CN102498266B - 用于支撑涡轮圆环的装置及涡轮机和涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于支撑气体涡轮机(1)圆环(5)的装置，该圆环(5)能够围住由从上游到下游流动的气流(G)所驱动的涡轮机(1)的活动叶片(3)，该装置包括至少一个面向上游的上游弯钩(12)，该上游弯钩(12)容置于所述圆环(5)的上游凹槽(8)内，该上游凹槽(8)面向下游方向开口；以及至少一个面向下游的下游弯钩(13)，该下游弯钩(13)容置于所述圆环(5)的下游凹槽(10)内，该下游凹槽(10)面向上游方向开口；所述装置还包括：在上游弯钩(12)的上游处，用于冷却上游弯钩(12)的冷却气体注入部(16)，和/或在下游弯钩(13)的下游处，用于冷却下游弯钩(13)的冷却气体注入部(17、18)。

Description

用于支撑涡轮圆环的装置及涡轮机和涡轮发动机

技术领域

本发明涉及燃气涡轮机领域，特别地涉及涡轮圆环和他们的支撑装置。

背景技术

通常地，用于飞行器(诸如飞机或直升机)的涡轮轴发动机在气流的方向上从上游到下游包括风扇、一个或多个压缩机级(例如低压压缩机和高压压缩机)、燃烧室、一个或多个涡轮机级(例如低压涡轮机和高压涡轮机)以及气体排气喷管。一个涡轮机可对应于一个压缩机，两者通过轴连接在一起，从而形成例如高压盘和低压盘；在一个不同的结构中，所述涡轮轴发动机可包括与压缩机相连接的第一涡轮机以及第二“自由”涡轮机，其与轴(诸如用于驱动直升机旋翼的轴)相连接(所述与压缩机相连接的第一涡轮机通常地被指定为高压涡轮机)。

短语“高压”在下文中将用缩写“HP”表示，而短语“低压”则用缩写“BP”表示。

高压压缩机被设置于所述燃烧室的出口。它包括一个或多个叶片级，在公知技术中，每一个叶片级通常包括被称为HP涡轮导向装置的固定叶轮以及活动叶轮。所述活动叶轮被排出燃烧室的气流驱动绕所述涡轮轴发动机的中心轴旋转，是构成所述涡轮轴发动机的HP轴的旋转所必须的一部分，其自身是所述HP压缩机的活动叶轮不可缺的一部分。在HP涡轮机的活动叶轮的水平面上，所述气流被呈圆环形的外壳加以限定，所述外壳在活动叶片的外周延伸且通常地以“涡轮圆环”表示；该圆环可为一整片或可被分割为圆环部分；在下文中，除非另有说明，术语“圆环”将涵盖这两种可能性，也就是说或是一整片圆环，或是可被分割为圆环部分的圆环。该圆环通过被称为圆环支架的部件所支撑，并且与所述涡轮轴发动机的固定结构相连接。

为了使得所述活动叶片旋转，在所述活动叶片的径向端部与固定涡轮圆环之间留有间隙，所述间隙朝与所述叶片的径向端部相反的方向延伸。该间隙越大所述高压涡轮机的效率就越低，由此所述涡轮轴发动机的效率也就越低，这是由于一部分从所述燃烧室流出的气流流入到所述间隙中，而没有对驱动所述涡轮机活动叶轮的旋转做出贡献。

所述HP涡轮机区域处于显著的热应力的作用下，特别地，由于其位于所述燃烧室下游的位置。这一区域中的部件至少受四种截然不同的热应力的影响：

1、源于所述压缩机的冷却气流的热对流；

2、由热交换和穿过彼此相接触的部件的气流所引起的热传导；

3、源于所述涡轮轴发动机热的部分的热辐射，特别源于所述燃烧室以及位于所述HP涡轮机平面上气流的热辐射；以及

4、来自所述气流的明显的热对流，当一部分流量从所述气流中泄漏并且到达所述涡轮圆环及其支撑部件之间的结合处的水平面上时，所述热对流可能加重(这些孰知的气流或者分流会破坏涡轮环，当这些从主气流中分离出的支流不是按其正常方向流动而是沿旁路流走时，还会降低涡轮机的效率)。

这些不同的热应力导致了不同的膨胀水平面(在所涉及的各种部件之间)以及难于管理的静态部件内的温度梯度。特别地，由于气流外侧的气体重吸入，与所述热对流有关的建模十分复杂。考虑到与降低燃料消耗为目的相关的发动机动力的发展而带来了今天的离开涡轮轴发动机燃烧室的气体温度的上升，这一现象变得格外的严峻。

