CN1022433C - 轴线对称转向排气喷口密封装置 - Google Patents

Abstract

一种轴线对称可转向排气喷口在其相邻的鱼鳞片间装有一个鱼鳞片间分节段的密封装置，以便当鱼鳞片通过不同的角度绕枢轴转动从而转变排气流方向并进行推力转向时尽量减少鱼鳞片之间的气流损失。相互搭接的密封节段用一个带有叶形孔的凸缘安装在一个具有椭圆形截面的主杆上，主杆穿过凸缘的叶形孔。在相邻鱼鳞片之间的各种运动使常常互相斜置的鱼鳞片密封边缘之间产生不同角度，而本发明密封装置所表现的挠性会使密封装置在鱼鳞片和密封装置之间减少泄漏。

Description

本发明涉及燃气涡轮发动机排气喷口，更具体地说特别涉及用于轴线对称可转向排气喷口扩散鱼鳞片之间的密封装置。

可调截面积轴线对称喷口在本专业内是人们熟知的，用于如通用电气公司F110型类型的发动机。这种发动机的排气喷口使用收敛扩散鱼鳞片和密封装置进行有效地控制排气流以使燃烧排出的气流的压力和热能转换成发动机的速度和向前的推力。提供这种喷口的方式和方法已发表在很多出版物上，包括美国专利第4，176，792号，第4，245，787号和第4，128，208号分别为Arthur    Mc    Cardle    Jr的“可调截面积排气喷口，（Variable    Area.Exhaust    Noggle”）可调截面积喷口系统”（Variabhe    Area    Noggle    System），Edwand    W.Ryan等人的排气喷口鱼鳞片密封装置”（Exhaust    Nozzle    FLap    Arrangement），这些专利都转让给同一个受让人，在这里作为对比文献。而在通用电气公司研制成的一项发明为这种类型的喷口添加了一个新功能，即推力转向。

要了解单个鱼鳞片和密封装置之间如何协同和操纵以形成整个喷口和推力转向功能，可参看Thomas    P.Hauen等人的专利申请，申请号-标题为“轴线对称转向式排气喷口”（Axisymmetric    Vechoring    Exhaus-tnozzle这件专利申请与本申请同时提出并转让给同一受让人。轴线对称收敛扩散喷口的鱼鳞片间密封经常产生有趔的问题来困扰燃气涡轮发生机喷口的设计师们，如从一些设计、结构方案和专利中所见到的，其中有一些在本文中已经引用。

常规的喷口包括那些带有可调喉道和排气口截面积的喷口都是使用 喷口鱼鳞片和喷口鱼鳞片密封装置，这些鱼鳞片和密封装置都以同样的角度绕枢轴转动或者大致同步地改变它们相对于发动机中心线的密间方位，因此它们各自的空间方位或者相对于发动机或喷口中心线的回转角度都没有产生圆周截面的变化。轴线对称转向喷口对原来已经是一个困难的问题，即如何在两个其方位或空间方位经常在变化的表面之间予以密封，又添加了一个新的问题。本发明所解决的鱼鳞片之间的密封问题，要提供一个与另一个并相对于发动机中心作不同角度的枢轴转动的两块相邻扩散鱼鳞片之间的密封。每一块鱼鳞片都能相对于收敛鱼鳞片或安装有这鱼鳞片的其他喷口元件绕枢轴作形成圆锥形表面的运动。另一种描述这问题的方式是在相对于一个发动机或喷口中心线的喷口鱼鳞片空间方位有一个圆周上的变化。

对于所有的喷口和燃气涡轮发动机系统的设计都有这样的要求，即重量要轻、制造维修容易，成本低，并在高温和高应力环境中具有高的耐久性。

因此，本发明的主要目的是在一个燃气涡轮发动机轴线对称转向排气喷口的喷口鱼鳞片之间提供密封。

本发明另一目的是在一个燃气涡轮发动机轴线对称转向可调排气喷口的扩散鱼鳞片之间提供密封。

本发明另一个目的是在一个燃气涡轮发动机轴线对称转向可调排气喷口的扩散鱼鳞片之间提供密封，在这种喷口中相邻的鱼鳞片在转向操作期间是通过相对于喷口中心线的不同角度或空间方位进行回转的。

