CN114555913A - 涡轮机密封环 - Google Patents

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Abstract

涡轮机密封环(32)具有旋转轴线并且包括：‑环形支撑件(34)，‑由所述支撑件承载的由耐磨材料制成的环形涂层(36)，以及‑由所述支撑件承载的环形热保护板(40)，所述环被分成扇段并且包括围绕所述轴线沿圆周彼此相邻布置的多个环扇段，每个环扇段包括支撑件扇段、涂层扇段和板扇段，每个板扇段包括扁平突出部(66)，该扁平突出部压靠在相应的支撑件扇段的表面(64)上并通过钎焊固定到该表面，其特征在于，所述突出部插入所述支撑件扇段中的贯通槽孔(68)中，以提高其在运行中的完整性。

Description

涡轮机密封环
技术领域
本发明涉及一种涡轮机密封环，特别是一种用于涡轮机的涡轮的涡轮机密封环。
背景技术
背景技术尤其包括文献FR-A1-3 058 458、EP-A1-3 095 958、EP-A1-3 090 138和US-A2-2005/002779。
涡轮机的涡轮包括一个或多个级，每个级包括：由一环形排的由涡轮的壳体承载的固定叶片形成的喷嘴；以及安装成通常在喷嘴下游旋转的叶片轮。轮被涡轮机密封环包围，该涡轮机密封环被扇段化并且由多个扇段形成，多个扇段沿圆周端对端地布置并且紧固到涡轮的壳体上。每个环扇段通常包括环形支承件，该环形支撑件承载由耐磨材料制成的环形涂层，该环形涂层紧固到支撑件的内表面上。该涂层例如是蜂窝型的，并且旨在与轮的叶片上的外部环形唇缘摩擦，以形成迷宫式密封，并使轮与环扇段之间的径向间隙最小化。
每个环扇段在其上游轴向端部和下游轴向端部包括紧固到壳体的紧固元件。每个环扇段可以在其上游端部包括圆周边沿，圆周边沿用于通过钩挂而紧固到涡轮的壳体。
在本申请中，术语“上游”和“下游”是指涡轮机中的气体流动，例如是指涡轮机的涡轮管道中的燃烧气体。
在运行期间，涡轮的壳体暴露在可能影响其寿命的非常高的温度下。为了限制这些温度对壳体的影响，已知用通常用作偏转器的隔热罩来保护壳体，从而避免在涡轮的管道中流动的热气体对壳体的直接影响。
图1至图3示出了热保护板10的示例，该热保护板由涡轮机的涡轮14的涡轮机密封环12承载并保护该涡轮的壳体16的一部分16a。图2和图3示出了环扇段18，环扇段包括支撑件扇段20、耐磨涂层扇段22和板扇段24。
板扇段24在支撑件扇段20的整个圆周范围上延伸并且通过钎焊紧固到支撑件扇段。图3示出了在支撑件扇段20的一侧28上的板扇段24的钎焊区域26。该区域26在板扇段24的整个圆周范围上延伸。
在运行中，裂纹开始可能发生在板扇段24的圆周端部。裂纹会扩散并导致板件分离进入涡轮管道中。在这些端部的钎焊接头和板扇段本身上的高应力主要是由于不同区域之间的温度梯度以及支撑件材料和板材料之间的膨胀系数差异造成的。
因此，寻求一种简单、有效和经济的解决方案来提高这种板的性能。
发明内容
本发明涉及一种涡轮机密封环，涡轮机密封环具有旋转轴线并且包括：
-环形支撑件，环形支撑件包括构造成与涡轮机的定子元件配合的紧固元件和/或钩挂元件，
-由所述支撑件承载的由耐磨材料制成的环形涂层，和
-由所述支撑件承载的环形热保护板，
所述环被扇段化(sectorisé)并且包括围绕所述轴线沿圆周彼此相邻布置的多个环扇段(secteurs)，每个环扇段包括支撑件扇段、涂层扇段和板扇段，每个板扇段包括扁平突出部，该扁平突出部压靠在相应的支撑件扇段的表面上并通过钎焊固定到该表面，
其特征在于，所述突出部插入所述支撑件扇段中的贯通槽孔中，以提高其在运行中的完整性(tenue)。
