專利名稱：用于在具有后燃室的渦輪機(jī)噴嘴入口處密封輔助流的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)具有較低稀釋率且裝有后燃室的航空用渦輪機(jī)的主翼進(jìn)行冷卻的問題。
背景技術(shù)：
更確切地說，本發(fā)明涉及一種航空用渦輪機(jī)，在渦輪下游，其包括通過至少一個(gè)噴嘴延伸的后燃室，所述后燃室通過放在殼體內(nèi)的熱保護(hù)襯板徑向限定，所述殼體和所述襯板一起限定出環(huán)形通道，在工作時(shí)，所述環(huán)形通道中流動(dòng)著輔助流體，固定在所述殼體上的環(huán)形隔膜被布置在所述通道的下游端，所述噴嘴包括鉸接到所述殼體上游端的多個(gè)翼片，每個(gè)翼片內(nèi)側(cè)面裝有熱保護(hù)板，所述熱保護(hù)板與所述翼片共同作用，以形成一個(gè)通路，將所述隔膜傳送的冷空氣供給到所述通路中。
現(xiàn)代軍用發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，渦輪出口溫度總是較高，因而導(dǎo)致在后燃模式工作時(shí)，噴嘴翼片處的溫度也總是較高，目前已達(dá)到常規(guī)材料的最大溫度極限。為了使翼片有適當(dāng)?shù)膲勖?，有必要使它們的溫度保持在該極限溫度之下。
翼片溫度的增加還會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)固體部分的紅外信號(hào)增強(qiáng)，為確保飛機(jī)適當(dāng)保持安全，或使它更安全，也有必要降低該溫度。
在熱保護(hù)襯板下游使用輔助空氣流是一種避免能量損失的方法，以通過對(duì)流來冷卻噴嘴翼片。
但是，該流體在后燃室靜止部分和噴嘴移動(dòng)部分之間的輸送必須以盡可能密封的方式進(jìn)行。
美國專利No.4 645 217揭示了一種設(shè)置在后燃室殼體和支撐翼片的可軸向移動(dòng)圓柱套筒之間的柔性密封墊片。在套筒上滑動(dòng)且固定到殼體上的該墊片由兩塊疊加板和能耐高溫的織物構(gòu)成，所述板具有交替的軸向狹槽，所述織物夾在兩板之間。放在兩個(gè)連續(xù)狹槽間的一個(gè)板的部分的端部被彎曲到另一個(gè)板的邊緣上以封閉所述織物。該文獻(xiàn)中并沒有教示出該類墊片可以在靜止環(huán)形部分和鉸接到所述部分上的一組翼片之間提供滿意的密封。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種如引言中所述的渦輪機(jī)，其中，可以消除輔助空氣的泄漏，特別是朝著外側(cè)，在環(huán)形通道和翼片的通路之間的泄漏，從而避免降低發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
此目的是這樣實(shí)現(xiàn)的供給到所述通路的冷空氣由環(huán)形導(dǎo)管來提供，所述導(dǎo)管由第一柔性環(huán)形墊片在外側(cè)上和由第二柔性環(huán)形墊片在內(nèi)側(cè)面上限定出，在工作時(shí)，在輔助流的壓力推動(dòng)下，所述第一柔性環(huán)形墊片保持與殼體下游內(nèi)側(cè)面和翼片上游內(nèi)側(cè)面的滑動(dòng)接觸并受壓，第二柔性環(huán)形墊片上游端固定到隔膜的徑向內(nèi)部區(qū)，其下游端受壓與保護(hù)板的上游內(nèi)側(cè)面的滑動(dòng)接觸。
這樣，在工作時(shí)，在輔助流的壓力推動(dòng)下，第一墊片被保持住以便滑動(dòng)壓靠著殼體的下游內(nèi)側(cè)面和翼片的上游內(nèi)側(cè)面，從而防止冷輔助流泄漏到外面。第一墊片的定位自然取決于翼片的角度定位，并取決于各部件之間任何可能的膨脹差異。
