CN116018448A

CN116018448A - 包括热屏蔽箔片的用于涡轮发动机的涡轮

Info

Publication number: CN116018448A
Application number: CN202180054468.7A
Authority: CN
Inventors: 弗兰克·戴维·博伊斯诺特; 佛罗伦特·皮埃尔·安东尼·吕诺; 阿克塞尔·西尔万·罗伊克·托马斯
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2023-04-25
Also published as: US20230250732A1; US11965426B2; WO2022049338A1; EP4208626A1; FR3113923B1; FR3113923A1

Abstract

用于涡轮发动机(100)的涡轮(12)，围绕主轴线(X‑X)延伸，并且包括：‑壳体(4)，该壳体包括环形的钩部(38)，‑可动地安装的叶轮(16)，‑环(30)，该环沿主轴线(X‑X)的径向方向与叶轮相对地延伸，‑喷嘴(14)，该喷嘴包括设置有平台(11)的叶片，平台通过扰流板(22，24)径向向外延伸，扰流板(22，24)径向地安装在钩部(38)上，以及‑箔片(40)，每片箔片具有沿轴线的周向方向的压型槽形状，箔片沿周向方向连续地延伸，每片箔片(40)在扰流板(22，24)和钩部(38)之间延伸。涡轮包括止动件(162)，以防止箔片(40)沿周向方向移动。每片箔片(40)包括突起(162)，该突起被布置成以与另一个相邻的箔片(40)的另一个突起(162)相对的方式周向地延伸。

Description

包括热屏蔽箔片的用于涡轮发动机的涡轮

技术领域

本发明涉及涡轮机，特别地涉及飞行器涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机。

背景技术

文献FR-3 084 103公开了一种形成飞行器涡轮喷气发动机的涡轮机。该涡轮机是双轴涡轮机，包括风扇、低压压缩机、高压压缩机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮。低压涡轮包括多个连续级，每个级包括下游喷嘴和上游叶轮。按照惯例，在本申请中，术语“上游”和“下游”是相对于气体在涡轮中的流通方向而限定的。每个喷嘴包括径向内同轴环形平台和径向外同轴环形平台，叶片在径向内同轴环形平台和径向外同轴环形平台之间延伸。喷嘴附接到涡轮的外部壳体。外平台在外平台的上游端部处包括两个凸缘，这两个凸缘在朝向上游开口的环形凹槽的两侧上延伸，形成配备有夹具的扰流板。这组喷嘴形成发动机的固定部分，称为“定子”。

不同的叶轮连接到驱动轴，以形成涡轮的转子。每个叶轮在环内旋转，该环也附接到外部壳体。该环由环扇区形成，每个环扇区在内部带有耐磨材料块，该耐磨材料块能够与布置在转子的叶片的周缘处的环形刮片摩擦配合。壳体的下游环形钩部(形成轨道)以及环扇区的下游边缘保持在扰流板中。

抗磨箔片被布置在环形钩部和喷嘴之间。箔片各自具有沿轴线的周向方向的压型(profilée)形状，并且沿该方向连续地延伸。每片箔片通过插入在一方面扰流板与另一方面钩部和环的边缘之间而容纳在扰流板中。这些箔片具有热保护和抗磨功能(抗磨功能涉及限制喷嘴与壳体钩部之间的磨损)。

实际上，民用发动机发展的结果是提高了民用发动机的工作温度，以改善民用发动机的性能。然而，对叶轮的顶部处的间隙的精度需求要求良好地控制壳体的钩部的移位，从而确保喷嘴的固定。为此，寻求确保壳体钩部(或轨道)保持相对较冷，因此确保尽可能地将壳体钩部(或轨道)与相对较热的喷嘴扰流板隔离，喷嘴扰流板的温度接近空气动力学流路的温度。箔片使得能够限制壳体钩部和喷嘴扰流板之间的热传导。此外，箔片还涉及通过保护喷嘴扰流板不受穿过环扇区之间的空气流的影响来限制喷嘴扰流板的温度。