目前，已经提供了多种装置用于控制所述叶片末端与所述涡轮圆环之间的间隙。例如欧洲专利EP1,475,516提出了具有一定弹性结构的外壳(所述外壳附加于所述圆环支撑部件)，所述外壳的形状取决于其在不同的发动机运转方式中所承受的压力，从而允许在所述叶片末端的平面上对所述间隙的调整。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于涡轮圆环的支撑装置，其能够更好的控制涡轮叶片末端的间隙，并且在部件老化过程中改进它们的强度，以便时刻确保气流特征的稳定性。

为达此目的，本发明涉及一种用于支撑气体涡轮机圆环的装置，该圆环能够围住由从上游到下游流动的气流所驱动的涡轮机的活动叶片，该装置包括至少一个面向上游的上游弯钩，该上游弯钩容置于所述圆环的上游凹槽内，该上游凹槽面向下游方向开口；以及至少一个面向下游的下游弯钩，该下游弯钩容置于所述圆环的下游凹槽内，该下游凹槽面向上游方向开口；所述装置还包括：在上游弯钩的上游处，用于冷却上游弯钩的冷却气体注入部(例如喷孔)，和/或在下游弯钩的下游处，用于冷却下游弯钩的冷却气体注入部(例如喷孔)。

由于本发明，所述支撑装置的每一个弯钩都容置于所述圆环的凹槽中，并且通过所述圆环自身得以阻挡气流，从而确保其保持恒定不变的形状，无论所述涡轮机为何种运转方式，使得温度的变换对它们来说所产生的影响较小。以这种方式确保所述弯钩的完整性就变得更容易并且从而改进了对于所述叶片末端和圆环之间的间隙的控制，因此这种改变和完整性在任何时刻都更容易管理。所述用于注入冷却气体的装置更确保了所述上游弯钩和/或下游弯钩的热完整性，而且还能够使得瞬态热运转方式最优化。

根据一个有益的实施方式，所述冷却气体所具有的压力大于或等于所述涡轮机的活动叶片上游侧面上的气流的气体压力。以此方式，所述冷却气体也为可能发生的气体再吸入充当屏障，所述气体来自于经由所述圆环上游的气流。

根据一个有益的实施方式，所述冷却气体所具有的压力大于或等于所述涡轮机的活动叶片下游侧面上的气流的气体压力。以此方式，所述冷却气体也为可能发生的气体再吸入充当屏障，所述气体来自于经由所述圆环下游的气流。

根据一个有益的实施方式，所述装置得以如此布置从而在所述两弯钩之间形成有冷却气体供应的加压空腔。所述空腔使它们不受所述涡轮机气流的影响，因此所述弯钩被更好的保护。特别地，所述加压空腔的压力大于或等于所述涡轮机活动叶片上游侧面的气流压力，从而避免了源于所述气流的气体的再吸入。这样一种加压空腔的形成经由所述圆环的特别的形状是可以被允许的；其经由如下文中所阐明的密封装置的出现而得以改进。

根据一个有益的实施方式，所述圆环的上游凹槽具有一个与所述上游弯钩相接触的曲线表面(在轴向剖面上，相对于所述圆环的轴线，所述轴线即为所述涡轮轴发动机的轴线)。

根据一个有益的实施方式，所述圆环的下游凹槽具有一个与所述下游弯钩相接触的曲线表面(在轴向剖面上，相对于所述圆环的轴线，所述轴线即为所述涡轮轴发动机的轴线)。

根据一个有益的实施方式，所述装置包括至少一个用以确保所述圆环与所述上游弯钩之间的气密性的上游密封部件，所述上游密封部件被容置于所述圆环的上游凹槽内。这样的密封可促进所述装置的气密性，在所述上游和下游弯钩之间形成加压容腔的情况下和/或在所述上游冷却气体将对所述上游弯钩上游的涡轮机气流的气体形成屏障的情况下，尤其有帮助。这样的密封可能进一步地对将所述圆环保持在轴向和径向的位置上做出贡献。

根据一个有益的实施方式，所述装置包括至少一个用以确保所述圆环与所述下游弯钩之间的气密性的下游密封部件，所述下游密封部件被容置于所述圆环的下游凹槽内。这样的密封在下游面上具有与上游密封相同的优点。

根据一个有益的实施方式，所述上游密封部件和/或下游密封部件为编制密封型密封耐火材料。这样的密封在对将所述圆环保持在轴向和径向的位置上做出有利的贡献的同时进一步地改进了气密性。

根据一个有益的实施方式，在所述圆环上游侧面，所述装置包括外围密封部件，所述外围密封部件对于在所述涡轮机分配器外壳的外侧流动的气体是气密的，所述分配器外壳在所述活动叶片的上游延伸。

