具有可磨損材料的渦輪機(jī)定子內(nèi)殼體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及例如渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)等軸向渦輪機(jī)的低壓壓縮機(jī)的壓縮機(jī)級(jí)。該級(jí)包括轉(zhuǎn)子(12)，在其外表面上具有兩個(gè)唇形密封件(32)，每一個(gè)形成徑向環(huán)形肋；和定子，其包括定子葉片(26)的環(huán)形排，基本上徑向延伸；和內(nèi)殼體(28)，其徑向橫截面包括連接到葉片(26)的內(nèi)端頭的中間部分(40)，從中間部分的每一側(cè)分別延伸到兩個(gè)唇形密封件(32)中的一個(gè)的側(cè)邊部分(42)，因而形成具有環(huán)形腔室的轉(zhuǎn)子。殼體和轉(zhuǎn)子配置為使環(huán)形腔室(38)的徑向截面具有長(zhǎng)度L1和高度H，長(zhǎng)度L1大于高度H，這引發(fā)容納其中的空氣的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?？諝獾乃俣冉档推鋲毫?，這限制下游到上游的泄漏。
【專利說明】具有可磨損材料的渦輪機(jī)定子內(nèi)殼體

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及裝配有壓縮機(jī)的軸向渦輪機(jī)。更具體地，本發(fā)明涉及用于軸向渦輪機(jī)壓縮機(jī)的壓縮級(jí)。更具體地，本發(fā)明涉及用于軸向渦輪機(jī)壓縮機(jī)的壓縮級(jí)的密封。

【背景技術(shù)】
[0002]軸向渦輪機(jī)壓縮機(jī)通常具有若干壓縮級(jí)，其每一個(gè)通過轉(zhuǎn)子葉片排和定子葉片排的組合形成。為了將在壓縮級(jí)中軸向地引導(dǎo)流動(dòng)，壓縮級(jí)具有同軸殼體。特別地，每一個(gè)定子葉片排設(shè)置有內(nèi)殼體，其固定到定子葉片的內(nèi)端頭。這樣的內(nèi)殼體具有環(huán)形形狀，并且圍繞轉(zhuǎn)子。在它們結(jié)合處的一些功能游隙是該設(shè)計(jì)的一部分。
[0003]在操作中，轉(zhuǎn)子和內(nèi)殼體之間由于該游隙可能發(fā)生泄漏。該泄漏往往降低每一個(gè)壓縮級(jí)的有效壓縮并降低壓縮機(jī)出口處的壓力。為了提高輸出壓力，軸向渦輪機(jī)壓縮機(jī)裝配有密封件。這些裝置可裝配在每一個(gè)壓縮級(jí)處，在內(nèi)殼體和轉(zhuǎn)子之間的界面處。
[0004]它們可包括可磨損材料(abradable material)的環(huán)形層，其有利地裝配在定子上，以降低旋轉(zhuǎn)重量。這預(yù)期與形成在轉(zhuǎn)子的外表面上的唇形密封件或環(huán)形板條磨損地配合。為了節(jié)省材料，可磨損材料層可被分為兩個(gè)環(huán)形層。它們布置在內(nèi)殼體的上游和下游。內(nèi)殼體可具有倒“U”形形狀，其分支的內(nèi)端部支撐可磨損材料層。該“U”形形狀為節(jié)約重量的凹部。
[0005]美國(guó)專利7695244B2公開了一種具有內(nèi)殼體的葉片式壓縮機(jī)。該內(nèi)殼體形成有中部平臺(tái)和終止于返回壁的兩個(gè)徑向延伸部。該返回壁每一個(gè)具有可磨損材料的環(huán)形帶，所述環(huán)形帶預(yù)期與形成在徑向轉(zhuǎn)子上的唇形密封件接觸。該平臺(tái)、延伸部和返回壁限定腔室，該腔室與限定在唇形密封件之間的腔室相比較較大。該腔室配置形成貯液器，以遏制局部和短程泄漏。但是，不可能明顯改善在穩(wěn)態(tài)操作期間內(nèi)殼體和轉(zhuǎn)子之間的密封。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)具有的技術(shù)問題中的至少一個(gè)。更具體地，本發(fā)明目的是提高軸向壓縮機(jī)的出口壓力，該軸向壓縮機(jī)裝配有定子，該定子具有內(nèi)殼體，該內(nèi)殼體與轉(zhuǎn)子的外表面配合。更具體地，本發(fā)明目的是減少軸向壓縮機(jī)的該壓縮級(jí)中的泄漏。本發(fā)明的目的還在于減輕軸向渦輪機(jī)的壓縮機(jī)。
[0007]本發(fā)明涉及軸向潤(rùn)輪機(jī)的壓縮機(jī)級(jí)(compressor stage),包括轉(zhuǎn)子,其外表面具有至少兩個(gè)唇形密封件，每一個(gè)形成徑向環(huán)形肋；和定子，其包括實(shí)質(zhì)上徑向延伸的定子葉片的環(huán)形陣列；和內(nèi)殼體，其徑向截面包括連接到葉片的內(nèi)端頭的中間部分、從中間部分每一側(cè)分別延伸到兩個(gè)唇形密封件中的至少一個(gè)的側(cè)邊部分，由此與轉(zhuǎn)子形成環(huán)形腔室；其中，殼體和轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)為使得環(huán)形腔室的徑向截面具有長(zhǎng)度LI和高度H，長(zhǎng)度LI大于高度H。
[0008]該腔室的徑向截面的長(zhǎng)度LI沿壓縮級(jí)的旋轉(zhuǎn)軸線測(cè)量，該腔室的徑向截面的高度H徑向測(cè)量。
