CN115335587B - 包括连续和自由密封环的用于涡轮机定子的分配器 - Google Patents

Abstract

一种由定子叶片(5)的区段(15)构成的分配器，该区段在外部连接到定子，该分配器包括内平台，该内平台分成由区段形成的外部分，并且通过径向滑动连接件接合到在圆周上的连续内环形部分(18)，该内平台具有耐磨密封件(17)。弹簧(27)确保冠部(18)的径向位置和冠部与机器其余部分的同心度。冠部(18)的直径主要是由穿过冠部的气体的温度来确定。径向热变形的分离由滑动套筒(19，20)构成的滑动件(35)来确保。这可以获得更好的密封性。

Description

包括连续和自由密封环的用于涡轮机定子的分配器

技术领域

本发明的主题是一种包括连续和自由密封环的涡轮发动机定子控制阀。

背景技术

在这里所讨论的控制阀是固定叶片的冠部，该冠部紧固到定子的壳体上，并且与涡轮发动机的压缩机和涡轮中的可动叶片的冠部交替。叶片通过连接件安装在定子的壳体上，该连接件包括钩部的叠层，叶片的径向内端部设置有由称为耐磨材料的材料制成的密封件，该密封件与属于转子的相邻刮擦部(圆形脊部)配合，以形成迷宫式密封件。然而，这种众所周知的设计要求控制迷宫式密封件中的间隙，以使泄漏最小化，或相反，以防止耐磨件的过早磨损，这是通过由来自压缩机的可变流量的加压新鲜空气对壳体进行通风来实现的，以通过热膨胀调节壳体的直径，并且因此调节叶片的径向位置。然而，为了防止通过密封件的泄漏而抽出一部分空气流也会降低涡轮发动机的效率，并且通风的调节可以被证明是困难的。此外，通风通常在控制阀的区段之间、在将沿周向安装的平台的端部到端部分开的周向空间处引起泄漏。

本发明的目的是减少这些缺点，更具体地，减少通过迷宫式密封件的残余泄漏的流量，同时减轻或甚至消除有关控制阀周围的壳体的通风限制。

特别地，相关的现有技术由US 2011/0135479A1示出，其描述了一种定子控制阀，其中迷宫式密封件的元件的轴承环在整个圆周上连续并且安装在直接连接到固定叶片的平台区段处。装配是通过沿切线方向延伸的突片的叠层来进行的，因此仅使得环在围绕环的区段中具有非常小的径向位移。波浪形弹簧布置在圆形容置部中，并且波浪形弹簧承受该容置部的分别属于区段和环的径向相反的力，以使环回到恒定的位置，同时阻尼由转子产生的振动。该装置的设计不是为了调整环和环所围绕的转子之间的间隙。

发明内容

本发明以一般形式涉及一种涡轮发动机定子控制阀，该涡轮发动机定子控制阀包括冠部区段和密封环，该冠部区段围绕涡轮发动机的轴线沿周向端部到端部地布置，区段中的每一个区段包括从径向内平台延伸的至少一个固定叶片，该密封环承载由区段的平台围绕的耐磨密封元件，密封环通过滑动连接件连接到平台，其特征在于，每个滑动连接件包括被固定到密封环的第一套筒和被固定到平台中的一个平台的第二套筒，第一套筒和第二套筒通过滑动和而彼此嵌套，并且所述第一套筒和所述第二套筒界定容置部(23)，每个滑动连接件包括弹簧，该弹簧容纳在容置部中，并且每个滑动连接件通过一方面安装在平台中的一个平台上和另一方面安装在密封环上而沿径向方向受到约束。

因此，本发明的结构基于连续密封环的接合存在，该密封环承载耐磨件，控制阀的主要部分由角区段组成。连接环和平台的径向滑动件通过热膨胀差使得环相对于平台能够相对显著的径向偏转，以及由于在内套筒和外套筒之间的小间隙减少了沿其他方向(轴向、切向和倾斜)的偏转。同心度由弹簧保持。由于在本发明中比在其他结构中更减少了在环和平台之间的热传递，这归功于仅由滑动件确保的连接的精细度，环在本发明中比在其他结构中更容易保持在接近转子温度的温度下，并且环的直径可以通过在环的前方穿过的气体的温度独立于叶片区段的径向位置来调节。本发明通过对在耐磨件和刮擦部之间的间隙进行最佳调节(这是可以期望的)以及通过连续环的简单存在来改进密封性，该连续环在连续环的径向内端部处中断控制阀分成区段。