然而，可能会出现箔片沿周向方向相互重叠的问题。这个问题可能会出现在将箔片安装在涡轮机中期间，特别是在盲目地安装箔片或者箔片快速被另一个部件覆盖的情况下。由于涡轮机内的振动或热变化，这个问题还可能在运转期间出现。

本发明的一个目的是避免箔片的相互重叠。

发明内容

为此，根据本发明，提供了一种用于涡轮机的涡轮，该涡轮围绕主轴线延伸，并且该涡轮包括：

-壳体，该壳体包括环形的钩部，

-可动地安装的叶轮，

-环，该环沿主轴线的径向方向面向叶轮延伸，

-喷嘴，该喷嘴包括设置有平台的叶片，平台通过扰流板径向向外延伸，扰流板径向地安装在钩部上，以及

-箔片，每片箔片具有沿轴线的周向方向的通道状的压型形状，箔片沿周向方向连续地延伸，每片箔片在扰流板和钩部之间延伸，

涡轮包括止动件，以防止箔片沿周向方向移位。

这些避免箔片相互重叠的装置可以采取多种形式。

可以设置，每片箔片包括凸起或凹陷，该凸起或凹陷被构造成限制箔片沿周向方向的移位。

因此，通常可以设置，每片箔片包括能够形成这些装置的突起或凹部。

根据本发明，每片箔片包括突起，该突起被布置成面向另一个周向相邻的箔片的另一个突起周向地延伸。

因此，突起可以彼此支承抵靠，以防止箔片在安装期间或在运转期间重叠。因此，在这里，箔片可以直接地彼此支承抵靠。

可以设置，每片箔片的突起的数量至少为两个，每片箔片的所述突起从箔片的周向端部突出。

还可以设置，在每片箔片上，在与箔片中的另一个箔片相邻的至少一个边缘上，突起的数量至少为两个。

在一个实施例中，在每片箔片上，突起中的至少一个突起沿径向方向延伸。

可以设置，突起是圆形的。

在一个替代实施方式中，环包括指状部，该指状部穿过喷嘴的扰流板，每片箔片具有至少一个凹部，该至少一个凹部能够周向地支承抵靠指状部中的一个指状部。指状部阻挡环相对于喷嘴的周向旋转。因此，这次，箔片不是彼此支承抵靠的，而是支承抵靠环。利用已经与指状部相关联的防旋转功能来防止箔片的重叠。

可以设置，凹部从箔片的周向端部延伸。

因此，该凹部很容易制作，特别是通过切割制作。

有利地，每片箔片包括两个凹部，每个凹部延伸到箔片的相对的周向端部。

可以设置，环由沿周向方向连续地布置的环扇区形成，并且环通过环扇区的周向接合区域成对地分开，箔片也通过箔片的接合区域沿周向彼此成对地分开，箔片的接合区域相对于环扇区的周向接合区域沿周向方向偏移。

因此，通过进一步增加气体必须流过环扇区的路径，进一步限制环扇区之间的气体泄漏。

根据本发明，还可以提供一种涡轮机，诸如飞行器涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机，该涡轮机包括至少一个根据本发明的涡轮。

附图说明

现在将通过支持附图的非限制性示例来描述本发明的两个实施例，在附图中：

-图1是本发明的第一实施例中的涡轮机的轴向截面的半总视图和该半总视图的细节放大图，

-图2是图1的涡轮机的箔片的局部透视图，

-图3是带有细节放大图的该实施例中的涡轮机的局部透视图，

-图4、图5和图6是与前面的视图类似的视图，示出了本发明的第二实施例，以及

-图7是示出了该第二实施例的涡轮机在其安装步骤期间的局部透视图。

具体实施方式

将参照图1至图3描述本发明的第一实施例。

这是形成双轴涡轮机的飞行器涡轮喷气发动机100，该飞行器涡轮喷气发动机从上游到下游包括风扇2、低压压缩机4、高压压缩机6、燃烧室8、高压涡轮10和低压涡轮12。涡轮机具有主轴线X-X，该主轴线作为转子相对于定子旋转的轴线。

