CN110735667B - 用于涡轮机的涡轮转子的密封组件以及相应的涡轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机的涡轮转子的密封组件以及相应的涡轮，所述涡轮包括外壳体和多个转子叶轮以及喷嘴，该密封组件包括：附接到壳体的密封环，该密封环由多个环扇区组成并围绕叶轮；密封片，该密封突片被接合在环扇区的第一槽中和相邻的环扇区的第二槽中。该组件的显著之处在于，抗磨箔片被安装在喷嘴的凹槽中，环扇区的下游端部被接合在所述抗磨箔片中，第一槽和第二槽中的每一个包括轴向延伸的径向外壁和径向内壁，并且密封突片在密封突片的下游端部处弯曲并且被设置在槽中，使得密封突片的下游端部延伸出槽外并面向抗磨箔片。

Description

用于涡轮机的涡轮转子的密封组件以及相应的涡轮

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机的涡轮转子的密封组件以及涡轮机的、特别是飞行器喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的装备有这种密封组件的涡轮。

背景技术

常规地，涡轮机特别是双轴涡轮机从上游到下游包括风扇、低压压缩机、高压压缩机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮。

附图1示出了根据现有技术的用于涡轮机的涡轮1的示例。

该涡轮包括多个连续级，每个级包括下游喷嘴2和上游叶轮3。

按照惯例，在本申请中，术语“上游”AM和“下游”AV是相对于涡轮中的空气流动的方向而限定的，即在图1中从左至右。类似地，按照惯例，在本申请中，术语“内部的”和“外部的”，以及“内部”和“外部”相对于涡轮机的轴线被径向地限定。

每个喷嘴2包括彼此同轴的径向内环形平台21和径向外环形平台22，径向的或基本径向的叶片23在径向内环形平台与径向外环形平台之间延伸，叶片在所述平台的整个圆周上均匀地间隔开。

喷嘴2径向向外地钩接到涡轮的外壳体4。

如在示出了现有技术的附图2中更清晰地显示，外环形平台22在外环形平台的上游端部处包括径向外凸缘221(或扰流板)和径向内凸缘(或扰流板)222，该径向外凸缘和径向内凸缘均向上游延伸。这两个凸缘在朝向上游AM开口的环形凹槽223的两侧上延伸。

这组喷嘴2形成发动机的固定部件，称为“定子”。

每个叶轮3包括圆盘30，该圆盘在圆盘的外周缘处承载径向的或基本径向的叶片31，不同轮子的圆盘30通过适当的装置彼此同轴地连接并且连接到驱动轴，以便形成涡轮的“定子”(参见图1)。

叶轮3在扇区化的环6内旋转，环6也被钩接到外壳体4。该环6由多个环扇区60形成，该多个环扇区在圆弧中周向地延伸并且被端对端地周向布置。

环扇区60各自内部地承载耐磨材料块61。这些耐磨材料块能够同与环形刮片32(密封舌片)的摩擦配合，该环形刮片被设置在转子的每个叶片31的径向外周缘处。

每个环扇区60在每个环扇区的下游端部处包括径向地朝向外部开口的环形凹槽扇区。当组装不同的环扇区60时，每个环扇区的凹槽部分一起形成环形凹槽62，外壳体4的下游环形轨道40被接合在该环形凹槽中，该环形凹槽用作钩部，从而确保环6附接在外壳体4上。

下游环形轨道40和不同的环扇区60的下游端部通过外平台22的内凸缘(扰流板)222和外凸缘(扰流板)221被保持在径向方向上(即在图2中从底部到顶部并且从顶部到底部)。

此外，每个环扇区60在每个环扇区的上游端部处包括具有C形横截面的周向构件63，该周向构件从下游轴向地接合在外壳体4的上游环形轨道41上。

此外，为了确保不同的环扇区60之间的密封并且为了限制热气体泄漏到流动路径的外部，至少一个密封构件64(诸如板或密封突片)在不同的环扇区60的周向端部之间延伸。

更具体地，基本矩形的平坦的密封板64一部分被安装在环扇区60的周向边缘的容置部65中，并且另一部分被安装在相对定位的、相邻环扇区60的周向边缘的容置部65中。因此，板64与两个相邻的环扇区60之间的扇区间空间重叠。

