CN102630268A - 与相对应的环形段绝缘的涡轮发动机外壳的环形凸缘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮机的涡轮级，所述涡轮级包括安装于由外壳(4)所支撑的分段圆环内侧的叶轮(5)，为了与所述环形段(6)的下游端部(13)相连接，所述外壳(4)具有至少一个容置于所述腔中的环形凸缘(22)，所述涡轮级特征在于，所述环形段(6)的环形腔的底壁(16)与所述外壳(4)的环形凸缘(22)被径向分开，以在它们之间提供热绝缘空间，并且该底壁包括有作用于所述环形凸缘(22)的径向定位装置(24)。

Description

与相对应的环形段绝缘的涡轮发动机外壳的环形凸缘

本发明涉及诸如涡轮螺浆发动机或涡轮喷气发动机的涡轮发动机的涡轮级。

涡轮发动机的低压涡轮机包括多级，每一级具有由一排由外壳支撑的环形固定叶片形成的喷嘴，以及装有叶片的叶轮，该装有叶片的叶轮安装于所述喷嘴下游，并在由环形段形成的圆柱或截头圆锥形的壳层中旋转，所述环形段首尾相连环绕地固定于外壳上。

离开涡轮发动机的燃烧室的热气在压力作用下穿过所述喷嘴的叶片之间，并且流过所述涡轮机叶轮的叶片，由此，产生了使得所述由环形段所组成的壳层温度升高的影响。

正如申请人为本案申请人的第FR 2 899 273号专利文件中所描述的，所述外壳具有至少一个用于与所述环形段的下游端部相连接的环形凸缘。

在公知的方法中，每一个环形段具有下游端部，所述下游端部形成有由上游环形支承面、下游环形支承面以及底壁所限定的环形腔，所述环形腔与所述外壳的环形凸缘相接合，而所述环形段则通过环形腔的环形支承面以轴向位置而被支持于所述凸缘上。

所述外壳的环形凸缘与每一个环形段之间的接触面积较大，所以所述环形段大部分的热量通过所述环形凸缘而被传导至所述外壳。在转动过程中，其有可能达到730℃，这一温度为所使用的材料可以接受的极限值。

这导致了所述环形凸缘和和所述外壳存在损坏的极大风险。

本发明特别的目的在于提供一种针对该问题的简单、有效、低成本的解决方法。

为此目的，本发明提供了涡轮发动机的涡轮级，所述涡轮级包括安装于由外壳所支撑的分段圆环(sectorized ring)内侧的叶轮，每一个所述环形段具有下游端部，而所述下游端部形成有由上游环形支承面、下游环形支承面以及底壁所限定的环形腔，为了与所述环形段的下游端部相连接，所述外壳具有至少一个容置于所述环形腔中的环形凸缘，所述涡轮级特征在于，所述环形段的环形腔的底壁与所述外壳的环形凸缘被径向分开，以在它们之间提供热绝缘空间，并且该底壁包括有作用于所述环形凸缘的径向定位装置。

在该方式中，所述环形凸缘以及每一个环形段之间的接触面积大幅地减小，因此限制了所述环形凸缘的升温，从而大大地限制了所述外壳的升温。

在本发明的一个实施方式中，所述径向定装置包括至少两个突出于所述环形腔底壁的突出物。

由此，所述环形段与环形凸缘之间的接触面积被限制为所述突出物端部的区域。

有益地，所述突出物被设置于所述底壁的环形端部。

这使得确保所述环形段相对于所述环形凸缘被适当地定位成为可能。然而，由于所述环形段的环向扩张大于所述环形凸缘的环向扩张，当涡轮发动机工作时，所述突出物与所述环形凸缘之间会发生相对运动，由此在它们之间产生了磨擦和磨损。