根据一个有益的实施方式，所述装置包括有具有所述上游弯钩的上游支撑部件以及具有所述下游弯钩的下游支撑部件，所述下游支撑部件与所述上游支撑部件是分离开的。

根据一个有益的实施方式，所述上游和下游支撑部件为一整片的且为环形的，所述圆环可分割为至少两个圆环部分。

优选地，在这种情况下，所述上游和下游支撑部件得以如此布置来与所述圆环安装在一起：通过滑动所述支撑部件以及通过收缩装配，保证了所述圆环的轴向和径向定位。这一安装方法由于诸如上文中所出现的那些上游和下游密封的出现而变得更为容易，所述密封可以为将所述圆环保持在其支架上的径向和轴向位置做出贡献。

至少一个密封垫片，其设置在彼此相接触的两个连续的圆环部分的表面之间，为达此目而设置在提供的凹槽中。根据一个特别的实施方式，该垫片如此设置以允许所述冷却气体从形成于所述两个弯钩之间的加压空腔泄漏到气流中；这样的泄漏防止了气体在相反的方向上流通(也就是说，一种涡轮机外侧气流气体的泄漏)并且允许清除所述冷却气体。

根据本发明的另外一个特别实施方式，所述圆环为一整片的且为环形的，所述下游支撑部件为一整片的且为环形的，并且所述上游支撑部件至少可被分割为两个支撑部件部分。

根据本发明的另外一个特别实施方式，所述下游弯钩的最小径向直径大于所述上游弯钩的最小径向直径。这种不同的直径使得不同部件的两者之间的安装更为容易。

另外，本发明还涉及一个试图围住通过从上游到下游流动的气流驱动的涡轮机的活动叶片的气体涡轮圆环，所述圆环视图通过所上文所述的支撑装置得以支撑，所述圆环包括一个试图接收至少一个面向上游的支撑装置上游弯钩的上游凹槽，该上游凹槽朝下游方向开口。还包括视图接收至少一个面向下游的支撑装置下游弯钩的下游凹槽，该下游凹槽朝上游方向开口。

本发明也涉及包括有如上所述支撑装置的涡轮机。

本发明还涉及包括有上述涡轮机的涡轮轴发动机(或涡轮喷气发动机)。

附图说明

本发明通过参考下文中的优选实施方式以及说明书附图得以更好地理解，其中：

图1为本发明中第一较佳实施方式所述的涡轮圆环及其支撑装置的轴向剖面示意图；

图2为图1中的所述圆环和支撑装置的细节示意图，其示出了冷却气流；

图3为本发明中第二较佳实施方式所述的涡轮圆环及其支撑装置的轴向剖面示意图；

图4a至4c为安装图3中的所述圆环和支撑装置所涉及的不同步骤的示意图。

具体实施方式

参考图1，一种涡轮轴发动机，应用于例如飞机或直升机上，在气流的方向上从上游到下游，包括：风扇、BP压缩机、HP压缩机、燃烧室、HP涡轮机1、BP涡轮机以及气体排气喷管。所述BP涡轮机通过BP轴与所述BP压缩机相连接，从而形成低压盘，而所述HP涡轮机通过HP轴与所述HP压缩机相连接，从而形成高压盘。

根据图1、2以及图3到4c中所示的关于如上所述类型的涡轮轴发动机的HP涡轮机1的实施方式，用以描述本发明。当然，本发明应用于承受热应力的任何涡轮机上，特别地应用于的直升机涡轮轴发动机的涡轮机，该直升机涡轮轴发动机包括与HP压缩机连接的HP涡轮机以及与驱动直升机转子的轴相连接的自由涡轮机(本发明优选地应用于HP涡轮机，但也应用于自由涡轮机)。本发明也可应用于其它类型的涡轮机。

所述HP涡轮机1包括一个的固定叶轮2，一个HP涡轮喷嘴，以及被气流G加以旋转地驱动的活动叶轮3，所述气流G自所述燃烧室在从上游到下游的方向上流动。所述活动叶轮3绕轴线A转动，所述轴线A为所述涡轮轴发动机的轴线。

内部(或内在的)以及外部(或外在的)的概念相对于所述涡轮轴发动机的轴线A加以限定，它可以被理解为：设置于内部(或内在的)是指朝向所述涡轮轴发动机的轴线A设置或朝向所述涡轮轴发动机的轴线A定向。此外，径向或纵向的概念也相对于所述涡轮轴发动机的轴线A加以限定，而上游和下游的概念则是相对于所述气体的流动方向加以限定的。

在公知技术中，所述HP涡轮机的水平面处的气流在外侧通过环形外壳4(通常地被本领域技术人员称为“外径线”)以及圆环5(被称为涡轮圆环)加以限定，所述环形外壳4固定于所述涡轮喷嘴上的固定叶片2上，而所述圆环5则被安装于所述外壳4的下游且形成围住所述活动叶片3的外壳。