在两个邻近环扇区60之间仍然存在空气泄漏的可能性。

此外，不同的环扇区60通过相对彼此倾斜安装而被相继组装，这暂时导致面向彼此定位的两个容置部65(狭缝)之间的位置有显著差异，以允许在所有的环扇区60已被组装在一起之前安装密封板64。

发明内容

因此，本发明旨在当所述环扇区全部被安装在涡轮机的外壳体上时改善转子环的不同扇区之间的密封，同时允许容易地安装密封构件。

本发明的另一目的是确保所述密封构件在涡轮操作期间的良好维护，以及这些构件的容易拆卸。

为此，本发明涉及一种用于涡轮机的涡轮转子的密封组件，所述涡轮包括固定的外壳体和多个级，每个级包括上游转子叶轮和下游喷嘴，所述喷嘴包括在径向内平台与径向外平台之间延伸的至少一个叶片，径向外平台在径向外平台的上游端部处包括扰流板，该扰流板与径向外平台一起界定出朝向上游开口的环形凹槽，密封组件包括：密封环，该密封环被构造成附接到外壳体，叶轮适于在密封环内被旋转驱动，密封环包括多个环扇区，该多个环扇区通过在周向方向上相邻而围绕密封环的纵向轴线周向地延伸；密封突片，该密封突片的一部分被接合在环扇区的第一容置部中，另一部分被接合在相邻的环扇区的第二容置部中，所述第一容置部和所述第二容置部通过下游口彼此相对并朝向下游开口；以及线槽形的抗磨箔片，该抗磨箔片朝向上游开口并被安装在所述凹槽中。

根据本发明，环扇区的下游端部被构造成接合在所述抗磨箔片中，第一容置部和第二容置部中的每一个由包括径向外壁和径向内壁的槽形成，该径向外壁和径向内壁轴向地延伸，并且密封突片在密封突片的下游端部处弯曲并被设置在相对定位的槽中，使得密封突片的下游端部延伸出槽并且被设置成面向抗磨箔片。

由于本发明的这些特征，在涡轮的流动路径中流动并且在已经通过密封环的两个相邻扇区之后撞击密封突片的弯曲下游端部的空气朝向流动路径的内部被重新定向并且不再能够朝向外部和朝向下游逸出。

优选地，每个槽的径向内壁通过倾斜部分在所述槽的下游口处延伸，该倾斜部分从所述槽朝向密封环的纵向轴线逐渐变窄，因此，每个槽被构造成使得密封突片能够通过从下游轴向插入而插入每个槽中，并且当密封突片被插入每个槽中时，密封突片的下游端部的径向内表面与所述倾斜部分接触。槽的用于接纳所述密封突片、并且特别是用于接纳所述密封突片的宽口的特定形状使得可以容易地接近所述突片的下游端部。当需要拆卸不同的环扇区时，例如在涡轮的维护操作期间，这还使得可以更加容易地移除突片。

根据本发明的单独采用或组合采用的其他优点和非限制性特征：

-每个槽的径向外壁通过朝向密封环的纵向轴线倾斜的部分在所述槽的下游口处延伸，以限制密封突片朝向下游的轴向移位；

-密封组件包括设置在密封环的下游的喷嘴，该喷嘴包括在径向内平台与径向外平台之间延伸的至少一个叶片，径向外平台在径向外平台的上游端部处包括扰流板，该扰流板与径向外平台一起界定出朝向上游开口的环形凹槽，朝向上游开口的线槽形的抗磨箔片被安装在喷嘴的所述凹槽中，并且环扇区的下游端部被接合在所述抗磨箔片中，使得密封突片的下游端部面向抗磨箔片，抗磨箔片包括底部、径向外壁和径向内壁，并且该箔片被定位在所述环形凹槽中，使得该箔片的径向外壁与扰流板的径向内表面接触，并且使得该箔片的径向内壁与径向外平台的上游凸缘的径向外表面接触；

