CN106574511B - 涡轮机模块 - Google Patents

Abstract

一种涡轮机模块，该涡轮机模块包括可动轮，该轮被可旋转地安装在模块的外壳内部并且被分段式的密封环(18)包围，该密封环包括部段的环形列，每个环部段包括至少一个圆周状的钩，该钩被构造为与外壳的环形钩导轨接合，模块进一步包括分段式的环形保护垫片(50)，该保护垫片被置于环部段的钩与外壳的导轨之间，并且该保护垫片包括垫片部段的环形列，该涡轮机模块的特征在于，垫片部段的圆周端部的边缘(60)不与环部段的圆周端部的边缘(58)沿着模块的纵向轴线对齐。

Description

涡轮机模块

技术领域

本发明涉及一种涡轮发动机模块，该涡轮发动机模块可以为涡轮或者例如涡轮的构成部件。

背景技术

现有技术尤其包括文件WO-A1-98/53228、EP-A2-2 612 998和EP-A2-2 508 715。

涡轮发动机涡轮包括一个或多个级，该一个或多个级每个均包括喷嘴和叶轮，该喷嘴由涡轮的壳体承载的固定叶片的环形列构成，该叶轮大体上被可旋转地安装的在喷嘴的下游。叶轮被密封环包围，该密封环是分段式的(sectorised)并且由多个部段构成，该部段以端部对端部的方式圆周地布置并且被附接到涡轮壳体。

每个环部段大体上包括圆周定向的金属板，该金属板承载被固定到板的内表面的可磨损材料的块体。该块体例如为蜂巢式的并且用于被叶轮的叶片的外环形擦拭部上的摩擦所磨损，以形成迷宫式密封件并且使叶轮与环部段之间的间隙最小化。

每个环部段在其上游端部和下游端部处包括用于附接到壳体的装置。每个环部段在其上游端部处可包括圆周状的钩，该钩限定了环形的槽，壳体的环形的导轨和位于上游的喷嘴的下游圆周状的钩在该槽中进行接合。通过环的上游圆周状的钩，喷嘴的下游圆周状的钩被保持为被径向地夹紧抵靠壳体导轨，该上游圆周状的钩包括两个同轴的环形壁，该环形壁中的一个在另一个的内部延伸，并且该环形壁分别在喷嘴的钩内部以及在壳体导轨外部延伸。这使得能够参与对喷嘴相对于壳体进行径向保持。通过防旋转销，喷嘴可被呈圆周地或切向地保持，壳体带有该防旋转销并且该防旋转销接合在喷嘴中的凹口中。所述喷嘴通常被环形的开口环(split ring)沿下游方向轴向地保持，该开口环被安装在前述的壳体导轨中的环形的槽中，该槽呈现为径向地朝向内部。喷嘴的下游圆周状的钩沿下游方向轴向地抵靠在该环上，该环被环部段的钩的内壁径向地保持在壳体导轨中的槽中，该槽在环内部径向地延伸。在变型中，该环的轴向止动功能可直接由壳体导轨来提供。

已知的是，使用环形的箔片用以保护壳体导轨，尤其是防止磨损和高温。这种箔片是分段式的并且包括箔片部段的环形列，该箔片部段被端部对端部地呈圆周布置。所述箔片具有大致U形或C形的横截面并且包括两个同轴的环形壁，该壁分别为内壁和外壁，该内壁和外壁通过中间底部壁相互连接。

环部段的钩的开口轴向地定向为向上游并且接纳箔片部段，该箔片部段被设计成其壁覆盖环部段的钩的壁。箔片部段的内壁用于在环部段的钩的内壁的径向外部面上延伸，箔片部段的外壁用于在环部段的钩的外壁的径向内部面上延伸，箔片部段的底部壁用于在环部段的钩的底部壁的上游径向面上延伸。

在将环部段安装在壳体导轨上的位置处，箔片部段的内壁被置于环部段的钩的内壁与喷嘴的钩(或者甚至是环形的环)之间，箔片部段的外壁被置于环部段的钩的外壁与壳体导轨之间，箔片部段的底部壁被置于环部段的钩的底部壁与壳体导轨之间。

箔片部段由金属薄板制成，并且该箔片部段使得能够防止环部段的钩与壳体导轨之间任何的直接接触，这使得能够保护所述导轨免于被摩擦所磨损并且能够保护该导轨免于遭受来自于环的热量，该环在运行中可能非常热，因为该环靠近在涡轮管道中流动的燃烧气体。

