CN112437832A

CN112437832A - 用于飞行器涡轮机的迷宫式密封接头

Info

Publication number: CN112437832A
Application number: CN201980045929.7A
Authority: CN
Inventors: 克莱门特·拉斐尔·拉罗什
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2039-06-11
Also published as: WO2019243708A2; US11692450B2; FR3082879B1; CN112437832B; US20210215056A1; WO2019243708A3; EP3810902B1; FR3082879A1; EP3810902A2

Abstract

本发明涉及用于特别是飞行器的涡轮机的迷宫式密封接头(100)，密封接头包括围绕轴线(A)延伸的转子元件(114)和围绕转子元件(114)延伸的定子元件(116)，转子元件(114)包括两个环形唇缘(112a，112b)，这两个环形唇缘径向向外延伸并且被由所述定子元件(116)承载的至少一个耐磨元件(118)环绕。本发明的特征在于，多个气体通道腔在两个唇缘(112a，112b)之间沿周向彼此相邻地布置，这两个唇缘通过连接分隔件相互连接，其中，所述唇缘(112a，112b)中的至少一个包括通向所述腔中的至少一些的至少一个轴向气体通道开口，其中，所述分隔件在唇缘之间基本轴向地延伸并且在唇缘之间限定出气体通道空间区段，所述空间区段被间隔壁(132)分开以形成所述腔。

Description

用于飞行器涡轮机的迷宫式密封接头

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机、特别是飞行器的涡轮机的迷宫式密封接头。

背景技术

现有技术包括文献EP-A1-1413712、US-A1-2018/010467以及US-A1-2014/072415。

已知在涡轮机上装配有迷宫式密封接头，该迷宫式密封接头是密封接头，该密封接头的动态密封由旋转唇缘来保证。如图1所示，唇缘12由涡轮机10的在定子元件16内旋转的转子元件14承载，并且被由该定子元件16承载的诸如挡块或耐磨材料涂层的耐磨元件18环绕。

耐磨元件18旨在保护唇缘12免于通过与环绕唇缘的定子元件16接触而受到磨损。可以避免与耐磨元件18的接触，或者相反，例如可以寻求这样的接触，以使围绕唇缘的径向间隙J最小化。可以相应地调整耐磨元件18和唇缘12的类型。

该技术可用于确保转子轮的叶片顶部的密封，这些叶片承载环形的、可能被分区的唇缘，该唇缘被由定子壳体承载的耐磨元件环绕(具体参见FR-A1-3001 759)。该技术还可用于提供轴或轴颈的一部分与涡轮机的定子之间的密封。唇缘的数量和尺寸特别取决于待密封元件之间可用的径向空间。

在操作期间，如图2和图3所示，唇缘12的作用是干扰试图从上游到下游(即，在图中从左到右)在元件14、16之间流动的气流。这在气流中产生湍流，该湍流产生压降，从而改善了密封接头的密封。

在待穿过的每个唇缘12的水平处，气流在冲击唇缘的主体时第一次受到干扰(箭头F1)。气流穿过唇缘12的顶部与环绕唇缘的耐磨元件18之间的间隙，由于唇缘产生的干扰，该流减小了值J，接着在穿过唇缘之后随着通道截面的突然增加而第二次受到干扰(箭头F2)。唇缘12的数量越多，气流中产生的湍流就越多，密封接头就被改进得越好。

本发明提出对该技术进行改进，以便以简单、有效且经济的方式改善密封接头的密封。

发明内容

本发明提供一种用于特别是飞行器的涡轮机的迷宫式密封接头，该密封接头包括围绕轴线延伸的转子元件和围绕转子元件延伸的定子元件，该转子元件包括两个环形唇缘，这两个环形唇缘径向向外延伸并且被由所述定子元件承载的至少一个耐磨元件环绕，其特征在于，多个气体通道腔在两个唇缘之间沿周向彼此相邻地布置，这两个唇缘通过连接分隔件相互连接，并且所述唇缘中的至少一个具有通向所述腔中的至少一些的至少一个轴向气体通道开口。

本发明可仅使用两个唇缘来确保转子与定子之间的密封。这些唇缘可以取代现有技术的大量相邻的环形唇缘，这是有利的。

空气通道腔位于唇缘之间(或者当该唇缘被认为是唯一的时，位于唇缘的两个环形壁(分别为上游环形壁和下游环形壁)之间)并且周向地布置。空气通道腔径向向外敞开，面向耐磨元件并且由底部或环形表面在内部界定，该底部或环形表面在唇缘之间延伸并且优选地为圆柱形的。