根据本发明的另外一个技术特征，所述突出物被设置于与所述底壁的轴向中平面相隔有一定距离的位置，以确保所述环形段呈径向适当地被放置。

优选地，所述突出物设置于所述底壁的轴向中平面与环形端部之间，以限制上述相互接触的部分之间的磨损。

对于每一个环形支承面来说，有益的是：其包括在所述环形段的整个圆周上延伸的径向表面，所述外壳的环形凸缘被无间隙地安装于所述环形段的环形支承面的径向表面之间。

这在所述环形凸缘与所述环形段之间提供了密封。

所述突出物可为矩形。

对于外壳的环形凸缘来说，有益的是：其在所述支承面之间被轴向地挤压，以确保所述环形段抵靠于所述外壳的适当的位置。

优选地，所述突出物的接触面积与所述环形腔底壁面积之间的比值在0.1到0.25之间。

本发明也提供了诸如涡轮螺浆发动机或涡轮喷气发动机的涡轮发动机，所述涡轮发动机的特征在于包括本发明所述的涡轮级。

通过阅读如下以非限制性的实施方式做出的说明以及参考说明书附图能够更好地理解本发明，本发明的其它细节、优点以及特征也得以呈现。其中：

图1为现有技术中的低压涡轮机的轴向剖面局部示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为图2的放大图，其示出了环形段的下游端部是如何安装于所述外壳的环形凸缘上的；

图4为与图3相对应的并且示出了本发明的示图；

图5为本发明所述环形段的局部透视图；

图6为图5中的环形段的透视图。

图1到3示出了现有技术中的涡轮发动机的低压涡轮机1，其包括多级，每一级具有固定叶片3的喷嘴2以及安装于所述喷嘴2下游的叶轮5，所述固定叶片3由涡轮机的外壳4支撑，而所述叶轮5则在由环形段6形成的大体上呈截头圆锥形的壳层中旋转，所述环形段6由涡轮机的外壳4环绕地首尾相连地支撑。

所述喷嘴2具有内壁(未示出)以及构成旋转表面的外壁7，在所述外壁7之间定义有环形通道8，气体从所述环形通道8中穿过所述涡轮机，所述内壁以及外壁7由固定叶片3径向地连接在一起。

叶轮5固定于涡轮轴(未视出)上，并且每一个叶轮5包括外罩9以及内罩(不可见)，所述外罩9具有外部径向肋条10，所述外部径向肋条10外部由环形段6围绕，并且外部径向肋条10与环形段6之间具有小间隙。

每一个环形段6包括截头圆锥壁11以及由可磨耗材料构成的部件12，该部件12通过铜焊和/或焊接方式径向地固定于所述截头圆锥壁11的内表面，所述部件12为蜂窝型，并且通过与叶轮5的肋条10之间的摩擦而被磨损，从而使得所述叶轮5和环形段6之间的径向间隙最小化。

所述环形段的截头圆锥壁11具有下游端部13，所述下游端部13形成有由上游环形支承面14、下游环形支承面15以及底壁16所限定的向外开口的环形腔。每一个支承面14、15具有在所述环形段6的整个圆周上延伸的表面。所述底壁16也具有下游环形凹槽17以及上游环形凹槽18，所述下游环形凹槽17以及上游环形凹槽18能够使得所述空腔能够被加工(如图3所示)。

每一个环形段6的下游端部13被接合于环形间隔19内，所述环形间隔19被限定在位于下游的所述喷嘴2的外壁7的两个环形凸缘之间，所述环形凸缘分别为面向上游的径向内侧凸缘20以及径向外侧凸缘21。

所述外壳4包括截面呈面对下游的钩状物形状的内侧环形凸缘22，所述内侧环形凸缘22接合在所述环形段的截头圆锥壁11的空腔内，并且通过所述喷嘴2的径向外侧凸缘21而保持在所述空腔内。所述外壳4的环形凸缘22被轴向地压抵于所述环形段16的环形支承面14、15之间，这一压力存在于涡轮发动机的整个运转阶段。

更特别地，所述凸缘22具有抵靠于所述喷嘴的径向外侧凸缘21的径向外侧环形表面以及抵靠于所述环形段底壁16的径向内侧环形表面。

所述径向外侧凸缘21的上游端部与所述凸缘22和所述外壳4之间的连接区域23之间配置有轴向间隙j1。该间隙用于抵消扩张的影响，并且实际上该间隙可能在涡轮发动机运转的时程中变为零。

因此，在其下游端部13，所述环形段6通过所述喷嘴2锁定抵靠于所述外壳的环形凸缘22，从而在所述环形凸缘22与配置有轴向支承面14、15以及底壁16的环形段6之间形成密封。

所述环形段6在其上游端部也通过一装置与所述外壳连接，在此不再详细说明该装置。

在运转过程中，来自于燃烧室的气体加热所述环形段6，而后，热量通过传导至所述外壳的环形凸缘22而得以传递。

不幸地，环形段6与环形凸缘22之间的传导面积或接触面积较大，诸如，实际上，所述环形凸缘22的温度可以达到极限值，例如，730℃，也就是照惯例所采用的材料可接受的最高温度。

