CN103975131A - 用于从邻接的外部容积密封油室的系统以及提供有这种密封系统的涡轮机组 - Google Patents

用于从邻接的外部容积密封油室的系统以及提供有这种密封系统的涡轮机组 Download PDF

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Abstract

用于从邻接的外部容积密封油室的系统以及提供有这种密封系统的涡轮机组。根据本发明，用于从邻接外部容积(V2)密封油室(1、V1)的系统，两者由绕着轴线(L-L)旋转可移动的转子(5)和固定或可移动的部件(7)所限定，包括-设置在转子(5)和部件(7)之间的第一密封(10A)；-第二密封(10B)，其安装在转子(5)和部件(7)之间，以及相对于第一密封(10A)纵向地偏移，以与第一密封形成由转子(5)、部件(7)和两个密封(10A、10B)所限定的密封室(12)；以及-用于给密封室(12)供应气体(G)的装置(13)，这样当转子(5)开始旋转时，可以压缩气体(G)，该室分别地通过单独的第一和第二密封连通油室和/或邻接的外部容积。

Description

用于从邻接的外部容积密封油室的系统以及提供有这种密封系统的涡轮机组
本发明涉及用于在受到不同压力和位于旋转部件周围的两个容积之间提供密封的系统。
特别地，尽管不是专门地这样，本发明特别好地适于涡轮发动机，特别地用于航空器的涡轮轴发动机中所遇到的密封问题。
这种涡轮轴发动机在气体流动方向上从上游到下游通常地包括风扇，一个或一个以上的压气机级，例如低压压气机和高压压气机，燃烧室，一个或一个以上的涡轮机级，例如高压涡轮机和低压涡轮机，以及排气管。涡轮机可以对应于每个压气机，两者通过部件连接，由此形成例如，高压本体和低压本体。
涡轮喷气发动机具有轴承室，该轴承室包括油润滑的滚动轴承单元和齿轮单元。通过这些部件旋转所甩出的油形成薄雾滴，悬浮在轴承室(由于它们包含悬浮的油滴，此后称为油室)的相应容积中。
可以由涡轮喷气发动机的固定结构的表面，也可以由旋转构件的表面形成和限定油室。油室必须保持油在它们内部，并且为此原因，油室的固定构件和旋转构件之间的密封是特别困难的问题，因为它涉及防止任何油渗漏到邻接所述油室的外部环形容积中。
并且，在已知的方式中，这种油室的密封包括一个或一个以上的轴承，该轴承设置在涡轮轴发动机的高压本体和低压本体或固定部件之间，可以使用迷宫密封、环形碳密封或任何其它类型的密封产生该油室的密封。必须在密封的上游提供特定水平的压力，以产生朝向该室的气流，这些气体通过所述连接相反于油的流出。以这种方式限定压力差，这样当涡轮轴发动机处于怠速时，该压力差是足够的，这要求在低压压气机或高压压气机下游级处，气体的移除。
然而，在这种下游级的气体移除特别地引起下面两个缺点：
-气体的高温导致室中油的加速老化，这可能不是令人满意的；并且
-涡轮轴发动机的效率显著地降低。
本发明的目的是改善涡轮发动机的油室和邻接的外部环形容积之间的密封，而不损害涡轮发动机的效率，或者引起油过早地老化。
为此，根据本发明，用于从邻接的外部容积密封油室的系统，该邻接的外部容积和油室由绕着轴线旋转可移动的转子和固定或可移动的部件所限定，所述系统包括设置在所述转子和所述部件之间的第一密封，其区别在于它具有：
-第二密封，其安装在转子和部件之间，以及相对于第一密封纵向地偏移，以与第一密封形成由转子、部件和两个密封所限定的密封室；
-以及用于给密封室供应气体的装置，这样通过设定转子旋转，可以压缩气体，该室分别地通过单独的第一和第二密封连通油室和/或邻接的外部容积。
因此，利用本发明，可以给第一和第二密封之间所限定的密封室供应气体，在转子旋转期间，该气体可以在施加于其上的离心力的作用下被压缩。因此，密封室中占优势的压力变得分别地高于油室中和邻接的外部容积中占优势的压力，这防止室中的油流过两个密封中的一个或另一个，以在室外部的容积中出来。换而言之，首先，通过一对密封的存在，其次，通过密封室中保留的气体的加压，提供了油室的密封，该加压促进气体流向油室，同时防止油进入密封室。甚至在转子的减速旋转(对应于，例如，涡轮发动机的怠速)期间，该对密封和气体的加压的联合作用可以获得出色的密封，并且没有额外的油耗(油损失不存在或几乎不存在)。
在根据本发明的实施方式中，在转子中提供至少部分供应装置。
优选地，供应装置包括至少一个通道，该通道在转子中制成的和导向到密封室中。
而且，至少一部分所述通道可以相对于转子的轴线倾斜和/或属于横向于转子轴线的平面(其中所述部分可以切向地倾斜)，这样气体在与所述转子轴线正交的方向上出现在密封室中。
有利地，所述供应装置包括多个通道，该多个通道绕着转子轴线有规律地分布和导向到所述密封室中，以均匀地给它供应气体。
而且，第一和第二密封，优选地是环形的，可以安装在转子上。