这些腔限定出“浴缸”或者为“浴缸”的一部分，气流可在“浴缸”中循环并且有利地受到干扰或加压。

在待穿过的每个唇缘的水平处，气流在冲击上游唇缘的主体时第一次受到干扰。气流穿过上游唇缘顶部处的径向间隙并且穿入腔中并在腔中循环，气流在腔中第二次受到干扰并且可能经受各种现象(干扰、加压、涡旋等)。这些现象会产生涡流，从而提高密封接头的性能。气流继续沿其路线前进，然后特别地由于穿过下游唇缘之后通道截面的增加而第三次受到干扰。

因此，本发明使得能够显著提高密封接头的密封水平。

根据本发明，所述分隔件可以在唇缘之间基本轴向地延伸并且在唇缘之间限定出使气体通过的空间区段，所述空间区段被间隔壁分开以形成所述腔。

根据本发明的密封接头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：

-所述转子元件是整体的，

-腔中的至少一个腔由环绕所述至少一个腔的多个间隔壁形成，

-所述间隔壁相对于所述轴线具有高度或径向尺寸，该高度或径向尺寸至多等于所述唇缘的高度或径向尺寸，

-所述唇缘和所述分隔件相对于所述轴线具有相同的高度或径向尺寸，

-所述唇缘包括上游唇缘和下游唇缘，只有上游唇缘包括通向腔或空间区段的轴向气体通道开口，或者上游唇缘和下游唇缘均包括通向腔或空间区段的轴向气体通道开口，

-上游唇缘包括至少一个、优选为一个至三个通向每个腔或空间区段的气体通道开口，

-上游唇缘包括单个通向每个腔或空间区段的气体通道开口，并且下游唇缘包括单个通向每个腔或空间区段的气体通道开口，这些开口彼此周向地偏移，

-所述转子元件包括盘，该盘的外周界连接到两个环形凸缘，这两个环形凸缘分别为上游环形凸缘和下游环形凸缘，所述外周界包括外圆柱形表面，所述唇缘突出地形成在该外圆柱形表面上。

本发明还涉及一种涡轮机，其特征在于，该涡轮机包括至少一个如上文所述的密封接头。

附图说明

当阅读作为非限制性示例并参照附图做出的以下描述时，将更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、特性以及优点将更清晰地显现，在附图中：

-图1是根据现有技术的涡轮机迷宫式密封接头的示意性轴向截面半视图；

-图2和图3是图1的细节的较大尺度下的示意图；

-图4是根据本发明的涡轮机迷宫式密封接头的轴向截面的局部示意性半视图；

-图5是图4的密封接头的转子元件的示意性轴向截面透视图；

-图6是图4的密封接头的转子元件的示意性俯视图；

-图7和图8是类似于图5和图6的视图并且示出了本发明的实施例的变型；以及

-图9和图10是类似于图5和图6的视图并且示出了本发明的实施例的另一变型。

具体实施方式

上文已经描述了图1至图3。

图4至图6示出了特别用于飞行器的涡轮机的迷宫式密封接头100的第一实施例。

密封接头100包括转子元件114和定子元件116，该转子元件围绕不可见的并且用A表示的旋转轴线旋转，该定子元件围绕转子元件114延伸。

在示出的示例中，定子元件116是涡轮喷嘴，该涡轮喷嘴包括两个环形护套，一环形排的定子叶片120在这两个环形护套之间延伸。在此，只有径向内护套122是可见的。该护套大体为圆柱形形状或截头圆锥形形状并且在其内周界上承载耐磨环形元件118，该耐磨环形元件以较小的径向间隙J环绕转子元件114。

该转子元件114在此为转子盘，该转子盘可以是整体的，即该转子盘围绕其轴线A在360°上连续地延伸。该转子元件包括围绕轴线延伸的环形壁114a，该环形壁在中心带有开口。如在图5中可见地，该壁具有“韭葱(poireau)”形横截面，这是本领域技术人员众所周知的。

壁114a在其外周界处连接到两个环形凸缘(分别为上游环形凸缘114b和下游环形凸缘114c)。上游凸缘114b的轴向截面为大致弯曲形状，其凹面相对于轴线A径向向外定向。凸缘114b具有下游端部和自由的上游端部，该下游端部连接到壁114a的外周界，该上游端部可附接到位于元件114上游的转子轮。下游凸缘114b的轴向截面也为大致弯曲形状，其凹面相对于轴线A径向向外。凸缘114c具有上游端部和自由的下游端部，该上游端部连接到壁114a的外周界，该下游端部可附接到位于元件114下游的转子轮。