板扇段除了被钎焊到支撑件扇段之外，还因此接合在支撑件扇段的槽孔中。板扇的突出部钎焊到支撑件扇段的表面上，也可以钎焊到支撑件扇段的槽孔中。突出部的钎焊和插入提高了其在运行中的机械完整性并限制了板意外分离的风险。
根据本发明的环可以包括以下特征中的一个或多个，这些特征彼此独立或彼此组合采用：
-所述支撑件包括第一环形壁，所述第一环形壁基本上垂直于所述轴线延伸，并且第一环形壁的外周边连接到第二圆柱形或截头圆锥形壁，所述涂层固定到第二圆柱形或截头圆锥形壁，并且第一环形壁的内周边连接到圆柱形紧固边沿，每个板扇段的所述突出部施加在第一壁的扇段的自由表面，优选为下游自由表面，并插入到扇段的第二壁的贯通槽孔中；
-该板的轴向截面为大体S形的并且包括连接到两个环形边沿的中间环形壁，这两个环形边沿沿着相反方向基本上平行地延伸，每个板扇段的所述突出部在该板扇段的边沿之一的连续部中延伸；
-所述板的所述中间壁远离所述支撑件的所述紧固边沿延伸并在所述支撑件的所述紧固边沿内延伸；
-在所述突出部与板扇段的连接处的圆周端部被布置成限制在运行中应力集中的风险；
-支撑件扇段的所述表面包括凹槽，所述凹槽相对于所述轴线沿切向或沿圆周延伸并且被所述突出部和/或所述材料带覆盖，该凹槽被构造成当将板扇段紧固到支撑件扇段时限制钎焊料的扩散；
-每个板扇段的突出部具有大体矩形的形状，并且具有围绕所述轴线的圆周范围，该圆周范围最多为板扇段的圆周范围的30％；
-每个支撑件扇段的槽孔具有围绕所述轴线的大体圆周取向，并且具有圆周范围，该圆周范围最多为支撑件扇段的圆周范围的30％；
-所述涂层支承在或被钎焊到每个板扇段的突出部上；和
--所述定子元件是壳体和/或喷嘴。
本发明还涉及一种涡轮机，该涡轮机特别是在涡轮中包括至少一个如上文所述的密封环。
附图说明
通过以下通过非限制性示例和参考附图进行的描述，将更好地理解本发明并且本发明的进一步细节、特征和优点将变得明显，其中：
图1是涡轮机涡轮的轴向截面的局部示意性半视图；
图2是根据现有技术的密封环扇段的示意性透视图；
图3是图2的环扇段的另一个示意性透视图；
图4是根据本发明的密封环扇段的示意性透视图；
图5是图4细节的比例放大图，
图6是图4的环扇段的示意性透视轴向截面图，
图7是图4的环扇段的板扇段的示意性透视图，
图8是图4的环扇段的支撑件扇段的示意性透视图，
图9是图4的环扇段的支撑件扇段的另一个示意性透视图，
图10是图4的环扇段的支撑件扇段的示意性透视轴向截面图，
图11是图9的细节的比例放大图，以及
图12是图4的环扇段的示意性透视图。
具体实施方式
图1至图3已在上文中进行了简要描述，并说明了本发明的现有技术。
图4和下文说明了根据本发明的密封环的实施例，该密封环可以装配到例如图1中部分所示的涡轮14或涡轮机上。
图1的涡轮14是飞行器涡轮机的低压涡轮，该涡轮包括多个级，每个级包括：喷嘴28，喷嘴由一环形排的固定叶片形成，固定叶片由涡轮的壳体16承载；以及叶片轮30，该叶片轮安装在喷嘴28的下游并在紧固到壳体16上的密封环12中旋转。
环12被扇段化并且由多个扇段形成，多个扇段由涡轮的壳体16沿圆周端对端地支撑。
图4及下文示出了环扇段32，并且可以理解，根据本发明的密封环包括多个这样的扇段32。
每个环扇段32包括圆柱形或截头圆锥形支撑件的扇段34和由耐磨材料制成的环形涂层的扇段36，该环形涂层的扇段钎焊到支撑件扇段34的径向内表面。涂层扇段36是蜂窝型的，并且旨在通过在轮30的叶片的外环形唇缘38上摩擦而磨损，以使轮和环扇段32之间的径向间隙最小化。
每个环扇段32还包括环形热保护板的扇段40，该环形热保护板的扇段通过钎焊固定到支撑件扇段34。
每个支撑件扇段34包括紧固元件和/或钩挂元件，紧固元件和/或钩挂元件被构造成与壳体16和/或喷嘴28配合。
