CN116888346A - 涡轮密封环 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于涡轮发动机(1)的组件，该组件包括：第一转子(2)，第一转子能围绕涡轮发动机(1)的纵向轴线(X‑X)旋转，第一转子(2)包括第一臂(26)；第二转子(3)，第二转子能围绕纵向轴线(X‑X)旋转并且包括第二臂(36)；第一密封环(4)，第一密封环以纵向轴线(X‑X)为中心，第一密封环被布置在第一臂(26)的径向外部，并且包括固定地安装在第一臂(26)与第二臂(36)之间的第一径向凸缘(40)；以及第二密封环(5)，第二密封环与第一密封环(4)分开，第二密封环以纵向轴线(X‑X)为中心并且布置在第二臂(36)的径向外部，第二密封环(5)包括第一部分(51)以及与第一部分(51)分开的第二部分(52)，第一部分被设计成与第二转子(3)发生接触，第二部分被设计成与第一密封环(4)发生接触。

Description

涡轮密封环

技术领域

本发明涉及涡轮机的涡轮。

更具体地，本发明涉及面向涡轮机涡轮的喷嘴的定子部件布置的密封环。

背景技术

文献FR 3 019 584和FR 3 077 327描述了一种环，该环布置在涡轮机涡轮的两个转子之间，面向涡轮的喷嘴的定子部件，以通过密封环的刮部与喷嘴的耐磨部的配合来确保涡轮的流动路径的不同腔室之间的密封。

该环包括至少一个臂，至少一个臂支承抵靠转子，以防止添加到转子上的叶片的轴向移动(“L”形环)。在一些情况下，环包括两个臂，两个臂中的每一个臂支承抵靠转子中的一个转子(“Y”形环)。在任何情况下，环都以显著的轴向夹紧而安装在一个或多个臂支承抵靠一个或多个转子处。

此外，该环使得空气能够流通，以对一个或多个转子的叶片进行通风。

最后，环的一个或多个臂可以确保一个或多个转子的热保护从而使一个或多个转子免受在流动路径内流通的热空气的影响。

这种环并不能完全令人满意。

实际上，环的轴向夹紧是以使得环的机械强度被破坏的强度来进行的。此外，安装变得更加复杂。

此外，尽管存在这种高强度的轴向夹紧，在一个或多个臂与一个或多个转子之间、在一个或多个臂支承抵靠一个或多个转子处仍然出现了间隙，这破坏了转子叶片的通风回路。

最后，一个或多个臂的热膨胀使环与一个或多个转子之间的连接劣化。

因此，就这个方面而言，需要克服现有技术的至少一个缺点。

发明内容

本发明的一个目的是提高涡轮机的涡轮的密封环的机械强度。

本发明的另一个目的是限制在涡轮叶片的通风回路内的泄漏。

本发明的另一个目的是便于涡轮机的涡轮的密封环的安装。

为此，根据本发明的第一方面，提出了一种用于涡轮机的组件，该组件包括：

-第一转子，第一转子能围绕涡轮机的纵向轴线旋转移动，第一转子包括第一臂，

-第二转子，第二转子能围绕纵向轴线旋转移动并且包括第二臂，

-第一密封环，第一密封环以纵向轴线为中心，第一密封环布置在第一臂的径向外部，并且包括固定地安装在第一臂与第二臂之间的第一径向凸缘，

-第二密封环，第二密封环与第一密封环不同，第二密封环以纵向轴线为中心并且布置在第二臂的径向外部，第二密封环包括第一部分以及与第一部分不同的第二部分，第一部分被构造成与第二转子发生接触，第二部分被构造成与第一密封环发生接触。

在这种组件中，第二密封环的热膨胀对第一密封环的第一径向凸缘的推压程度较小，这提高了第一密封环的机械强度并因此增加了第一密封环的寿命。此外，减少了第一密封环对第一转子的轴向夹紧以及第二密封环对第二转子的轴向夹紧。实际上，与现有技术中已知的单个密封环相比，第一密封环和第二密封环的尺寸减小。这使得一方面能够限制第一密封环与第一转子之间出现间隙，并且另一方面能够限制第二密封环与第二转子之间出现间隙。因此，减少了涡轮叶片的通风回路内的泄漏。此外，轴向夹紧的减少降低了第一密封环和第二密封环内的机械应力，这提高了第一密封环和第二密封环的机械强度，从而延长了第一密封环和第二密封环的寿命。最后，第一密封环的安装和第二密封环的安装以与现有技术中已知的密封环的安装类似的方式进行，这使得能够易于将如上所述的组件集成在现有的涡轮机中。

