CN106460521B - 燃气轮机发动机的涡轮转子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃气轮机发动机的涡轮转子，所述转子包括：上游涡轮盘(1)；下游涡轮盘(5)；环形凸缘(b)；连接上游涡轮盘到环形凸缘的第一套圈(11)；连接下游涡轮盘到环形凸缘的第二套圈(51)；气流分离器装置，其包括：形成第一环的第一部件(3)，其被布置在上游涡轮盘和下游涡轮盘之间；形成第二环的第二部件(4)，其具有与下游涡轮盘相对布置的第一部分和布置在第一套圈和第二套圈之间的第二部分，以及布置在第一部分和第二部分之间的绝热区域(6)。

Description

燃气轮机发动机的涡轮转子
技术领域
本发明涉及一种用于装配到航空器的燃气轮机发动机的涡轮转子，更具体地涉及一种低压或中压涡轮转子。
背景技术
在涡轮机中，通常使用特别地从高压压缩机获取的空气以冷却位于高热区域中的在涡轮机的燃烧室下游的部件。例如，低压涡轮机的转子必须通过“冷却”空气通风，以通过在叶片根部和盘边缘之间的连杆区域中的合适气流冷却转子盘上叶片的连杆或附接件。
图1示意性地示出了现有技术的涡轮转子，包括上游盘1、下游盘5和环形凸缘b。第一套圈11连接上游盘1到环形凸缘b。第二套圈51连接下游盘5到环形凸缘b。转子还包括气流分离器装置4，其第二部分41布置在第一套圈11和第二套圈51之间。这三个元件，即部分41、第一套圈11和第二套圈51，由环形凸缘b保持在一起。由于其360℃环形形状以及唇部C的存在，气流分离器装置称为迷宫环。迷宫环4的唇部C确保处于不同压力中的涡轮区域之间的密封。它们被定位面对定子部件上的耐磨材料筒。这些筒防止唇部接触到定子时被破坏。
在该转子中的气流分离器装置4为Y形，以保护这些盘的套圈以及引导冷却这些盘的气流。三个热流f1、f2和fv共同存在于转子结构内：用于使上游盘通风的第一流f1，用于使下游盘通风的第二流f2，以及来自涡轮机气流的气流流路fv。
为了冷却上游盘，第一通风流f1(以箭头的方向)穿过上游盘，穿过上游盘1的凹部，然后穿过在气流分离器装置4中制成的至少一个孔45。
为了冷却下游盘，第二通风流f2(以箭头方向)穿过气流分离器装置4的多个半月形部分(图1不可见)并穿过下游盘，穿过在下游盘5中制成的凹部。
由于具有不同温度的不同气流共同存在的事实，图1的装置具有的主要缺点是在环形凸缘中存在热梯度。环形凸缘将上游盘11的套圈、下游盘51的套圈以及气流分离器装置4保持在一起。机械应力导致在环形凸缘上的热梯度。这些机械应力可损伤或断裂环形凸缘。
发明内容
本发明寻求补救如上所确定的现有技术全部或部分缺点，特别地提出能够减少在环形凸缘中机械应力的设备，所述环形凸缘连接涡轮转子的上游涡轮盘和下游涡轮盘。
为此，本发明的一方面涉及燃气轮机发动机的涡轮转子，其中所述转子包括：
上游涡轮盘；
下游涡轮盘；
环形凸缘；
连接所述上游涡轮盘到所述环形凸缘的第一套圈；
连接所述下游涡轮盘到所述环形凸缘的第二套圈；
气流分离器装置，包括：
形成第一环的第一部件，其被布置在所述上游涡轮盘和所述下游涡轮盘之间；
形成第二环的第二部件，所述第二部件具有面对所述下游涡轮盘的第一部分，以及被布置在所述第一套圈和第二套圈之间的第二部分；
以及布置在所述第一部件和所述第二部件之间的绝热区域。
由于该构造，上游部件和下游部件之间的通风气流分离。事实上，绝热区域与第一部件和第二部件一起形成在冷却上游盘的通风流和冷却下游盘的通风流之间的物理屏障。由于通风气流的分离，减少或消除了凸缘中的热梯度，因此机械凸缘中的机械应力降低或消除。绝热区域的存在阻止了与彼此连接的冷气流和热气流接触的区域，以减少由于热梯度的机械应力。
除了刚刚在前一段提到的主要特征外，根据本发明的转子可具有单独或在技术可能的组合中考虑的一个或多个以下可能的额外特征：
所述绝热区域为填充有气体的空间；
所述绝热区域被布置在所述第一部件的下部和所述第二部件的上部之间，并且面对所述第二套圈；
所述气流分离器装置的第一部件和所述气流分离器装置的第二部件为单件；
所述气流分离器装置的第一部件和所述气流分离器装置的第二部件为分离件；
所述气流分离器装置的第一部件是迷宫式密封，其中所述迷宫式密封包括至少一个唇部；
所述第一部件的第三部分被支撑在所述上游盘上，所述第一部件的第四部分被支撑在所述第二部件的第一部分上，其中所述第一部分被构造成径向地保持所述第一部件。所述第一部件因此被保持支撑在所述上游盘和所述第二部件之间，其中该后者本身被保持支撑在所述上游盘上并由所述环形凸缘保持；
所述环形凸缘保持所述第一套圈、所述第二套圈以及在它们之间的气流分离器装置的第二部件。
本发明还涉及一种包括根据上述实施方式之一所述转子的涡轮机。
本发明还涉及一种包括根据上述实施方式之一所述转子的航空器。
附图说明
在参考附图，阅读以下描述时，将清楚地看到本发明的其他特征和优点，其示出了：
图1，根据现有技术的燃气轮机发动机的涡轮转子的示意剖视图；
图2，根据本发明一种实施方式的燃气轮机发动机的涡轮转子的示意剖视图。
为了更清晰起见，在所有附图中相同或相似元件由相同的附图标记标识。
具体实施方式
图2示意性地示出了航空器的燃气轮机发动机的涡轮转子的剖视图，特别地为低压涡轮机的转子的剖视图。转子包括上游涡轮盘1和下游涡轮盘5。上游涡轮盘1形成例如低压涡轮机的第一级的一部分，下游涡轮盘5形成低压涡轮机的第二级的一部分。
转子还包括第一套圈11和第二套圈51。第一套圈11和第二套圈51为圆柱形套圈。第一套圈11连接上游涡轮盘1到环形凸缘b。第二套圈51连接下游涡轮盘5到环形凸缘b。环形凸缘b能够维持在第一套圈11和第二套圈51之间的连接。
转子还包括气流分离器装置(3、4)。该装置的功能是使转子中流动的气流分离，即用于使上游涡轮盘1通风的第一流f1(图2箭头所示的流向)，和用于使下游涡轮盘5通风的第二流f2(图2箭头所示的流向)。
气流分离器装置包括第一部件3和第二部件4。在这个示例实施方式中，第一部件3和第二部件4是分离部件。形成第一环3的第一部件3布置在上游涡轮盘1和下游涡轮盘5之间。在该示例实施方式中，第一部件是迷宫式密封，并包括至少一个唇部c。当涡轮处于操作中时，唇部c接触涡轮机定子的耐磨材料筒2。形成第二环的第二部件4布置在下游涡轮盘5与第一套圈11和第二套圈51之间。第二部件4包括面对下游涡轮盘5被布置的第一部分42。第一部分42在这里被支撑在下游涡轮盘5上。第二部件4包括被布置在第一套圈11和第二套圈51之间并且由环形凸缘b保持在适当位置的第二部分。气流分离器装置还包括在第一部件3和第二部件4之间的绝热区域6。在该实施方式中，绝热区域6是在两个分离部件之间填充有空气的空间，所述两个分离部件即为第一环3和第二环4。绝热区域6位于第一环3的下部和第二环4的上部之间。它至少面对连接下游涡轮盘5到环形凸缘b的第二套圈51。在该实施方式中，它面对第二套圈51和第一套圈11，并且绝热区域6是填充有空气的空间，所述空气使环形凸缘与第一通风流f1以及与第二通风流f2隔离。
关于第一部件3的定位，第一部件的第三部分31被支撑在上游涡轮盘1上以及第一部件的第四部分32被支撑在第二部件的第一部分42上。第二部件的第一部分42径向地保持第一部件3。在该实施方式中，第一部分42形成第一部件的第四部分32插入的钩部。
转子具有第一通风结构，其包括上游涡轮盘1的多个凹部(不可见)和气流分离器装置的第一部件的壁的至少一个孔45。第一通风结构使第一通风流f1流动以使上游盘通风。第一通风流f1与来自气流的气流流路fv相遇，当其从在气流分离器装置的第一部件的壁中制成的孔45退出时。转子还包括第二通风结构，其包括在气流分离器装置的第二部件中制成的多个半月形部分(不可见)，从而致使第二通风流f2在第一套圈和第二套圈之间朝在气流分离器装置的第二部件4和第二套圈51之间的空间流动。第二通风结构还包括在下游涡轮盘5中制成的多个凹部。第二通风结构使第二通风流f2流动以使下游涡轮盘通风。
本发明并不局限于以上参考附图所描述的实施方式，并且可以设想变型，而不超出本发明的范围。