[0009]該環(huán)形腔室為這樣的隔室，在其中環(huán)流(circular flow)由外轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生。環(huán)流的速度允許壓力降低，以減小到外部的泄漏。而且，環(huán)形腔室的徑向截面的細(xì)長(zhǎng)形狀用于緩沖試圖向后傳送在內(nèi)殼體下面的小的局部泄漏。環(huán)形腔室的細(xì)長(zhǎng)形狀可提高其中的空氣運(yùn)動(dòng)的效率。通過減小腔室相對(duì)于其長(zhǎng)度的高度，腔室中處于運(yùn)動(dòng)的空氣的比率提高，該空氣的平均速度也提高。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施例，環(huán)形腔室的長(zhǎng)度LI大于所述腔室的高度的兩倍，優(yōu)選三倍。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施例，側(cè)邊部分中的每一個(gè)具有軸向子部分，所述子部分沿相反的方向延伸達(dá)其相應(yīng)的唇形密封件。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施例，側(cè)邊部分從中間部分朝向轉(zhuǎn)子遠(yuǎn)離彼此發(fā)散。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施例，內(nèi)殼體由復(fù)合材料形成。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，環(huán)形腔室的高度H在其長(zhǎng)度的大部分上(優(yōu)選大于其長(zhǎng)度的70%，更優(yōu)選大于80%)恒定。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，側(cè)邊部分的端部具有內(nèi)環(huán)形凹槽，其設(shè)計(jì)用于安置一層可磨損材料；優(yōu)選地，環(huán)形凹槽具有倒“U”形或“L”形截面；優(yōu)選地，該級(jí)包括安裝在環(huán)形凹槽中的多層可磨損材料。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，葉片的內(nèi)端頭在內(nèi)殼體內(nèi)部延伸。
[0017]側(cè)邊部分和/或軸向部分限定環(huán)形隔室。這些環(huán)形隔室敞開到彼此和/或腔室。雖然它們被連接，但是內(nèi)殼體下面的軸向流由于劃分這些隔室和環(huán)形腔室的圓形瓶頸而被減慢。因而，經(jīng)過它們的流動(dòng)經(jīng)受一系列壓力損失，該壓力損失將抑制其行進(jìn)。
[0018]內(nèi)殼體下面的葉片的存在在內(nèi)殼體下面形成空氣動(dòng)力阻擋物。與由轉(zhuǎn)子吸入的環(huán)形腔室中的旋轉(zhuǎn)流結(jié)合，形成新的擾動(dòng)。這些提高流體的絕對(duì)速度，這進(jìn)一步降低壓力。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，內(nèi)殼體下面的葉片的端部的弦關(guān)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線傾斜大于5°，優(yōu)選大于10°，更優(yōu)選地大于25°。
[0020]葉片的弦相對(duì)于壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線的傾斜迫使流動(dòng)的一部分繞過內(nèi)殼體下面的、葉片的上游部分。該流動(dòng)還形成渦旋，所述渦旋進(jìn)一步降低環(huán)形腔室中的壓力。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，轉(zhuǎn)子具有壁，壁具有旋轉(zhuǎn)體外形，該旋轉(zhuǎn)體外形包括設(shè)置為與殼體的內(nèi)表面相對(duì)的第一部分、和相對(duì)于第一部分升高的設(shè)計(jì)用于提供支撐以固定環(huán)形轉(zhuǎn)子葉片排的第二部分、以及連接第一部分到第二部分的結(jié)合部，所述第二部分至少部分地與內(nèi)殼體的側(cè)邊部分中的一個(gè)軸向重疊，該壁優(yōu)選包括相對(duì)于第一部分升高并且與第二部分相對(duì)的第三部分，所述第三部分至少部分地與殼體的兩個(gè)側(cè)邊部分中的另一個(gè)軸向地重疊。
[0022]根本發(fā)明的有利實(shí)施例，第三部分與相關(guān)的側(cè)邊部分的大部分軸向重疊，優(yōu)選與其重疊大于80 %，更優(yōu)選地與其重疊大于95 %。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，第三部分軸向地延伸到相對(duì)設(shè)置的中間部分。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，側(cè)邊部分中的一個(gè)軸向地延伸至結(jié)合部相差距離D2 ；優(yōu)選地，該結(jié)合部為第一結(jié)合部，并且轉(zhuǎn)子壁外形包括相對(duì)于內(nèi)殼體與第一結(jié)合部相對(duì)的第二結(jié)合部，殼體的兩個(gè)側(cè)邊部分中的另一個(gè)軸向地延伸到與第二結(jié)合部相差距離D2。