图4到6示出了本发明的环形段。其与上文中所描述的环形段的不同之外在于所述环形腔的底壁16包括至少两个径向地向外突出的突出物24，所述突出物24的端部形成与环形凸缘22相抵靠的支撑面25。优选地，所述突出物24排列于临近所述环形段6的上游支承面14的位置。

以这样的方式，所述环形凸缘22与环形段6之间的接触面积减小，并且一片绝缘空气形成于底壁16与所述环形凸缘22的内侧壁之间。

所述突出物24的接触面积与所述底壁16的面积之间的比值在0.1到0.25之间。

特别地，这样的结构使得所述环形凸缘22的温度在涡轮发动机运转过程中下降大约40℃成为可能。

在图5和图6的实施方式中，所述突出物24为矩形，并且设置于所述底壁16的环形端部。

优选地，所述突出物24设置于与所述底壁16的轴向中平面P相距有一定距离的位置，在所述轴向中平面P的任何一侧，所述突出物24设置于所述轴向中平面P与所述底壁16的其中一个环形端部之间。由于每一个环形段通过设置于其中平面P内的装置而防止相对于所述外壳环向地运动，其在所述中平面P的任何一侧相对于所述外壳扩张。通过使得所述突出物24更加接近所述中平面P，所述突出物与所述外壳的环形凸缘22之间的总摩擦力也随之减少。将所述突出物24远离平面P放置确保了与环形凸缘22相抵靠的环形段良好的径向位置，从而避免了所述环形段从所述中平面P的一侧或其它一侧翻倒的任何风险。

进一步地，所述突出物24可能具有其他形状，诸如，它们可以为正方形、圆柱形或截头圆锥等等。

Claims (9)

1.一种涡轮机涡轮级(1)，所述涡轮级包括安装于由外壳(4)所支撑的分段圆环内侧的叶轮(5)，每一个所述环形段(6)具有下游端部(13)，而所述下游端部(13)形成有由上游环形支承面(14)、下游环形支承面(15)以及底壁(16)所限定的环形腔，为了与所述环形段(6)的下游端部(13)相连接，所述外壳(4)具有至少一个容置于所述环形腔中的环形凸缘(22)，所述涡轮级特征在于，所述环形段(6)的环形腔的底壁(16)与所述外壳(4)的环形凸缘(22)被径向分开，以在它们之间提供热绝缘空间，并且该底壁包括有作用于所述环形凸缘(22)的径向定位装置(24)，所述径向定位装置由至少两个突出于所述环形腔底壁(16)的突出物(24)组成。

2.如权利要求1所述的涡轮机涡轮级(1)，其特征在于，所述突出物(24)被设置于所述底壁(16)的环形端部。

3.如权利要求1所述的涡轮机涡轮级(1)，其特征在于，所述突出物(24)被设置于与所述底壁(16)的轴向中平面(P)相隔有一定距离的位置。

4.如权利要求3所述的涡轮机涡轮级(1)，其特征在于，所述突出物(24)被设置于所述底壁(16)的轴向中平面(P)与环形端部之间。

5.如权利要求1-4中任意一项权利要求所述的涡轮机涡轮级(1)，其特征在于，每一个环形支承面(14，15)包括在所述环形段的整个圆周上延伸的径向表面，所述外壳(4)的环形凸缘(22)被无间隙地安装于所述环形段(6)的环形支承面(14，15)的径向表面之间。

6.如权利要求5所述的涡轮机涡轮级(1)，其特征在于，所述外壳(4)的环形凸缘(22)在所述环形支承面(14，15)之间被轴向地挤压。

7.如权利要求1-6中任意一项权利要求所述的涡轮机涡轮级(1)，其特征在于，所述突出物(24)为矩形。

8.如权利要求1-7中任意一项权利要求所述的涡轮机涡轮级(1)，其特征在于，所述突出物(24)的接触面积与所述环形腔的底壁(16)的面积之间的比值在0.1到0.25之间。

9.一种诸如飞机涡轮螺浆发动机或涡轮喷气发动机的涡轮发动机，所述涡轮发动机的特征在于其包括如权利要求1-8中任意一项权利要求所述的涡轮机涡轮级(1)。

Images