所述涡轮圆环5在其整个外围上(也就是说在360°上)呈环形。在图1、2所示的实施方式中，所述涡轮圆环5被分割为多个圆环部分5(在一个适当的例子中围绕有10个圆环部分)，所述圆环部分5首尾相连地并列放置以形成完整的圆环5；所述圆环为熟知的扇形圆环5。

在所述图1和2的实施方式的其余的描述中，所述圆环部分5的形状将加以说明，可以理解为：所述圆环5为与轴线相对称的(它为旋转对称部件)；为了简化描述，所述圆环5和圆环部分5的概念被合并在一起。换句话说，被指定用于所述圆环的结构上的特征适用于一整片圆环，或适用于可被分割为圆环部分的圆环，可以理解为：圆环部分最终仅仅是所述圆环的一个部分，在整个圆环上具有相同的形状，而以一种分割开的方式，就是说在一个更小的圆周范围上。

所述圆环5包括一个限定所述气流的外部界限的内壁6；所述叶片3的径向尖端自所述内壁6延伸出一段距离e，该距离对应于所述叶片尖端3与圆环4之间的间隙e，所述间隙希望被控制在一个最佳程度上并希望随时进行管理。此外，所述圆环5还包括一个限定了上游凹槽8的上游肩部7以及一个限定了下游凹槽10的下游肩部9。

所述上游凹槽8朝下游方向打开，为达此目的，所述上游肩部7包括一个自圆环5的内壁6向外延伸的径向壁7a以及一个自所述径向壁7a的外侧端部向下游方向延伸的纵向壁7b(在一个恰当的例子中其为垂直的)。

所述下游凹槽10朝上游方向打开，为达此目的，所述下游肩部9包括一个自所述圆环5的内壁6向外延伸的径向壁9a以及一个自所述径向壁9a的外侧端部向上游方向延伸的纵向壁9b(在一个恰当的例子中其为垂直的)。

所述涡轮轴发动机包括一个用于所述圆环5的支撑装置11。该装置11包括一个朝向上游方向并且被置于所述圆环5的上游凹槽8中的上游弯钩12以及朝向下游方向并且被置于所述圆环5的下游凹槽10中的下游弯钩13；因此，所述圆环5通过弯钩12、13得以支撑并且保持在适当的位置。

更特别地，在图1和2的实施方式中，所述弯钩12、13在一整片圆环5的整个外周缘上(也就是说在全部圆环部分5的外周缘上)并且呈环形。

如所述实施方式所示出的，所述弯钩12、13为轴对称的。或者，所述弯钩12、13可以呈网格结构和/或包括多个呈环绕地分布的分开的弯钩。

所述上游弯钩12由总体上呈纵向圆柱形(沿着所述涡轮轴发动机的轴线A)的上游支撑部件14支撑，该支撑部件14与所述涡轮轴发动机的固定结构连接，该连接方式没有示出(例如通过将固定凸缘拧紧到所述固定结构上的互补凸缘上)。所述弯钩12包括自所述上游支撑部件14朝向内侧延伸的径向壁12a以及自所述径向壁12a的内侧端部在上游方向上延伸的纵向壁12b(在一个恰当的例子中其为垂直的)。

所述下游弯钩13由总体上呈纵向圆柱形(沿着所述涡轮轴发动机的轴线A)的下游支撑部件15支撑，该支撑部件15与所述涡轮轴发动机的固定结构连接，该连接方式没有示出(例如通过将固定凸缘拧紧到所述固定结构上的互补凸缘上)。所述弯钩13包括自所述下游支撑部件15朝向内侧延伸的径向壁13a以及自所述径向壁13a的内侧端部在下游方向上延伸的纵向壁13b(在一个恰当的例子中其为垂直的)。

所述上游弯钩12与下游弯钩13分别设置在所述圆环5的上游凹槽8以及下游凹槽9内以使圆环5保持在适合的位置，并且通过圆环5对其自己进行热保护，更特别地，还可分别通过由圆环5的内壁6以及由凹槽8、10所提供的成型肩部7、9的壁7a,7b,9a,9b。

参考图2，所述上游凹槽8具有用于与所述上游弯钩12相接触的表面8'，在一个恰当的例子中，该表面8'在轴向截面上为曲线，以使得所述圆环5在所述上游弯钩12上得以平稳的定位，而无需考虑由于例如制造误差所引起的安装不精确的可能性。

所述下游凹槽10具有用于与所述下游弯钩13相接触的表面10'，在一个恰当的例子中，该表面10'在轴向截面上为曲线，以使得所述圆环5在所述下游弯钩13上得以平稳的定位，正如上文中对于所述上游弯钩12所进行的解释。