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，唇形密封件的高度小于殼體的側(cè)邊部分的高度的50 %，優(yōu)選地30 %，更優(yōu)選地15 %。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，形成環(huán)形腔室的轉(zhuǎn)子的外表面具有大于2微米，優(yōu)選大于6.4微米，更優(yōu)選地大于15微米的粗糙度Ra，以使空氣被吸入所述腔室中。該表面粗糙度Ra為絕對(duì)值差值的積分平均值。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，定子葉片的內(nèi)端頭與轉(zhuǎn)子之間的距離D3等于在唇形密封件處測(cè)量的多層可磨損材料的厚度；優(yōu)選地，距離D3基本上大于多層可磨損材料的厚度；優(yōu)選地，距離D3在0.5mm至5.0mm范圍內(nèi)。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，轉(zhuǎn)子包括基本上軸向地延伸在唇形密封件之間的壁。
[0029]壓縮機(jī)級(jí)的該配置意味著唇形密封件可縮短。當(dāng)這些由金屬制成時(shí)，并且殼體由復(fù)合材料制成時(shí)，則該組件變得更輕。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，側(cè)邊部分設(shè)計(jì)為在根據(jù)預(yù)定操作條件的下一級(jí)的操作期間，較輕地擦過(gaze)唇形密封件。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，中間部分和側(cè)邊部分基本上沿直線延伸，側(cè)邊部分相對(duì)于中間部分傾斜。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，側(cè)邊部分關(guān)于中間部分傾斜大于20°，優(yōu)選大于45° ,更優(yōu)選大于60°。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，殼體被分段。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，殼體的徑向截面是材料連續(xù)的。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，殼體的徑向截面基本上很薄；其厚度小于5.0mm，優(yōu)選小于 2.0mnin
[0036]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，轉(zhuǎn)子的外表面在唇形密封件之間基本上為圓柱狀或圓錐狀。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，距離D2在1.0mm至10.0Omm范圍內(nèi)，優(yōu)選在2.0Omm至
5.0Omm范圍內(nèi)。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，轉(zhuǎn)子壁的第三部分的外表面和內(nèi)殼體的中間部分在操作時(shí)為彼此的延伸部。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，靜止時(shí)，側(cè)邊部分的內(nèi)徑向端部軸向地延伸達(dá)轉(zhuǎn)子壁外形的結(jié)合部，優(yōu)選地延伸達(dá)小于5.0Omm,更優(yōu)選地，小于2.0Omm,更優(yōu)選地小于0.50mm。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，在唇形密封件組之間的轉(zhuǎn)子的表面經(jīng)粗糙加工或噴砂。
[0041]本發(fā)明還涉及具有至少一個(gè)壓縮級(jí)的軸向壓縮機(jī)，其中，該壓縮級(jí)是根據(jù)本發(fā)明的壓縮級(jí)。
[0042]本發(fā)明還涉及軸向渦輪機(jī)，例如渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，包括具有至少一個(gè)壓縮級(jí)的壓縮機(jī)，其中，該或至少一個(gè)壓縮級(jí)是根據(jù)本發(fā)明的壓縮級(jí)。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，渦輪機(jī)包括圓柱狀外殼，其軸向地沿轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度延伸，轉(zhuǎn)子包括單件鼓，并且外殼實(shí)質(zhì)上包括兩個(gè)對(duì)半的殼體(half-shell)，或轉(zhuǎn)子和外殼都包括軸向組裝的軸向節(jié)段。
[0044]本發(fā)明減小內(nèi)殼體和轉(zhuǎn)子之間的泄漏。環(huán)形腔室的形狀緩沖并且減慢試圖移動(dòng)到上游的局部化的流動(dòng)的行進(jìn)。其細(xì)長(zhǎng)形狀增大待穿過以便逸出的距離。
[0045]內(nèi)殼體下面的延伸部能夠使環(huán)形腔室中的圓周流動(dòng)改變。形成的再循環(huán)和渦旋通過降低腔室中的壓力抑制泄漏。