根据各种独立和可选的改进，通常有助于结构的轻巧和紧凑：

-容置部容纳径向定向的杆；

-弹簧是螺旋形的，并且围绕杆旋入；

-杆属于平台，并且包括进入环的相应的腔体并且保持在所述腔体中的径向内自由端部；

-杆的自由端部是螺纹的，并且单独承载螺母，该螺母保持在腔体中；

-滑动件的数量等于区段的数量。

本发明的其他方面是配备有根据上文所述的控制阀的涡轮，以及包括这种涡轮的涡轮发动机。

附图说明

本发明的不同方面、特征和优点将从对以下附图的说明中得到更好的显现，所附附图仅用于说明目的并且完全代表本发明的实施例：

图1是控制阀的总体布置，在设计中，该总体布置缺少了本发明的特征；

图2是本发明的实施例的透视图；

图3是实施例的横截面图；

图4是根据实施例的另一透视图；

图5是控制阀的总体视图。

具体实施方式

图1以纵向截面示出了根据现有技术的涡轮发动机的一部分，该涡轮发动机的一部分包括位于可动叶片2和3的两个冠部之间的控制阀冠部1。控制阀1包括冠部区段4，每个冠部区段包括位于外平台6和外平台7之间的多个固定叶片5，该外平台7也在冠部区段上延伸。外平台6经由上游钩部9和下游钩部10通过组件紧固到定子壳体8上(对于整个说明，上游和下游是相对于在涡轮发动机中流动的气体的总体方向来理解的)。通风装置布置在定子壳体8的外部；该通风装置包括由从涡轮发动机的压缩机中减去的具有流量的新鲜气体流过的管状坡道11，该管状坡道经由钩部9和10与组件大致呈直线延伸，以在管状坡道中通过孔口12吹送新鲜空气，以经由钩部9和10在组件处冷却定子壳体8，并且因此调节定子壳体6的局部热膨胀，从而调节控制阀1的冠部区段4的径向位置。

径向内平台7包括位于径向内平台的径向内端部处的耐磨密封件33，该耐磨密封件被定向成径向向内，并且与刮擦部13形成迷宫式密封件，该刮擦部在径向上彼此面对布置，这取决于可动叶片(诸如可动叶片2和3)的冠部所属于的转子14。在整个说明中，轴向方向X-X和径向方向R-R是参照涡轮发动机延伸所围绕的轴线来考虑的，轴向方向还对应于转子14的旋转轴线。

现在考虑图2至图4。根据本发明的控制阀冠部15的区段与已知实施例的区段的不同之处在于，控制阀冠部15的区段包括径向内平台16，该径向内平台没有建立与转子14的密封所需的耐磨密封件，耐磨层代替属于环18的耐磨密封件17，该环在圆周上是连续的，因此对控制阀冠部区段15通用。环18包括沿径向方向直立在环的径向外表面上的环形内套筒19，环形内套筒的(径向外)自由端部是开放的。内套筒19在沿径向方向直立在平台16的径向内表面上的外套筒20中滑动，外套筒的(径向内)自由端部也是开放的。环18的径向外表面除了承载内套筒19之外，还承载平面外肋部21，该平面外肋部沿控制阀区段15的也是平面的内肋部22延伸。在这里，内肋部22被接合到外套筒20，而这不是必需的。内套筒19可以被设置在平台16上，外套筒20可以被设置在环18上。外套筒和内套筒在环18和平台16上表示成一体，也就是说，外套筒和内套筒例如通过铸造与环和平台同时制造，但也可以将外套筒和内套筒与环和平台分开制造，然后通过焊接或其他方式将外套筒和内套筒与环和平台紧固。

内套筒19和外套筒20限定圆筒形容置部23，径向定向的杆24在圆筒形容置部中延伸，杆由内平台16承载，并且包括螺纹(径向内)自由端部25，螺母26旋紧在该螺纹自由端部上。螺旋弹簧27围绕杆24旋入。内套筒19、外套筒20和弹簧27在控制阀区段15和环18之间形成滑动连接件35，该滑动连接件使得环能够通过收缩或膨胀而沿径向方向移位。每个杆24的螺母26以与腔体有间隙的方式布置在腔体28中，腔体由环18的相互装配的多个部分界定，例如由构成腔体的主要结构的圆筒形箍部29、耐磨件17的部分的沿涡轮发动机的轴向方向彼此相接的两个框架30和31界定。腔体28设置有孔32，以使得螺纹自由端部25和杆24能够向外延伸并且以足够的间隙滑动。