每个支撑件扇段34包括例如第一环形壁的扇段42，该第一环形壁基本上垂直于环的旋转轴线延伸。该壁扇段42的外周边连接到第二圆柱形或截头圆锥形壁的扇段44，涂层扇段36紧固到该第二圆柱形或截头圆锥形壁的扇段的内表面。壁扇段42的内周边连接到圆柱形紧固边沿的扇段46，该紧固边沿向上游轴向延伸并且可以轴向接合在壳体16的环形通道48中，如图1所示。
因此，环扇段34在其上游端部通过该边沿扇段46固定到壳体16，该边沿扇段46与壁扇段42一起限定环扇段32的L形横截面的上游端部部分。在环扇段的下游端部，壁扇段44可包括径向向外开口的通道50，壳体的圆柱形钩52接合在通道50中，另如图1中所看到的。环扇段34通过位于下游的喷嘴28径向保持在该钩52上。该喷嘴28包括在环扇段32内部延伸的第一上游和内部圆柱形边沿54，以及在环扇段32和钩52外部延伸的第二上游和外部圆柱形边沿56。
板扇段40的轴向截面为大体S形的并且包括中间环形壁58，所述中间环形壁58连接到两个环形边沿60、62，两个环形边沿60、62沿相反方向基本上平行地延伸(图6和图7)。如图1中可见，中间壁58具有围绕环的旋转轴线的截头圆锥取向并且从上游到下游扩大。边沿60、62相对于该轴线具有基本上径向的取向。
壁58在边沿扇段46(图6)内延伸，并且与边沿扇段以及与壳体16的部分16a(图1)隔开地延伸。边沿60从壁58(图1)的内周边径向向内延伸，并且还远离壳体16的部分16a并且在此处在壳体16的部分16a的下游延伸。
边沿62从壁58的外周边径向向外延伸，并且被压靠并钎焊在环扇段32的壁扇段42的下游径向表面64上(图6)。此外，该边沿62包括形成突出部66的径向向外连续部，突出部66插入并穿过形成在壁扇段44中的槽孔68(图6)。
槽孔68例如是被电蚀的。
在所示的示例中，突出部66位于板扇段40及其边沿62的中间(在相对于上述轴线的圆周方向上)。突出部66在形状上是大体扁平的或平面的并且在轮廓上是矩形的。突出部通过材料带70连接到边沿62，该材料带形成连接部，材料带的圆周端部相对于上述轴线布置成限制在运行中应力集中的风险(图5)。在实践中，这些布置可以通过在带70的两个圆周端部钻出具有圆形轮廓的孔72来进行。突出部66的侧边缘然后通过这些孔72的圆形边缘连接到边沿62的自由边缘。
每个板扇段40的突出部66可以具有围绕上述轴线的圆周范围E1，该圆周范围E1最多为板扇段的圆周范围E2的30％(图7)。
支撑件扇段34的表面64优选地包括凹槽74，该凹槽74相对于上述轴线沿切向或沿圆周延伸并且被突出部66和/或材料带70覆盖(图5)。该凹槽74被构造成当板扇段40被紧固到支撑件扇段34时通过毛细作用限制钎焊料的扩散。
槽孔68具有围绕轴线的大体圆周取向并且具有圆周范围E3，该圆周范围E3最多为支撑件扇段34的圆周范围E4的30％(图9和图11)。
在所示和优选的示例中，E2等于E4，并且E1小于E3。
根据本发明的环扇段32可以以下方式制造或组装。图12示出了将板扇段40安装在支撑件扇段34上的步骤。板扇段40将在包含突出部66并穿过支撑件扇段34的槽孔68的平面中通过平移而朝向支撑件扇段移动。一旦板扇段40的突出部66在槽孔68中，涂层扇段36(未示出)可以附接到支撑件扇段34。然后将组件加热到预定温度以熔化先前施加到部件的支承表面的钎焊料。突出部66可在限于突出部66且不延伸超出凹槽74的区域中钎焊到表面64。涂层扇段36钎焊到支撑件扇段34并且可以被支撑或钎焊到板扇段40的突出部66。替代地，钎焊操作可以由焊接操作代替。
本发明具有许多优点，特别是：
-限制钎焊通过凹槽的程度，以在钎焊操作期间阻止其扩散到板扇段的圆周端部；
