CN114810221A - 静子叶片与内环支撑机构 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种静子叶片与内环支撑机构，包括静子叶片、内环和弹性结构，该弹性结构位于静子叶片与内环之间，其上部抵靠在静子叶片的下方，并且其下部抵靠在内环的上方。当弹性结构安装到内环上但未安装静子叶片时，该弹性结构能够在内环的槽中沿着内环的周向自由滑动，该弹性结构在自由状态下的高度要大于静子叶片与内环之间的间隙；而当静子叶片安装到内环上之后，该弹性结构被压缩，从而该弹性结构在静子叶片与内环之间产生了作用力，由此在静子叶片与内环存在间隙的情况下，该静子叶片与内环支撑机构不仅能够起到支撑内环的作用，而且还能确保内环并由此蜂窝的径向位置保持一致，从而使得蜂窝与转子篦齿彼此结构配合而获得更好的封严效果。

Description

静子叶片与内环支撑机构

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及有关燃气轮机及其它透平叶轮旋转机械的技术领域，更具体地涉及能够应用在燃气轮机及其它透平叶轮旋转机械上的静子叶片与内环支撑机构。

背景技术

燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，从而将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，其实质是一种旋转叶轮式热力发动机，其基本工作原理是：压气机从外界大气环境吸入空气，并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到涡轮中膨胀做功，推动涡轮带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功。

燃气轮机主要包括转子叶片、静子叶片、轮毂和机匣等零件。其中，转子叶片安装在轮毂上，其围绕固定轴心旋转；静子叶片则安装在机匣上，其并不旋转。这些叶片引导流体按一定的方向流动，从而推动转子旋转。

然而，燃气轮机中存在大量的转静叶间的密封，其密封效果会直接影响到燃气轮机的整体热循环效率和机组的安全运行，同时由于在燃气轮机高温端部件，转静部件之间往往同时存在冷却气、高温燃气，因此转静部件间的密封往往存在较大的温差，工作状态下和常温状态下转子和静子叶片之间的间隙变化非常大。

因此，封严就显得极为重要，其目的在于：一是减小工作流体的泄露带来的压力能、热能等能量的损失，从而提高效率，改善机组性能；二是提高压气机，尤其是透平这一热端部件的可靠性及耐久性，保持机组的完整性。

压气机级间封严一般由进口轴向封严、进口转静盘腔、蓖齿封严、出口转静盘腔和出口轴向封严构成。为了减小泄露，常规的方法都是减小蓖齿的齿顶设计间隙。但是，间隙过小，级间气流温升严重，从而使得级间处转静子升温明显，温升越大，转子和静子的变形量就会越大，蓖齿与静子之间容易产生严重的剐蹭，由此降低了压气机的寿命，甚至会产生危险。

图1示出了现有的静子叶片与内环的安装示意图。如图所示，在现有的航空发动机及其它叶轮机械中主要包括机匣1、静子叶片2、内环3、蜂窝4以及转子蓖齿5。其中，静子叶片2通常呈扇形段结构。为确保气密性，通常将内环3安转在静子叶片2的下方。接着，将可磨削的蜂窝4焊接在内环3上，由此使得蜂窝4与转子篦齿5彼此结构配合以实现封严。

然而，在现有技术中，如图1所示，目前是将焊接有蜂窝4的内环3直接安装到静子叶片2的下方，因而为了确保装配的顺利进行，静子叶片2与内环3之间必须存在一定的间隙，此外由于其它零件的加工、装配误差，这就会导致内环3在径向存在一定的活动量，这样就会使得内环3并由此使得蜂窝4在不同状态下的径向位置不一致，由此导致封严效果严重下降，从而带来泄露的风险。

因此，在当前的技术领域中，显然使得内环并由此蜂窝的径向位置保持一致俨然成为决定封严效果的关键之所在。

例如，现有文献US20040005216A1(公布日期为2004年1月8日)公开了一种燃气轮机罩结构，其具体公开了：耐热限位弹簧，该弹簧被保持在护罩段和护罩支撑部件之间，以沿径向方向向内推动护罩段。由于将耐热限制弹簧保持在护罩部与护罩支撑部件之间，以使护罩部沿径向向内施力，从而抑制了护罩支撑部件和护罩段的间隙所引起的间隙，并且可以减少冷却空气的泄漏量，从而提高了能力，也就是能够通过限制弹簧防止径向上的间隙引起的间隙，并且可以抑制冷却空气的泄漏。然而，该现有文献所公开的燃气轮机罩结构中的耐热纤维弹簧是装配在机罩上的，其密封对象为动叶间隙。