-抗磨箔片具有弯曲的径向外端部，该径向外端部面向径向外扰流板的上游表面延伸；

-抗磨箔片具有弯曲的径向内端部，该径向内端部面向径向外平台的径向外扰流板的上游表面延伸；

-密封突片的下游端部的边缘相对于密封环的纵向轴线朝向外部弯曲；

-密封突片的下游端部的边缘与所述抗磨箔片的底部和径向内壁接触；

-环扇区各自在环扇区的下游端部处包括径向朝向外部开口的凹槽，该凹槽被构造成接纳外壳体的钩部。

本发明还涉及一种涡轮机的、特别是飞行器涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的涡轮，该涡轮包括固定的外壳和多个级，每个级包括上游转子叶轮和下游喷嘴，所述喷嘴包括在径向内平台与径向外平台之间延伸的至少一个叶片，径向外平台在径向外平台的上游端部处包括扰流板，该扰流板与径向外平台一起界定出朝向上游开口的环形凹槽，该涡轮包括如上所述的密封组件。

附图说明

根据现在将参考附图做出的描述，本发明的其他特征和优点将显现，附图示出了作为指示而非限制的不同的可能实施例。

在这些附图中：

-图1是根据现有技术的低压涡轮的横截面图；

-图2是图1的涡轮的一部分的详细视图；

-图3是表示在根据本发明的环扇区中引入根据本发明的密封突片的示意图；

-图4是根据本发明的转子和密封突片的两个相邻环扇区的下游端部的透视图；

-图5是类似于图4的视图，但是在图5中，环扇区中的一个被移除；

-图6是表示根据本发明的密封突片的第一变型的详细视图；

-图7是根据本发明的转子环扇区的详细视图；以及

-图8是表示根据本发明的密封突片的第二变型的详细视图。

具体实施方式

现在将特别地参考图3至图7更详细地描述根据本发明的涡轮。

与先前参考图1和图2描述的涡轮的元件相同的元件将不再被描述并且具有相同的附图标记。

根据本发明的涡轮在涡轮的环扇区间的密封组件上与先前的涡轮特别不同。

该密封组件包括密封环7、多个密封突片8。

叶轮3在标记为7的密封环内旋转。围绕叶轮3延伸的该环被附接到涡轮的外壳体4。该环由沿周向方向相邻并端对端布置的多个环扇区形成，每个环扇区被附接到涡轮的外壳体4。

因此，在图4中可看到两个相邻环扇区，在此标记为70a、70b。

每个环扇区包括耐磨材料块71，该耐磨材料块能够与面向转子的叶片31的刮片32配合。

每个环扇区70a、70b在每个环扇区的下游端部处包括径向地朝向外部开口的环形凹槽部分72。当组装不同的环扇区70a、70b时，这些凹槽部分一起限定出环形凹槽72，外壳体4的下游环形轨道40被接合在该环形凹槽中，以便确保外壳体上的附接。

虽然这在图6中不可见，但是每个环扇区70、70a、70b也通过具有C形横截面的周向构件被附接到周向构件在壳体4的上游轨道41上的上游部分，该周向构件类似于先前针对图2的实施例描述的周向构件。

因此，为了确保扇区间密封，通过使这两个相邻的环扇区之间存在的扇区间空间重叠，密封构件8、8’的一部分被接合在环形扇区70a的第一容置部73a中，而另一部分被接合在相邻的环形扇区70b的第二容置部73b中。

所述第一容置部73a和所述第二容置部73b在所述第一容置部和所述第二容置部各自的环形扇区70a和70b的周向表面上开口，并且所述第一容置部和所述第二容置部中的每一个也朝向涡轮的下游开口。当组装两个扇区70a和70b时，容置部73a、73b彼此相对。

每个容置部73a、73b分别被布置在环扇区70a、70b的下游部分中，并且在凹槽扇区72的下方。

优选地，每个容置部73a、73b被成形为槽。

如在图7中可见的，该槽73a和73b分别包括轴向延伸(即根据涡轮的轴线)或基本上轴向延伸的径向外壁731a和径向内壁732a、径向外壁731b和径向内壁732b。径向外壁731a和径向内壁732a、以及径向外壁731b和径向内壁732b分别由径向延伸的底壁733a、733b连接在一起。

每个底壁733a、733b分别与槽70a、70b的口74a、74b相对地延伸。

径向内壁732a、732b分别通过倾斜部分734a、734b朝向下游口74a、74b延伸，倾斜部分734a、734b从所述槽朝向密封环7的纵向轴线、即朝向涡轮的内部(朝向图7的底部)逐渐变窄。