在示出的示例中，壁114a的外周界在径向和轴向上均被加厚，以限定径向外圆柱形表面122。该表面122在此具有轴向尺寸L，该轴向尺寸大于壁114a的最小轴向厚度并且基本等于该壁的最大轴向厚度(图5)。壁114a的外周界也具有径向厚度E，该径向厚度大于凸缘114b、114c的例如在距凸缘114b、114c的轴向端部一距离处测得的平均径向厚度。

两个环形唇缘112a、112b从表面122突出并且径向向外延伸。这两个环形唇缘基本上平行于彼此并且平行于与轴线A垂直的平面。这两个环形唇缘分别位于表面122的轴向端部。上游唇缘112a具有上游径向面112aa，该上游径向面与壁114a的外周界的上游径向面122a径向地对齐。下游唇缘112b具有下游径向面112ba，该下游径向面与壁114a的外周界的下游径向面122b径向地对齐。

唇缘的径向外顶部或端部被位于转子元件116与耐磨元件118之间的间隙J间隔开。

唇缘112a、112b在唇缘112a、112b之间限定出环形空间124，该环形空间被分区并由多个空间区段124a、124b等形成，该多个空间区段彼此隔离并且围绕轴线A沿周向彼此相邻地布置。

唇缘112a、112b通过分隔件126彼此连接，分隔件在此彼此平行并且轴向地定向，即平行于轴线A定向。如在图5和图6中可见地，分隔件126将空间区段124a、124b彼此隔离。

在示出的示例中，唇缘112a、112b和分隔件126具有相同的高度H1或径向尺寸，该高度或径向尺寸在此从圆柱形表面122测量。因此，分隔件126的顶部与耐磨元件118以间隙J间隔开。

分隔件126可通过圆角126a连接到唇缘112a、112b以及表面122(图5和图6)。

因此，空间区段124a、124b一方面由唇缘112a、112b的轴向对齐部分界定，另一方面由在这些部分之间延伸的两个相邻的分隔件126界定。因此，每个空间区段具有“浴缸”形状。

在图5和图6的实施例中，每个空间区段124a、124b一方面经由设置在上游唇缘112a上的开口128在上游流体连通，另一方面经由设置在下游唇缘112b上的开口130在下游流体连通。

开口128、130在此由径向凹口形成，该径向凹口从唇缘的顶部近似在整个唇缘的高度上延伸。如图6所示，开口128、130并未轴向对齐，而是相反地沿周向方向彼此偏移。开口128可通向空间区段124a、124b的周向端部中的一个的附近，另一开口130可通向该空间区段的相对的周向端部附近。

开口128使得气体能够在操作中从上游到下游沿着箭头F4(即从上游唇缘112a的上游到空间区段124a、124b)通过。开口130使得气体能够在操作中从上游到下游沿着箭头F5(即从空间区段124a、124b到下游唇缘112b的下游)通过。

在空间区段124a、124b内，设置有间隔壁132。在示出的示例中，每个空间区段包括壁132，该壁具有大致波纹形状并且包括与上游唇缘112a的下游径向面连接的上游端部和与下游唇缘112b的上游径向面连接的下游端部。壁132沿周向方向基本上位于空间区段的中间，并且包括通孔134，该通孔在此沿基本上周向的方向定向。

壁132在此具有从表面122测量的径向高度H2，该径向高度小于唇缘112a、112b和分隔件126的高度H1。壁132将空间分隔成经由孔134流体连通的两个腔132a、132b。

壁132和孔134的形状和尺寸被确定成控制对每个空间区段中进出气流的干扰。

开口128、130有利地被校准。腔132a、132b可失去其曲线侧或减小某些地方的间距，以增加两个形状之间的压力，从而排出转子与定子之间的更多的压缩气流。该形状可以为空气动力学形状或相反地为锥形形状，以使某些地方的流平滑或增强对其他地方的流的干扰(取决于上游/下游的需求)。

在唇缘112a的水平处，气流在冲击唇缘时第一次受到干扰(箭头F1)。气流的第一部分穿过唇缘112a、112b顶部处的径向间隙(箭头F3)，然后随着唇缘下游的通道截面的增加第二次受到干扰(箭头F2)。另一方面，气流的第二部分进入空间区段124a、124b(箭头F4)并且在该空间区段中受干扰地循环，从而产生湍流并且冲击气流的第一部分，气流的第一部分的流速会降低。