低压涡轮12包括多个连续级，每个级包括下游喷嘴14和上游叶轮16。这组喷嘴14属于发动机的形成定子的固定部分，该定子还包括外部壳体20。

每个喷嘴14包括彼此同轴的径向内环形平台和径向外环形平台18，径向的或基本径向的叶片在径向内环形平台和径向外环形平台之间相对于轴线X-X延伸，叶片在平台的整个圆周上均匀地间隔开。喷嘴14径向向外地附接到外部壳体20。

为此，外环形平台18在该外环形平台的上游端部处包括径向外凸缘(或指状部)22和径向内凸缘(或指状部)24，该径向外凸缘(或指状部)和径向内凸缘(或指状部)均向上游延伸。这两个凸缘在它们之间限定朝向上游开口的环形凹槽26。这两个凸缘形成扰流板，该扰流板配备有夹具，从而呈现出两个爪或钳口。

每个叶轮16包括圆盘，该圆盘在圆盘的外周缘处带有径向的或基本径向的叶片28，不同叶轮的圆盘通过合适的装置彼此同轴地连接并且连接到驱动轴，以形成涡轮的转子。

叶轮16在环30内旋转。该环由多个环扇区32形成，这些环扇区沿轴线的周向方向以圆的形式延伸，并且沿相同的方向端对端地布置。这些环扇区各自在内部带有耐磨材料块34。这些块能够与环形刮片摩擦配合，该环形刮片被布置在转子的每个叶片28的径向外周缘处。

环扇区附接到外部壳体20。为此，每个环扇区32在环扇区的下游端部处包括径向向外开口的环形凹槽扇区。凹槽扇区共同形成环形凹槽36，外部壳体的下游钩部38被接合在该环形凹槽中，从而确保环30固定在壳体上。钩部具有环形轨道的压型形状。

环扇区32的下游端部和钩部38沿径向方向(也就是说，在图1中从底部到顶部和从顶部到底部)由外平台18的内凸缘24和外凸缘26保持。该夹具沿径向方向挤压钩部38和环30，并且将钩部和环保持在扰流板的凹槽26中。夹具将环抵靠壳体钩部安装。

涡轮机还包括抗磨箔片40。箔片40各自具有通道状的形状，沿轴线X-X的周向方向成形。这些箔片沿该方向连续地延伸。以这种方式，正如环扇区32一样，这些箔片形成围绕该轴线旋转对称的组件。

这里的箔片彼此相同。如在图1中可见，每片箔片40具有通道的形状，并且包括与轴线X-X垂直的平坦底部52、径向外圆柱形壁54和径向内圆柱形壁56。每片箔片被布置在凹槽26中，使得箔片的外壁54与外指状部22的径向内部面接触，并且箔片的内壁56与内指状部24的径向外部面接触。因此，如图1所示，每片箔片的径向截面具有不对称“U”形的整体形状，正如扰流板的凹槽26的形状一样。每片箔片40通过插入在一方面扰流板22、24与另一方面环30的边缘和钩部38之间而在扰流板22、24中延伸。每片箔片在扰流板的整个夹具上径向地延伸，即在夹具的外指状部22上和在夹具的内指状部24上径向地延伸。

箔片40具有从涡轮向外弯曲的径向外端部58，使得该径向外端部在径向外指状部22的上游面的前面延伸。箔片还具有从涡轮向内弯曲的径向内端部60，该径向内端部面向径向内指状部24的上游面延伸。这些端部58、60确保箔片的轴向阻挡。因此，箔片的截面的两个自由端部形成两个相应的唇缘，这两个相应的唇缘从凹槽中伸出并且沿彼此相反的方向弯曲，一个唇缘沿轴线方向弯曲，另一个唇缘沿与轴线相反的方向弯曲。