再如，现有文献CN204716307U(公布日期为2015年10月21日)公开了一种燃气轮机透平轮盘与透平静叶之间的气封结构，其具体公开了：密封环和调节件，该密封环3设置在透平轮盘与多个透平静叶的内端之间，密封环的内壁与透平轮盘接触密封连接，密封环的外壁沿轴向开设有多个凹槽，多个凹槽圆周均布，调节件包括圆柱部和偏心设置于圆柱部一端的偏心销，圆柱部与安装孔转动配合连接，使圆柱部与透平静叶的内端转动连接，偏心销插设在凹槽中；圆柱部设有端帽，在轴向部的外侧面上，并于安装孔外设有内凹的嵌槽，端帽嵌设在嵌槽中，端帽与嵌槽的配合用于使圆柱部与安装孔之间形成轴向限位。然而，该现有文献需要的是手动调节，而非弹性支撑。

又如，现有文献CN 107762963B(公布日期为2018年3月6日)公开了一种用于压气机级间的双重径向封严结构。该现有文献所揭示的双重径向封严结构是通过挡片和径向间隙双重封严阻碍气流的流入，增大气流的流动阻力，从而实现降低压气机级间泄漏流量且由此提高压气机的效率的目的。然而，该现有文献并未涉及任何弹性结构。

显然，上述现有文献都无法有效地解决目前存在的技术难题。

鉴于上述内容可知，目前在本技术领域中还尚不存在这样一种能够应用在燃气轮机及其它透平叶轮旋转机械上的静子叶片与内环支撑机构，在静子叶片与内环存在间隙的情况下，该静子叶片与内环支撑机构不仅能够起到支撑内环的作用，而且还能确保内环并由此蜂窝的径向位置保持一致，从而使得蜂窝与转子篦齿彼此结构配合而获得更好的封严效果。因此，如何能够设计一种实现上述效果的静子叶片与内环支撑机构俨然成为了亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明正是为了解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种静子叶片与内环支撑机构，其既能够起到支撑内环的作用，而且还能确保内环并由此蜂窝的径向位置保持一致，从而使得蜂窝与转子篦齿彼此结构配合而获得更好的封严效果。

为了解决上述技术问题，根据本发明，提供了一种静子叶片与内环支撑机构，其包括静子叶片、内环和弹性结构，所述弹性结构位于所述静子叶片与所述内环之间，其中所述弹性结构的上部抵靠在所述静子叶片的下方，并且所述弹性结构的下部抵靠在所述内环的上方。

较佳地，在本发明的静子叶片与内环支撑机构中，其中：

所述弹性结构包括位于其下部的伸出结构和位于所述伸出结构下方的凸部；

所述内环包括位于其上方的槽和位于所述槽下方的限位孔，

其中，所述弹性结构的伸出结构的形状与所述内环的槽的形状相匹配，并且所述弹性结构的所述凸部的形状与所述内环的限位孔的形状相匹配。

较佳地，在本发明的静子叶片与内环支撑机构中，所述弹性结构采用弹片的形式。

较佳地，在本发明的静子叶片与内环支撑机构中，所述弹性结构的形状呈梯形、三角形、长方形或阶段形。

较佳地，在本发明的静子叶片与内环支撑机构中，所述弹性结构由金属冲压加工而成。

较佳地，在本发明的静子叶片与内环支撑机构中，所述金属为铜或不锈钢。

较佳地，在本发明的静子叶片与内环支撑机构中，所述弹性结构的伸出结构和所述内环的槽呈倒T形、矩形或多级阶梯形。

较佳地，在本发明的静子叶片与内环支撑机构中，所述弹性结构的凸部和所述内环的限位孔呈半球形。

较佳地，在本发明的静子叶片与内环支撑机构中，所述槽居中地设置在所述内环的上方。

较佳地，在本发明的静子叶片与内环支撑机构中，所述限位孔的数量与所述弹性结构的数量相匹配。

较佳地，在本发明的静子叶片与内环支撑机构中，所述限位孔沿着所述内环的槽等间距地周向分布。

较佳地，在本发明的静子叶片与内环支撑机构中，所述弹性结构采用弹簧的形式。

由此可见，本发明的核心技术在于：本发明的静子叶片与内环支撑机构在静子叶片与内环之间增加了弹性结构(例如弹片、弹簧等)，该弹性结构在自由状态下的高度要大于静子叶片与内环之间的间隙，由此在内环安装到静子叶片的下方之后，该弹性结构被压缩，从而在静子叶片与内环之间产生了作用力。

鉴于上述内容，与现有技术相比，本发明的静子叶片与内环支撑机构由于在静子叶片与内环之间增加了弹性结构，从而在静子叶片与内环存在间隙的情况下，该静子叶片与内环支撑机构不仅能够起到支撑内环的作用，而且还能确保内环并由此蜂窝的径向位置保持一致，从而使得蜂窝与转子篦齿彼此结构配合而获得更好的封严效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1示出了现有的静子叶片与内环的安装示意图；