為了在隔膜和熱保護(hù)板間產(chǎn)生密封，優(yōu)選在兩部分間設(shè)置第三柔性環(huán)形墊片，所述第三墊片被保持在上游抵靠所述隔膜，其下游端滑動(dòng)壓靠所述保護(hù)襯墊。
每一環(huán)形墊片由多個(gè)區(qū)段構(gòu)成，每一所述區(qū)段包括兩個(gè)疊加的板，所述板連在一起且在周向偏移，以使兩相鄰區(qū)段的邊重疊，每一板在下游具有多個(gè)軸向的狹槽，狹槽由另一板來封閉。
所述狹槽延伸過所述墊片的至少一半的軸向長度，且所述區(qū)段的板由焊接或釬焊粘合在一起。
墊片的這些不同布置為墊片壁提供了良好的密封和理想的硬度。
所述隔膜由槽鋼環(huán)構(gòu)成，所述槽鋼環(huán)的凸緣向上游延伸，所述槽鋼環(huán)的腹板包括有孔，徑向外凸緣通過裝置固定到殼體上，在所述凸緣和所述殼體之間留有環(huán)形溝道，所述第一墊片的上游端容納在所述溝道中，且具有間隙。
這種布置可確保工作時(shí)上游端在輔助流的壓力推動(dòng)下被保持住。
反之，所述第二墊片的上游端通過將所述支撐板固定到所述凸緣上的鉚釘夾持在支撐板和徑向內(nèi)凸緣的徑向內(nèi)側(cè)面之間。
所述第三墊片的上游端由鉚釘固定到所述支撐板的徑向內(nèi)側(cè)面，且所述鉚釘具有滑動(dòng)壓靠在所述保護(hù)襯墊的外側(cè)面的鉚釘頭。
根據(jù)本發(fā)明的另一特性，每個(gè)熱保護(hù)板由一個(gè)單緊固裝置固定到相關(guān)翼片上，在繞所述緊固裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，所述翼片和所述板被防止通過軸向滑道和導(dǎo)軌系統(tǒng)彼此相對(duì)移動(dòng)，所述保護(hù)板在其上游端和其徑向內(nèi)側(cè)面上具有一個(gè)軸向凸起的表面，通過在噴嘴整個(gè)環(huán)形工作范圍內(nèi)與第二墊片的下游端相接觸來提供密封。


在閱讀下面通過實(shí)例并參考附圖給出的說明后，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將更加明顯，其中圖1是在包括有本發(fā)明渦輪機(jī)軸的平面上的半剖圖，示出了后燃室的后部和與后燃室對(duì)齊放置的漸縮-漸擴(kuò)噴嘴。
圖2為放大圖，示出了輔助流環(huán)形通道的上游部分和噴嘴的下游部分，以及這兩部分之間柔性墊片的布置。
圖3A-3C是墊片區(qū)段的透視圖。
圖4是沿圖3的IV-IV線上的剖面，顯示了一個(gè)墊片區(qū)段。
圖5為用于對(duì)翼片進(jìn)行熱保護(hù)的板的仰視圖。
圖6為熱保護(hù)板的外側(cè)面視圖。
圖7為從里面看時(shí)，一組主翼片的噴嘴的視圖。
圖8為沿圖7中VIII-VIII線觀察時(shí)，一組主翼片的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1和圖2示出了包含有軸線X的一種航空用渦輪機(jī)的后部1，由熱保護(hù)襯板3徑向限定出的后燃室2位于渦輪的下游且在圖中未示出，襯板本身放置在環(huán)形殼體內(nèi)。在殼體4和襯板3之間限定出環(huán)形通道5，環(huán)形通道5中流動(dòng)著輔助流體F，且在通道下游端具有固定到殼體4上的隔膜6。
在后燃室2下游設(shè)置有軸向?qū)ΨQ的噴嘴7。
此噴嘴7特別包括多個(gè)與從動(dòng)翼片9相交替的主動(dòng)翼片8(見圖7和圖8)，翼片在內(nèi)側(cè)面上具有熱保護(hù)板10，翼片8、9和保護(hù)板之間限定出通路11，用于容納由隔膜6傳送的冷空氣，以在熱保護(hù)板10下游形成保護(hù)流。
