CN111492122B

CN111492122B - 飞行器涡轮机的两个转子之间的动态密封

Info

Publication number: CN111492122B
Application number: CN201880082030.8A
Authority: CN
Inventors: 米歇尔·吉尔伯特·罗兰·布罗; 朱利安·法比恩·帕特里克·比库利特; 罗曼·吉拉姆·古维列; 阿诺·尼古拉斯·内格里
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: FR3075861B1; EP3728798A1; CN111492122A; EP3728798B1; FR3075861A1; WO2019122739A1; US20210087947A1; US11352906B2

Abstract

用于飞行器涡轮机的动态密封设备，该动态密封设备包括两个转子(3，8)，这两个转子被构造成围绕同一轴线(A)以不同的速度旋转，所述转子至少部分地围绕彼此延伸，并且动态密封装置(14)被安装在所述转子之间，其特征在于：‑所述密封装置包括围绕所述轴线延伸的环形环(38)，这些环被安装成能够相对于所述轴线沿径向方向在所述转子中的第一转子(3)上滑动，并且能够通过这些环的外周边径向地支承抵靠所述转子中的第二转子(8)，第二转子至少部分地围绕所述第一转子，并且所述密封装置进一步包括：‑排油装置，排油装置包括形成在所述第二转子中的环形腔(44)，所述环形腔在所述密封装置的附近径向向内敞开并且与油通道口(45)流体连通，油通道口形成在腔的底部并且穿过所述第二转子。

Description

飞行器涡轮机的两个转子之间的动态密封

技术领域

本发明涉及飞行器涡轮机的、特别是装配有周转减速器或行星减速器的涡轮机的两个转子之间的动态密封的领域。

背景技术

现有技术包括文献FR-A1-2 983 908、FR-A1-2 985 763、WO-A1-2015/075345以及WO-A1-2015/075355。

诸如双流涡轮喷气发动机的涡轮机通常包括空气入口，该空气入口包括风扇，该风扇的出口空气流分成进入发动机并形成热流或主流的空气流以及围绕发动机流动并形成冷流或次级流的空气流。

发动机沿着气流的方向从上游到下游通常包括至少一个压缩机、燃烧室、至少一个涡轮，和排气喷嘴，离开涡轮并形成主流的燃烧气体在排气喷嘴中与次级流混合。

在带有减速器的涡轮喷气发动机的情况下，涡轮轴经由减速器驱动风扇轴，该减速器在上游润滑室中被润滑并容置在该上游润滑室中。根据所使用的减速器的类型(行星式或周转式)，风扇轴将沿着与涡轮轴相同或相反的方向旋转，并且风扇轴将以低于涡轮轴速度的速度旋转。

密封装置被设置在润滑室的末端处，以控制油泄漏并优先将泄漏的油引导到除气装置。文献WO-A1-2015/075355描述了例如迷宫型的动态密封装置，该迷宫型的动态密封装置被设置在减速器的输入轴与风扇轴之间。

本发明呈现出对当前技术的改进。

发明内容

根据第一实施例，本发明涉及具有纵向轴线A的飞行器涡轮机，该飞行器涡轮机包括减速器、至少一个涡轮轴、风扇以及在减速器的输出轴与所述风扇轴之间的动态密封装置，该至少一个涡轮轴的上游端部连接到减速器的输入轴，该风扇的轴连接到减速器的输出轴，其特征在于，所述密封装置包括环形整流罩，该环形整流罩的轴向横截面是大致U形的，该环形整流罩的外环形支部被紧固到所述风扇轴，并且该环形整流罩的内环形支部支撑至少一个环形密封接头，该至少一个环形密封接头与减速器的所述输入轴配合，所述整流罩能够沿径向方向相对于所述轴线A弹性变形。

整流罩能够沿径向方向弹性变形，这使密封装置在该方向上具有一定的柔韧性，从而允许轴在运行期间未对准。因此一个或多个密封接头更有效并且因此保证了对通风空气流量的校正和/或对减速器的输入轴与减速器的输出轴之间的油通过的限制。

