專利名稱：具有對(duì)在高壓壓縮機(jī)的輸出端取樣的冷卻空氣流的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的改良的裝置的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙軸渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，更具體地，本發(fā)明涉及對(duì)這些渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓縮機(jī)和高壓渦輪的組件進(jìn)行通風(fēng)和冷卻。更具體地，本發(fā)明涉及對(duì)在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓縮機(jī)的輸出端取樣的冷卻空氣流的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
背景技術(shù)：
雙軸渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括設(shè)置于燃燒室輸出端的高壓渦輪，其用于從燃燒室排放的主氣流中取得能量，驅(qū)動(dòng)位于燃燒室上游并為所述燃燒室提供壓縮空氣的高壓壓縮機(jī)。這些渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括設(shè)置于高壓渦輪下游的低壓渦輪，其用于從主氣流中取得多余能量，驅(qū)動(dòng)設(shè)置于高壓壓縮機(jī)上游的低壓壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)。這些渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓縮機(jī)可以包括具有葉輪的下游離心級(jí)。這些渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪通常包括由多個(gè)位于燃燒室輸出端的靜態(tài)葉片形成的分配器，以及安裝于分配器下游并由燃燒室排放的氣體流驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的帶葉片的盤。高壓渦輪的帶葉片的盤和高壓壓縮機(jī)的葉輪互相連接，成為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子的一部分，由此渦輪的盤能夠以公知的方式驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的葉輪旋轉(zhuǎn)。高壓壓縮機(jī)的葉輪的下游表面通常由在所述壓縮機(jī)的輸出端取樣的空氣流冷卻， 該空氣流的流量通過(guò)迷宮式密封裝置的旋轉(zhuǎn)部分和靜態(tài)部分之間的互動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，該迷宮式密封裝置將第一環(huán)形腔與第二環(huán)形腔隔開(kāi)，所述第一環(huán)形腔特別由葉輪的下游表面限定，所述第二環(huán)形腔中流通有對(duì)高壓渦輪的盤的葉片進(jìn)行冷卻的冷卻空氣流，以及用于提供給排氣腔以限制高壓渦輪的分配器和帶葉片的盤之間的主氣流泄露風(fēng)險(xiǎn)的空氣流。但是，在某些這樣的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，葉輪的冷卻空氣流的流量可能要高于確保冷卻所需的流量。特別地，這可能是由于上述迷宮式密封裝置的旋轉(zhuǎn)部分和靜態(tài)部分之間的過(guò)度互動(dòng)所造成的，特別地，這種過(guò)度互動(dòng)可能發(fā)生于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的工作率發(fā)生改變的過(guò)程中。由此，高壓壓縮機(jī)所輸送的氣流的一部分在主氣流中被無(wú)意義地取樣，這極大地降低了這些渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。此外，葉輪的冷卻空氣流在到達(dá)第二環(huán)形腔時(shí)要比高壓渦輪的盤的葉片的冷卻空氣流更熱。上述兩個(gè)氣流的混合導(dǎo)致葉片的冷卻空氣流的溫度升高，這種升高是有害的，并且葉輪的冷卻空氣的流量越大，所述危害就越大。

發(fā)明內(nèi)容
特別地，本發(fā)明的目的為提供解決這些問(wèn)題的簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)且有效的方案。特別地，本發(fā)明的目的為將渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的高壓壓縮機(jī)的葉輪的下游側(cè)翼的冷卻空氣流的流量降低至標(biāo)稱值。