如在图2和图3中看到，涡轮包括止动件162，以防止箔片40相对于彼此沿周向方向移位。

在该实施例中，在每片箔片40上存在突起或凸耳162，该突起或凸耳形成止动件，并且被布置成使得两个周向相邻的箔片的突起面向彼此延伸。突起162从箔片的每个纵向端部边缘64突出，该纵向端部边缘面向周向相邻的箔片40。这里的突起具有半圆盘的形状，但诸如矩形或正方形的其他形状也是可能的。突起162在这里被折叠以沿相对于箔片的局部平面和相对于周向方向倾斜的平面延伸。因此，每个突起162从箔片的一个面突出。

在本示例中，在每片箔片40上，在与箔片中的另一个箔片相邻的每个边缘64上有两个突起162。此外，在这种情况下，在每个边缘上，突起162中的一个突起朝向轴线和上游定向，使得该突起是径向的，而另一个突起朝向下游定向。第一个突起从箔片的位于底部52和外壁54之间的壁延伸。第二个突起从底部52延伸。

每片箔片40相对于穿过箔片中心的径向平面对称。以这种方式，箔片的朝向轴线定向的突起162直接地面向相邻箔片的具有相同取向的突起。因此，在安装或运转期间，箔片的朝向轴线定向的突起可以抵靠相邻箔片的具有相同取向的突起，以防止两个相邻的箔片相互重叠。这同样适用于沿下游方向定向的突起。

在安装期间，止动件162形成用于使箔片相对于彼此周向地定位的装置。在运转中，止动件防止每片箔片40相对于其他箔片围绕涡轮的轴线旋转。

可以看到，环30由沿周向方向连续地布置的扇区32形成。这些扇区通过扇区的接合区域67彼此分开。类似地，箔片40通过箔片的接合区域66彼此分开。这些接合区域相对于扇区的接合区域67沿周向方向偏移。换言之，这两组的接合不是重合的。以这种方式，为了更好地隔离，在气体穿过环扇区32之间然后穿过箔片40之间期间，增加压降。

在本示例中，每片箔片40由薄片金属(例如厚度小于1mm)制成，这给予箔片一定的弹性。箔片可以由特别耐磨损和耐热应力的合金(诸如钴基和/或镍基合金)制成。

由于箔片的存在，壳体的钩部或轨道38保持相对较冷，并且尽可能地与喷嘴的扰流板隔离，喷嘴的扰流板的温度接近空气动力学流路的温度。箔片40使得能够限制这些部件之间的热传导。此外，箔片通过保护喷嘴的扰流板不受穿过环扇区之间的空气流的影响来限制喷嘴的扰流板的温度。箔片40的底部52确实构成了气体的密封屏障，气体不能在密封环的下游端部和喷嘴的凹槽26之间流动。

该实施例特别适用于以下构型：环30不具有与相对的喷嘴直接配合的防旋转装置。

现在将参照图4至图7描述本发明的第二实施例。不再描述的涡轮机200的特征与第一实施例的特征相同。

这次，环30包括指状部68，该指状部沿轴向方向朝向下游穿透到喷嘴14的容置部中，如果有必要的话，该指状部沿周向方向支承抵靠喷嘴。指状部68沿周向方向分布在环上。例如，指状部具有沿径向方向变平的压型形状，指状部在与轴线垂直的平面内具有矩形形状的截面。但可以设想其他的形状。

每片箔片40具有两个凹部262，每个凹部能够沿周向方向支承抵靠指状部68中的一个指状部。在该示例中，每个凹部262从箔片的相应的纵向端部边缘64延伸，该相应的纵向端部边缘64面向相邻箔片的类似边缘64定位。每片箔片上的凹部262的数量为两个，这两个凹部沿箔片的相对边缘延伸。这里的凹部被设置在箔片的底部52中。同样，每片箔片相对于径向于穿过箔片中心的轴线的平面对称。

如在图5中看到，周向相邻的箔片的两个凹部或凹口262共同形成矩形的容置部，该矩形的容置部使得环的相应指状部68能够穿过，如图6所示。指状部和凹部确保在将箔片安装在涡轮机中期间箔片的良好定位。在运转期间，指状部通过沿周向方向形成止动件来防止箔片沿周向方向的重叠。