本发明又一目的是在扩散鱼鳞片之间提供密封，这种扩散鱼鳞片在整个相对于喷口中心线的喷口鱼鳞片空间方位的圆周变化范围内仍维持轴向和圆周的密封完整性。

本发明再一个目的是在一个轴线对称转向可调排气喷口的扩散鱼鳞片之间提供一种密封装置，这种喷口的重量轻，易于制造和修理。

本发明又一个目的是为一个鱼鳞片间的密封提供密封节段，用于一个轴线对称轴向可调排气喷口上，这种密封节段有利于对密封装置和喷口的维修。

本发明提供了一种飞机燃气涡轮发动机喷管鱼鳞片间密封装置，包括一根主杆，若干个逐次安装在所述主杆上的密封节段，每个所述密封节段包括一个具有内向和外向表面的纵向伸展的密封部分，其中外向表面是设计成面向喷口排气流的，一个安装在各密封部分上的凸缘，它包括穿过所述凸缘的孔，可使各节段绕所述主杆扭转。

下面对最佳实施例结合附图作描述，当然在不离开本发明的真实精神和范围的条件下，可以对其做出各种其他的变更和替换型结构。

图1是根据本发明的燃气涡轮发动机的轴线对称推力转向可调排气喷口部分和密封装置的透视图。

图2是本发明扩散密封装置的透视图。

图3是本发明鱼鳞片间密封装置从背离密封装置朝向喷口排气流那一面观察的顶视图。

图4是图2中的密封装置沿着其轴向中心线的截面图。

图5是图2中的密封装置，在密封装置比较上游端的位置所取的从后面往前观察的截面图，并显示密封节段比较小的弓形弯度。

图6是图2中的密封装置，在密封装置比较下游端的位置所取的从后面往前观察的截面图，并显示出朝向密封装置后端的密封节段比较大的弓形弯度。

图7是图2中的密封装置从后面往前观察的后端视图。

图8是图2中的密封装置通过密封节段的一个凸缘从后面往前观察的截面图。

图9是图4中密封装置截面图的部件分解图。

图10是图1的从后面往前观察的视图，显示偏转度或转向角为0° 时的排气喷口。

图11是图1的从后面往前观察的视图，显示在典型的负偏转度或转向角时的排气喷口。

参看图1，一个以标号10表示燃气涡轮发生机轴线对称转向喷口，它包括一个壳体12和依气流顺序安排的收敛段18，喉道24和扩散段26，这里根据Thomas    P.Haues等题目为“轴线对称转向式排气喷口“专利申请第-号中所发明的最佳实施例设置的。本发明所一般显示的是在扩散鱼鳞片28之间沿着圆周配置的扩散密封装置30，扩散鱼鳞片28是围绕着轴线对称喷口中心线8沿着圆周配置的。控制扩散鱼鳞片28可以限定喷口的排气通道和排气流40的方向。外鱼鳞片16围绕着喷口10的收敛段和扩散段提供一个空气动力流线型面。通常的轴线对称喷口的操作包括喷口出口截面A9或喉道截面A8的开启和关闭，或者两者同时的开启和关闭。不管在上面的哪一种情况下，喷口的形状总是轴线对称的，而每一块扩散鱼鳞片28相对于每一块其他的扩散喷口鱼鳞片的空间方位总是大致相同的。在本发明的最佳实施例中，扩散密封装置30是用来适应将不同的扩散鱼鳞片28以相对于它们轴线对称位置的不同角度绕枢轴转动进行发动机的推力转向的装置。扩散鱼鳞片沿着相对于轴线对称喷口中心线8的径向R和切向T（更清晰地显示在图10和11中）绕枢轴转动。另外一种看作转向操作的方式是圆周上相邻的扩散鱼鳞片绕枢轴转动或回转至不同于其相邻鱼鳞片空间方位的位置，以形成一个不对称的喷口扩散段26。

参看图2，3，4和9;扩散密封装置30包括一根主杆50和若干个轴向配置在主杆上的独特的密封节段56。每一个密封节段56包括一个以悬臂形式连接在凸缘60上的密封部分58，凸缘60是安装在主杆50上的，其安装方式必须使相邻的密封节段在发动机工作时处于搭接密封啮合的状态。

