專利名稱：為改善葉尖間隙而在殼體上使用的成套隔離片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及渦輪領域，特別涉及一種移動渦輪葉片葉尖和殼體之間間隙控制裝置。
背景技術：
燃氣渦輪發(fā)動機通常包括一個單級或多級壓氣機、 一個ii燒室和單個或多個渦
輪級。壓氣才;ui接到渦輪上，向燃燒室掛共空氣，所產生的熱燃氣被引向渦輪，目 的是提取氣體能量。壓氣機和渦輪轉子沿其圓周都裝有成套葉片，所述葉片在環(huán)形 定子部件內，與發(fā)動機軸線成直角轉動，這些定子部件構成了葉片固定環(huán)，相對于 葉片固定環(huán)而形成了一個工作間隙。這個間隙需要足夠大，這樣就不會形成摩擦， 否則會導致活動部件轉動緩優(yōu)，但是這個間隙需要控制，以便防止一定數量的流體 從成套葉片的工作表面流失。因此，為了確?？赡苓_到的最高效率，控制這個間隙 是非常重要的。
本發(fā)明涉及至i鵬輪電機的工作間隙，特別涉及到位于燃燒室臨近下游的轉子。 在一個多轉子發(fā)動機中，也就是說，發(fā)動機是由兩個或多個一通常不超an個一獨 立軸組成，這就是高壓轉子。
葉尖處的徑向間隙是轉子和定子之間各個徑向熱機械動作形成的結果。圖i是 燃氣渦輪發(fā)動機i的軸向半剖面圖，從高壓渦輪區(qū)看去。渦輪轉子3包括一個轉子 盤31,提《將葉片33,這些葉片分布在轉子盤輪緣的周圍，并橫向安裝在中央軸上。
轉子位于與燃燒室7相通的噴嘴導葉級5的下游，此處圖中只能看到導葉級的下部。 殼體9是由通過凸緣相連接的幾個殼體環(huán)組成。燃燒室殼體91和高壓渦輪殼體96 不同。兩個殼體都魏過凸纟線置95來固定。殼體支撐在燃燒室的各個部分，即上 游5和下游15噴嘴導葉和葉片固定環(huán)13的支架11。
這樣，下面幾種類型的動作就最終導致了葉尖33和葉片固定環(huán)11之間出現徑
向間隙
一隨著溫度的變化，各種材料的膨脹產生的熱位移；
一作用到轉動部件上的離心力的變化和壓力的變化產生的機械位移。
轉子盤、葉片和定子部件都會受到機械位移和熱位移。
在發(fā)動機的各種工作階段，由于這些位移并不總是出現在同一方向上，所以， 徑向間隙的出現總是恒定的。特別是，轉子和定子并不呈現相等幅度的位移，也不 具有相同的熱響應時間。
圖2示出了因為發(fā)動機,隨著時間的推移所出現的變化，轉子R和定子S分
別出現的位移變化情況。為此，可以看出瞬間間隙A的縮小要大于在熱穩(wěn)定后獲得 的間隙B?？梢岳斫忾g隙的縮小程度就是轉子位移量減去定子位移量的幅度。人們
都知道在實際使用中采用了由通風機構組成的間隙控制裝置，目的是控制各個部分 的熱膨脹。在一、二個點上控制箭Ji將通風空氣從壓氣機引出。如上所述，安裝一 個間p雜制裝置，盡可能將高壓渦輪葉片的葉尖間隙降低，增加發(fā)動機的性能。通
常，這個由全權限數子電子控制機構來管理，在英語中，通常稱之為FADEC。這 就是說，溫度和空氣流量的控制信息被送到相關的定子構件，從而對定子的熱位移 產生作用。
對于某些發(fā)動機來說，人們一直試圖不用這些有效的間隙控制手段。在這種情 況下，葉尖的間隙是這樣設定的，即在發(fā)動機壽命期間葉片最大磨損不超過發(fā)動機 的性能。這個最大磨損是根據發(fā)動機壽命期間所觀察到的最大收縮間隙決定的并建 立在定子和轉子的位移基礎上。這個最大收縮量通常在所屬技術領域被稱之為臨界 重復突變的循環(huán)期間可觀察到。這種循環(huán)從穩(wěn)定的最大功率運,度，降低速度到 短期低空轉，然后再在短時間內加速到最大功率。
在這個循環(huán)期間，間隙的收縮很大，其原因如下
—由于^是在發(fā)動機最大功率時穩(wěn)定，在工作速度向慢速的快速變化是由于 這個轉子的巨大質量引起時，轉子盤熱膨脹產生的位移很小，保證了較長時間的熱
一定子構件同樣是在最大功率運魏度時穩(wěn)定，所以其質量較小，因此，熱響 應的時間更快。