為此，本發(fā)明提出一種雙軸渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括-高壓轉(zhuǎn)子，該高壓轉(zhuǎn)子包括所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓縮機(jī)的葉輪，以及所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪的帶葉片的盤；-在所述高壓壓縮機(jī)和所述高壓渦輪之間軸向安裝的燃燒室；-兩個(gè)共軸壁，所述兩個(gè)共軸壁之間限定有環(huán)形空氣噴射通道，該環(huán)形空氣噴射通道連接至所述燃燒室的環(huán)形旁路空間，并對(duì)用于對(duì)所述高壓渦輪的所述帶葉片的盤的葉片進(jìn)行冷卻的冷卻空氣流進(jìn)行加速，該冷卻空氣流來(lái)自于所述燃燒室的所述環(huán)形旁路空間；-第一迷宮式密封裝置，其包括靜態(tài)部分以及旋轉(zhuǎn)部分，所述靜態(tài)部分牢固連接至限定所述噴射通道的所述壁中的第一壁，所述旋轉(zhuǎn)部分由所述高壓轉(zhuǎn)子的盤支撐，并包括向所述靜態(tài)部分突出的至少兩個(gè)環(huán)形肋；-第二迷宮式密封裝置，其包括靜態(tài)部分以及旋轉(zhuǎn)部分，所述靜態(tài)部分牢固連接至限定所述噴射通道的所述壁中的第二壁，所述旋轉(zhuǎn)部分牢固連接至所述第一迷宮式密封裝置的所述旋轉(zhuǎn)部分；-環(huán)形凸緣，該環(huán)形凸緣安裝于所述高壓渦輪的所述帶葉片的盤的上游側(cè)翼的對(duì)面，并與所述上游側(cè)翼一起限定所述帶葉片的盤的葉片的冷卻回路的第一上游部分；-第一環(huán)形腔，所述第一環(huán)形腔由所述葉輪的下游側(cè)翼，所述燃燒室的內(nèi)殼，限定所述噴射通道的所述第一壁，所述第一迷宮式密封裝置，以及環(huán)形壁限定，所述環(huán)形壁軸向延伸，以將所述葉輪連接至支撐所述第一迷宮式密封裝置的所述旋轉(zhuǎn)部分的所述盤；-第二環(huán)形腔，所述噴射通道通向該第二環(huán)形腔，所述第二環(huán)形腔由所述第一迷宮式密封裝置，所述第二迷宮式密封裝置以及環(huán)形壁限定，所述環(huán)形壁連接所述第一迷宮式密封裝置和第二迷宮式密封裝置的各自的所述旋轉(zhuǎn)部分，并且所述環(huán)形壁中形成開(kāi)口，這些開(kāi)口使所述第二腔與所述高壓渦輪的所述帶葉片的盤的葉片的所述冷卻回路連通；-第三環(huán)形腔，該第三環(huán)形腔與用于流動(dòng)所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的主氣流的通道連通，并至少由所述第二迷宮式密封裝置和所述環(huán)形凸緣限定；所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括多個(gè)通道，以噴射來(lái)自所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的所述噴射通道的空氣，所述多個(gè)通道形成于所述第一迷宮式密封裝置的所述靜態(tài)部分中，并顯現(xiàn)在由所述第一迷宮式密封裝置的所述旋轉(zhuǎn)部分的兩個(gè)肋所限定的環(huán)形腔中。在上述兩個(gè)肋所限定的環(huán)形腔中，通過(guò)第一迷宮式密封裝置的旋轉(zhuǎn)部分和靜態(tài)部分之間的空氣噴射，能夠減少，甚至可能抵消在第一和第二環(huán)形腔之間流通并在第一密封裝置的旋轉(zhuǎn)部分和靜態(tài)部分之間穿過(guò)的空氣流。在特定情況下，高壓壓縮機(jī)的葉輪的下游側(cè)翼的冷卻空氣流(例如，該冷卻空氣流在所述壓縮機(jī)的輸出端取樣)在第一腔中以大體上從上游到下游的方向流通，并通過(guò)第一迷宮式密封裝置離開(kāi)該第一腔，由此，本發(fā)明能夠降低葉輪的冷卻空氣流的流量，并由此降低在高壓壓縮機(jī)的輸出端取樣的空氣的量。特別地，這樣能夠改善渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，并降低在葉片的冷卻回路中流通并來(lái)自于第二腔中的混合氣流的空氣流的溫度，所述混合氣流包括相對(duì)較冷并來(lái)自噴射通道的葉片的冷卻空氣流，以及相對(duì)較熱并來(lái)自第一腔的葉輪的冷卻空氣流。以公知的方式，環(huán)形噴射通道優(yōu)選地包括鰭片，這些鰭片是傾斜的，以降低葉片的冷卻空氣流相對(duì)于高壓轉(zhuǎn)子的相對(duì)切向速度。