有利地但可选地，根据本发明的组件包括被单独采用的或被组合采用的以下特征中的至少一个特征：

-第二转子具有第一内轴向表面，第二密封环具有第一外轴向表面，第一外轴向表面被定位成面向第一内轴向表面并且与第一内轴向表面相距一距离，使得第一外轴向表面被构造成在第二密封环热膨胀时与第一内轴向表面发生接触，

-第一密封环具有第二内轴向表面，第二密封环具有第二外轴向表面，第二外轴向表面被定位成面向第二内轴向表面并且与第二内轴向表面相距一距离，使得第二外轴向表面被构造成在第二密封环热膨胀时与第二内轴向表面发生接触，

-第一部分中设置有凹槽，组件还包括布置在凹槽内的密封件，

-第二臂和第二密封环中的一个包括凸耳，第二臂和第二密封环中的另一个包括凹口，凸耳被构造成与凹口配合以防止第二密封环相对于第二转子的周向旋转，

-第二密封环中设置有孔口，以使得流体能够在布置在第二密封环的径向内部的第一腔室与布置在第二密封环的径向外部的第二腔室之间流通，以及

-第二转子包括：

*盘，

*叶片，叶片被添加到盘上，以及

-保持环，保持环被布置在第二转子内并且被构造成防止叶片相对于盘的轴向移动，

第二密封环被构造成与保持环发生接触。

根据本发明的第二方面，提出了一种密封环，该密封环包括第一部分以及与第一部分不同的第二部分，第一部分被构造成与如上所述的组件的第二转子发生接触，第二部分被构造成与如上所述的组件的第一密封环发生接触。

根据本发明的第三方面，提出了一种涡轮区部，该涡轮区部包括如上所述的组件。

根据本发明的第四方面，提出了一种涡轮机，该涡轮机包括如上所述的组件、如上所述的密封环或者如上所述的涡轮区部。

根据本发明的第五方面，提出了一种飞行器，该飞行器包括如上所述的涡轮机。

附图说明

本发明的其它特征、目的以及优点将通过以下描述而显现，以下描述是纯说明性的且非限制性的，并且应该结合附图来阅读，在附图中：

图1是涡轮机的示意性剖视图。

图2是根据本发明的组件的一个示例性实施例的示意性剖视图。

在所有附图中，相似的元件用相同的附图标记表示。

具体实施方式

涡轮机

参照图1，在一个实施例中，涡轮机1具有纵向轴线X-X，并且涡轮机包括风扇10、压缩机区部12、燃烧室14以及涡轮区部16，风扇、压缩机区部、燃烧室以及涡轮区部能够被驱动围绕纵向轴线X-X相对于涡轮机1的壳体18旋转。

在运行中，风扇10吸入空气流，空气流的一部分在被喷射出涡轮机1之前在压缩机区部12内被连续地压缩、在燃烧室14内被点燃、并且在涡轮区部16内膨胀。以这种方式，涡轮机1产生推力。此外，这种推力可以使添加并固定有涡轮机1的飞行器(未示出)受益。

在本文中，上游和下游是相对于在运行中空气流穿过涡轮机1的常规方向来定义的。同样，轴向方向对应于纵向轴线X-X的方向，径向方向是指垂直于该纵向轴线X-X并穿过该纵向轴线的方向，周向方向或切向方向对应于下述曲面闭合线的方向：所述曲面闭合线的所有点与纵向轴线X-X等距。此外，除非另有说明，否则术语“内(或内部)”和“外(或外部)”分别用于表示径向方向，使得元件的内部(即径向内部)或内表面(即径向内表面)比同一元件的外部(即径向外部)或外表面(即径向外表面)更靠近纵向轴线X-X。

涡轮

参照图2，涡轮区部16包括第一转子2，该第一转子能相对于壳体18围绕纵向轴线X-X旋转移动。第一转子2包括第一盘20、第一叶片22以及第一护罩，第一叶片通常通过装配在第一盘20的第一格槽24内而添加到第一盘20上，第一护罩的轴向横截面呈第一臂26的形式在图2中可见，第一臂在第一盘20的上游延伸。

涡轮区部16还包括第二转子3，该第二转子能相对于壳体18围绕纵向轴线X-X旋转移动。第二转子3包括第二盘30、第二叶片32以及第二护罩，第二叶片通常通过装配在第二盘30的第二格槽34内而添加到第二盘30上，第二护罩的轴向横截面呈第二臂36的形式在图2中可见，第二臂36在第二盘30的上游延伸。此外，保持环38有利地布置在第二转子3内，并且保持环被构造成防止第二叶片32相对于第二盘30的轴向移动。

