

板212具有从其凸出的第二臂216和第三臂218，类似第一实施例中的第二臂和第三臂。即这些臂各自包括形成皱折的第一弹性部分226和第二弹性部分228。 

而且，与第一实施例类似，自由端216a和218a构成支撑部分230和232。 

图7显示安装在壳体60中的定位构件200。调整片220轴向支撑壳体62的上游部分62a，而第二和第三臂的自由端216a和218a支撑环段50的外边缘51，以将其轴向压靠壳体62的下游部分62b。为此，第二臂216和第三臂218比壳体的上游部分62a与边缘51之间的距离稍长，使皱折226和228受压。由于在第一实施例中，此皱折的压缩产生作用在自由端216a和218a下游的相邻环段的边缘51上的轴向推力，使得环段50和50’轴向压靠壳体62的下游部分62b。 

参照图8和图9，以下是对本发明第四实施例的描述。定位构件310具有板312，该板上设有孔314，构成用来紧固到壳体62上的紧固部分。 

一对臂318、320构成V形，在板312的弯曲部分316中延伸。该定位构件310的材料具有一定量的刚性，使得各臂318和320构成形成压缩弹簧的弹性部分。可以理解，如果有任何企图将所述臂互相伸展开，则它们将施加一回复力，使臂回到原来的静止位置。换句话说，臂318和320类似弹簧片一样动作。 

当定位构件310以图9所示的方式安装时，其通过与第一实施例相似的螺母322紧固到壳体62上。 

每个臂在其端部318a和320a设有钩形的支撑部分。 

在此实施例中，该对臂318和320的端部318a和320a用于以此方式撑靠外边缘51，使环段50和50’压靠壳体62的下游部分62b。在此位置，臂318和320轻微变形，以对环段50保持轴向压力。紧固件，即螺母或钉322点的位置，或臂318、320的长度，应为获得此效果而选择。 

Claims (14)

1.一种涡轮机，包括壳体(62)，围绕所述壳体内的轴可旋转安装的涡轮叶轮，围绕涡轮叶轮同轴安装的环，所述环由至少第一环段(50)和第二环段(50’)构成，所述涡轮机的特征在于，其还包括至少一个定位构件(10，110，210，310)，具有：

·紧固部分(20，120，220，314)，紧固到所述壳体(62)上；

·弹性部分(24，26，28，124，226，228，318，320)，形成一弹簧；和

·支撑部分(30，32，130，230，232，318a，320a)，其连接到所述弹性部分，并轴向撑靠所述至少第一环段和第二环段，所述定位构件紧固到所述壳体上，同时在所述至少第一环段和第二环段的至少一个上施加一轴向推力，其方式使得将它轴向压靠所述壳体的一个部分。

2.如权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述定位构件包括至少第一臂(14，114，214)，其承载所述紧固部分(20，120，220，314)。

3.如权利要求2所述的涡轮机，其特征在于，所述紧固部分为调整片形式，其相对于所述第一臂在其中延伸的平面垂直延伸。

4.如权利要求2所述的涡轮机，其特征在于，所述紧固部分(20，314)包括一孔，其轴线相对于所述第一臂(14)在其中延伸的平面垂直延伸。

5.如权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述弹性部分(24，26，28，124，226，228)由起皱的簧片构成。

6.如权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述定位构件包括至少一第一臂(14，214)，承载所述紧固部分；以及至少一第二臂(16，216)，其包括所述弹性部分。

7.如权利要求6所述的涡轮机，其特征在于，所述第一和第二臂(14，214；16，216)平行于板(12，212)并从其延伸，所述紧固部分(20，220)位于所述第一臂远离所述板的一个端部，而所述支撑部分位于所述第二臂远离所述板的端部。

8.如权利要求7所述的涡轮机，其特征在于，所述定位构件还包括一第三臂(18，218)，其类似于从所述板(12，212)延伸的第二臂(16，216)，所述第一臂在所述第二臂和第三臂之间延伸。

9.如权利要求7所述的涡轮机，其特征在于，所述第一臂(14)进一步包括一第二弹性部分(24)，其设置在所述板(12)与所述紧固部分(20)之间。

10.如权利要求6所述的涡轮机，其特征在于，所述第一臂(214)形成一板，用于覆盖所述至少第一环段(50)和第二环段(50’)之间的接合点。

11.如权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述弹性部分(318，320)由一对从一板(312)延伸的V形臂构成。

12.如权利要求11所述的涡轮机，其特征在于，所述支撑部分由所述臂的端部(318a，320a)构成。

13.如权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述定位构件包括一紧固到所述壳体上的部分(20，120，220，314)，一弹性第二臂(16，216)施加轴向推力于所述第一环段(50)上，以及一弹性第三臂(18，218)施加轴向推力于所述第二环段(50’)上，从而将所述第一环段(50)或第二环段(50’)轴向压靠所述壳体(62)的一个部分(62b)。

14.如权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，它进一步包括至少一板(54)，其覆盖所述第一环段(50)和第二环段(50’)之间的接合点，所述板由所述定位构件(10，110，210)径向抵靠所述至少第一环段(50)和第二环段(50’)保持。