有益地，上述通道中的每一個(gè)連接至噴射通道的內(nèi)部部分，相對(duì)于葉片的冷卻空氣流的流動(dòng)，該內(nèi)部部分位于上述鰭片的各自的下游末端的上游。由此，進(jìn)入這些通道的空氣的壓力要高于噴射通道的輸出端的空氣的壓力。在上述的特定情況中，這些通道的輸出端處的空氣的壓力可以基本上等于，或可能大于第一迷宮式密封裝置的上游末端附近的葉輪的冷卻空氣流的壓力。通常，這個(gè)壓力實(shí)際上大于噴射通道的輸出端處的葉片的冷卻空氣流的壓力。通常，這些通道的輸出端處的空氣的壓力實(shí)質(zhì)上決定于這些通道和噴射通道之間的連接部的位置，相對(duì)于噴射通道中的葉片的冷卻空氣流的流動(dòng)，所述連接部或多或少地位于上游或下游。以公知的方式，相對(duì)于葉片的冷卻空氣流的流動(dòng)，限定環(huán)形噴射通道的共軸旋轉(zhuǎn)壁中的每一個(gè)包括基本上錐形的上游部分，和基本上徑向的下游部分。特別地，這可以減小渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向體積。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括用于連通第一環(huán)形腔和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的第四環(huán)形腔的裝置，高壓渦輪的帶葉片的盤的轂在該第四環(huán)形腔中延伸。這樣就可以在第一和第四環(huán)形腔之間建立空氣流通，由此通過(guò)第一迷宮式密封裝置進(jìn)一步減少，甚至完全抵消第一腔和第二腔之間的空氣流通。在第四環(huán)形腔中，來(lái)自第一腔的空氣可以朝下游方向流通，同時(shí)確保對(duì)高壓渦輪的盤的轂的通風(fēng)，該轂在所述第四腔中延伸。然后，該空氣可以與在高壓壓縮機(jī)的上游級(jí)中取樣并用于對(duì)盤的轂進(jìn)行通風(fēng)的空氣流混合在一起。在從第一腔向第四腔流通的空氣流來(lái)自于上述高壓壓縮機(jī)的葉輪的冷卻流的情況下，該空氣流的優(yōu)勢(shì)為在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的工作率的變化過(guò)程中，其溫度變化比任何在高壓壓縮機(jī)的上游取樣的空氣流的溫度變化更快。特別是由于這個(gè)原因，通過(guò)使用來(lái)自第二環(huán)形腔，并可以與在高壓壓縮機(jī)的上游取樣的空氣流混合的空氣流對(duì)上述盤的轂進(jìn)行通風(fēng)， 能夠降低高壓渦輪的轉(zhuǎn)子和定子之間的差異膨脹水平。上述連通裝置優(yōu)選地包括通道，這些通道形成于高壓轉(zhuǎn)子的盤的上游表面和環(huán)形凸緣的下游表面之間，所述盤對(duì)第一迷宮式密封裝置的旋轉(zhuǎn)部分進(jìn)行支撐，所述環(huán)形凸緣設(shè)置于將高壓壓縮機(jī)的葉輪連接至所述盤的壁的下游末端。舉例來(lái)說(shuō)，這些通道可以由槽形成，這些槽形成于上述凸緣的下游表面，或形成于上述盤的上游表面。


通過(guò)閱讀以下提供的作為非限制性實(shí)施例，并參考附圖所進(jìn)行的描述，可以更好地理解本發(fā)明，以及本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)，優(yōu)點(diǎn)和特征。圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向截面的局部視圖；圖2為圖1所示渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的更大尺寸視圖；圖3為圖1所示渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的局部透視圖，包括軸向截平面；圖4類似于圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
具體實(shí)施例方式圖1至圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的一部分，具體來(lái)說(shuō)，該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以特別為飛機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)。如圖1所示，沿著氣體在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的方向，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10從上游到下游依次包括高壓壓縮機(jī)12，環(huán)形燃燒室14，及高壓渦輪16，這些部件在圖1中部分可見(jiàn)。