由于环进行分段，环的两个相邻的部段的圆周端部的纵向边缘相互面对并且被圆周的间隙相互分隔开，管道的热气体可穿过该间隙。这些热气体具有加热壳体的倾向，出于数个原因，这是不利的。原因中的一个为，对壳体进行加热将导致该壳体膨胀和变形，这将有改变可移动的叶轮与环之间的径向间隙的风险，并且因此降低了涡轮的性能。该问题已知的解决方案在于，将密封舌置于环部段之间，该舌被容纳在所述环部段的前述纵向边缘中的槽中。

然而，由于箔片进行分段，两个相邻的箔片部段的圆周端部的纵向边缘相互面对并且被圆周的间隙相互分隔开。在现有技术中，箔片部段之间的圆周的间隙与环部段之间的圆周的间隙轴向对齐，并且尤其在环部段的不能够安装前述类型的舌的区域中与该环部段的钩之间的圆周的间隙轴向对齐。因此，热气体可穿过环部段的钩之间的和箔片部段之间的圆周的间隙，并且加热壳体导轨，这有减少该壳体导轨的使用寿命的风险。

本发明的目标尤其在于，通过特别地改善在前述情况下对壳体导轨进行的热保护来对该需求提供一种简单、有效和经济的解决方案。

发明内容

因此，本发明提出了一种涡轮发动机模块，该涡轮发动机模块包括可动叶轮，该可动叶轮被可旋转地安装在模块的壳体内部并且被分段式的密封环包围，该密封环包括环部段的环形列，该环部段被布置成使两个相邻的部段的圆周端部边缘大致相互面对，每个环部段包括至少一个圆周状的钩，该钩被设计成与壳体的环形附接导轨配合，模块进一步包括环形的分段式的保护箔片，该保护箔片被置于环部段的钩与壳体导轨之间并且包括箔片部段的环形列，该箔片部段被布置成使两个相邻部段的圆周端部边缘大致相互面对，该涡轮发动机模块的特征在于，环部段的数量等于箔片部段的数量，以及，箔片部段包括定位装置和/或旋转锁定装置，该旋转锁定装置被设计成：使箔片部段的圆周端部的边缘不与环部段的圆周端部的边缘沿着模块的纵向轴线对齐。

本发明使得能够更好地保护壳体导轨，这是因为趋于穿过环部段的圆周端部的边缘之间的气体将被箔片部段阻挡(由于该箔片部段相对于环部段的角度偏置)并且将不会到达壳体导轨。

根据本发明的模块可包括以下特征中的一个或多个，该特征被独立地采用或者被相互结合地采用：

-环部段的数量等于箔片部段的数量；

-环部段的圆周端部边缘被布置成相对于箔片部段的圆周端部边缘呈五点形；

-环部段的钩具有大致U形的或C形的横截面，该钩的开口被轴向地定向，并且每个钩包括中间底部壁，该中间底部壁将分别为径向内壁和径向外壁的两个同轴的环形壁连接；

-箔片部段具有大致U形或C形的横截面，该箔片部段的开口被轴向地定向，并且每个箔片部段包括中间底部壁，该中间底部壁将分别为径向内壁和径向外壁的两个同轴的环形壁连接，箔片部段被接合在环部段的钩的开口中并且被安装在壳体导轨上，使得箔片部段的内壁被置于壳体导轨的内部面与环部段的钩的外壁之间，并使得箔片部段的底部壁被置于壳体导轨的大致为径向的面与环部段的钩的底部壁之间，以及使得箔片部段的外壁被置于壳体导轨的外部面与环部段的钩的外壁之间；

-环部段的钩的内壁具有与壳体导轨的曲率半径不同的曲率半径，以使得该内壁被以径向预加压力的方式安装在导轨上，

-箔片部段的内壁包括径向凹口，该径向凹口出现在箔片部段的自由圆周边缘上并且大致与环部段的钩的圆周端部的边缘轴向对齐；这些凹口构成了本发明的意义内的定位装置；

-每个所述凹口为大体V形的并且大致被形成在箔片部段的内壁的中部处；

-环部段的钩的内壁的圆周端部径向地抵靠在箔片部段的内壁上，大致与凹口的底部相对应；

-环部段的钩的内壁或外壁大致在其中部处包括径向凹口，并且箔片部段的内壁或外壁包括径向端部凹口或者可折叠的径向凸耳，该径向端部凹口大致与环部段的钩的前述凹口径向地对齐，该径向凸耳被设计成被折叠并被接合在环部段的钩的前述凹口中；这些凹口和/或凸耳构成了本发明的意义内的用于(围绕模块的纵向轴线)进行旋转锁定的装置；以及