图7和图8示出了本发明的第二实施例，该第二实施例与先前实施例的不同之处在于间隔壁132的特征。每个空间区段包括大量的壁132(壁的数量例如大于5)，这些壁具有复杂形状并且界定出多个腔132a、132b等，腔的数量也可能大于5。壁132中的一些包括孔，该孔用于使壁之间的腔流体连通并且用于将气流从每个空间区段的开口128引导至开口130。壁132在此具有与唇缘和分隔件相同的径向高度。

图9和图10示出了本发明的第三实施例，该第三实施例与第一实施例的不同之处特别在于间隔壁132的特征。每个空间区段包括大量的壁132(壁的数量例如大于5)，这些壁中的每一个具有大致涡形形状并且这些壁中的每一个界定螺旋形腔132c，腔的数量也可能大于5。在示出的示例中，唇缘112a、112b之间的空间包括两个相邻的环形排的涡形壁132。壁132在此没有被穿孔。另一方面，只有上游唇缘112a包括开口128，在此每个空间区段124a、124b包括三个开口。因此，下游唇缘112b不包括开口并且腔132c不会通过壁132中的孔彼此流体地连通。通过开口128进入腔132c的气体被迫遵循涡旋形状或螺旋形状，这会在每个空间区段中形成涡旋，从而干扰并限制根据图4中的箭头F3的流体的流速。

Claims

1.用于特别是飞行器的涡轮机的迷宫式密封接头(100)，所述迷宫式密封接头包括围绕轴线(A)延伸的转子元件(114)和围绕所述转子元件(114)延伸的定子元件(116)，所述转子元件(114)包括两个环形唇缘(112a，112b)，所述两个环形唇缘径向向外延伸并且被由所述定子元件(116)承载的至少一个耐磨元件(118)环绕，多个气体通道腔(132a，132b)在两个唇缘(112a，112b)之间沿周向彼此相邻地布置，所述两个唇缘(112a，112b)通过连接分隔件(126)相互连接，所述唇缘(112a，112b)中的至少一个包括通向所述腔(132a，132b)中的至少一些的至少一个轴向气体通道开口(128，130)，并且所述分隔件(126)在所述唇缘之间基本轴向地延伸并且在所述唇缘之间限定出使气体通过的空间区段(124a，124b)，其特征在于，所述空间区段(124a，124b)被间隔壁(132)分开以形成所述腔(132a，132b)。

2.根据前一项权利要求所述的密封接头(100)，其中，所述转子元件是整体的。

3.根据权利要求1或2所述的密封接头(100)，其中，所述腔(132a，132b)中的至少一个腔由环绕所述至少一个腔的多个间隔壁(132)形成。

4.根据前一项权利要求所述的密封接头(100)，其中，所述间隔壁(132)相对于所述轴线(A)具有高度(H2)或径向尺寸，所述高度或所述径向尺寸至多等于所述唇缘(112a，112b)的高度(H1)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的密封接头(100)，其中，所述唇缘(112a，112b)和所述分隔件(126)相对于所述轴线(A)具有相同的高度(H1)或径向尺寸。

6.根据前述权利要求中任一项所述的密封接头(100)，其中，所述唇缘(112a，112b)包括上游唇缘(112a)和下游唇缘(112b)，只有所述上游唇缘(112a)包括通向腔(132a，132b)或空间区段(124a，124b)的轴向气体通道开口(128)，或者所述上游唇缘和所述下游唇缘(112a，112b)均包括通向腔(132a，132b)或空间区段(124a，124b)的轴向气体通道开口(128，130)。

7.根据前一项权利要求所述的密封接头(100)，其中，所述上游唇缘(112a)包括至少一个、优选为一个至三个通向每个腔(132a，132b)或空间区段(124a，124b)的气体通道开口(128)。

8.根据前一项权利要求所述的密封接头(100)，其中，所述上游唇缘(112a)包括单个通向每个腔(132a，132b)或空间区段(124a，124b)的气体通道开口(128)，并且所述下游唇缘(112b)包括单个通向每个腔(132a，132b)或空间区段(124a，124b)的气体通道开口(130)，这些开口彼此周向地偏移。

9.根据前述权利要求中任一项所述的密封接头(100)，其中，所述转子元件(114)包括盘，所述盘的外周界连接到两个环形凸缘(114a，114b)，所述两个环形凸缘分别为上游环形凸缘和下游环形凸缘，该外周界包括外圆柱形表面(122)，所述唇缘(112a，112b)突出地形成在所述外圆柱形表面上。

10.涡轮机，其特征在于，所述涡轮机包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的密封接头(100)。