高壓壓縮機(jī)在其下游末端包括用于向燃燒室14提供壓縮氣體的離心葉輪18。壓縮機(jī)還可以包括其他旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，例如，設(shè)置于葉輪18上游的帶葉片的盤(圖1中不可見(jiàn))。高壓渦輪包括上游分配器級(jí)20和下游轉(zhuǎn)子級(jí)22。后者(即，下游轉(zhuǎn)子級(jí)2 包括支撐葉片沈的可旋轉(zhuǎn)盤M，這些葉片沈在由燃燒室14排放的燃燒氣體流27中延伸，所述燃燒氣體流通常被稱為主氣流。葉片26從上述氣體流中提取機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)葉輪18和高壓壓縮機(jī)12的任何其他旋轉(zhuǎn)構(gòu)件旋轉(zhuǎn)。為此，壓縮機(jī)的葉輪18和渦輪機(jī)的帶葉片的盤M 通過(guò)環(huán)形罩28和30互相連接，所述環(huán)形罩28和30分別從葉輪18和盤M軸向突出，由此形成旋轉(zhuǎn)時(shí)固定在一起的組件，該組件通常稱為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的高壓轉(zhuǎn)子。燃燒室14由基本環(huán)形的內(nèi)壁32，基本環(huán)形的外壁(圖1中不可見(jiàn))，及室底部 34(圖1中部分可見(jiàn))限定。燃燒室14的內(nèi)殼相對(duì)于燃燒室14的內(nèi)壁32徑向向內(nèi)延伸，并與內(nèi)壁32限定燃燒室的旁路的環(huán)形空間38，所述內(nèi)殼由彎曲的環(huán)形罩36形成，舉例來(lái)說(shuō)，該環(huán)形罩36連接至環(huán)形擴(kuò)散器-整流器(圖1中不可見(jiàn))，并安裝于高壓壓縮機(jī)12的輸出端。環(huán)形空間38 用于流通來(lái)自高壓壓縮機(jī)12的輸出端的空氣流40，該空氣流一方面通過(guò)形成于燃燒室的內(nèi)壁32中的開(kāi)口 42提供給燃燒室內(nèi)部，并且另一方面提供給高壓渦輪16的轉(zhuǎn)子級(jí)22的冷卻回路，下面將會(huì)進(jìn)行更加清晰的描述。彎曲的罩36確保將上述旁路空間38與由葉輪18的下游側(cè)翼46和罩28限定的第一環(huán)形腔44分開(kāi)。該第一腔44用于在運(yùn)行過(guò)程中接收在高壓壓縮機(jī)12的輸出端取樣并用于冷卻所述葉輪18的下游側(cè)翼46的冷卻空氣流48。燃燒室14的內(nèi)壁32通過(guò)錐形罩50連接至彎曲罩36。為此，彎曲罩36在其下游末端包括環(huán)形凸緣52，該環(huán)形凸緣52通過(guò)螺絲-螺母型裝置M或類似裝置固定至形成于錐形罩50上游末端的環(huán)形凸緣56，還固定至用于將空氣流59噴射到高壓渦輪16的轉(zhuǎn)子級(jí) 22的前述冷卻回路中的裝置58，該裝置58與燃燒室的旁路空間38連通。噴射裝置58包括兩個(gè)共軸環(huán)形壁，即，分別為內(nèi)壁60和外壁62，它們限定環(huán)形的噴射通道64。內(nèi)壁60和外壁62中的每一個(gè)包括截面從上游到下游減小的錐形上游部分， 以及徑向延伸的下游部分。因此，噴射通道64具有由彎曲部分隔開(kāi)的錐形上游部分和基本上徑向延伸的下游部分。在其下游部分，噴射通道64包括鰭片65 (圖幻，這些鰭片從內(nèi)壁60軸向延伸，直到到達(dá)限定噴射通道64的外壁62，并且這些鰭片沿高壓轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向從外側(cè)向內(nèi)側(cè)徑向地切向傾斜。這些鰭片65用于在從運(yùn)行過(guò)程中降低離開(kāi)通道64的空氣流相對(duì)于轉(zhuǎn)子元件的相對(duì)速度，下面將會(huì)進(jìn)行更加清晰的描述。在圖1至圖3所示實(shí)施方式中，壁60和62在它們的上游末端集合在一起，形成徑向凸緣66，該徑向凸緣66通過(guò)固定裝置M被固定在彎曲罩36的凸緣52和錐形罩50的凸緣56上。
舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)形成于錐形壁50中的開(kāi)口 67和形成于凸緣66中的徑向通路 68 (圖1)，噴射通道64的上游部分和燃燒室14的旁路空間38在固定裝置M之間周向連