-模块为涡轮。

本发明还涉及一种包括至少一个如上文所描述的模块的涡轮发动机。

最后，本发明涉及一种用于如上文所描述的模块的分段式的环形保护箔片，该环形保护箔片包括箔片部段的环形列，在该环形列中每个箔片部段具有大体U形或C形的横截面，该箔片部段的开口被轴向地定向，并且包括中间底部壁，该中间底部壁将分别为径向内壁和径向外壁的两个同轴的环形壁连接，所述内壁大致在其中部处包括径向凹口，该径向凹口出现在部段的自由圆周边缘上。

附图说明

通过阅读以下以非限制性示例的方式给出的说明并且参照附图，本发明将被更好的理解，并且本发明的其它细节、特征和优点将显现，在附图中：

图1为涡轮发动机涡轮的轴向截面的示意性局部半视图；

图2为图1的一部分的放大示意图，并且示出了涡轮的密封环和环形箔片；

图3为根据现有技术的涡轮的密封环和环形箔片的示意性局部平面图；

图4为根据本发明的涡轮的密封环和环形箔片的示意性局部平面图；

图5为沿着图2中的线V-V的横截面的示意图；

图6和图7为根据本发明的实施例的环部段和箔片部段的示意性透视图；

图8为从图6和图7的箔片的下方观察的高度示意性局部视图；以及

图9和图10分别为环部段和箔片部段的变型的透视示意图和轴向截面示意图。

具体实施方式

首先参照图1和图2，其示出了一种诸如飞机涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的涡轮发动机的涡轮10，在此处的情况下该涡轮为低压涡轮，所述涡轮包括多个级(在这里仅示出了该多个级中的一个)，每个级包括喷嘴12和叶轮16，该喷嘴由被涡轮的壳体14承载的固定叶片的环形列构成，该叶轮被安装在喷嘴12的下游并且在附接到壳体14的环18中旋转。

环18是分段式的并且由多个部段构成，该多个部段以在圆周上端部对端部的方式被涡轮的壳体14承载。

每个环部段18包括截头圆锥形的壁20和可磨损材料的块体22，该块体通过钎焊和/或熔接被固定到壁20的径向内表面，该块体22为蜂巢式的并且用于被叶轮16的叶片的外环形擦拭部24上的摩擦所磨损，以使叶轮与环部段18之间的径向间隙最小化。

每个环部段18在其上游端部处包括具有C形或U形横截面的圆周状的钩32，该钩的开口出现于上游方向，并且该钩在一个端部处从下游方向轴向地接合在圆柱形的钩34上以及在另一个端部处接合在壳体14的圆柱形的导轨36上，该圆柱形的钩沿位于环部段18的上游的喷嘴12的下游方向定向，所述喷嘴被附接到该导轨。

每个环部段18的钩32包括分别为径向外壁和径向内壁的两个圆周壁38和40，这两个壁沿上游方向延伸，并且在其上游端部处被大致径向的中间底部壁42相互连接，并且该这两个壁分别径向地延伸到导轨36的外部和内部，内壁40使喷嘴的钩34保持径向抵靠在导轨36上。

凭借防旋转销44，喷嘴12被圆周地保持，该防旋转销被壳体14承载并且接合在喷嘴12中的凹口中。所述喷嘴被环形的开口环46沿下游方向轴向地保持，该开口环被安装在导轨36中的环形的槽48中，该槽径向地朝向内部。喷嘴12的钩34沿下游方向轴向地抵靠在环46上，该环被内壁40径向地保持在壳体导轨中的槽中，该内壁在环46内部径向地延伸。在变型中，环46的轴向止挡功能可由壳体导轨36直接提供。

环部段18的下游端部被位于环部段的下游的喷嘴径向地夹紧在壳体的圆柱形的导轨30上。环部段18朝向外部径向地抵靠在壳体的导轨30的径向内圆柱面上，并且朝向内部径向地抵靠在下游喷嘴的圆柱形的边缘28的径向外圆柱面上。

为了对导轨36进行热保护并且保护其免于磨损，已知使用环形的箔片50，该箔片是分段式的并且包括以端部对端部的方式圆周地布置的箔片部段的环形列。所述箔片具有大致C形或U形的横截面并且包括两个同轴的环形壁，分别为内壁52和外壁54，该内壁和外壁通过中间底部壁56相互连接。