所述上游支撑部件14包括冷却喷孔16，所述冷却喷孔16允许所述冷却气体(例如来自于压缩机)自所述上游支撑部件14的外侧朝向所述上游弯钩12注射，从而对后者加以冷却(所述冷却气体也允许冷却所述圆环5的上游肩部7)；该上游冷却气体流在图2中用箭头G1表示。从而将通过圆环5保护的上游弯钩12冷却，这进一步地提高了其热稳定性，并且使得控制所述支撑装置11的轴对称部件的径向运动成为可能，从而使得对于所述叶片末端3与所述圆环5之间的间隙e的控制变得更容易，特别是当所述圆环5也被冷却的时候。

所述下游支撑部件15包括冷却喷孔17，所述冷却喷孔17允许所述冷却气体(例如来自于压缩机)自所述下游支撑部件15的外侧朝向所述下游弯钩13注射，从而对后者加以冷却(所述冷却气体也允许冷却所述圆环5的下游肩部9)；该下游冷却气体流在图2中用箭头G2表示。在一个恰当的例子中，由于所述上游支撑部件14以及下游支撑部件15在所述冷却喷孔17的区域有部分的重叠，所述上游支撑部件14上也有形成于其上的喷孔18，用以提供自所述下游弯钩13的冷却气体的通道。从而通过所述圆环5保护的下游弯钩13被冷却，这进一步地提高了其热稳定性，并且使得控制所述支撑装置11的轴对称部件的径向运动成为可能，从而使得对于所述叶片末端3与所述圆环5之间的间隙e的控制变得更容易，特别是当所述圆环5也被冷却的时候。

同时，冷却所述上游弯钩12和下游弯钩13的将特别的有益：所述圆环5可以通地过装置12，13得以支撑，从而所述装置12，13得以被保护并且得以被冷却，也就显示出了无论伴随怎样的诸如改变运转方式所形成的相关的热波动，也具有非常好的结构稳定性。

此外，在一个恰当的例子中，所述上游弯钩12和下游弯钩13的径向壁12a、13a，其具有上游支撑部件14的纵向壁部分和圆环5的纵向壁6部分，被加以布置从而形成加压空腔C，在图2中可以更加明确地看到：所述弯钩12、13的径向壁12a、13a在它们的内侧端部都通过凸出部12a'、13a'被延长，所述凸出部12a'、13a'与所述圆环5的纵向壁6相接触，所述接触的凸出部12a'、13a'为镂空径向壁。

所述加压空腔C用于供应从冷却喷孔19的水平面注入的冷却气体，该冷却气体在图2中用箭头G3表示。所述冷却气体既冷却所述弯钩12、13，也冷却所述圆环5，特别地是圆环5的纵向壁6。

在一个恰当的例子中，一个环形多孔板20被安装于所述上游支撑部件14的外侧，所述加压空腔C的平面上，用于过冲击气体(用符号G4来表示)来冷却上游支撑部件14，并且对供应给所述加压空腔C的冷却气体G3的流速加以调整。由该环形多孔板20所提供的冲击气流与所述上游冷却气体流G1和下游冷却气体流G2相结合，从而对支撑装置11的轴对称部件的径向运动进行热力学控制成为可能，从而使所述叶片末端3与所述圆环5之间的间隙最优化成为可能。

一个上游O形环密封部件21被安装在所述上游弯钩12的上游端部与圆环5的上游凹槽8的表面之间，在所述上游凹槽8的内侧面上；所述密封部件21与所述上游接触凸出部12a'、圆环5的纵向壁6以及上游弯钩12一起形成空腔C1。所述密封部件21改善了所述加压空腔C在上游侧面的密封性(所述空腔C1通过所述上游接触凸出部12a'上的小孔与所述加压空腔C相连通)。

一个下游O形环密封部件22安装在所述下游弯钩13的下游端部与所述圆环5的下游凹槽10的表面之间，在所述凹槽的内侧面上；所述密封部件与所述下游接触凸出部13a'、圆环5的纵向壁6以及下游弯钩13一起形成空腔C2。所述密封部件22改善了所述加压空腔C在下游侧面的密封性(所述空腔C2通过所述下游接触凸出部13a'上的小孔与所述加压空腔C相连通)。

在一个恰当的例子中，所述O形环密封部件21、22为被称为“编织密封”类型的部件，也就是说：它们每一个是由多股线编织在一起而形成的，在一个恰当的例子中，所述多股线由耐火材料制成，所述耐火材料在所述圆环5所承受的高温下保持其机械特性。在所描述的实施方式中，每一个密封部件21、22根据所述圆环部分5，以相同的方式被分割；或者所述密封部件21、22可以在不同的圆环部分5之间，在所述圆环5的整个周线上延伸。

用于所述圆环5的支撑装置额外地包括一个(金属)“段密封”类型的密封部件23，其由所述上游支撑部件14的上游凸缘24支撑。所述段密封部件23与所述分配器的环形外壳4的外表面相接触，并且确保本水平面上的气密性。