ο噴射裝置58的凸緣66通過(guò)錐形壁70沿下游方向徑向向外延伸，所述錐形壁70 在下游末端具有固定在分配器級(jí)20上的環(huán)形內(nèi)部結(jié)構(gòu)74上的凸緣72。噴射通道64的下游部分通向第二環(huán)形腔76，該第二環(huán)形腔76在上游被第一迷宮式密封裝置78限定，在下游被第二迷宮式密封裝置80限定，并被環(huán)形壁82徑向向內(nèi)限定， 該環(huán)形壁82連接迷宮式密封裝置78和80的各自的旋轉(zhuǎn)部分84和86。以公知的方式，第一迷宮式密封裝置78的旋轉(zhuǎn)部分84包括通常稱為“密封元件” 的周向肋88 (圖幻，舉例來(lái)說(shuō)，可以有4個(gè)周向肋，所述周向肋從圓柱形壁徑向向外突出，所述圓柱形壁具有由高壓轉(zhuǎn)子的盤92支撐的圓形部分90。盤92包括中間部分93，該中間部分插入在形成于葉輪18的罩觀的下游末端上的徑向凸緣94和形成于盤M的罩30的上游末端上的徑向凸緣96之間，凸緣94和96通過(guò)螺絲-螺母型裝置98或類似裝置固定至盤92。每個(gè)肋88的圓周頂端在圓柱形的易損件100對(duì)面延伸，該易損件100具有圓形的橫截面和矩形的軸向截面，并由可磨損材料制成，即，該易損件100設(shè)計(jì)為在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)投入使用之前被與肋88頂端的摩擦磨損。圓柱形的易損件100固定在環(huán)形壁101上，該環(huán)形壁101連接在噴射裝置58的內(nèi)壁60的徑向內(nèi)末端上，并且易損件100和環(huán)形壁101 —起形成第一迷宮式密封裝置78的靜態(tài)部分。相似地，第二迷宮式密封裝置80的旋轉(zhuǎn)部分86包括周向肋或密封元件102 (圖 2)，舉例來(lái)說(shuō)，可以有3個(gè)周向肋，所述周向肋從錐形壁104徑向向外突出，錐形壁104在上游通過(guò)環(huán)形壁82連接至第一迷宮式密封裝置78的旋轉(zhuǎn)部分84，并在下游連接至環(huán)形凸緣 106(圖1)，該環(huán)形凸緣106在高壓渦輪16的盤M的上游側(cè)翼的對(duì)面基本徑向地延伸。每個(gè)肋102的圓周頂端在由可磨損材料制成的環(huán)形易損件108(圖2、的階梯形表面的對(duì)面延伸。該易損件108固定至噴射裝置58的外壁62的徑向內(nèi)末端。在圖1至圖3所示的實(shí)施方式中，支撐第一迷宮式密封裝置78的旋轉(zhuǎn)部分84的盤92，分別連接迷宮式密封裝置78和80的各自的旋轉(zhuǎn)部分84和86的環(huán)形壁82，第二迷宮式密封裝置的旋轉(zhuǎn)部分86，以及凸緣106形成為一體。高壓渦輪16的盤M的冷卻回路包括環(huán)形通道110，該環(huán)形通道110形成于盤M 的上游側(cè)翼和凸緣106之間。一方面，通道110通過(guò)環(huán)形排列的開(kāi)口 112(圖2和圖3)與上述第二腔76連通， 并由此與噴射通道64連通，所述開(kāi)口 112形成于連接迷宮式密封裝置78和80的旋轉(zhuǎn)部分 84和86的壁82中。另一方面，通道110與由盤M支撐的葉片沈的內(nèi)部冷卻通道(附圖中不可見(jiàn))連通，由此，通道110形成葉片沈的冷卻回路的上游部分。壁114(圖1)在凸緣106的對(duì)面和上游延伸，并牢固地將第二迷宮式密封裝置80 的易損件108連接至錐形壁70的下游凸緣116，由此壁114和凸緣106及第二迷宮式密封裝置80 —起限定第三腔118，該第三腔與主氣流27連通，并有時(shí)被稱作排氣腔。該第三腔 118用于低流量的空氣流120通過(guò)，直到其到達(dá)主氣流27，限制主氣流27中流動(dòng)的氣體的
8一部分在高壓渦輪16的分配器級(jí)20和轉(zhuǎn)子級(jí)22之間通過(guò)時(shí)進(jìn)入第三腔118的風(fēng)險(xiǎn)。此外，環(huán)形罩觀和30向外限定用于流通空氣流IM的第四環(huán)形腔122，舉例來(lái)說(shuō)， 該空氣流1 在高壓壓縮機(jī)12的上游級(jí)取樣，并用于對(duì)高壓渦輪的盤M的轂1 進(jìn)行通風(fēng)。根據(jù)本發(fā)明，在第一迷宮式密封裝置78的易損件100中，以及支撐該易損件100 的環(huán)形壁101中形成有多個(gè)繞渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的軸130周向分布的徑向直通通道128。這些通道128的徑向內(nèi)末端在第一迷宮式密封裝置78的兩個(gè)肋88a和88b之間打開(kāi)，徑向外末端由相應(yīng)的徑向通道132延長(zhǎng)，該徑向通道132將環(huán)形壁101連接至噴射裝置58的內(nèi)壁60， 并且顯現(xiàn)在噴射通道64的錐形部分中。根據(jù)以下描述可以更清楚地理解，通道1 用于降低通過(guò)第一迷宮式密封裝置78 在第一環(huán)形腔44和第二環(huán)形腔76之間流通的空氣流的流量。