第一臂26优选地例如通过如图2所示的螺栓连接部固定到第二臂36。这种螺栓连接部通常由第一臂26和第二臂36中的每一个的扇形凸缘260、360构成，扇形凸缘260、360在安装期间被布置成面向彼此，然后将螺栓插入到扇形凸缘260、360的孔口中。

此外，在一个实施例中，涡轮区部16包括喷嘴9，喷嘴被布置在第一臂26和第二臂36的径向外部。喷嘴9包括定子90，定子在其内径向端部处包括耐磨部900。

因此，第一叶片22、第二叶片32以及定子90延伸到流动路径160中，在运行中，通过涡轮区部16膨胀的空气在该流动路径内流通。

密封环

参照图2，在第一臂26的径向外部布置有以纵向轴线X-X为中心的第一密封环4。第一密封环4包括第一径向凸缘40，第一径向凸缘通常通过呈与第一臂26的扇形凸缘260和第二臂36的扇形凸缘360相同的形式进行扇形化而固定安装在第一臂26与第二臂36之间，从而接合在螺栓连接部中。在一个实施例中，第一密封环4还包括密封刮部400，密封刮部径向向外延伸，以能够与定子90的耐磨部900配合。因此，空气不能从位于耐磨部900的上游处的第一腔室1601流通到位于耐磨部900的下游处的第二腔室1602。

与第一密封环4不同的且以纵向轴线X-X为中心的第二密封环5被布置在第二臂36的径向外部。术语“不同”是指第一密封环4和第二密封环5不是一体式的。因此，与现有技术中已知的一体式Y形环不同，在图2中示出的组件中，第一密封环4与第二密封环5分离，使得第一径向凸缘40径向向外偏置的程度较小。这大大增加了螺栓连接部的孔口和扇形部的寿命。在任何情况下，第二密封环5还用作第二臂36的隔热罩，以保护第二臂免受在第一腔室1601内流通的空气的热量的影响。

如由在图2中可见的虚线箭头所示出的，由第一转子2、第一密封环4、第二转子3以及第二密封环5形成的组件限定出通风回路，被配置成对第一叶片22和第二叶片32进行冷却的空气在该通风回路内流通。

如图2所示，第二密封环5包括第一部分51，第一部分被构造成与第二转子3发生接触，优选地与保持环38发生接触。因此，第二密封环5的向上游的轴向夹紧分布在第二转子3上。此外，第二密封环5包括与第一部分51不同的第二部分52，第二部分被构造成与第一密封环4发生接触。术语“不同”是指第一部分51被构造成不与第一密封环4发生接触，或者第二部分52被构造成不与第二转子3发生接触。因此，第一密封环4和第二转子3用作第二密封环5的轴向邻接部。

在图2中可见的一个实施例中，第二转子3具有第一内轴向表面301，第二密封环5具有第一外轴向表面501，第一外轴向表面被定位成面向第一内轴向表面301并且与第一内轴向表面相距一距离，使得第一外轴向表面501被构造成在第二密封环5的热膨胀(优选地，径向热膨胀)期间与第一内轴向表面301发生接触。典型地，如图2所示，第二格槽34的径向内底部向下游延伸以形成第一内轴向表面301。

在一个实施例中，第一密封环4具有第二内轴向表面401，第二密封环5具有第二外轴向表面502，第二外轴向表面被定位成面向第二内轴向表面201并且与第二内轴向表面相距一距离，使得第二外轴向表面502被构造成在第二密封环5的热膨胀(优选地，径向热膨胀)期间与第二内轴向表面201发生接触。典型地，如图2所示，第一密封环4包括轴向凸缘41，轴向凸缘向上游延伸以形成第二内轴向表面201。

因此，有利地，可以在第二密封环5的上游和下游处设置径向间隙，径向间隙分别对应于将第一外轴向表面501与第一内轴向表面301分隔开的空间以及将第二外轴向表面502与第二内轴向表面201分隔开的空间。因此，第二密封环5分别与第二转子3和第一密封环4之间的径向接触是精确的。更具体地，仅当第二密封环5达到第二密封环径向向外膨胀的这种热量时才会发生第二密封环分别与第二转子和第一密封环之间的径向接触。由于仅当第二密封环5在轴向凸缘41处与第一密封环4发生径向接触时，第一径向凸缘40才被径向向外推压，因此，第一径向凸缘40径向向外偏置的程度较小。这大大增加了螺栓连接部的孔口和扇形部的寿命。此外，第二格槽34的底部和轴向凸缘41用作第二密封环5的径向邻接部。