根据本发明的涡轮机可包括彼此单独采用或彼此组合采用的以下特征中的一个或多个：

-所述U形整流罩限定出向下游轴向敞开的环形开口；

-所述外环形支部包括用于紧固到所述风扇轴的下游端部；

-所述外环形支部和所述风扇轴在所述外环形支部与所述风扇轴之间限定出流体流动环形空间，该流体流动环形空间与形成在所述风扇轴中的孔口流体连通；

-所述外环形支部的下游端部包括油通道孔口；

-所述外环形支部的下游端部支撑环形盖，该环形盖径向向内延伸并且被构造成限制油溅和/或确保油流动；

-所述内环形支部包括径向外环形肋，该径向外环形肋被构造成限制油溅和/或确保油流；

-所述内环形支部至少部分地在减速器的所述输入轴内径向延伸；

-所述至少一个环形接头包括密封环形部段，该密封环形部段各自被安装成能够沿径向方向在所述内环形支部的环形槽中滑动，并且被构造成在该密封环形部段的外周边处抵靠减速器的输入轴；

-所述环形部段各自在轴向横截面中具有大致矩形形状，该大致矩形形状的拐角是圆凸形的；

-减速器的所述输入轴包括至少一个硬化的圆筒形轨道，该圆筒形轨道旨在与所述至少一个接头和/或径向油通道通孔配合。

根据另一实施例，本发明涉及用于飞行器涡轮机的动态密封设备，该动态密封设备包括两个转子，这两个转子被构造成围绕同一轴线以不同的速度旋转，所述转子至少部分地围绕彼此延伸，并且动态密封装置被安装在所述转子之间，其特征在于：

-所述密封装置包括围绕所述轴线延伸的环形部段，所述部段被安装成能够相对于所述轴线沿径向方向在所述转子中的第一转子上滑动，并且能够通过所述部段的外周边径向地抵靠所述转子中的第二转子，该第二转子至少部分地围绕所述第一转子，并且所述密封装置进一步包括：

-排油装置，该排油装置包括形成在所述第二转子中的环形腔，所述环形腔在所述密封装置的附近径向向内敞开并且与油通道孔口流体连通，该油通道孔口形成在腔的底部并且穿过所述第二转子。

因此，该设备旨在将两个功能结合起来以优化密封性能。第一功能由密封部段提供，密封部段的数量被选择成确保最佳密封。密封部段例如被构造成限制油的通过和/或校正润滑室中的通风空气流量。第二功能由允许排油的孔口和腔提供。

根据本发明的设备可包括彼此单独采用或彼此组合采用的以下特征中的一个或多个：

-所述密封装置包括三至六个环形部段；

-所述环形部段被安装成能够彼此独立地在所述第一转子的环形槽中滑动；

-所述环形部段成对或成三个一组地分布；

-所述环形部段位于所述环形腔的一侧上或者分布在所述环形腔的两侧上；

-所述第二转子包括至少一个硬化的圆筒形轨道，所述环形部段靠在该至少一个硬化的圆筒形轨道上；

-所述至少一个圆筒形轨道在轴向端部处连接到截头圆锥形表面，该截头圆锥形表面被构造成通过插入所述第一转子和所述第二转子而便于安装；

-该设备进一步包括径向外环形导油肋，该径向外环形导油肋由所述第一转子支撑或被安装在所述第一转子上，并且被构造成将油引导至所述环形腔；

-所述密封装置是通过将多个环形部件组装在一起而形成的，该多个环形部件被同轴地安装在所述第一转子上并且借助于旋拧到所述第一转子上的螺母彼此轴向地夹紧。

有利地，本发明的不同方面的特征可彼此组合。

附图说明

通过以非限制性示例的方式并参照本发明所附的附图做出的以下描述，将更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、特征和优点将更清晰地显现，在附图中：

-图1是飞行器的带有减速器的涡轮机的示意性轴向横截面图，

-图2是图1的一部分的放大示意图并且示出了现有技术的密封装置，

-图3和图4是根据本发明的飞行器涡轮机的局部示意性轴向横截面图，

-图5是根据本发明的动态密封设备的局部示意性轴向横截面图，

-图6是根据本发明的动态密封装置的实施例的局部示意性轴向横截面图，

-图7是图6的细节的放大示意图，

-图8和图9是类似于图6并且示出了动态密封装置的替代实施例的示意图，以及

-图10是图5的细节的放大示意图。

具体实施方式

参照图1，我们看到了带有减速器的涡轮机1，该涡轮机通常包括风扇S、低压压缩机1a、高压压缩机1b、环形燃烧室1c、高压涡轮1d、低压涡轮1e。高压涡轮1d和高压压缩机1b的转子通过高压轴5连接并且与高压轴一起形成高压(HP)主体。低压涡轮1e和低压压缩机1a的转子通过低压轴4连接并且与低压轴一起形成低压(BP)主体。风扇S的轴3通过BP轴4经由减速器7驱动。