在運(yùn)行過(guò)程中，來(lái)自高壓壓縮機(jī)12并在環(huán)形通道38中流通的空氣流40劃分為提供給燃燒室14的內(nèi)壁中的開(kāi)口 42的一部分，以及形成空氣流59的一部分，該空氣流59提供給噴射通道64，并由鰭片65加速而流通到第二腔76中。由于上述加速，空氣在被極大地降低的靜態(tài)壓力下到達(dá)第二腔76。在圖1至圖3所示的實(shí)施方式中，舉例來(lái)說(shuō)，第二腔76 中的空氣的靜態(tài)壓力大約等于高壓壓縮機(jī)12的輸出端處的靜態(tài)壓力Ptl的一半。因此，空氣流59在噴射通道64的入口處的靜態(tài)壓力差不多等于在出口處的靜態(tài)壓力的2倍。在高壓壓縮機(jī)12的葉輪18的輸出端取樣的空氣流48沿葉輪18的下游側(cè)翼46 徑向向內(nèi)流通，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行冷卻?？諝饬?8接著沿下游方向流通，并在第一迷宮式密封裝置78的旋轉(zhuǎn)部分84和易損件100之間穿過(guò)。由此，第一迷宮式密封裝置78調(diào)節(jié)空氣流 48的流量。在圖1至圖3所示實(shí)施方式中，由于空氣流48在第一腔44中遭受壓力損失，空氣流48在大約等于0. 6P0的靜態(tài)壓力下到達(dá)第一迷宮式密封裝置78的上游輸入端。在噴射通道64中流通的空氣流59的一小部分134進(jìn)入徑向通道128中，并出現(xiàn)在第一迷宮式密封裝置78的兩個(gè)肋88a和88b之間。對(duì)通道132與噴射通道64之間的連接部的位置進(jìn)行選擇，使得通道1 的輸出端處的空氣流134在基本上等于，或稍大于第一迷宮式密封裝置78的輸入端處的空氣流48 的靜態(tài)壓力的靜態(tài)壓力下出現(xiàn)在肋88a和88b之間。這樣可以在第一迷宮式密封裝置78 中將空氣流48的流量降低至一期望值，例如，該期望值等于由高壓壓縮機(jī)12輸送的空氣流的流量的0.3%。由此，兩個(gè)肋88a和88b在第一迷宮式密封裝置78的旋轉(zhuǎn)部分84和靜態(tài)部分100 之間限定一環(huán)形腔，在該環(huán)形腔中，空氣的壓力由通道132與噴射通道64之間的連接部的位置決定。在第二腔76中，空氣流48與來(lái)自噴射通道64的空氣流59混合?；旌虾蟮玫降臍饬鞯拇蟛糠滞ㄟ^(guò)環(huán)形壁82中的開(kāi)口 112進(jìn)入環(huán)形通道110中，并且如箭頭136所示沿著高壓渦輪的盤M的上游側(cè)翼徑向向外流通，以提供給由盤M支撐的葉片沈的內(nèi)部冷卻回路。氣流48和59在第二腔76中混合后得到的混合氣流的一小部分穿過(guò)第二迷宮式密封裝置80，進(jìn)入第三腔118中形成氣流120，由此，如同上面所解釋的那樣，能夠限制主氣流27泄露的風(fēng)險(xiǎn)。
9
一般而言，本發(fā)明的通道1 能夠降低高壓壓縮機(jī)12的葉輪18的下游側(cè)翼的冷卻氣流48的流量。典型地，這些通道1 能夠?qū)饬?8的流量除以一因子，該因子大約在 2和3之間。由此就能防止氣流48的流量大于冷卻葉輪18所需的值，如同上面所解釋的那樣，過(guò)大的流量對(duì)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的性能不利。此外，空氣流48在沿葉輪18的下游側(cè)翼流動(dòng)時(shí)被加熱，因此，當(dāng)進(jìn)入第二環(huán)形腔 78時(shí)，空氣流48比來(lái)自噴射通道64的空氣流59熱得多。因此，通過(guò)降低空氣流48的流量，能夠降低提供給第二腔78的空氣的溫度，由此改善對(duì)由高壓渦輪16的盤對(duì)所支撐的葉片26進(jìn)行的冷卻。在圖1至圖3所示實(shí)施方式中，通道132與噴射通道64之間的連接部位于所述噴射通道的上游錐形部分中，以在通道128的輸出端獲得期望的靜態(tài)壓力。但是，如果通道 128的輸出端處的空氣流134的靜態(tài)壓力足以降低空氣流48在第一迷宮式密封裝置78中的流量，上述連接部可以更廣泛地位于噴射通道64的更上游，或更下游。實(shí)際上，為達(dá)到上述目的，上述連接部通常需要位于在噴射通道64中延伸的鰭片65的下游末端的上游。優(yōu)選地，根據(jù)通道1 輸出端處的空氣流134的期望流量來(lái)對(duì)通道128的橫切面的擴(kuò)大進(jìn)行選擇。這些通道1 還可以切向傾斜，以降低通道1 輸出端處的空氣流134的相對(duì)于第一迷宮式密封裝置78的旋轉(zhuǎn)部分84的相對(duì)速度，這種效果類似于噴射通道64的鰭片65 產(chǎn)生的效果。