每个杆24的弹簧27在内平台16和环18的圆筒形箍部29之间压缩。该组件使得环18能够获取完全由组件所经受的热膨胀确定的径向位置，这主要是由于围绕组件流通并且通过在耐磨件17前方穿过组件的气体流。实际上，杆24与螺母26和环18之间没有连接，螺母以与腔体有间隙的方式容纳在腔体28中。通过内套筒19在外套筒20中的滑动来以足够的精度确保环18的轴向位置和角位置。因此，环18的径向位置或多或少地独立于控制阀冠部区段15的径向位置，并且不再受通风装置的控制，通风装置的重要性变得不那么重要，甚至可以考虑取消。由于了解在涡轮发动机中流通的气体的可预测温度，可以以足够的精度评估环18的径向位置，以避免在迷宫式密封件中的过度间隙，或相反避免耐磨件17的过早磨损。特别地，通过在内肋部22的位置处覆盖内肋部之间的空隙的一部分来使外肋部21部分地消除源自在控制阀15的冠部区段的内平台16处的间隙的泄漏。

通过有助于结构的轻巧的相对较少并且体积较小的滑动件35将环18连接到平台16，以及仅通过不具有结构作用并且可能是好的平行肋部21和22堵塞环和平台的间隔。

图5示出了完整的控制阀34。在这里，滑动连接件35存在于控制阀冠部区段15中的每一个控制阀冠部区段上，而不需要适当地支撑环。三个滑动件35就足够了；三个至二十个的数量最好，以在运行中促进引导自由膨胀。

螺母26主要用于在装置的装配过程中支撑环18。腔体28足够的宽，以避免螺母26的止挡，而不管环18的可预测的热膨胀。

Claims (9)

1.一种涡轮发动机定子控制阀，所述涡轮发动机定子控制阀包括冠部区段（15）和密封环（18），所述冠部区段围绕涡轮发动机的轴线沿周向端部到端部地布置，所述冠部区段（15）中的每一个冠部区段包括从径向内平台（16）延伸的至少一个固定叶片，所述密封环承载由所述冠部区段（15）的所述径向内平台围绕的耐磨密封元件（17），所述密封环（18）通过滑动连接件（35）连接到所述径向内平台（16），其特征在于，每个滑动连接件（35）包括被固定到所述密封环（18）的第一套筒（19）和被固定到所述径向内平台（16）中的一个径向内平台的第二套筒（20），所述第一套筒和所述第二套筒通过滑动而彼此嵌套，并且所述第一套筒和所述第二套筒界定容置部（23），每个滑动连接件（35）包括弹簧（27），所述弹簧容纳在所述容置部（23）中，并且每个滑动连接件通过一方面安装在所述径向内平台（16）中的一个径向内平台上和另一方面安装在所述密封环（18）上而沿径向方向受到约束。

2.根据权利要求1所述的涡轮发动机定子控制阀，其特征在于，所述冠部区段（15）和所述密封环（18）包括部分，所述部分被构造成沿所述涡轮发动机定子控制阀的径向方向在彼此前方滑动，并且在所述滑动连接件（35）的两侧轴向重叠，所述部分是主要径向定向的肋部（21，22）。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮发动机定子控制阀，其特征在于，所述容置部（23）容纳径向定向的杆（24）。

4.根据权利要求3所述的涡轮发动机定子控制阀，其特征在于，所述弹簧（27）是螺旋形的，并且围绕所述杆（24）旋入。

5.根据权利要求3所述的涡轮发动机定子控制阀，其特征在于，每个杆（24）与所述径向内平台（16）中的相应的一个径向内平台相关联，并且包括径向内自由端部，所述径向内自由端部以与所述密封环（18）的相应的腔体（28）有间隙的方式进入所述相应的腔体（28）中。

6.根据权利要求5所述的涡轮发动机定子控制阀，其特征在于，所述杆（24）中的每一个杆的所述径向内自由端部是螺纹的，并且承载螺母（26），所述螺母保持在相应的腔体（28）中。

7.根据权利要求1或2所述的涡轮发动机定子控制阀，其特征在于，所述滑动连接件（35）的数量等于所述冠部区段（15）的数量。

8.一种涡轮发动机涡轮，其特征在于，所述涡轮发动机涡轮包括根据权利要求1至7中任一项所述的涡轮发动机定子控制阀。

9.一种涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮发动机包括根据权利要求8所述的涡轮发动机涡轮。