本发明也涉及涡轮发动机，特别地航空器的涡轮轴发动机，包括由绕着轴线旋转可移动的转子和固定或可移动的部件所限定的至少一个油室和一个邻接的外部容积。根据本发明，所述涡轮发动机包括上述能够提供油室和邻接外部容积之间密封的至少一个系统。
此外，供应给所述系统的密封室的气体取自涡轮发动机的上游级(例如，取自风扇、低压压气机等)或取自所述涡轮发动机的外部。
因此，喷射到密封室中气体的温度保持很低，这样防止当油与气体接触时，油室中存在的油的任何加速变质。
此外，涡轮发动机的转子优选地对应于连接高压涡轮机的本体。
而且，所述部件可以是：
-固定的，并且在这种情况下对应于涡轮发动机的定子。在该结构中，油室可以包括在固定部件(即，定子)和转子(对应于与高压涡轮机连接的本体)之间所限定的至少一个滑动轴承；
-或者可移动的，并且在这种情况下，对应于连接低压涡轮机的本体。在这个另外的结构中，油室可以具有在可移动的部件(即，连接低压涡轮机的本体)和转子(对应于连接高压涡轮机的本体)之间所限定的至少一个轴间轴承。
所附的单个图将给出关于如何可以实现本发明的清楚的理解。在该图中，相同的附图标记指的是相似的构件。
图1是航空器涡轮轴发动机油室的部分轴向截面的示意性示例，该油室由根据本发明的密封系统所密封。
在图1中，已经示意性地示出了根据本发明的航空器涡轮轴发动机2的油室1。
在已知的方式中，涡轮轴发动机2具有风扇、低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮机3、低压涡轮机和排气管。高压压气机和高压涡轮机3凭借外壳，通过在上游方向上延伸的鼓轮互相连接，并且它们一起形成高压本体5。低压压气机和低压涡轮机通过低压轴6连接在一起，并且它们与该低压轴一起形成低压本体7。
涡轮喷气发动机2具有静止的(或固定的)零件和旋转零件，通过已知的方式形成上述不同功能的构件。它通常沿着轴线L-L延伸，该轴线L-L是它旋转零件的旋转轴线，并且特别地是低压轴6和外壳的轴线。在说明书的剩余部分中，纵向的、径向的、内部和外部的概念是相对于该轴线L-L的。
此外，涡轮喷气发动机2具有油室(或轴承室)，包括图1中所示的下游油室1，该下游油室1具有轴承8，该轴承8装配有轴承滚柱9，以提供高压本体5和低压本体7之间的旋转连接。
现在将描述本发明，作为示例性实施例，涉及油室1，但是不用说它适用于任何其它的室，该室包括或容纳用薄雾油润滑它们的零件。
油室1通过固定零件和旋转零件的表面限定环形内部容积V1。特别地，(部分示例的)在其内部侧上，通过一部分高压本体5和在外部侧上，通过刚性地连接低压轴6的一部分低压本体7界定它。
此外，环形容积V2，设置在其上游侧上室1外侧，它在内部侧和上游侧上，也由一部分高压本体5，以及在下游侧上，由一部分低压本体7所限定。
根据本发明，如图1所示，为了密封两个环形容积V1和V2之间的油，以及防止油(其能够润滑轴承)接触到热部件，涡轮轴发动机2包括两个环形碳密封10A和10B，它们安装到高压本体5的轴颈11，以被设置在所述高压本体和低压本体7之间。密封10A和10B通过预先确定的间隔距离彼此纵向地间隔。
当然，作为变化形式，该对密封可以具有能够在两个环形容积之间提供密封的迷宫密封、刷式密封或任何其它适合类型的密封。
因此，由轴颈11、低压本体7和该对密封10A和10B所界定的环形容积形成密封室12。
此外，在实施例中，在轴颈11的厚度中提供通道13，并且给该通道13供应气体，该气体从获得其的来源在套筒和低压轴6之间循环。通道13导向到密封室12中，为了给密封室供应气体(在图1中用箭头G表示气体)。
根据期望的密封和涡轮轴发动机2的尺寸调整通道13的尺寸和数量。
优选地，当通道13具有环形横截面时，它们的直径范围在3mm和10mm之间，通道13数量范围在10和40之间。
通过通道13引入到密封室12中的气体G由此可以取自涡轮轴发动机2的风扇或低压压气机的流出处，或者取自涡轮轴发动机2的外侧(在后面的情况下，所取自的气体是环境空气)，气体G的温度限制油的过早老化。
优选地，供应通道13沿着轴颈11的周缘绕着纵向轴线L-L有规律地分布。不用说可以设想供应通道的任何其它布置，例如在轴颈11的两个平行周缘上。
在图1中所示的实施例中，轴颈11中所提供的供应通道13的下游部分在下游方向上相对于涡轮轴发动机L-L的轴线L-L倾斜。当然，可以设想所述通道的下游部分与纵向轴线L-L正交。
因此，在涡轮轴发动机2的运转期间，密封室12可以接收来源于风扇(或来源于低压压气机)的气体G。在施加于气体G的离心力的作用下，高压本体6的旋转将导致密封室12中保留的气体G的压缩。
以这种方式，室12内的压力变得高于油室1和外部容积V2内的压力，因此防止油室1中的油通过两个密封10A和10B中任一个，以在外部容积V2中出来。
换而言之，该对密封10A和10B以及密封室12中保留的压力引起气体G流从密封室朝向油室1和外部容积V2，同时防止油进入所述室12，并且更不容置疑的，容积V2。甚至在低运转速度时(诸如怠速时)确保这种密封，而不会消耗额外的油。