沿着主杆的每一个密封节段56的每一个密封部分58都是独特的。它 们间的差异在于密封部分的曲率或向外弓形弯度不同。曲率最大的是在密封装置的后端，如图2中明显所示。这还可以从最前面到最后面的每一个连续密封节段56的密封部分58与凸缘60之间的交接面逐渐加大的曲率中看出。每一个节段的平面面积如图3所示，最好是相同的。这个差异是用来适应存在于喷口后端相邻扩散鱼鳞片28之间而比喷口扩散段前端具有更宽的间隙。节段56最好以金属薄板冲出以一套各不相同的冲模用于每一个节段以保证每节段具有精确的外形。每一个喷口最好有12个扩散密封装置30，如果围绕喷口圆周上的一个个的密封装置中沿着一给定的密封装置设置的每个节段都是一样的就能节省材料。凸缘安装装置包括一个位于凸缘60和垫片66之间的隔离圈64，垫片垫于凸缘与隔离圈之间。主杆50的每一端都装有一个螺栓端幅70，其上拧有螺帽62，用以压紧该组装件。现在参看图7其中显示一个安装在主杆50上凸缘60的更为详细的截面图。凸缘60包括有一个苜蓿叶形的开孔72，用以容纳主杆50，该杆是一具有椭圆形截面的空心管。

图5和图6中所显示的密封保持装置80包括一个轧臂86和轨端88轨端88嵌入安装在相邻扩散鱼鳞片上的道轨（未显示）内并在其中滑动。这样一个轨端和道轨系统组成一个密封保持系统，用以将密封装置与相邻的鱼鳞片对齐，对齐的方式在本专业内是已知技术并已经展示过。保持装置80是采用适当的方法，例如通过固定在隔离圈64上安装到主杆上。

在操作中，图10所示的轴线对称喷口构形，利用使扩散鱼鳞片28在径向和切向上（如分别R和T表示）绕枢轴转动，使其成为不对称的如图11所示。图11中所显示的例子使排气流朝向下方进行转向以产生一个在俯仰平面内的推力转向。虽然所显示的鱼鳞片大致是朝下在6点钟的位置绕枢轴转动，但倾斜的方位也可以改变成9点钟的位置，从而产生一个在偏航平面内的推力转向。最后，另一种倾斜方位可能产生一个俯 仰和偏航转向推力的组合，这是对于燃气涡轮发动机探求已久的一种功能。

在工作过程中，高压的排气将所有的鱼鳞片和密封装置向处推出，其中鱼鳞片是由它们的致动系统保持在其位置上，密封装置是由密封保持装置80保持在其位置上。由高压产生的径向向外的力迫使在相邻鱼鳞片径向之内并与之成搭接的密封装置成为流体密封啮合。本发明使扩散密封装置和相连的密封节段和密封部分，在鱼鳞片为了推力转向以一种方式绕枢轴转动以形成一个不对称扩散喷口部段时，就扩散鱼鳞片而言恰当地对齐，列成一行。本发明还能在推力转向工作过程中，使泄漏减少到最低程度。在通常的使扩散和收敛鱼鳞片绕枢轴转动以改变喉道截面积和喷口排气口截面积的工作过程中，本发明还能促使鱼鳞片之间保持密封。从而使鱼鳞片的密封最大限度地增强和泄漏最大限度地减小。从图2至8中可以看到，每一个密封节段56可以绕着主杆50扭转，以使其本身更好地定位或者与其密封节段56相对齐以求最大限度地与相邻的扩散鱼鳞片28相密封。完成这工作所需的力是由喷口中高压排气所供给的。密封节段56的曲率或向外成弓形弯度，使密封节段总是保持对扩散鱼鳞片的压紧状态，从而更增强了其密封的功能。

Claims (6)

1、一种飞机燃气涡轮发动机喷管鱼鳞片间密封装置，其特征在于包括：

一根主杆(50)，

若干个逐次安装在所述主杆(50)上的密封节段(56)，

每个所述密封节段包括一个具有内向和外向表面的纵向伸展的密封部分(58)，其中外向表面是设计成面向喷口排气流的，一个安装在各密封部分上的凸缘(60)，它包括穿过所述凸缘的孔(72)，可使各节段(56)绕所述主杆扭转。

2、如权利要求1所述的鱼鳞片间密封装置，其特征在于：各凸缘（60）上的所述孔（72）是苜蓿叶形（椭圆，中间稍微收缩）的。

3、如权利要求1所述的鱼鳞片间密封装置，其特征在于所述密封节段的至少一部分是朝着排气流的方向横向向外弯曲的。

4、如权利要求3所述的鱼鳞片间密封装置，其特征在于所述密封部分朝着所述密封装置的后端有增加的弯曲度。

5、如权利要求1所述的鱼鳞片间密封装置，其特征在于各密封节段是由一单张的金属薄板形成的。

6、如权利要求1所述的鱼鳞片间密封装置，其特征在于：鱼鳞片间密封装置是一扩散的喷咀密封。

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