优选地，径向外壁731a、731b通过朝向密封环7的纵向轴线略微倾斜的部分735a、735b在下游口74a、74b处延伸。

如图6中可见的，抗磨箔片5被安装在喷嘴2的凹槽223中。抗磨箔片5呈线槽形(形状为斜槽)，朝向上游开口。抗磨箔片5是环形的或由多个环扇区组成。箔片5由例如厚度介于0.1mm至1mm之间的薄片制成，这给予箔片一定的弹性。优选地，箔片5由特别耐磨和耐热应力的合金(诸如钴镍基合金)制成的。

如在图6中可见的，线槽形箔片5包括底部50、径向外壁51和径向内壁52。

该箔片5被设置在凹槽223中，使得箔片的径向外壁51与外扰流板221的径向内表面接触，并使得箔片的径向内壁52与径向外平台22的内扰流板222的径向外表面接触。箔片的弹性使得箔片保持在凹槽中。

有利地，还应当注意的是，箔片5具有朝向涡轮的外部弯曲的径向外端部510，使得该径向外端部在外平台22的径向外扰流板221的上游表面的前面延伸。

还优选地，箔片5具有朝向涡轮的内侧弯曲的径向内端部520，并且该径向内端部面向喷嘴2的外平台22的径向内扰流板222的上游表面延伸。

端部510、520确保箔片的轴向阻塞。

箔片5在密封中所起的作用将在后文解释。

此外，根据本发明的参考图3至图5以及图8的第一实施例，密封构件8在密封构件的下游端部处具有基本矩形突片的形状。

密封突片8有利地由(例如具有0.1mm至1mm之间的厚度)薄的金属薄片制成，使得密封突片具有一定的弹性。所选的材料还耐磨和耐热应力，例如可以使用镍基合金或钴基合金。密封突片具有由弯曲部分83连接的主要部分81和下游端部82。

该密封突片8被插入彼此相对定位的两个容置部(槽)73a、73b内部，如图3所示。根据由箭头F表示的运动方向，从下游AV到上游AM进行该引入。

当突片8被完全插入到槽中时(如图4至图6所示)，然后突片的下游端部82的径向内表面820分别与容置部73a、73b的相应倾斜部分724a和734b接触。

应当注意的是，由于部分735a、735b朝向内部略微倾斜的形状，因此一旦该突片就位，径向外壁的部分735a、735b就倾向于保持突片8并且防止突片朝向涡轮的下游AV轴向移位。

为此，应当注意的是，端部82相对于突片8的部分81的倾斜角度与倾斜部分734a、734b相对于径向内壁732a、732b的倾斜角度相同。

另外，如在图6中可见的，环扇区70a、70b的下游端部被接合在箔片5的凹形部分中。在该位置中，下游环形轨道40抵靠箔片5的径向外壁51的径向内表面，同时环扇区70a、70b的下游端部的径向内表面75(参见图7)被设置成面向箔片5的径向内壁52的径向外壁。

根据图中未示出的另一实施例，环扇区70a、70b的径向内表面75直接抵靠箔片5的径向内壁52的径向外表面。

当密封突片8就位时，在涡轮的流动路径中流动的空气不再能够在口74a、74b处离开，并且穿过所述密封突片的下游端部82朝向流动路径的内部折回。

另外，弯曲的下游端部82面向箔片5的底部50，由于空气不能在密封环7的下游端部与喷嘴2的凹槽223之间流动，因此该下游端部构成第二密封屏障。

根据本发明的第二实施例，如图8所示，密封条的下游端部82的边缘84朝向外部(即，当突片在槽73a、73b中时朝向涡轮的外部)弯曲。环7和箔片5保持相同。

然后该密封突片被标记为8’。

因此，当环扇区70a、70b的下游端部和外壳体4的轨道40被插入箔片5的设置在喷嘴2的径向外平台22的容置部223中的凹形部分中时，边缘84与箔片5的底部50和径向内壁52发生接触。这通过边缘84与箔片5之间的直接接触进一步加强了根据本发明的密封突片8’的轴向阻塞和密封组件的整体密封。

Claims (11)