-支撑件扇段和板扇段的圆周端部之间没有连接，这允许两个部件相互独立地弯曲或伸直，而不会相互约束；
-钎焊区域由于突出部的可能钎焊而具有大的总表面积(尽管在板扇段的圆周端部没有钎焊)，并且钎焊区域集中在部件的中心，因此不会受到太多应力；这种定位也是有益的，因为该钎焊区域位于不太热的区域；以及
-由于突出部在槽孔中的嵌入效果，支撑件扇段与板扇段的连接的稳固性(robustesse)。

Claims (10)

1.一种涡轮机密封环(32)，所述涡轮机密封环具有旋转轴线并且包括：
-环形支撑件(34)，所述环形支撑件包括紧固元件和/或钩挂元件，所述紧固元件和/或钩挂元件被构造成与涡轮机的定子元件配合，
-由所述支撑件承载的由耐磨材料制成的环形涂层(36)，以及
-由所述支撑件承载的环形热保护板(40)，
所述环被扇段化并且包括围绕所述轴线沿圆周彼此相邻布置的多个环扇段，每个环扇段包括支撑件扇段、涂层扇段和板扇段，每个板扇段包括扁平突出部(66)，所述扁平突出部压靠在相应的支撑件扇段的表面(64)上并通过钎焊固定到该表面，
其特征在于，所述突出部插入所述支撑件扇段中的贯通槽孔(68)中，以提高其在运行中的完整性。
2.根据权利要求1所述的环(32)，其中，所述支撑件(34)包括第一环形壁(42)，所述第一环形壁基本上垂直于所述轴线延伸，所述第一环形壁的外周边连接到第二圆柱形或截头圆锥形壁(44)，所述涂层被固定到所述第二圆柱形或截头圆锥形壁上，并且所述第一环形壁的内周边连接到圆柱形紧固边沿(46)，每个板扇段(40)的所述突出部(66)被施加在所述第一壁的扇段的自由表面(64)上并插入到扇段的第二壁中的贯通槽孔(68)中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的环(32)，其中，所述板(40)的轴向截面为大体S形的并且包括连接到两个环形边沿(60，62)的中间环形壁(58)，所述两个环形边沿沿着相反方向基本上平行地延伸，每个板扇段的所述突出部(66)在该板扇段的边沿之一的连续部中延伸。
4.根据权利要求2和3所述的环(32)，其中，所述板(40)的所述中间壁(58)远离所述支撑件(34)的所述紧固边沿(46)延伸并且在所述支撑件的所述紧固边沿内延伸。
5.根据权利要求3或4所述的环(32)，其中，在所述突出部(66)与所述板扇段(40)的连接处的圆周端部被布置成限制在运行中应力集中的风险。
6.根据前述权利要求中任一项所述的环(32)，其中，所述支撑件扇段(34)的所述表面(64)包括凹槽(72)，所述凹槽相对于所述轴线沿切向或沿圆周延伸并且被所述突出部(66)覆盖，该凹槽被构造成在将所述板扇段(40)紧固到所述支撑件扇段时限制钎焊料的扩散。
7.根据前述权利要求中任一项所述的环(32)，其中，每个板扇段(40)的突出部(66)具有大体矩形的形状，并且具有围绕所述轴线的圆周范围，所述圆周范围最多为所述板扇段的圆周范围的30％。
8.根据权利要求1或2所述的环(32)，其中，每个支撑件扇段(34)的槽孔(68)具有围绕所述轴线的大体圆周取向，并且具有圆周范围，所述圆周范围最多为所述支撑件扇段(34)的圆周范围的30％。
9.根据前述权利要求中任一项所述的环(32)，其中，所述涂层(36)支承在或被钎焊到每个板扇段(40)的突出部(66)上。
10.一种飞行器涡轮机，所述飞行器涡轮机特别是在涡轮中包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的环(32)。
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