—旦立即再次加速到全油門工作速度時，轉子還沒有以慢速達到穩(wěn)定，這是由 于其熱響應時間較長的緣故。相反，定子可能已經到達了慢速工作狀態(tài)，因此，此
時出現間隙收縮，葉尖間隙較小。
由于加鵬的原因，轉子盤經厲了一個離A翁移，導致暫時出現額,間隙收縮。 因為葉尖與葉片固定環(huán)的接觸，這種額外間隙收縮的結果就會造成部件的磨損。
因此，可以看出，相對于轉子的熱響應而言，殼體的熱響應更快，間隙的收縮 就更多，在再次加速期間，葉尖磨損就更大。
發(fā)明專利內容
本發(fā)明的第一個目的是尋求一個解決這個問題的方法。
另一個目的是尋求一個不會涉及現有結構重大改動的解決方案，而且實施成本 不高。
根據本發(fā)明，燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪定子包括一個渦輪殼體、 一個渦輪葉片固 定環(huán)和一個將葉片固定環(huán)連接到殼體的固定環(huán)支架，該渦輪定子的特征在于所述 支架提供有一個構件，該構件形成了渦輪一側的一個熱防護層。
因此，解決方案包括，使用熱防護層延纟纖燒室氣流中熱燃氣離的影響，從 而增加定子的熱響應時間。這個解決方案經過驗證，說明非常有效，且相當有利。 此外，它還可以通過使用相對簡單的方式來實施。
這樣，根據本發(fā)明的另一個特性，構成熱防護層的構件包括一個薄板，它構成 了相對于支架表面的一個空間。作為一種,方案，所述空間形成了一個氣體不會 掃過的盲空腔。根據另一個實施例，所述空間包括一個隔熱材料。
本發(fā)明特別應用于一種定子，所述定子的支架的一側包括一個徑向凸緣，可固 定到渦輪殼體上，在支架的另一側，包括一個機構，可固定葉片固定環(huán)的部件。支 架可以很方便地構成一個截頭圓錐體整體形狀的隔斷壁，而將葉片固定環(huán)部件緊固 用的機構包括兩個徑向凸緣，將葉片固定環(huán)的部件夾在兩者中間。
根據本發(fā)明的一個具體實施例，構成熱防護層的構件包括一個固定在兩個徑向 凸緣之間的第一薄板。該構件還包括一個第二薄板，該薄板軸向位于葉片固定環(huán)部 件固定機構和將支架固定到殼體的徑向凸緣之間。


下面結合附圖并參照一個實施例來介紹本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于所述實施 例。附圖如下
圖l為一張軸向半剖面圖，示出了燃氣渦輪發(fā)動機部分一個示例，所示部分位 于燃燒室臨近下游的高壓渦輪部分；
圖2示出了形成工作間隙的轉子葉尖和定子構件的位移D情況；
圖3是一張放大圖，更詳細地示出了渦輪殼體部分，所述渦輪帶有一個構成熱 防護層的部件。
具體實施例方式
圖3示出了一個葉片固定環(huán)13在殼體9內安裝的放大詳圖，其中具體體現了本
發(fā)明所提出的解決方案。根據該示例，葉片固定環(huán)支架ll由一個金屬隔斷壁組成， 諸如一種環(huán)形隔斷壁，該隔斷壁實際上呈整體截頭圓錐體形狀，其軸線與發(fā)動機軸 線一致。此處所示支架形成了一個整體構件，但是，也可以由幾個環(huán)纟媳形體組成，
所述環(huán)狀扇形體連接在一起形成一個環(huán)形整體。支架11包括徑向凸緣11a和1化， 用來固定構成高壓渦輪葉片固定環(huán)的部件13。本發(fā)明所提出的固定方式是一種1fM 接合形式。對于上游固定來講，面向燃燒室，構件13的背部形狀呈一個軸向開口 槽13a，該槽與徑向凸緣1化的軸向折回部分11b1相嚙合。構件13的下游固定也 通過一個槽13b，該槽的外邊緣與凸緣11a的軸向折回部分11a1相抵，并通過卡 箍17固定到位。
上游噴嘴導葉5通過螺栓固定到徑向凸緣11b上。
支架11本身經由徑向橫向凸緣"c安裝在渦輪殼體93上。該凸緣插入凸i^ 置95內，后者將殼體9的各^件連接在一起。支架11并不具有任何有效的間隙 控制，也不具有實現這種控制的任何通風機構。