HP轴和BP轴沿着轴线A延伸，该轴线A是涡轮机1的旋转轴线。在本说明书的其余部分中，纵向或径向以及内部或外部的概念是相对于该轴线而言的。

涡轮机1包括结构壳体。HP主体由两个结构壳体保持：压缩机间壳体和涡轮间壳体，并且BP主体由至少两个结构壳体保持：中间壳体2和涡轮间壳体和/或排气壳体6。

中间壳体2支撑BP涡轮轴4的、被容置在标记为E1的室的前面或上游的多个轴承。排气壳体6支撑BP涡轮轴4的、被容置在标记为E1的室的后面或下游的多个轴承。

该减速器7在此为周转类型的。图1以非常示意性的方式示出了该减速器的行星齿轮的空间需求。

减速器7包括输入轴8，该输入轴在BP轴4的上游延伸并且由支撑该BP轴的下游轴承10引导。该减速器7的输出转矩通过诸如传统的连接装置被传输到风扇轴3，例如在周转式减速器的情况下，该风扇轴被紧固到形成减速器输出轴的行星架。减速器的输出轴由另外的轴承11a、11b引导，所述轴承11a、11b优选地为滚动轴承11a和球轴承11b。

如在图3和图4中可见地，轴承10、11a、11b以及减速器7位于由实线T限定的前润滑室E1内。

室E1由固定壁和可移动壁限定。轴承的支撑件形成固定壁并且轴形成可移动壁。

减速器的输入轴8和风扇轴3以不同的速度旋转，并且密封装置被装配在输入轴8与风扇轴3之间。图2示出了来自现有技术的迷宫型密封装置12，该迷宫型密封装置12被构造成在运行期间允许室内的增压气体流通过(箭头13)。

图3和图4示出了根据本发明的密封装置14，该密封装置呈现出对现有技术的改进。

在示出的示例中，密封装置14部分地限定室E1并且包括具有大致U形的轴向横截面的环形整流罩15，该环形整流罩的外环形支部15a被紧固到风扇轴3，并且该环形整流罩的内环形支部15b支撑至少一个环形密封接头16，该至少一个环形密封接头与减速器的输入轴8配合。

整流罩15的U形形状使得整流罩能够沿径向方向相对于轴线A弹性地变形并且能够补偿轴3、8的未对准，同时借助于接头16确保这些轴之间的密封。

如图4中示意性示出地，轴承10、11a、11b以及减速器7被润滑以便最佳地运行。油由合适的装置提供(箭头17)。这些装置通常是管道和对准待润滑的部件的喷洒装置。轴承10、11a位于室E1的轴向端部处。轴承支撑件具有通风孔，该通风孔使得通风空气能够从室中穿过。室E1被构造成使得空气-油混合物被容纳在室E1内，该空气-油混合物在室内形成油雾。在室的转子壁与定子壁之间，在此例如在室的上游端部和下游端部处，密封装置(诸如迷宫型密封装置)用于容纳油，并且空气回路对这些密封件进行增压以防止油泄漏。如同介于两个轴之间的密封件一样，密封装置还可以介于两个可移动壁之间，并且特别地介于轴3、8之间。气体流从涡轮机的BP压缩机或HP压缩机流出并且供应室E1的所有密封件。箭头19表示公共供应，该公共供应被分成穿过不同密封件的多个流(箭头20、21、22)。

然后室E1被加压(空气不断进入室中，通过毛细管作用将可能已经从密封件中泄出的油推回)，并且轴承在油和空气混合的环境中运行。油保持容纳在润滑回路中。对轴承的供应由供应管提供，而油的回收由通常位于室中的较低位置处的特定回收管提供。为了避免室中产生过压并且允许恒定的进入空气流，以比进入密封件的空气压力低的压力对室内部进行增压。必须首先对该装载有油粒并在该压力井的水平处被排出的空气进行处理，以回收该空气携带的几乎所有的油。为此，将含油空气引入油分离器，该油分离器会将空气与其所携带的油分离，并将无油空气排到发动机外部。