1.用于涡轮机的涡轮(1)转子的密封组件，所述涡轮包括固定的外壳体(4)和多个级，每个级包括上游转子叶轮(3)和下游喷嘴(2)，所述喷嘴(2)包括在径向内平台(21)与径向外平台(22)之间延伸的至少一个叶片(23)，所述径向外平台(22)在所述径向外平台的上游端部处包括径向外扰流板(221)，所述径向外扰流板与所述径向外平台(22)一起界定出朝向上游开口的环形的第一凹槽(223)，所述密封组件包括：密封环(7)，所述密封环被构造成附接到所述外壳体(4)，所述叶轮(3)适于在所述密封环内被旋转驱动，所述密封环(7)包括多个环扇区(70a，70b)，所述多个环扇区通过在周向方向上相邻而围绕所述密封环的纵向轴线周向地延伸；密封突片(8，8’)，所述密封突片的一部分被接合在环扇区(70a)的第一容置部(73a)中，另一部分被接合在相邻的环扇区(70b)的第二容置部(73b)中，所述第一容置部和所述第二容置部通过下游口(74a，74b)彼此相对并朝向下游开口；以及线槽形的抗磨箔片(5)，所述抗磨箔片朝向所述上游开口并被安装在所述第一凹槽(223)中，其特征在于，所述环扇区(70a，70b)的下游端部被构造成接合在所述抗磨箔片(5)中，所述第一容置部(73a)和所述第二容置部(73b)中的每一个由包括第一径向外壁(731a，731b)和第一径向内壁(732a，732b)的槽形成，所述第一径向外壁和所述第一径向内壁轴向地延伸，并且所述密封突片(8，8’)在所述密封突片的下游端部(82)处弯曲并被设置在相对定位的所述槽中，使得所述密封突片的下游端部(82)延伸出所述槽以能够面向所述抗磨箔片(5)。

2.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，每个槽的所述第一径向内壁(732a，732b)通过倾斜部分(734a，734b)在所述槽的下游口处延伸，所述倾斜部分从所述槽朝向所述密封环(7)的纵向轴线逐渐变窄，因此，每个槽被构造成使得所述密封突片(8，8’)能够通过下游轴向插入而插入每个槽中，并且当所述密封突片被插入每个槽中时，所述密封突片(8，8’)的下游端部(82)的径向内表面(820)与所述倾斜部分(734a，734b)接触。

3.根据权利要求1或2所述的密封组件，其特征在于，每个槽的所述第一径向外壁(731a，731b)通过朝向所述密封环(7)的纵向轴线倾斜的部分(7312a，7312b)在所述槽的下游口处延伸，以限制所述密封突片(8，8’)朝向下游的轴向移位。

4.根据权利要求1或2所述的密封组件，其特征在于，所述密封组件包括设置在所述密封环(7)的下游的喷嘴(2)，所述密封突片(8，8’)的下游端部面向所述抗磨箔片(5)，所述抗磨箔片(5)包括底部(50)、第二径向外壁(51)和第二径向内壁(52)，并且所述箔片(5)被定位在环形的所述第一凹槽(223)中，使得所述箔片的第二径向外壁(51)与所述径向外扰流板(221)的径向内表面接触，并且所述箔片的第二径向内壁(52)与所述径向外平台(22)的径向内扰流板(222)的径向外表面接触。

5.根据权利要求4所述的密封组件，其特征在于，所述抗磨箔片(5)具有弯曲的径向外端部(510)，所述径向外端部面向所述径向外扰流板(221)的上游表面延伸。

6.根据权利要求4所述的密封组件，其特征在于，所述抗磨箔片(5)具有弯曲的径向内端部(520)，所述径向内端部面向所述径向外平台(22)的径向内扰流板(222)的上游表面延伸。

7.根据权利要求1或2所述的密封组件，其特征在于，所述密封突片(8’)的下游端部(82)的边缘(84)相对于所述密封环(7)的纵向轴线朝向外部弯曲。

8.根据权利要求4所述的密封组件，其特征在于，所述密封突片(8’)的下游端部(82)的边缘(84)相对于所述密封环(7)的纵向轴线朝向外部弯曲，所述密封突片(8)的下游端部(82)的边缘(84)与所述抗磨箔片(5)的底部(50)和第二径向内壁(52)接触。

9.根据权利要求1或2所述的密封组件，其特征在于，环扇区(70a，70b)各自在环扇区的下游端部处包括径向朝向外部开口的第二凹槽(72)，所述第二凹槽(72)被构造成接纳所述外壳体(4)的钩部(40)。

10.一种涡轮机的涡轮，其特征在于，该涡轮包括根据权利要求1至9中任一项所述的密封组件。

11.根据权利要求10所述的涡轮机的涡轮，其特征在于，所述涡轮机是飞行器涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机。

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