翼片8和9在其上游端鉸接到臂12上，臂12固定到殼體4上，且它們由例如驅(qū)動(dòng)器13來驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器13軸向移動(dòng)一個(gè)控制環(huán)14，控制環(huán)14在被控翼片8的外側(cè)面上設(shè)有輪子15，輪子15和凸輪表面16共同作用。在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可用其他裝置來驅(qū)動(dòng)主翼片8和9。
在圖1中，可以看出，在主翼片8和9下游，噴嘴7包括輔助翼片20的第二環(huán)，以形成漸縮-漸擴(kuò)噴嘴。但是本發(fā)明也可以使用只是漸縮的噴嘴。
從圖2中可以更清楚地看出，隔膜6由顛倒90度的槽鋼環(huán)構(gòu)成，所述槽鋼環(huán)具有向上游軸向延伸進(jìn)通道5中的凸緣21和22，且具有徑向延伸的腹板23，此腹板具有供輔助流F穿過的孔24。
固定裝置26將徑向外凸緣21固定在殼體4上，中間插有墊圈或簧片形式的墊片25，從而在凸緣21和殼體4間在墊片下游限定出環(huán)形溝道27。
但是，如下所述，徑向內(nèi)凸緣22被布置在離熱保護(hù)襯板3的下游端3a很遠(yuǎn)的位置，以使各柔性密封墊片固定到此位置。
上述限定出的溝道27被設(shè)計(jì)成容納第一柔性環(huán)形密封墊片30的上游部分30a，且?guī)в锌障?。墊片下游部分30b通常為向下游漸縮的圓錐形，端部30c滑動(dòng)支撐在翼片8、9的圓形上游部8a上。
可以觀察到，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，在環(huán)形通道5中流動(dòng)的輔助流F的壓力作用下，第一墊片30一定程度上可軸向移動(dòng)，移動(dòng)幅度取決于其硬度。
這種布置可以確保第一墊片30的上游部分30a以正向壓靠在殼體4的內(nèi)側(cè)面，并且，在噴嘴7的整個(gè)角度工作范圍內(nèi)，確保第一墊片30下游端30c以正向壓靠翼片8和9上游內(nèi)表面。因此第一墊片30作用在噴嘴7的鉸鏈上，以在輔助流F和外側(cè)之間提供密封。
通過使多個(gè)鉚釘60穿過在墊片40和50上游端、凸緣22的上游端和夾在第二墊片40和第三墊片50間的環(huán)形支撐板61中形成的孔，從而使隔膜6的徑向內(nèi)凸緣22夾持第二柔性環(huán)形墊片40的上游端40a和第三柔性環(huán)形墊片50的上游端50a。鉚釘60具有鉚釘頭62，鉚釘頭滑動(dòng)支撐著熱保護(hù)襯板3的外側(cè)面，他們?cè)谒鲆r板3的最大軸向膨脹過程中像滑板一樣起作用，他們?cè)诤笕际业母鞣N操作模式中還用于對(duì)中。
第二墊片40的上游端40a夾在支撐板61和凸緣22的徑向內(nèi)表面之間。優(yōu)選地，墊圈63圍繞著鉚釘60，墊圈63被夾在支撐板61和凸緣22之間，以在這兩部分之間產(chǎn)生溝道，第二墊片40的上游端40a插在此溝道中，所述上游端40a具有與墊片圈63共同作用的切口，以將第二墊片40在周向精確定位。
第二墊片40還具有下游部分40b，其為向下游漸縮的圓錐狀，且具有下游端40c，此下游端40c抵靠在熱保護(hù)板10的上游內(nèi)側(cè)面。
第三墊片50的上游端50a固定在鉚釘60上，且第三墊片的下游端50c滑動(dòng)支撐壓靠著熱保護(hù)襯墊3的外側(cè)面。第三墊片50的作用是保證隔膜6和熱保護(hù)襯墊3之間的密封。
圖3和4示出了墊片30、40和50中每一個(gè)墊片的構(gòu)造。