图5示出了密封装置14的更具体的实施例，并且图10示出了图5的较大比例的细节。

关于U形整流罩15，可以注意到，该U形整流罩限定环形开口，在示出的示例中，该环形开口向下游轴向地敞开。该开口通向室E1，并因此形成室E1的一部分。因此该开口在运行期间容纳油雾。

整流罩15的外环形支部15a具有大致圆筒形或截头圆锥形的形状，并且基本上平行于轴3的一部分延伸并且与轴3的一部分相距短的径向距离而延伸。支部15a和轴3在支部15a与轴3之间限定出环形空间23。轴3包括一环形排的通孔24，该通孔一方面向上游通入空间23中，另一方面向下游通入室E1中。因此，空间23经由孔口24与室E1流体连通。在示出的示例中，孔口24从上游到下游径向向外延伸。在运行期间，进入空间23的油将被引导至孔口24，并因此返回至室E1(箭头F1)。

外支部15a在其下游端部包括用于紧固到轴3的装置。在示出的示例中，这些紧固装置包括径向外环形边缘25，该边缘呈锯齿状并且包括一环形排的轴向凹口，这些轴向凹口在轴向凹口之间限定出齿。该端部通过爪式离合器接合到轴3的互补的圆筒形边缘26中。该边缘26包括一环形排的径向凹口，这些径向凹口在径向凹口之间限定出齿。边缘25的齿旨在接合到边缘26的凹口中，并且边缘26的齿旨在接合到边缘25的凹口中。齿彼此配合以形成防旋转设备。每个边缘25、26的齿数例如介于1至10之间。

整流罩15在轴3上的安装可以通过简单的轴向平移直到上述齿接合来完成。

整流罩15和轴3通过环形部段49相对于彼此轴向固定，该环形部段被接合在边缘26的径向向内敞开的环形凹槽中。

支部15a的下游端部进一步包括外环形凹槽，该外环形凹槽径向向外敞开并且容置有O形环接头27，该O形环接头27被夹紧在该凹槽的底部与轴3之间。该凹槽在此形成在支部15a的径向过厚部分中，支部15a的径向过厚部分包括外圆筒形表面，该外圆筒形表面与轴3的互补的内圆筒形表面28配合以使整流罩定心。通过在安装期间将这些圆筒形表面缩在一起，可以将整流罩15轴向地保持就位。表面28在空间23中的孔口24的出口与轴3的下游径向表面之间轴向延伸。

支部15a可以在外圆筒形表面与边缘25之间包括径向外环形凹槽29。径向通孔30形成在支部15a中并通入到该凹槽29中，以使油能够从内向外径向地通过，并能够从由整流罩15限定的开口流动到室E1的其余部分(箭头F2)。然后，油将在边缘25、26的上述齿之间流动。

支部15a的下游端部支撑环形盖31，该环形盖径向向内延伸并且被构造成限制油溅和/或确保油流动。盖31在此包括基本径向的外部部分31a、在此向上游变宽的基本截头圆锥形的中间部分31b以及径向内部部分31c。径向外部部分31a通过部段S轴向地装在支部15a的边缘25上。该部分31a是锯齿状的，该部分31a的齿与边缘25的齿对准并且在边缘26的齿之间与边缘25的齿接合。盖31的径向外部部分31a进一步包括圆筒形边缘33，该圆筒形边缘面向上游并且通过与支部15a的下游端部的内圆筒形表面定心而配合。

尽管有环形盖31，但是进入整流罩15的容积中的油因此未被环形盖31保持，而是穿过径向孔口30以及穿过边缘25和26的齿被排出。

盖31的径向内部部分31c基本上与减速器的输入轴8的上游端部相对地延伸。

整流罩15的上游端部具有大致圆形的轴向截面形状。整流罩的内环形支部15包括下游端部部分，该下游端部部分位于轴8的上游端部部分的径向内侧。一个或多个密封接头16位于在这些端部部分之间延伸的径向空间中。