在两个实施例中，安装可以按以下方式进行。假设喷嘴14也被分成多个扇区，这些扇区沿周向方向彼此相接并且数量等于箔片40的数量。设置箔片与相应的喷嘴扇区相关联。因此，可以将每片箔片安装成与对应的喷嘴扇区接触，然后将由此构成的每个子组件单独安装在涡轮机中。然后，箔片确保喷嘴扇区沿周向方向的良好相互定位。如果这些子组件在涡轮机中盲目地组装，也就是说，在喷嘴从操作者的视野中隐藏已经安装的环30和在其安装期间不可见的箔片40的构型中，本发明使得能够不发生沿周向方向的重叠，也不发生损坏。对于第二实施例，这是在图7的构型中的情况，在图7中喷嘴14以透明的方式示出，以示出箔片40和环30。

箔片40的防旋转功能在运转中也是有用的，以避免在喷嘴的轻微切向移位的影响下发生沿周向方向的任何重叠。

当然，在不脱离本发明的范围的情况下，可对本发明进行多种修改。

除了箔片之外，涡轮机还可以包括其他隔热和密封装置。

防止箔片沿周向方向重叠的止动件可以采取不同于上面实施例中所呈现的形式的其他形式。可以改变止动件在每片箔片上的数量和布置。

可以组合上面已经详细描述的两个实施例。

Claims

1.一种用于涡轮机(100；200)的涡轮(12)，所述涡轮围绕主轴线(X-X)延伸，并且所述涡轮包括：

-壳体(4)，所述壳体包括环形的钩部(38)，

-可动地安装(16)的叶轮(16)，

-环(30)，所述环沿所述主轴线(X-X)的径向方向面向所述叶轮(16)延伸，

-喷嘴(14)，所述喷嘴包括设置有平台(18)的叶片，所述平台(18)通过扰流板(22，24)径向向外延伸，所述扰流板(22，24)径向地安装在所述壳体(4)的所述钩部(38)上，以及

-箔片(40)，每片箔片具有沿轴线的周向方向的通道状的压型形状，所述箔片(40)沿周向方向连续地延伸，每片箔片(40)在所述扰流板(22，24)和所述钩部(38)之间延伸，所述涡轮包括止动件(162；262)，以防止所述箔片(40)沿周向方向移位，

其中，每片箔片(40)包括突起(162)，所述突起被布置成面向另一个周向相邻的箔片(40)的另一个突起(162)周向地延伸。

2.根据前一项权利要求所述的涡轮，其中，每片箔片包括凸起(162)或凹陷(262)，所述凸起或所述凹陷被构造成限制所述箔片沿周向方向的移位。

3.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮，其中，每片箔片(40)的所述突起(162)的数量至少为两个，每片箔片(40)的所述突起(162)从所述箔片(40)的周向端部突出。

4.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮，其中，在每片箔片(40)上，所述突起(162)中的至少一个突起沿径向方向延伸。

5.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮，其中，所述突起(162)是圆形的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮，其中，所述环(30)包括指状部(68)，所述指状部穿过所述喷嘴(14)的所述扰流板(22，24)，每片箔片(40)具有至少一个凹部(262)，所述至少一个凹部能够周向地支承抵靠所述指状部(68)中的一个指状部。

7.根据权利要求6所述的涡轮，其中，所述凹部(262)从所述箔片(40)的周向端部(64)延伸。

8.根据权利要求6或7所述的涡轮，其中，每片箔片(40)包括两个凹部(262)，每个凹部(262)延伸到所述箔片(40)的相对的周向端部(64)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮，其中，所述环(30)由沿周向方向连续地布置的环扇区形成，并且所述环通过所述环扇区的周向接合区域(67)成对地分开，所述箔片(40)也通过所述箔片(40)的接合区域(66)沿周向彼此成对地分开，所述箔片(40)的所述接合区域(66)相对于所述环扇区的所述周向接合区域(67)沿周向方向偏移。

10.一种涡轮机，诸如飞行器涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机(100；200)，所述涡轮机包括至少一个根据前述权利要求中至少任一项所述的涡轮(12)。