如圖3A到3C和圖4中所示，每一墊片由多個(gè)沿周向局部重疊的區(qū)段70構(gòu)成。通過將兩塊周向偏離一定距離的金屬板71和72疊加而形成每個(gè)區(qū)段70，所述距離對(duì)應(yīng)于兩相鄰區(qū)段70的重疊距離。每一板71和72通過壓力成形，然后在其軸向長度的基本一半上切割產(chǎn)生軸向切口73。此后用于形成區(qū)段70的兩個(gè)板71和72被疊加，且具有周向偏移，以使這些板中的任一個(gè)中的狹槽73與其他板中的狹槽周向交替。且他們最好通過焊接或釬焊剛性粘合在一起。但是，各個(gè)區(qū)段70并未粘合在一起，這樣，如果區(qū)段磨損，就很容易更換。
為了在翼片8和9的整個(gè)操作角度范圍內(nèi)的都能得到密封，在第二墊片40和翼片8和9的熱保護(hù)板10中，熱保護(hù)板10在其與第二墊片40的下游端40c接觸的表面80處都具有合適的形狀。
如圖5和6所示，對(duì)于每塊板10，表面80沿軸向凸出，并沿周向稍微凹陷。
每個(gè)熱保護(hù)板10通過一個(gè)單固定點(diǎn)，例如通過埋在保護(hù)板10的凹槽82中的螺釘81固定在相應(yīng)的翼片8或9上。螺釘放在所述板的中心下游部分，構(gòu)成了靜止橋，所述板10可圍著此橋自由膨脹。為了橫向和徑向固定它，在其外側(cè)面上設(shè)有軸向?qū)к?3，導(dǎo)軌83與設(shè)在相應(yīng)翼片8或9的內(nèi)側(cè)面上的滑道共同作用。
權(quán)利要求
1.一種航空用渦輪機(jī)，在渦輪下游，其包括通過至少一個(gè)噴嘴(7)延伸的后燃室(2)，所述后燃室通過放在殼體(4)內(nèi)的熱保護(hù)襯板(3)徑向限定，所述殼體和所述襯板一起限定出環(huán)形通道(5)，在工作時(shí)，所述環(huán)形通道中流動(dòng)著輔助流體，固定在所述殼體(4)上的環(huán)形隔膜(6)被布置在所述通道(5)的下游端，所述噴嘴(7)包括鉸接到所述殼體(4)上游端的多個(gè)翼片(8)，每個(gè)翼片內(nèi)側(cè)面裝有熱保護(hù)板(10)，所述熱保護(hù)板與所述翼片共同作用，以形成一個(gè)通路(11)，將所述隔膜(6)傳送的冷空氣供給到所述通路(11)中；其特征在于，供給到所述通路(11)的冷空氣由環(huán)形導(dǎo)管來提供，所述導(dǎo)管由第一柔性環(huán)形墊片(30)在外側(cè)上和由第二柔性環(huán)形墊片(40)在內(nèi)側(cè)面上限定出，在工作時(shí)，在輔助流的壓力推動(dòng)下，所述第一柔性環(huán)形墊片(30)保持與殼體(4)下游內(nèi)側(cè)面和翼片(8)上游內(nèi)側(cè)面的滑動(dòng)接觸并受壓，第二柔性環(huán)形墊片(40)上游端(40a)固定到隔膜(6)的徑向內(nèi)部區(qū)，其下游端(40c)受壓與保護(hù)板(10)的上游內(nèi)側(cè)面的滑動(dòng)接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，還包括第三柔性環(huán)形墊片(50)，其用于在隔膜(6)和熱保護(hù)襯板(3)間產(chǎn)生密封，所述第三墊片被保持在上游抵靠所述隔膜(6)，其下游端(50c)滑動(dòng)壓靠所述保護(hù)襯墊(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦輪機(jī)，其特征在于，每一環(huán)形墊片由多個(gè)區(qū)段(70)構(gòu)成，每一區(qū)段包括兩個(gè)疊加的板(71、72)，所述板(71、72)連在一起且在周向偏移，以使兩相鄰區(qū)段的邊重疊，每一板在下游具有多個(gè)軸向的狹槽(73)，狹槽由另一板來封閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述狹槽(73)延伸過所述墊片的至少一半的軸向長