箔片50被安装在壳体导轨36上以及喷嘴12的钩34上，使箔片部段50的内壁52被置于环部段18的钩32的内壁40与喷嘴12的钩34和环形的环46之间，使箔片部段的外壁54被置于环部段的钩32的外壁38与壳体导轨36之间，以及使箔片部段的底部壁56被置于环部段的钩的底部壁42与壳体导轨36之间(图2)。

箔片部段50由金属薄板制成，并且该箔片部段使得能够防止环部段18的钩32与壳体导轨36之间任何的直接接触，这使得能够保护所述导轨免于由于摩擦而被磨损并且能够在热量方面保护该导轨免受环的影响，而该环在运行中可能非常热，因为该环靠近在涡轮管道中流动的燃烧气体。

如上文所说明并且通过图3(该图示出了本发明的现有技术)示出的，环部段18的圆周端部的纵向边缘58被圆周间隙相互分隔开，涡轮管道的热气体可穿过该间隙。箔片部段50的圆周端部的纵向边缘60也被圆周间隙相互分隔开，该间隙与环部段18之间的间隙轴向地对齐。前述的热气体可穿过环部段18的钩32之间的以及箔片部段50之间的圆周间隙并且加热壳体导轨36(图2中的箭头62)，这有减少该壳体导轨的使用寿命的风险。这是因为被安装在环部段18的圆周端部的纵向边缘58之间的舌64未延伸至环部段18的钩32并且未防止气体行进在该区域中。

依靠箔片部段50的圆周端部的纵向边缘60相对于环部段18的圆周端部的纵向边缘58的角度偏置，使得本发明能够克服该问题。图4示出了本发明的实施例，在该实施例中，环部段18的圆周端部边缘被布置成相对于箔片部段50的圆周端部边缘呈五点形。趋于穿过环部段18的钩32之间的圆周间隙的气体于是被箔片部段50阻挡并且不会到达壳体导轨36，该壳体导轨具有更佳的使用寿命。

如在图5中可见的，环部段18的壁38、40相对于壳体导轨36为“预拱曲(pre-cambered)”的，即，所述壁的曲率半径大于壳体导轨36的曲率半径，这使得所述壁能够在导轨上安装成被一定程度地预加压力。由于这种预拱曲，在图5中示出的环部段18具有导轨36上的不是很大的支承区域C1、C2、C3。如在示出的示例中，部段18的壁38的内部面的中间部分在C1处抵靠在导轨36的外部面上(在使用时利用箔片部段50的壁54实现)，并且壁40的外部面的端部部分在C1和C3处抵靠在导轨36的内部面上或者抵靠在喷嘴12的钩34和环46上(在使用时利用箔片部段50的壁52实现)。

为了不在箔片部段50上施以过大的压力，通过在环部段18的圆周端部与壳体导轨36之间进行修剪(pinching)，图6至图8中示出的实施例提出了对箔片部段(尤其是该箔片部段的内壁52)设置一种特殊的形状。如不进行这种形状设置，风险将会是箔片部段50过早地磨损并且在支承区域C1、C3中产生裂纹发生区域。

在示出的示例中，每个箔片部段50的内壁52大致在该内壁的中部处包括凹口66。该凹口66出现在壁52的上游的自由圆周边缘上，并且在这里大体为V形的。每个凹口66具有：介于箔片部段50的圆周范围的30％到60％之间的圆周范围；以及介于箔片部段50的纵向尺寸的10％到50％之间的纵向尺寸。

如在图8中可见的，在该图中以连续的线示出了箔片部段50并且以虚线示出了环部段18，环部段18的钩32的圆周端部的纵向边缘58大致布置成与凹口66的底部68相对应。这些凹口66为箔片部段50的内壁52提供了某种程度的柔性。

根据本发明，箔片部段50还可配备有旋转锁定装置。

在图6至图8中示出的示例中，这些锁定装置包括凹口70，该凹口形成在每个箔片部段50的内壁52的圆周端部处。该凹口70出现在壁52的上游的自由圆周边缘上以及壁的对应的端部的纵向边缘上。在这里该凹口具有大致为矩形的形状。每个凹口70具有如下所述的圆周范围和纵向尺寸：该圆周范围介于箔片部段50的圆周范围的10％到30％之间，该纵向尺寸介于箔片部段50的纵向尺寸的20％到70％之间。

在安装位置，每个箔片部段50的凹口70与环部段18的钩的内壁40中的凹口72径向地对齐，该内壁中的凹口大致位于该壁的中部处。凹口70、72用于接纳喷嘴12的止动部(未示出)，以使环部段18和箔片部段相对于彼此以及相对于壳体14旋转地固定。