内环形支部15b在该下游端部部分上包括径向外环形肋34，该径向外环形肋在此在径向平面中延伸，该平面位于轴8的上游端部的上游并且穿过盖31的中间部分。肋34形成加强件，使得支部15保持良好的圆形度。有利地，内环形支部还被构造成限制油溅和/或确保油流动。在示出的示例中，肋34位于支部15b的径向过厚部分的上游端部处。

支部15b的下游端部部分包括外圆筒形表面35，该外圆筒形表面上安装有一个或多个密封接头16。该表面35在上游处的径向外环形边缘36与下游处的外螺纹37之间轴向延伸(图6)。

图6和图7示出了密封接头的第一实施例，该密封接头是密封的环形部段38。

多个部段38各自被安装成能够沿径向方向在支部15b上滑动，并且被构造成在这些部段38的外周边上抵靠减速器的输入轴8。

多个部段38围绕轴线A延伸，并且该多个部段38的内周边被径向地安装成能够在多个径向槽39中滑动，这些径向槽39在此通过将多个环形部件组装在一起而形成。

每个槽39由彼此轴向抵靠安装的两个环40a、40b轴向地界定，从而使这两个环40a、40b接合在支部15b的圆筒形表面35上。诸如环40a的一些环具有较小的轴向尺寸并且在两个相邻的部段38之间延伸，以使这两个相邻的部段38以小的轴向距离间隔开。诸如环40b的其他环具有较大的轴向尺寸并且在两个相邻的部段38之间延伸，以使这两个相邻的部段38以较大的轴向距离间隔开。这允许使部段38沿着表面35分布并且使部段38成对分布、以三个为一组地分布或以其他形式分布。

在示出的示例中，六个部段38围绕支部15b安装。这六个部段以三个为一组地分布(即第一上游三个一组和第二下游三个一组)的形式分布，在第一上游三个一组中，部段通过环40a彼此穿插，在第二下游三个一组中，部段通过其他环40a彼此穿插。这些所述三个一组进一步通过环40b彼此分隔开。

环40a的轴向横截面为大致L形，并且环40b的轴向横截面为大致U形。因此，环40b限定出环形空间43，该环形空间径向向外敞开并且位于部段38的两个所述三个一组之间。

环40a、40b通过滑动被接合在表面35上并且在边缘36与螺母41之间彼此轴向抵靠地夹紧，最上游的环40a轴向地靠在边缘36上，螺母41被旋拧到螺纹37上并且轴向地抵靠最下游的环40a。

部段38的形状和尺寸被设计成使得部段38能够在运行期间在槽39中径向移动。部段38在轴向横截面中具有大致矩形形状，该大致矩形形状的拐角优选地是凸圆的，以限制环40a、40b与轴8的接触磨损。优选地，部段38各自包括外周边接触表面，该外周边接触表面具有凸形弯曲的横截面形状，以接受轴3、8的未对准。每个部段包括内直径和外直径，该内直径介于槽39的内直径与外直径之间，部段的外直径大于槽的外直径并且略小于圆筒形轨道42的内直径，所述部段径向地靠在圆筒形轨道42上。

在示出的示例中，输入轴8的围绕支部15b延伸的上游端部部分在两个圆筒形轨道42之间包括环形腔44，该环形腔径向向内敞开并且与在部段38的三个一组之间延伸的前述空间43径向对准。该腔44的底部形成有一环形排的油通道孔口45(箭头46)，以允许通过离心作用使油返回到室E1内。腔44和孔口45因此形成排油装置。

轨道42有利地通过特定的涂层或特定的处理而硬化，从而限制其与部段38的接触磨损和摩擦磨损。

位于上游的圆筒形轨道42通过其上游端部连接到在上游变宽的截头圆锥形表面47，这通过将支部15b的下游端部部分径向插入轴8内而有利于涡轮机的安装步骤。

图8和图9示出了一些替代性实施例。

图8示出了三部段式密封装置38，该三部段式密封装置中的两个部段形成一对并且位于腔44的上游，另一个部段位于该腔的下游。

图9也示出了三部段式密封装置38，但是该三部段式密封装置形成了位于腔44上游的三个一组。位于最下游部段38与螺母41之间的环40a’包括径向外环形肋48，该径向外环形肋基本上与孔口45相对地延伸。该肋48被构造成在运行期间通过离心作用来改善进入腔44中的油流。