图2a－2b示出了本发明弹性结构的一较佳实施例的示意图，其中图2a示出了该弹性结构的侧视图，并且图2b示出了该弹性结构的正视图；

图3示出了内环的槽的一较佳实施例的正视图；

图4示出了内环的俯视图，其中示出了限位孔沿着内环的槽的周向分布示意图；

图5示出了弹性结构安装在内环上的示意图。

图6示出了本发明静子叶片与内环支撑机构的安装正剖视图；

图7示出了本发明静子叶片与内环支撑机构的安装侧剖视图。

图中的附图标记在技术方案和实施例中的列表：

1 机匣

2 静子叶片

3 内环

3a 槽

3b 限位孔

4 蜂窝

5 转子篦齿

6 弹性结构

6a 伸出结构

6b 凸部

具体实施例

为了使得本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更为详细地描述。

对此，首先需要指出的是，在这些实施例的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施例的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施例的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施例到另一种实施例之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计、制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。

另外，需要说明的是，除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其它元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。

总的来说，本发明在静子叶片与内环之间增加弹性结构，并在内环上增加槽，在弹性结构的下部增加伸出结构，该伸出结构的形状与内环的槽的形状相匹配，由此使得弹性结构能够在内环的槽中沿着内环周向滑动，并且在内环的槽的下方周向按需设置限位孔，在弹性结构下方的伸出结构的下方也设有凸部，该凸部的形状与设置在内环的槽中的限位孔的形状也相匹配。当弹性结构安装到内环上但未安装静子叶片时，该弹性结构能够在内环的槽中沿着内环的周向自由滑动，该弹性结构在自由状态下的高度要大于静子叶片与内环之间的间隙；而当静子叶片安装到内环上之后，该弹性结构被压缩，从而该弹性结构在静子叶片与内环之间产生了作用力，并且由于限位孔的作用而约束了弹性结构的周向自由度，使其无法再沿着内环的周向自由滑动。由此，在静子叶片与内环存在间隙的情况下，该静子叶片与内环支撑机构不仅能够起到支撑内环的作用，而且还能确保内环并由此蜂窝的径向位置保持一致，从而使得蜂窝与转子篦齿彼此结构配合而获得更好的封严效果。

下面将结合图2a－7对本发明的一个较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能易于被本领域的技术人员理解，从而对本发明范围做出更为清晰的界定。

首先，结合图2a－2b来描述一下本发明的弹性结构6，如前所述，本发明的弹性结构6可以采用弹片、弹簧等形式。图2a－2b中示出了本发明弹性结构6的一较佳实施例的示意图，其中本发明弹性结构6采用弹片的形式。

弹性结构6通常采用梯形、三角形、长方形、阶段形等形状。图2a示出了弹性结构6的侧视图，如图所示，该弹性结构较佳地呈梯形。通常，该弹性结构6由金属、较佳地由铜或不锈钢冲压加工而成。

在将弹性结构6安装在静子叶片2与内环3之间时，弹性结构6的上部抵靠在静子叶片2的下方，并且弹性结构6的下部抵靠在内环3的上方。

在弹性结构6的下部增加伸出结构6a，并且在该伸出结构6a的下方增加凸部6b。较佳地，该伸出结构6a的形状呈倒T形。当然，这仅仅是举例，伸出结构6a的形状不仅限于此，它也可呈矩形、多级阶梯形等。另外，较佳地，该凸部6b的形状呈半球形。当然，这也仅仅是举例，凸部6b的形状也不仅限于此，只要是凸形形状即可。

如图3所示，内环3的上方设有槽3a。如图所示，该槽的形状呈倒T形，并且较佳地居中设置在内环3的上方。当然，这仅仅是举例，该槽3a的形状不仅限于此，它也可呈矩形、多级阶梯形等，只要使得弹性结构6的伸出结构6a的形状能够与内环3的槽3a的形状相匹配即可。当弹性结构6安装到内环3上但未安装静子叶片2时，该弹性结构6能够在内环3的槽3a中沿着内环的周向自由滑动。

如图4所示，内环3的槽3a的下方设有多个限位孔3b，这些限位孔3b的数量与安装到内环3的槽3a中的弹性结构6的数量相匹配。这些限位孔较佳地沿着内环3的槽3a等间距地周向分布。限位孔3b的形状呈半球形。当然，这也仅仅是举例，限位孔3b的形状也不仅限于此，只要是使得弹性结构6的凸部6b的形状能够与内环3的限位孔3b的形状相匹配即可。当静子叶片2安装到内环3上之后，弹性结构6被压缩，从而该弹性结构6在静子叶片2与内环3之间产生了作用力，这些限位孔3b则用于约束弹性结构6的周向自由度，使其无法再沿着内环3的周向自由滑动。