图9和图10示出了锁定装置的变型，在这里，该锁定装置包括可折叠的凸耳74。在这种情况下，凸耳74由每个箔片部段50'的外壁54承载。所述凸耳大致位于部段50'的中部处并且在静止状态下(at rest)以径向向外并在下游的方式延伸。该凸耳的外径向端部76用于变形和径向向内折叠，以接合在环部段18'的钩的外壁38中的外径向凹口78中。这使得箔片部段50'相对于环部段18'旋转地固定。在变型中，每个箔片部段可包括一个以上的这种类型的防旋转凸耳。

Claims (10)

1.一种包括可动叶轮的涡轮发动机模块，所述可动叶轮被可旋转地安装在所述模块的壳体内部并且被分段式的密封环包围，所述密封环包括环部段的环形列，所述环部段被布置成使两个相邻的部段的圆周端部边缘大致相互面对，每个环部段包括至少一个圆周状的钩，所述钩被设计成与所述壳体的环形附接导轨配合，所述模块进一步包括环形的分段式的保护箔片，所述保护箔片被置于所述环部段的钩与壳体导轨之间并且包括箔片部段的环形列，所述箔片部段被布置成使两个相邻的部段的圆周端部边缘大致相互面对，其中，所述环部段的数量等于所述箔片部段的数量，以及，所述箔片部段包括定位装置和/或旋转锁定装置，所述旋转锁定装置被设计成：使所述箔片部段的圆周端部边缘不与所述环部段的圆周端部边缘沿着所述模块的纵向轴线对齐。

2.根据权利要求1所述的模块，其中，所述环部段的圆周端部边缘被布置成相对于所述箔片部段的圆周端部边缘呈五点形。

3.根据权利要求1所述的模块，其中，所述环部段的钩具有大致U形的或C形的横截面，所述钩的开口被轴向地定向，并且每个钩包括将分别为径向内壁和径向外壁的两个同轴的环形壁连接的中间底部壁，以及，所述箔片部段具有大致U形或C形的横截面，所述箔片部段的开口被轴向地定向，并且每个箔片部段包括将分别为径向内壁和径向外壁的两个同轴的环形壁连接的中间底部壁，所述箔片部段被接合在所述环部段的钩的开口中并且被安装在所述壳体导轨上，使得所述箔片部段的径向内壁被置于所述壳体导轨的内部面与所述环部段的钩的径向内壁之间，并使得所述箔片部段的中间底部壁被置于所述壳体导轨的大致径向的面与所述环部段的钩的中间底部壁之间，以及使得所述箔片部段的径向外壁被置于所述壳体导轨的外部面与所述环部段的钩的径向外壁之间。

4.根据权利要求3所述的模块，其中，所述环部段的钩的径向内壁具有与所述壳体导轨的曲率半径不同的曲率半径，以使得所述环部段的钩的径向内壁被以径向预加压力的方式安装在所述壳体导轨上。

5.根据权利要求4所述的模块，其中，所述箔片部段的径向内壁包括径向凹口，所述径向凹口出现在所述箔片部段的自由圆周边缘上并且大致与所述环部段的钩的圆周端部边缘轴向对齐。

6.根据权利要求5所述的模块，其中，每个所述径向凹口为大体V形的并且大致被形成在所述箔片部段的径向内壁的中部处。

7.根据权利要求5所述的模块，其中，所述环部段的钩的径向内壁的圆周端部径向地抵靠在所述箔片部段的径向内壁上，大致与所述径向凹口的底部相对应。

8.根据权利要求4所述的模块，其中，所述环部段的钩的径向内壁或径向外壁大致在其中部处包括径向凹口，以及，所述箔片部段的径向内壁或径向外壁包括径向端部凹口或者可折叠的径向凸耳，所述径向端部凹口大致与所述环部段的钩的前述径向凹口径向地对齐，所述径向凸耳被设计成被折叠并被接合在所述环部段的钩的前述径向凹口中。

9.一种涡轮发动机，所述涡轮发动机包括至少一个根据权利要求1所述的模块。

10.一种环形的分段式的保护箔片，用于根据权利要求1所述的模块，所述保护箔片包括箔片部段的环形列，其中，每个箔片部段具有大体U形或C形的横截面，所述箔片部段的开口被轴向地定向，并且包括将分别为径向内壁和径向外壁的两个同轴的环形壁连接的中间底部壁，所述径向内壁大致在其中部处包括径向凹口，所述径向凹口出现在所述箔片部段的自由圆周边缘上。