Claims (10)

1.燃气轮机发动机的涡轮转子，其中，所述转子包括：
上游涡轮盘(1)，第一通风流穿过上游涡轮盘；
下游涡轮盘(5)，第二通风流穿过下游涡轮盘；
环形凸缘(b)；
连接所述上游涡轮盘到所述环形凸缘的第一套圈(11)；
连接所述下游涡轮盘到所述环形凸缘的第二套圈(51)；
气流分离器装置；
其特征在于，所述气流分离器装置包括：
形成第一环的第一部件(3)，其布置在所述上游涡轮盘和所述下游涡轮盘之间；
形成第二环的第二部件(4)，所述第二部件具有面对所述下游涡轮盘的第一部分，以及布置在所述第一套圈和所述第二套圈之间的第二部分；以及
布置在所述第一部件和所述第二部件之间的绝热区域(6)，该绝热区域与第一部件和第二部件一起形成在冷却上游涡轮盘的第一通风流和冷却下游涡轮盘的第二通风流之间的物理屏障，并隔离第一通风流以及第二通风流。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述绝热区域为填充有空气的空间。
3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述绝热区域布置在所述第一部件的下部和所述第二部件的上部之间，并面对所述第二套圈。
4.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述气流分离器装置的第一部件和所述气流分离器装置的第二部件为单一件。
5.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述气流分离器装置的第一部件和所述气流分离器装置的第二部件为分离件。
6.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述气流分离器装置的第一部件为迷宫式密封，其中所述迷宫式密封包括至少一个唇部。
7.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，所述第一部件的第一部分被支撑在所述上游涡轮盘上，所述第一部件的第二部分被支撑在所述第二部件的第一部分上，所述第二部件的第一部分被构造成径向地保持所述第一部件。
8.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述环形凸缘保持在所述第一套圈、所述第二套圈以及所述气流分离器装置的第二部件之间的连接。
9.涡轮机，其特征在于，它包括根据权利要求1到8任一项所述的转子。
10.航空器，其特征在于，它包括根据权利要求1到8任一项所述的转子。
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