所述圆环5及其支撑装置11上的各种部件，以及尤其是所述冷却喷孔16、17、18、19被加以布置，以致于所述冷却气体G1、G2,、G3也相对于所述涡轮机1的气流G的气体实现了压力屏障功能，从而阻止了这些气体的分流，即通过所述圆环5的出口侧的气流G的气体的循环，换句话说所述气流G的气体的再吸入，对于所述涡轮轴发动机的效率以及所述支撑装置11的静态部分的完整性将会是非常不利的。

为达此目的，所述圆环5及其支撑装置如此布置，以使所述上游弯钩12的上游气体的压力，更特别地，在所述段密封部件23的支撑凸缘24与所述上游弯钩12之间所限定的空腔C3内的气体压力，大于所述涡轮叶片3的上游气流G的气体的压力；例如，当所述涡轮叶片3的上游气流G的气体的压力等于5巴，所述空腔C3内的气体压力可以等于6巴。从而所述冷却气体G1倾向于通过所述分配器的环形外壳4与所述圆环5之间的间隙J从所述空腔C3泄漏到气流中，而不是向相反的方向泄漏。所述弯钩12、13被加以保护不受上游气体的再吸入，防止它们遭受将要发生的热对流，从而，由于膨胀水平面的差别不是太明显，使得对所述叶片末端3的间隙e的控制变得更加容易。

应当注意到的是：所述段密封部件23的上游气体的压力也大于所述涡轮叶片3的上游气流G的气体的压力，以便在所述段密封部件23的水平面处泄漏时，防止任何气体的倒流；另外，可能会有意地产生轻微的泄漏，以便通过来自于所述段密封部件23的上游侧的冷却气流对于所述圆环弯钩12、13提供更好的保护。

进一步地，所述圆环5及其支撑装置11如此布置，以使设置于所述下游弯钩13下游的空腔C4内的气体压力大于所述涡轮叶片3下游的气流G的气体的压力；例如，当所述涡轮叶片3的下游气流G的气体的压力等于2.5巴时，所述空腔C4内气体压力可以等于3巴。从而所述冷却气体G1倾向于从所述空腔C3泄漏到气流中(通过未示出的间隙)，而不是向相反的方向泄漏。所述弯钩12、13加以保护而不受下游气体再吸入的影响，防止它们遭受将要发生的热对流，从而，由于膨胀的差别水平面不是太明显，使得对所述叶片末端外间隙e的控制变得更加容易。

进一步地，所述圆环5及其支撑装置11如此布置，以使所述加压空腔C内的气体压力大于或等于(在此案中的例子中为大致地等于)所述涡轮叶片3上游气流的气体压力，以补充对于由所述上游弯钩12上游的空腔C3形成的所述气流G的气体屏障。

由于所述空腔C3、C和C4的压力大于在其水平面上纵向流动的气流的气体压力，他们来自于这些气流的气体屏障；所述屏障保护所述弯钩12、13，并且因此对于控制叶片末端3外的间隙e也特别地有帮助。此外，向这些不同的空腔C3、C和C4供应冷却气体，对所述弯钩12、13以及圆环5进行冷却成为可能。

如图2所示，如公众所知，所述圆环部分5进一步地包括密封垫片25，位于各部分相接触的端部之间的交接面上，例如，所述密封垫片25在开设在相互接触的其中一个圆环部分5或两个圆环部分5的端面上的切口中延伸。这些垫片25如此布置以确保所述加压空腔C与所述涡轮机的气流G的气体之间具有最大化的密封性，同时也防止了所述加压空腔C中的气流的再吸入；当然，由于所述密封性不可能是完美的，所述装置允许所述冷却气体从所述加压空腔C泄漏到所述涡轮机1的气流G的气体中，从而清除这些冷却气体。由于所述加压空腔C相对于所述涡轮叶片3垂直地延伸(也就是说与所述叶片3处于相同的纵向平面上)，并且它的压力等于所述叶片3上游的压力，因此，所述加压空腔C的压力大于所述叶片3所处的水平面外的压力(所述压力在涡轮机中从上游到下游逐渐减少)；因此，所述气体必然会从所述加压空腔C向所述涡轮机1的气体中流动，而不是向相反方向流动。

