CN104797784A - 涡轮机护罩安装和密封结构 - Google Patents

Abstract

一种具有中央轴线的用于燃气涡轮发动机的涡轮机护罩设备，其包括：护罩节段，该护罩节段具有：在前端与后端之间轴向地延伸并在相对的端面之间横向地延伸的弓形本体，其中，端面中的每一个都包括形成在其中的密封槽口；和安装于该本体的弓形固定密封构件；涡轮机翼片，该涡轮机翼片放置在护罩节段的轴向后部；和外壳，该外壳环绕护罩节段和涡轮机翼片；其中，涡轮机翼片安装于外壳以便靠在固定密封构件上，并压缩它并迫使护罩节段径向向外地靠在外壳上。

Description

涡轮机护罩安装和密封结构

背景技术

本发明主要涉及燃气涡轮发动机涡轮机并且更具体地涉及用于密封这种发动机的涡轮机部段的设备。

燃气涡轮发动机包括涡轮机构芯部(turbomachinery core)，该涡轮机构芯部具有处于串行流关系中的高压压缩器、燃烧器、和高压涡轮。芯部能够以已知的方式运转以产生初级气体流。在涡轮喷气或涡轮风扇发动机中，芯部排气被引导通过排气喷嘴以产生推力。

涡轮风扇发动机利用位于芯部的下游的低压涡轮机从初级流中提取能量以驱动产生推进推力的风扇。低压涡轮机包括由固定翼片或喷嘴构成的环形阵列，该环形阵列将离开燃烧器的气体引导到旋转叶片或桨叶(bucket)中。一排喷嘴和一排叶片共同构成了一“级”。通常，两个或多个级呈串行流关系使用。

这些部件在高温环境中运转。必须保护位于气体流动路径外侧的邻近部件(例如壳体)使其免受高温的影响以确保其具有适当的使用年限。因此，流动路径气体在部件之间的泄漏、例如在涡轮机转子护罩与相邻的涡轮机喷嘴之间的泄漏是不合乎要求的。现有技术设计已经尝试通过将蜂窝压缩在护罩上而使泄漏间隙最小化。尽管是略微有效的，但这并未完全防止泄漏。

因此，对于防止护罩与相邻部件之间的泄漏的涡轮机护罩构造存在需要。

发明内容

通过本发明解决了该需要，本发明提供了一种涡轮机护罩，该涡轮机护罩安装有由压缩的蜂窝状的密封件与槽接(spline)密封件构成的组合件以防止泄漏。

根据本发明的一个方面，一种具有中央轴线的用于燃气涡轮发动机的涡轮机护罩设备包括：护罩节段，该护罩节段具有：在前端与后端之间轴向地延伸并在相对的端面之间横向地延伸的弓形本体，其中，端面中的每一个都包括形成在其中的密封槽口；和安装于本体的弓形固定密封构件；涡轮机翼片，该涡轮机翼片放置在护罩节段的轴向后部；和外壳，该外壳环绕护罩节段和涡轮机翼片；其中，涡轮机翼片安装于外壳以便靠在固定密封构件上，从而压缩它并迫使护罩节段径向向外地靠在外壳上。

根据本发明的另一方面，一种具有中央轴线的用于燃气涡轮发动机的涡轮机护罩设备包括：由可旋转的涡轮机叶片构成的环形阵列，每一个叶片都具有从其径向向外突出的环形的密封齿；护罩，该护罩环绕涡轮机叶片，护罩包括由并排的护罩节段构成的环形阵列，每一个护罩节段都具有：在前端与后端之间轴向地延伸并且在相对的端面之间横向地延伸的弓形本体，其中，端面中的每一个都包括形成在其中的密封槽口；和安装于本体的弓形固定密封构件，其中，相邻的护罩节段的端面彼此抵接并且至少一个槽接密封件接收在密封槽口中以跨越相邻的护罩节段之间的间隙；设置在护罩的轴向后部的、由翼型件形状的涡轮机翼片构成的环形阵列；和外壳，该外壳环绕护罩节段和涡轮机翼片；其中，涡轮机翼片中的每一个都安装于外壳以便靠在固定密封构件中的一个上，从而压缩密封构件并迫使相关联的护罩节段径向向外地靠在外壳上。