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述區(qū)段(70)的板(71、72)通過焊接或釬焊連接在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述隔膜(6)由槽鋼環(huán)構(gòu)成，所述槽鋼環(huán)的凸緣(21、22)向上游延伸，所述槽鋼環(huán)的腹板(23)包括有孔(24)，徑向外凸緣(21)通過裝置固定到殼體(4)上，在所述凸緣和所述殼體之間留有環(huán)形溝道(27)，所述第一墊片(30)的上游端(30a)容納在所述溝道(27)中，且具有間隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述第二墊片(40)的上游端(40a)通過將所述支撐板(61)固定到所述凸緣(22)上的鉚釘(60)夾持在支撐板(61)和徑向內(nèi)凸緣(22)的徑向內(nèi)側(cè)面之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求2和7所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述第三墊片(50)的上游端(50a)由所述鉚釘(60)固定到所述支撐板(61)的徑向內(nèi)側(cè)面。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述鉚釘(60)具有滑動(dòng)壓靠在所述保護(hù)襯墊(3)外側(cè)面的鉚釘頭(62)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其特征在于，每個(gè)熱保護(hù)板(10)由一個(gè)單緊固裝置(81)固定到相關(guān)翼片上，在繞所述緊固裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，所述翼片(8)和所述板(10)被防止通過軸向滑道和導(dǎo)軌系統(tǒng)(83)彼此相對(duì)移動(dòng)，所述保護(hù)板(10)在其上游端和其徑向內(nèi)側(cè)面上具有一個(gè)軸向凸起的表面(80)，通過在噴嘴(7)整個(gè)環(huán)形工作范圍內(nèi)與第二墊片(40)的下游端(40c)相接觸來提供密封。
全文摘要
一種航空用渦輪機(jī)，其包括通過至少一個(gè)噴嘴(7)延伸的后燃室(2)，所述噴嘴包括鉸接到殼體上游端的多個(gè)翼片(8)，每個(gè)翼片內(nèi)側(cè)面裝有熱保護(hù)板(10)，所述熱保護(hù)板與所述翼片共同作用，以形成一個(gè)通路(11)，將所述隔膜傳送的冷空氣供給到所述通路中。其特征在于，供給到所述通路的冷空氣由環(huán)形導(dǎo)管來提供，所述導(dǎo)管由第一柔性環(huán)形墊片(30)在外側(cè)上和由第二柔性環(huán)形墊片(40)在內(nèi)側(cè)面上限定出，在工作時(shí)，在輔助流的壓力推動(dòng)下，所述第一柔性環(huán)形墊片保持與殼體下游內(nèi)側(cè)面和翼片上游內(nèi)側(cè)面的滑動(dòng)接觸并受壓，第二柔性環(huán)形墊片上游端(40a)固定到隔膜的徑向內(nèi)部區(qū)，其下游端(40c)受壓與保護(hù)板的上游內(nèi)側(cè)面的滑動(dòng)接觸。
文檔編號(hào)F02C7/28GK1573054SQ200410047579
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月27日
發(fā)明者居伊·拉佩爾格, 紀(jì)堯姆·塞維, 雅克·羅什 申請(qǐng)人:Snecma發(fā)動(dòng)機(jī)公司