为了进一步促进它的热防护并且限制朝向所述弯钩12、13的气体流导，本案的例子中，所述圆环5在其纵向壁6的内侧面上被陶瓷材料的涂层26覆盖。

现在对将所述圆环5安装到它的支撑装置上进行说明。所述安装通过相对于彼此滑动的上游支撑部件14以及下游支撑部件15并且通过进行收缩装配而得以完成。更特别地，所述上游支撑部件14被加热(例如温度达到100℃)并且以滑动方式运动，以使所述上游弯钩12以及下游弯钩13彼此相互靠近或者彼此相互实际接触；由于所述支撑部件14、15为可伸缩的，所以上述操作是可行的，所述上游支撑部件14的纵向壁的半径略大于所述下游支撑部件15的纵向壁的半径。随后，所述圆环部分5被安装在所述下游弯钩13上(所述下游弯钩13被安置于所述圆环部分5的下游凹槽10内)。随后，所述上游支撑部件在上游方向上移动，直至该上游支撑部件与在所述圆环5的上游凹槽8内的上游弯钩12紧靠；在这一位置，所述上游弯钩12通过其纵向壁12b的外侧上游转角紧靠所述上游凹槽的表面8'；此外，所述下游弯钩13通过其纵向壁13b的外侧下游转角紧靠所述下游凹槽的表面10'，并且通过其纵向壁13b的内侧上游转角紧靠所述下游编织密封部件22。在最后的阶段，所述装置将允许进行冷却，其带来了不同的部件之间形的紧密配合，通过将所述上游支撑部件14(其纵向壁的半径在冷却过程中得以缩小)收缩装配在所述下游支撑部件15上，该基本原理为大众所公知的方式。

随后，所述段密封部件23得以安装，通过例如附着粘合的方式，所述附着粘合工具在操作过程中消除了。

圆环及其支撑装置的第二个实施方式将参考图3以及图4a到图4c得以说明。本实施方式与之前的实施方式非常的相似，由于这个原因，为了简化说明，那些与图1以及图2中的涡轮机具有相同的、等效的或相似的结构或功能的涡轮机部件，在图3以及图4a到图4c中采用相同的附图标记。此外，对于图1以及图2中涡轮机说明不再全盘地重复，这些说明在不存在不兼容的情况下将应用在如图3以及图4a到图4c所示的涡轮机上。只有重要的结构和功能上的不同才将得以说明。

第二实施方式的主要不同在于所述圆环5为单片的，因此形成在360°上由单一的轴对称部件组成的一个完整的圆环(换句话说所述圆环不被分割)。此外，所述下游支撑部件15同样在整个外周缘(360°)为单一片体，所述上游支撑部件14是被分割开的，也就是说所述上游支撑部件14被切割为多个上游支撑部件14部分(在本发明中的例子中围绕有10个部分)。

如前所述，所述圆环5通过容置于所述圆环5中的上游凹槽8以及下游凹槽9内的上游弯钩12以及下游弯钩13支撑，具有相同的优点。用于喷射冷却气体的装置(未视出)得以装配用以冷却所述弯钩12、13也用以冷却所述圆环5，所述圆环5在所述叶片的末端控制间隙e；它们提供了加压空腔C3、C、C4；如前所述，这些喷射装置如此布置以便使所述冷却气体能够相对于所述涡轮1的气流G的气体实现屏障作用，从而防止这些气体在所述圆环5的外侧循环；为达此目的，所述圆环5外侧的气体压力大于所述涡轮机1的气流的相对应的压力。

不同于在图1和2中所述上游凹槽8与下游凹槽10具有相同的尺寸(它们的纵向壁7b、9b的半径相等)，图3的实施方式的上游凹槽8和下游凹槽10具有不相同的尺寸，形成所述下游凹槽10的下游肩部9的纵向壁9b的半径大于所述上游凹槽8的上游肩部7的纵向壁7b的半径；由于所述圆环5的纵向壁6平行于所述涡轮轴发动机轴线A，因此，形成所述下游凹槽10的下游肩部9的径向壁9a的径向尺寸大于形成所述上游凹槽8的上游肩部7的径向壁7a的径向尺寸。所述下游凹槽13的纵向壁13b在所述涡轮轴发动机的轴线A的一个径向距离处延伸，所述径向距离大于所述上游弯钩12的纵向壁12b与所述轴线A之间的经向距离(所述弯钩12、13的纵向壁12b、13b置于所述上游凹槽8和下游凹槽10内，靠近所述肩部7、9的纵向壁7b、9b)。这些半径上的不同导致了如下文中所描述的装置的安装方式。

现在，对于所述圆环5及其支撑装置11的安装作如下说明，更特别地，参考图4a、4b和4c。不同于图1和图2所描述的安装，所述安装不是通过一个接一个地滑动支撑部件以及收缩装配实现，而是通过相对于所述圆环滑动支撑部件以及螺纹连接实现。

参考图4a，在第一步中，所述下游支撑部件15通过所述圆环5相对于该部件15从下游到上游相对移动的方式安装在圆环5上(该相对运动以箭头F1表示)，从而使得所述下游弯钩13容置在所述圆环5的下游凹槽10内。