附图说明

通过参照结合附图进行的下列说明可更好地理解本发明，在附图中：

图1是根据本发明构建的燃气涡轮发动机的横断面示意图；

图2是图1中所示的发动机的涡轮机部段的一部分的放大图；

图3是图2中所示的涡轮机护罩节段的前主视图；

图4是图2中所示的护罩节段的一部分的侧视图；和

图5是两个并排的护罩节段的一部分的横断面视图，其示出了安装在其中的槽接密封件。

具体实施方式

参照附图，在附图中，相同的附图标记贯穿多幅视图表示相同的元件，图1和图2描绘了燃气涡轮发动机10的一部分，该部分除了其它结构以外还具有风扇12、低压压缩器或“增压器”14、高压压缩器16、燃烧器18、高压涡轮机20、和低压涡轮机22。高压压缩器16提供了压缩气体，该压缩气体主要进入到燃烧器18中以支持燃烧并部分地围绕燃烧器18，在燃烧器18处，该压缩气体用于冷却燃烧器衬里(liner)和位于更下游处的涡轮机构。燃料被引入到燃烧器18的前端中并与空气以常规的方式混合。所获得的燃料-空气混合物被点燃用于产生热的燃烧气体。热的燃烧气体被排放至高压涡轮机20，在高压涡轮机20处，热的燃烧气体膨胀，以便将能量提取出来。高压涡轮机20通过外部轴24驱动高压压缩器16。离开高压涡轮机20的气体被排放至低压涡轮机22，在低压涡轮机22处，它们进一步膨胀并且能量被提取出来以通过内部轴26驱动增压器14和风扇12。

在所示示例中，发动机为涡轮风扇发动机。然而，本文中所述的原理同样可适用于涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、和涡轮风扇发动机、以及用于其它车辆或用在固定应用中的涡轮发动机。

低压涡轮机22包括承载翼型件形状的涡轮机叶片28的阵列的转子，这些涡轮机叶片28从围绕发动机10的中央轴线“A”旋转的盘向外延伸。如在图2中所见，每一个叶片28的尖端30都具有一个或多个环形的凸缘状的密封齿32，这些密封齿32从尖端30径向向外地延伸。多个护罩节段34呈环形设置以便紧密地环绕涡轮机叶片28并由此限定用于流经该转子的热的气体流的外部径向流动路径边界。

每一个护罩节段34都包括弓形本体36，该弓形本体36在端面38(参见图3)之间延伸并具有前端40和后端42。从后至前，本体36包括相对于中央轴线A以锐角延伸的第一腿44、同样相对于中央轴线A以锐角延伸的第二腿46、从第二腿46大致径向向内地延伸的第三腿48、和从第三腿48大致轴向向前地延伸的第四腿50。第一腿44和第二腿46以小的“V”形角交汇，其中，V的顶点径向向外面对。

第二腿46的前端沿轴向方向悬于第三腿48之上，使得这两个腿限定前部凸缘52。同样，突部54邻近于第一腿44与第二腿46的交汇处放置并包括形成在其中的径向向外面对的沟槽56。

在端面38处，腿44、46、48和50中的每一个均包括槽口58，该槽口58被确定尺寸并成形以接收常规的槽接密封件59(参见于图5中)。槽接密封件呈插入在槽口58中的由金属或其它适用的材料构成的薄带的形式。槽接密封件跨越位于护罩节段34之间的间隙。

固定密封构件60安装于本体36的径向内表面。密封构件60用于与密封齿32一起形成非接触式的旋转密封。密封构件60构造成在运转期间与密封齿32接触的情况下、即称之为“摩擦”的情况下是耗蚀性的(sacrificial)。存在多种类型的耗蚀性的材料，例如非金属的可研磨材料和蜂窝状结构。

在所示示例中，密封构件60包括已知类型的金属的蜂窝状结构，该金属的蜂窝状结构包括沿径向方向延伸的多个并排的小室。密封构件60具有与本体36的内表面相一致的背面。它还包括流动路径表面62。流动路径表面62包括限定阶梯状轮廓的多个圆柱体形的部分，每一个“阶梯”的表面均被选择成向相邻的密封齿32提供所需的空隙。在本体36的后端处，密封构件60径向向内地延伸超过本体36的第一腿44，以形成略微过盈的配合，如在下文中更为详细地所述。悬挂的高度“H”在图4中示出，出于说明的目的，该高度被大幅夸大。

返回参照图2，喷嘴定位在转子的下游，并且包括多个圆周间隔开的翼型件形状的翼片64，翼片64中的每一个均终止于弓形尖端护罩66。弓形的前部钩68和弓形的后部钩70从尖端护罩66向外延伸。前部钩68轴向向前且径向向外地延伸，并在其远侧端处包括轴向向前地延伸的凸缘72。

环形外壳74环绕护罩节段34和翼片64。外壳74包括面对轴向后部的环形安装槽口76，并且还包括具有L形横断面形状的环形安装钩78。护罩节段34的前部凸缘52接收在安装槽口76中。突部54的槽口56接收安装钩78。

翼片64的前部钩68接收在由安装钩78限定的槽口中。当组装时，翼片64的尖端护罩66径向向外地靠在护罩节段34上。

安装钩78与尖端护罩66之间的径向距离被选择成，使得尖端护罩66与固定密封构件60形成略微过盈的配合。密封构件60压缩以适应该过盈，从而形成抗空气泄漏的可靠的密封并将护罩节段34牢固地保持靠在安装钩78上。