在一个实施例中，第二臂36和第二密封环5中的一个包括凸耳7，第二臂36和第二密封环5中的另一个包括凹口8。凸耳7被构造成与凹口8配合以防止第二密封环5相对于第二转子3的周向旋转。凸耳7和凹口8的配合用作第二密封环5的切向邻接部。可以提供全部围绕纵向轴线X-X分布的多个凸耳7和多个凹口8以分布机械应力。

在一个实施例中，密封环的第一部分51中设置有凹槽510。此外，密封件6被布置在凹槽510内。密封件6和第二转子3的配合使得能够在第二转子3与第二密封环5之间出现轴向间隙(尽管在安装期间实施了夹紧)的情况下限制通风回路内的泄漏。

在一个实施例中，第二密封环5中设置有孔口50，以使得流体能够在布置在第二密封环5的径向内部的第三腔室1603与布置在第二密封环5的径向外部的第一腔室1601之间流通。这使得能够加大第一腔室1601中的增压，以抵抗来自流动路径160的空气的流通，从而缓解密封刮部和耐磨部900的压力。优选地，多个孔口50例如通过全部围绕纵向轴线X-X周向地分布而设置在第二密封环5中。

Claims (10)

1.一种用于涡轮机(1)的组件，所述组件包括：

-第一转子(2)，所述第一转子能围绕所述涡轮机(1)的纵向轴线(X-X)旋转移动，所述第一转子(2)包括第一臂(26)，

-第二转子(3)，所述第二转子能围绕所述纵向轴线(X-X)旋转移动并且包括第二臂(36)，

-第一密封环(4)，所述第一密封环以所述纵向轴线(X-X)为中心，所述第一密封环布置在所述第一臂(26)的径向外部，并且包括固定地安装在所述第一臂(26)与所述第二臂(36)之间的第一径向凸缘(40)，

-第二密封环(5)，所述第二密封环与所述第一密封环(4)不同，所述第二密封环以所述纵向轴线(X-X)为中心并且布置在所述第二臂(36)的径向外部，所述第二密封环(5)包括第一部分(51)以及与所述第一部分(51)不同的第二部分(52)，所述第一部分被构造成与所述第二转子(3)发生接触，所述第二部分被构造成与所述第一密封环(4)发生接触，

其中，所述第一密封环(4)具有第二内轴向表面(401)，所述第二密封环(5)具有第二外轴向表面(502)，所述第二外轴向表面被定位成面向所述第二内轴向表面(401)并且与所述第二内轴向表面相距一距离，使得所述第二外轴向表面(502)被构造成在所述第二密封环(5)热膨胀时与所述第二内轴向表面(401)发生接触。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第二转子(3)具有第一内轴向表面(301)，所述第二密封环(5)具有第一外轴向表面(501)，所述第一外轴向表面被定位成面向所述第一内轴向表面(301)并且与所述第一内轴向表面相距一距离，使得所述第一外轴向表面(501)被构造成在所述第二密封环(5)热膨胀时与所述第一内轴向表面(301)发生接触。

3.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述第一部分(51)中设置有凹槽(510)，所述组件还包括布置在所述凹槽(510)内的密封件(6)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中，所述第二臂(36)和所述第二密封环(5)中的一个包括凸耳(7)，所述第二臂(36)和所述第二密封环(5)中的另一个包括凹口(8)，所述凸耳(7)被构造成与所述凹口(8)配合以防止所述第二密封环(5)相对于所述第二转子(3)的周向旋转。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的组件，其中，所述第二密封环(5)中设置有孔口(50)，以使得流体能够在布置在所述第二密封环(5)的径向内部的第一腔室(1603)与布置在所述第二密封环(5)的径向外部的第二腔室(1601)之间流通。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的组件，其中，所述第二转子(3)包括：

-盘(30)，

-叶片(32)，所述叶片被连接到所述盘(30)，以及

-保持环(38)，所述保持环被布置在所述第二转子(3)内并且被构造成防止所述叶片(32)相对于所述盘(30)的轴向移动，

所述第二密封环(5)被构造成与所述保持环(38)发生接触。

7.一种密封环(5)，所述密封环包括第一部分(51)以及与所述第一部分(51)不同的第二部分(52)，所述第一部分被构造成与根据权利要求1至6中任一项所述的组件的第二转子(3)发生接触，所述第二部分被构造成与根据权利要求1至6中任一项所述的组件的第一密封环(4)发生接触。

8.一种涡轮区部(16)，所述涡轮区部包括根据权利要求1至6中任一项所述的组件。

9.一种涡轮机(1)，所述涡轮机包括根据权利要求1至6中任一项所述的组件、根据权利要求7所述的密封环(5)或者根据权利要求8所述的涡轮区部(16)。

10.一种飞行器，所述飞行器包括根据权利要求9所述的涡轮机(1)。