参考图4b，在第二步中，所述上游支撑部件14的第一部分安装在所述圆环5上，通过该部分14相对于由所述圆环5和所述下游支撑部件15所组成的装置的从内到外、从下游到上游的相对运动(该相对运动以箭头F2表示)，从而使得所述上游弯钩12容置在所述圆环5的上游凹槽8内。

参考图4c，在第三步中，在图3中未示出的一个垫片27，该垫片呈圆环形并且与上游支撑部件14部分的圆周相适应，其插在所述上游支撑部件14的下游凸缘14'与所述下游支撑部件15的上游凸缘15'之间，以保证它们之间具有间隔(所述垫片27的运动以箭头F3表示)。所述上游和下游支撑部件14、15通过螺钉28得以坚固的固定在一起(所述螺钉28的运动以箭头F4表示)，所述螺钉28用于固定所述支撑部件14、15的凸缘14'、15'以及插入到它们之间的垫片27之中。

最后，对其它的上游支撑部件14的部分重复所述第二、第三步骤，以便在所述圆环5的外周缘上完成该上游支撑部件14的安装。

归功于本发明的这一实施方式，特别地，它使得使用环形的、完全轴对称的弯钩12、13将一整片涡轮机圆环5保持在适当的位置成为可能，不像现有技术那样使用支点的或离散的方式在其上施加动作以支撑所述一整片圆环。因此，所述一整片圆环5所发生的形变是对称的，因此可简单的制模。

Claims (8)

1.一种用于支撑气体涡轮机(1)涡轮圆环(5)的装置，该涡轮圆环(5)能够围住由从上游到下游流动的气流(G)所驱动的涡轮机(1)的活动叶片(3)，该装置包括至少一个面向上游的上游弯钩(12)，该上游弯钩(12)容置于所述涡轮圆环(5)的上游凹槽(8)内，该上游凹槽(8)面向下游方向开口；以及至少一个面向下游的下游弯钩(13)，该下游弯钩(13)容置于所述涡轮圆环(5)的下游凹槽(10)内，该下游凹槽(10)面向上游方向开口；所述上游弯钩(12)与下游弯钩(13)之间形成一个用于提供冷却气体的加压空腔(C)，其特征在于：所述装置还包括：在上游弯钩(12)的上游处，用于冷却上游弯钩(12)的冷却气体注入部(16)，和/或在下游弯钩(13)的下游处，用于冷却下游弯钩(13)的冷却气体注入部(17、18)，使得在注入时不穿过所述加压空腔(C)的情况下即可完成注入。

2.一种组合装置，其由权利要求1所述的装置和一个涡轮圆环组成，所述涡轮圆环包括一个面向下游方向开口的上游凹槽(8)和一个面向上游方向开口的下游凹槽(10)，其特征在于：所述涡轮圆环(5)的上游凹槽(8)具有一个与所述上游弯钩(12)相接触的曲线表面(8')，和/或所述涡轮圆环(5)的下游凹槽(10)具有一个与所述下游弯钩(13)相接触的曲线表面(10')。

3.根据权利要求2所述的组合装置，其特征在于：该装置包括至少一个用以确保所述涡轮圆环(5)与所述上游弯钩(12)之间的气密性的上游密封部件(21)，所述上游密封部件(21)容置于所述涡轮圆环(5)的上游凹槽(8)内，和/或至少一个用以确保所述涡轮圆环(5)与所述下游弯钩(13)之间的气密性的下游密封部件(22)，所述下游密封部件(22)容置于所述涡轮圆环(5)的下游凹槽(10)内。

4.根据权利要求2或3所述的组合装置，其特征在于：该装置包括一个具有所述上游弯钩(12)的上游支撑部件(14)，以及一个具有所述下游弯钩(13)的下游支撑部件(15)；其中，所述上游支撑部件(14)和下游支撑部件(15)为一整片，而所述涡轮圆环(5)则被分割为至少两个圆环部分。

5.根据权利要求4所述的组合装置，其特征在于：所述上游支撑部件(14)和下游支撑部件(15)如此布置：通过滑动所述支撑部件(14、15)以及通过收缩装配与所述涡轮圆环(5)安装在一起。

6.根据如权利要求2或3所述的组合装置，其特征在于：该装置包括一个具有所述上游弯钩(12)的上游支撑部件(14)，以及一个具有所述下游弯钩(13)的下游支撑部件(15)，其中，所述涡轮圆环(5)为一整片，所述下游支撑部件(15)为一整片，所述上游支撑部件(14)则被分割为至少两个上游支撑部件部分。

7.一种包括如权利要求1所述的用于支撑气体涡轮机(1)涡轮圆环(5)的装置的涡轮机或者包括如权利要求2至6任意一项所述组合装置的涡轮机。

8.一种包括如权利要求7所述的涡轮机的涡轮轴发动机。