总之，室E1的转子/转子密封是通过部段38实现的，这些部段38优选地连续延伸超过360°并且由整流罩15支撑，从而形成柔性销，使得密封可以吸收减速器7的输入轴8的径向偏差。这些径向偏差可以相差几毫米，例如最大相差3mm，优选地相差约1.5mm。盖31使油能够被收集到尽可能靠近减速器7的位置，并且使朝向密封装置14的油溅最小化。肋34使整流罩15加固为加强件和密封装置14的保护性分隔件。

部段38例如由碳或铸铁制成。

替代地，这些部段可以被分开，甚至被环形刷接头或浮动环代替。

除了上文描述的优点以外，本发明在如专利申请WO-A1-2015/075345中所描述的允许保持涡轮机的模块化安装的情况下以及在如申请WO-A1-2015/075355中所描述的前室E1的紧密密封原理的情况下是有用的。

Claims

1.用于飞行器涡轮机的动态密封设备，所述动态密封设备包括第一转子(3)和第二转子(8)，所述第一转子和所述第二转子被构造成围绕同一轴线(A)以不同的速度旋转，所述第一转子和所述第二转子至少部分地围绕彼此延伸，并且动态密封装置(14)被安装在所述第一转子和所述第二转子之间，其特征在于：

-所述动态密封装置(14)包括围绕所述轴线延伸的环形部段(38)，所述环形部段被安装成能够相对于所述轴线沿径向方向在所述第一转子(3)上滑动，并且能够通过所述环形部段的外周边径向地抵靠所述第二转子(8)，所述第二转子至少部分地围绕所述第一转子(3)，以及

-排油装置，所述排油装置包括形成在所述第二转子(8)中的环形腔(44)，所述环形腔在所述动态密封装置(14)的附近径向向内敞开并且与油通道孔口(45)流体连通，所述油通道孔口形成在所述环形腔的底部并且穿过所述第二转子(8)，所述环形腔(44)直接布置成与所述环形部段(38)相继。

2.根据权利要求1所述的用于飞行器涡轮机的动态密封设备，其中，所述动态密封装置(14)包括三至六个环形部段(38)。

3.根据权利要求1或2所述的用于飞行器涡轮机的动态密封设备，其中，所述环形部段(38)被安装成能够彼此独立地在所述第一转子的环形槽(39)中滑动。

4.根据权利要求1或2所述的用于飞行器涡轮机的动态密封设备，其中，所述环形部段(38)各自在轴向横截面中具有大致矩形形状，所述大致矩形形状的拐角是圆凸形的。

5.根据权利要求1或2所述的用于飞行器涡轮机的动态密封设备，其中，所述环形部段(38)成对或成三个一组地分布。

6.根据权利要求1或2所述的用于飞行器涡轮机的动态密封设备，其中，所述环形部段(38)位于所述环形腔(44)的一侧上或者分布在所述环形腔的两侧上。

7.根据权利要求1或2所述的用于飞行器涡轮机的动态密封设备，其中，所述第二转子包括至少一个硬化的圆筒形轨道(42)，所述环形部段(38)靠在所述至少一个硬化的圆筒形轨道上。

8.根据权利要求7所述的用于飞行器涡轮机的动态密封设备，其中，所述至少一个硬化的圆筒形轨道(42)在轴向端部处连接到截头圆锥形表面(47)，所述截头圆锥形表面被构造成通过插入所述第一转子和所述第二转子而便于安装。

9.根据权利要求1或2所述的用于飞行器涡轮机的动态密封设备，其中，所述动态密封设备进一步包括径向外环形导油肋(48)，所述径向外环形导油肋由所述第一转子支撑或被安装在所述第一转子上，并且被构造成将油引导至所述环形腔(44)。

10.根据权利要求1或2所述的用于飞行器涡轮机的动态密封设备，其中，所述动态密封装置(14)通过将多个环形部件组装在一起而形成，所述多个环形部件被同轴地安装在所述第一转子上并且借助于旋拧到所述第一转子上的螺母(41)彼此轴向地夹紧。