此外，特別是在通道128的截面比旋轉(zhuǎn)部分84的兩個(gè)連續(xù)的肋88之間的軸向節(jié)距更大的情況下，兩個(gè)肋88a和88b可以不是第一迷宮式密封裝置78的旋轉(zhuǎn)部分84的兩個(gè)連續(xù)的肋，而是被中間肋88隔開(kāi)，肋88a和88b限定有腔，通道128出現(xiàn)于該腔中。圖4示出了本發(fā)明的第二實(shí)施方式，其與上述第一實(shí)施方式的區(qū)別在于具有槽 138，這些槽形成于徑向凸緣94的下游表面上，面向第一迷宮式密封裝置78的盤92的上游側(cè)翼，由此形成連通第一環(huán)形腔44和第四環(huán)形腔122的對(duì)應(yīng)通道。在圖4所示實(shí)施方式中，這些槽138從凸緣94的一端向另一端徑向延伸。在運(yùn)行過(guò)程中，如果通道1 輸出端處的空氣流134的壓力和流量足夠，葉輪18 的冷卻空氣流48將被迫在凸緣94和盤92之間的由槽138形成的通道中流通。槽138由此可以使第一迷宮式密封裝置78基本上與空氣流48隔離?？諝饬?8然后在第四腔中與對(duì)高壓渦輪16的盤M的轂1 進(jìn)行通風(fēng)的空氣流 124重新匯合?；蛘撸瑢?duì)盤M的轂1 進(jìn)行的通風(fēng)可以完全由空氣流48實(shí)現(xiàn)，在這種情況下，不需要在高壓壓縮機(jī)12的上游取樣空氣流124。通過(guò)混合使用氣流48和124，或單獨(dú)使用氣流48對(duì)盤M的轂1 進(jìn)行通風(fēng)，可以帶來(lái)在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的工作率變化時(shí)所述氣流的熱變化速度方面的益處。實(shí)際上，在這些情況下，對(duì)盤M的轂快速冷卻或加熱，以減少所述盤和其周圍的定子元件之間的差異膨脹是有利的。
權(quán)利要求
1.雙軸渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，其包括高壓轉(zhuǎn)子，該高壓轉(zhuǎn)子包括所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓縮機(jī)(1 的葉輪(18)，以及所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪(16)的帶葉片的盤04)；在所述高壓壓縮機(jī)(1 和所述高壓渦輪(16)之間軸向安裝的燃燒室(14)； 兩個(gè)共軸壁(60，62)，所述兩個(gè)共軸壁之間限定有環(huán)形空氣噴射通道(64)，該環(huán)形空氣噴射通道連接至所述燃燒室(14)的環(huán)形旁路空間(38)，并對(duì)用于對(duì)所述高壓渦輪(16) 的所述帶葉片的盤04)的葉片06)進(jìn)行冷卻的冷卻空氣流(59)進(jìn)行加速，該冷卻空氣流來(lái)自于所述燃燒室的所述旁路空間(38)；第一迷宮式密封裝置(78)，其包括靜態(tài)部分(100，101)以及旋轉(zhuǎn)部分(84)，所述靜態(tài)部分牢固連接至限定所述噴射通道(64)的所述壁中的第一壁(60)，所述旋轉(zhuǎn)部分由所述高壓轉(zhuǎn)子的盤(9 支撐并包括向所述靜態(tài)部分(100，101)突出的至少兩個(gè)環(huán)形肋(88)； 第二迷宮式密封裝置(80)，其包括靜態(tài)部分(108)以及旋轉(zhuǎn)部分(86)，所述靜態(tài)部分牢固連接至限定所述噴射通道(64)的所述壁中的第二壁(62)，所述旋轉(zhuǎn)部分牢固連接至所述第一迷宮式密封裝置(78)的所述旋轉(zhuǎn)部分(84)；環(huán)形凸緣(106)，該環(huán)形凸緣安裝于所述高壓渦輪(16)的所述帶葉片的盤04)的上游側(cè)翼的對(duì)面，并與所述上游側(cè)翼一起限定所述帶葉片的盤04)的所述葉片06)的冷卻回路的第一上游部分(110)；第一環(huán)形腔(44)，所述第一環(huán)形腔由所述葉輪(18)的下游側(cè)翼(46)，所述燃燒室(14) 的內(nèi)殼(36)，限定所述噴射通道(64)的所述第一壁(60)，所述第一迷宮式密封裝置(78)， 以及環(huán)形壁08)限定，所述環(huán)形壁軸向延伸，以將所述葉輪(18)連接至支撐所述第一迷宮式密封裝置(78)的所述旋轉(zhuǎn)部分(84)的所述盤(92)；第二環(huán)形腔(76)，所述噴射通道(64)通向該第二環(huán)形腔，所述第二環(huán)形腔由所述第一迷宮式密封裝置(78)，所述第二迷宮式密封裝置(80)以及環(huán)形壁(8 限定，所述環(huán)形壁(8 連接所述第一迷宮式密封裝置和第二迷宮式密封裝置的各自的所述旋轉(zhuǎn)部分(84， 