接着，结合图5－7来描述一下本发明静子叶片与内环支撑机构的装配。其中，图5示出了弹性结构安装在内环上的示意图，图6示出了本发明静子叶片与内环支撑机构的安装正剖视图，并且图7示出了本发明静子叶片与内环支撑机构的安装侧剖视图。

首先，如图5所示，将弹性结构6安装到内环3的上方，此时，如图7所示，弹性结构6下部的伸出结构6a嵌入到内环3的槽3a中，并且弹性结构6的伸出结构6a下方的凸部6b嵌合到内环3的槽3a下方的限位孔3b中。由于弹性结构6安装到内环3上但未安装静子叶片2，因而弹性结构6能够在内环3的槽3a中沿着内环的周向自由滑动，该弹性结构6在自由状态下的高度要大于静子叶片2与内环3之间的间隙。

接着，如图6－7所示，当要将静子叶片2安装到内环3上时，弹性结构6置于静子叶片2与内环3之间，此时弹性结构6的上部抵靠在静子叶片2的下方，并且弹性结构6的下部抵靠在内环3的上方。由此，弹性结构6被压缩，从而该弹性结构6在静子叶片2与内环3之间产生了作用力，并且由于限位孔3a的作用而约束了弹性结构6的周向自由度，使其无法再沿着内环3的周向自由滑动。

由此，如图6所示，在静子叶片2与内环3存在间隙的情况下，本发明的静子叶片与内环支撑机构不仅能够起到支撑内环3的作用，而且还能确保内环3并由此蜂窝4的径向位置保持一致，从而使得蜂窝4与转子篦齿5彼此结构配合而获得更好的封严效果。

总而言之，相较于现有技术而言，本发明的静子叶片与内环支撑机构在静子叶片与内环之间增加了弹性结构(例如弹片、弹簧等)，该弹性结构在自由状态下的高度要大于静子叶片与内环之间的间隙，由此在内环安装到静子叶片的下方之后，该弹性结构被压缩，从而在静子叶片与内环之间产生了作用力，从而在静子叶片与内环存在间隙的情况下，该静子叶片与内环支撑机构不仅能够起到支撑内环的作用，而且还能确保内环并由此蜂窝的径向位置保持一致，从而使得蜂窝与转子篦齿彼此结构配合而获得更好的封严效果。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，熟悉本领域的技术人员易于想到其它的优点和修改。因此，在其更宽泛的方面上来说，本发明并不局限于这里所示和所描述的具体细节和代表性实施例。因此，本领域技术人员能够将上述实施例的要素进行合理的组合或者改动，以便在不脱离如所附权利要求书及其等价物所限定的本发明总的发明概念的精神或范围的前提下作出各种修改。

Claims (12)

1.一种静子叶片与内环支撑机构，所述静子叶片与内环支撑机构包括：

静子叶片；

内环，

其特征在于，所述静子叶片与内环支撑机构还包括弹性结构，所述弹性结构位于所述静子叶片与所述内环之间，其中所述弹性结构的上部抵靠在所述静子叶片的下方，并且所述弹性结构的下部抵靠在所述内环的上方。

2.如权利要求1所述的静子叶片与内环支撑机构，其特征在于，

所述弹性结构包括位于其下部的伸出结构和位于所述伸出结构下方的凸部；

所述内环包括位于其上方的槽和位于所述槽下方的限位孔，

其中，所述弹性结构的伸出结构的形状与所述内环的槽的形状相匹配，并且所述弹性结构的所述凸部的形状与所述内环的限位孔的形状相匹配。

3.如权利要求2所述的静子叶片与内环支撑机构，其特征在于，所述弹性结构采用弹片的形式。

4.如权利要求2或3所述的静子叶片与内环支撑机构，其特征在于，所述弹性结构的形状呈梯形、三角形、长方形或阶段形。

5.如权利要求2或3所述的静子叶片与内环支撑机构，其特征在于，所述弹性结构由金属冲压加工而成。

6.如权利要求5所述的静子叶片与内环支撑机构，其特征在于，所述金属为铜或不锈钢。

7.如权利要求2所述的静子叶片与内环支撑机构，其特征在于，所述弹性结构的伸出结构和所述内环的槽呈倒T形、矩形或多级阶梯形。

8.如权利要求2或7所述的静子叶片与内环支撑机构，其特征在于，所述弹性结构的凸部和所述内环的限位孔呈半球形。

9.如权利要求2所述的静子叶片与内环支撑机构，其特征在于，所述槽居中地设置在所述内环的上方。

10.如权利要求2所述的静子叶片与内环支撑机构，其特征在于，所述限位孔的数量与所述弹性结构的数量相匹配。

11.如权利要求2所述的静子叶片与内环支撑机构，其特征在于，所述限位孔沿着所述内环的槽等间距地周向分布。

12.如权利要求2所述的静子叶片与内环支撑机构，其特征在于，所述弹性结构采用弹簧的形式。

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