Claims (10)

1.用于从邻接的外部容积(V2)密封油室(1、V1)的系统，该邻接的外部容积和油室由绕着轴线(L-L)旋转可移动的转子(5)和固定或可移动的部件(7)所限定，所述系统包括设置在转子(5)和部件(7)之间的第一密封(10A)，其特征在于它具有：
-第二密封(10B)，其安装在转子(5)和部件(7)之间，以及相对于第一密封(10A)纵向地偏移，以与第一密封形成由转子(5)、部件(7)和两个密封(10A、10B)所限定的密封室(12)；
-以及用于给密封室(12)供应气体(G)的装置(13)，这样通过设定转子(5)旋转，可以压缩气体(G)，该室分别地通过单独的第一和第二密封连通油室和/或邻接的外部容积。
2.根据前述权利要求的系统，其中在转子(5)中提供至少部分供应装置(13)。
3.根据前述权利要求的系统，其中供应装置包括至少一个通道(13)，该通道(13)在转子(5)中制成和导向到密封室(12)中。
4.根据前述权利要求的系统，其中至少一部分所述通道(13)相对于转子(5)的轴线(L-L)纵向地倾斜和/或属于横向于所述转子(5)轴线(L-L)的平面。
5.根据权利要求3或权利要求4的系统，其中所述供应装置包括多个这种通道(13)，该多个这种通道(13)绕着转子(5)的轴线(L-L)有规律地分布和导向到所述密封室(12)中。
6.根据前述权利要求中任一权利要求的系统，其中第一和第二密封(10A、10B)，优选地是环形的，安装在转子(5)上。
7.涡轮发动机，包括航空器涡轮轴发动机，其包括由绕着轴线(L-L)旋转可移动的转子(5)和固定或可移动的部件(7)所限定的至少一个油室(1)和邻接的外部容积(V2)，其特征在于：它包括权利要求1-6中任一权利要求中所述的能够提供油室(1)和邻接外部容积(V2)之间密封的至少一个系统(10A、10B、12、13)。
8.根据前述权利要求的涡轮发动机，其中供应密封室(12)的气体(G)取自涡轮发动机的上游级或取自所述涡轮发动机的外部。
9.根据权利要求7或权利要求8中任一权利要求的涡轮发动机，其中所述部件是固定的，并且对应于涡轮发动机(2)的定子。
10.根据权利要求7或权利要求8中任一权利要求的涡轮发动机，其中所述部件是可移动的，并且对应于连接低压涡轮机的本体(7)。
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