86)，并且所述環(huán)形壁(82)中形成開(kāi)口，這些開(kāi)口使所述第二腔(76)與所述高壓渦輪的所述帶葉片的盤04)的所述葉片06)的所述冷卻回路(110)連通；第三環(huán)形腔(118)，該第三環(huán)形腔與用于流動(dòng)所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的主氣流的通道(XT)連通，并至少由所述第二迷宮式密封裝置(80)和所述環(huán)形凸緣(106)限定；所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的特征在于其包括多個(gè)通道(1 )，以噴射來(lái)自所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的所述噴射通道(64)的空氣(134)，所述多個(gè)通道(128)形成于所述第一迷宮式密封裝置(78)的所述靜態(tài)部分(100，101)中，并顯現(xiàn)在由所述第一迷宮式密封裝置的所述旋轉(zhuǎn)部分(84)的所述肋(88)中的兩個(gè)肋(88a，88b)所限定的環(huán)形腔中。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述環(huán)形噴射通道(64)包括鰭片 (65)，所述鰭片是傾斜的，以降低所述葉片06)的所述冷卻空氣流(59)相對(duì)于所述高壓轉(zhuǎn)子(24,26,30)的相對(duì)切向速度。
3.如權(quán)利要求2所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述通道(1 )中的每一個(gè)連接至噴射通道(64)的內(nèi)部部分，相對(duì)于所述葉片06)的所述冷卻空氣流(59)的流動(dòng)，該內(nèi)部部分位于所述鰭片(6 的各自的下游末端的上游。
4.如權(quán)利要求3所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于相對(duì)于所述葉片06)的所述冷卻空氣流(59)的流動(dòng)，限定環(huán)形噴射通道(64)的共軸旋轉(zhuǎn)壁(60，62)中的每一個(gè)包括基本上錐形的上游部分，和基本上徑向的下游部分。
5.如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括用于連通第一環(huán)形腔G4)和所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的第四環(huán)形腔(12 的裝置(138)，所述高壓渦輪(16)的所述帶葉片的盤04)的轂(1 )在該第四環(huán)形腔中延伸。
6.如權(quán)利要求5所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述連通裝置包括通道(138)，這些通道形成于所述高壓轉(zhuǎn)子的所述盤(9 的上游表面和環(huán)形凸緣(94)的下游表面之間，所述盤(9 支撐所述第一迷宮式密封裝置(78)的所述旋轉(zhuǎn)部分(84)，所述環(huán)形凸緣(94)設(shè)置于將所述高壓壓縮機(jī)(1 的所述葉輪(18)連接至所述盤(9 的所述壁08)的下游末端。
全文摘要
本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，其包括用于噴射高壓渦輪的盤(24)的冷卻空氣流(59)的通道(64)，該通道(64)通向腔(76)，所述腔(76)在上游通過(guò)第一迷宮式密封裝置(78)與腔(44)基本上隔開(kāi)，在高壓壓縮機(jī)的輸出端取樣的空氣流(48)在所述腔(44)中流通，并且所述腔(76)在下游通過(guò)第二迷宮式密封裝置(80)與同渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的主氣流(27)連通的腔(118)隔開(kāi)。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)包括通道(128)，所述通道(128)與噴射通道(64)連通，并在第一迷宮式密封裝置(78)的兩個(gè)唇(88a，88b)之間穿過(guò)所述密封裝置的靜態(tài)部分(100，101)，以允許來(lái)自噴射通道(64)的空氣流(134)在所述唇之間噴射。
文檔編號(hào)F01D5/08GK102459817SQ201080025602
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者威爾弗里德·萊昂內(nèi)爾·施威布林, 帕特里克·克勞德·帕斯奎斯, 法布里斯·馬賽爾·諾埃爾·加林, 莫里斯·蓋伊·朱迪特 申請(qǐng)人:斯奈克瑪