根據本發(fā)明，熱防護層已經安裝在支架11的內表面上，即面向發(fā)動機燃氣流的 一面上。熱防護層的特點是，包括了一個第一薄板，該薄板與兩個徑向凸緣11a和 11b之間的支架隔斷壁11相并行。這個薄板可以通過焊接、釬焊、螺絲緊固或任何 其它方式固定到支架上。薄板21與隔斷壁11相距較遠，從而形成了一個腔室21a。 該腔室雌盲腔室，即腔室內的氣體不會循環(huán)。例如，可以是一^M閉腔室。這樣， 氣體的緩沖構成了一個隔熱質量。然而，如果合適，該腔室可以包含另一種隔熱材 料。第二薄板采用同樣的方式固定到凸緣"b的上游，即隔斷壁11的內表面上， 與隔斷壁形成一定的距離。采用焊接、釬焊、螺絲緊固或任何其它方式固定到隔斷 壁上，并與隔斷壁11形成了一個盲腔室22a。該盲腔室內所含的質量從而形成了一
種隔熱層。
支架11是用一種與薄板21和22相同材料制成。在穩(wěn)定速度運行時，葉尖33 和固定環(huán)13之間的間隙是固定的，是一個確定值。該間隙是移動和靜止部件所承 受機械和熱產生變形之間進行平衡后形成的結果。在瞬態(tài)情況下，這個平衡是恒定 的。如上所述，特別是在臨界重復突變的情況下，在轉速快速下降的過程中，傳動
流的氣體穩(wěn)定下降。因為熱防護層，與已有技術設置的響應時間相比，對支架^J^ 下降的響應時間減慢了。這就是說，在突然加速或隨后的突然減速這種重復突變期 間，由于離心力增加，轉子的徑向位移不會與葉片固定環(huán)的部件產生干擾。葉尖和 葉片固定環(huán)部件之間不會出現接觸?？梢园l(fā)現，不論是葉尖摩擦帶還是構件的耐磨 表面都不會出現磨損。
試驗結果表明，該解決方案是有效的，發(fā)動機效率得到改善。此外，固定板材 也不是特別昂貴?？傊摻鉀Q方案經濟有效。
權利要求
1.一種燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪定子，包括一個渦輪殼體，一個渦輪葉片固定環(huán)和一個將固定環(huán)連接到殼體的固定環(huán)支架，其特征在于支架提供有構成熱防護層的構件，后者位于渦輪一側，另外，支架還包括一個僅在其一側的徑向凸緣，通過該凸緣，支架固定到渦輪殼體上。
2. 根據權利要求1所述的定子，其特征在于構成熱防護層的構件包括一個薄板， 形成了相對于支架表面的一個空間。
3. 根據權禾腰求2所述的定子，其特征在于戶艦空間構成了一個燃氣不會掃過的 盲腔室。
4. 根據權利要求2或3所述的定子，其特征在于所述空間包含一個隔熱材料。
5. 根據權利要求1，2，3或4所述的定子，其特征在于所述支架在所述徑向凸緣的對面一側有一個緊固葉片固定環(huán)構件的機構。
6. 根據權利要求5所述的定子，其特征在于所述支架呈截頭圓錐體隔斷壁形式。
7. 根據權利要求5所述的定子，其特征在于所述葉片固定環(huán)構件的固定機構包括 兩個徑向凸緣，將構件夾在兩者之間。
8. 根據前面權禾腰求戶腿的定子，其特征在于構成熱防護層的構件包括兩個徑向 凸緣之間固定的第一薄板。
9. 根據前面權利要求所述的定子，其特征在于構成熱防護層的構件包括一個軸向 位于葉片固定環(huán)構件緊固機構和將支架固定到殼體的徑向凸緣之間的第二薄板。
10. —種渦輪發(fā)動機，所述發(fā)動機包括了根據上述權利要求中任一權利要求所述的 渦輪定子。
全文摘要
本發(fā)明涉及為改善葉尖間隙而在殼體上使用的成套隔離片，燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪定子包括一個渦輪殼體(9)，一個渦輪葉片固定環(huán)(13)和一個將固定環(huán)(13)連接到殼體(9)上的葉片固定環(huán)支架(11)。在所述定子中，支架(11)配備有一個可形成熱防護層的構件，該防護層位于渦輪一側。這個解決方案可以減小瞬態(tài)工作時的間隙縮小。
文檔編號F01D9/00GK101178016SQ200710151308
公開日2008年5月14日 申請日期2007年9月24日 優(yōu)先權日2006年9月22日
發(fā)明者溫森特·菲利波 申請人:斯奈克瑪