槽接密封件在护罩节段34的第一腿44上的添加和尖端护罩66的过盈实现了通过护罩节段34的背侧并在喷嘴的前部腿的前方进入到腔室中的非常小的泄漏区域。此外，从流动路径至外壳安装钩78的少许泄漏的线路被缩短或消除掉。如本文中所述的构造将防止气体路径空气越过尖端护罩66的前部腿泄漏到护罩节段34与喷嘴之间的腔室中。该腔室相对于热的气体路径温度的密封将保护安装钩78。

该构造的技术优点是降低了通过间隙的泄漏并降低了腔室中的空气温度。通过间隙的泄漏的降低和空气温度的降低将允许具有更好的性能。另外，腔室中的空气温度的降低将有助于使外壳钩免受增高的温度的影响并防止出现裂纹。

前述内容已经描述了用于燃气涡轮发动机的涡轮机护罩密封构造。尽管已经描述了本发明的具体实施例，但本领域技术人员将会明白的是，可在不背离本发明的精神和范围的情况下对其作出多种改变。因此，对于本发明的优选实施例和用于实施本发明的最佳模式进行的前述说明仅出于说明的目的而非出于限制的目的予以提供，本发明由权利要求进行限定。

Claims (18)

1.一种具有中央轴线的用于燃气涡轮发动机的涡轮机护罩设备，包括：

护罩节段，包括：

弓形本体，所述弓形本体在前端与后端之间轴向地延伸并在相对的端面之间横向地延伸，其中，所述端面中的每一个都包括形成在其中的密封槽口；和

弓形固定密封构件，所述弓形固定密封构件安装于所述本体；

涡轮机翼片，所述涡轮机翼片放置在所述护罩节段的轴向后部；和

外壳，所述外壳环绕所述护罩节段和所述涡轮机翼片；

其中，所述涡轮机翼片安装于所述外壳以便靠在所述固定密封构件上，并压缩它并迫使所述护罩节段径向向外地靠在所述外壳上。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述密封构件构造成使得所述涡轮机翼片并不接触所述护罩节段的所述本体。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述本体具有包括呈V形放置的第一腿和第二腿的形状。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，在所述第一腿与所述第二腿的交汇处设置有突部，所述突部包括形成在其中的径向向外面对的沟槽。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：

所述外壳包括环形安装钩；和

所述安装钩接收在所述突部的所述沟槽中。

6.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第二腿的前端沿轴向方向悬在所述第三腿之上以限定前部凸缘。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于：

所述外壳包括环形安装槽口；和

所述护罩节段的所述凸缘接收在所述安装槽口中。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述涡轮机翼片包括尖端护罩，所述尖端护罩具有从其径向向外地延伸的前部钩；和

所述前部钩接收在由所述外壳的所述安装钩限定的槽口中。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述固定密封构件包括金属的蜂窝状结构。

10.一种具有中央轴线的用于燃气涡轮发动机的涡轮机护罩设备，包括：

可旋转的涡轮机叶片的环形阵列，每一个叶片都具有从其径向向外突出的环形的密封齿；

护罩，所述护罩环绕所述涡轮机叶片，所述护罩包括并排的护罩节段的环形阵列，每一个护罩节段都包括：

弓形本体，所述弓形本体在前端与后端之间轴向地延伸并且在相对的端面之间横向地延伸，其中，所述端面中的每一个都包括形成在其中的密封槽口；和

弓形固定密封构件，所述弓形固定密封构件安装于所述本体，其中，相邻的护罩节段的所述端面彼此抵接并且至少一个槽接密封件接收在所述密封槽口中以跨越相邻的护罩节段之间的间隙；

设置在所述护罩的轴向后部的翼型件形状的涡轮机翼片的环形阵列；和

外壳，所述外壳环绕所述护罩节段和所述涡轮机翼片；

其中，所述涡轮机翼片中的每一个都安装于所述外壳以便靠在所述固定密封构件中的一个上，并压缩所述密封构件并迫使相关联的护罩节段径向向外地靠在所述外壳上。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，每一个密封构件都构造成使得所述涡轮机翼片并不接触对应的护罩节段的所述本体。

12.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，每一个护罩节段的所述本体都具有包括呈V形放置的第一腿和第二腿的形状。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，在所述第一腿与所述第二腿的交汇处设置突部，并且所述突部包括形成在其中的径向向外面对的沟槽。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于：

所述外壳包括环形的安装钩；和

所述安装钩接收在所述突部的所述沟槽中。

15.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述第二腿的前端沿轴向方向悬在所述第三腿之上以限定前部凸缘。

16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于：

所述外壳包括环形的安装槽口；和

每一个护罩节段的所述凸缘都接收在所述安装槽口中。

17.根据权利要求10所述的设备，其特征在于：

每一个涡轮机翼片都包括尖端护罩，所述尖端护罩具有从其径向向外地延伸的前部钩；和

所述前部钩接收在由所述外壳的所述安装钩限定的槽口中。

18.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，每一个固定密封构件都包括金属的蜂窝状结构。