[0046]材料的選擇，結(jié)合由本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)，通過降低所需的耐磨材料的量而被用于減輕該級(jí)。唇形密封件高度的減小也能夠使原材料節(jié)約。制造成本也可被降低，因?yàn)榈狡脚_(tái)的軸向入口被簡(jiǎn)化，以便例如用于在那里進(jìn)行機(jī)加工。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的軸向渦輪機(jī)。
[0048]圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)壓縮機(jī)的示意圖。
[0049]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓縮機(jī)的壓縮級(jí)。
[0050]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的壓縮機(jī)的壓縮級(jí)。
[0051]圖5是圖4中所示的沿軸線5-5截取的該級(jí)的剖視圖。
[0052]圖6是來自根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的內(nèi)殼體的內(nèi)部的視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0053]在下面的描述中，術(shù)語內(nèi)和外指相對(duì)于軸向渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線的位置。
[0054]圖1顯示了軸向渦輪機(jī)。在該例子中，其為雙流渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)2 ;其也可以是渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)2。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)2包括第一壓縮級(jí)，所謂的低壓壓縮機(jī)4，第二壓縮級(jí)，所謂的高壓壓縮機(jī)6，燃燒室8和一個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)級(jí)10。操作中，渦輪機(jī)10的機(jī)械動(dòng)力被通過中心軸傳遞到轉(zhuǎn)子12，并且驅(qū)動(dòng)兩個(gè)壓縮機(jī)4和6。減速機(jī)構(gòu)可提高傳遞到壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。替代地，不同的渦輪機(jī)級(jí)可每一個(gè)通過同心的軸連接到壓縮機(jī)級(jí)。這些同心的軸包括若干與定子葉片排相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子葉片排。轉(zhuǎn)子圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線14的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生空氣流，并且逐漸地將其壓縮達(dá)燃燒室10的入口。
[0055]入口風(fēng)扇，通常標(biāo)記為風(fēng)扇16，聯(lián)接到轉(zhuǎn)子12，并且產(chǎn)生氣流，該氣流被分流為經(jīng)過各個(gè)上述渦輪機(jī)級(jí)的主流18，和沿該渦輪機(jī)的長(zhǎng)度經(jīng)過環(huán)形管道(部分示出)然后在渦輪機(jī)出口處與主流重新匯合的輔流20。主流18和輔流20為環(huán)流，并且被引導(dǎo)通過渦輪機(jī)的外殼。為此，該外殼具有圓柱狀壁或殼體，其可以在內(nèi)部或外部。
[0056]圖2是例如圖1的軸向渦輪機(jī)2的低壓壓縮機(jī)4的剖視圖。渦輪風(fēng)扇16的部分可見，主空氣流18和輔空氣流20之間的分流鼻件22也可見。轉(zhuǎn)子12包括轉(zhuǎn)子葉片24的若干排，例如三個(gè)。低壓壓縮機(jī)4包括若干定子，例如四個(gè)，其每一個(gè)具有一排定子葉片26。
[0057]在這些定子葉片26的內(nèi)端處固定有內(nèi)殼體28。內(nèi)殼體28具有大致旋轉(zhuǎn)體的形狀，例如管。其外表面有助于引導(dǎo)主流18。為了降低轉(zhuǎn)子12和定子之間的泄漏，多層可磨損材料30設(shè)置在內(nèi)殼體28的內(nèi)側(cè)。這些多層可磨損材料30預(yù)期在操作期間磨損地與定子12配合。圓形通路由轉(zhuǎn)子在多層可磨損材料30中挖出，并且迷宮式密封件被形成以改進(jìn)密封。相同的材料可用于在轉(zhuǎn)子葉片24的外端頭和壓縮機(jī)外殼的內(nèi)表面之間形成密封件。
[0058]定子與風(fēng)扇16或一排轉(zhuǎn)子葉片相關(guān)聯(lián)，以使氣流變直，從而將氣流的速度轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫?。定子和風(fēng)扇16或轉(zhuǎn)子葉片排的組合一起形成壓縮級(jí)。
[0059]轉(zhuǎn)子12具有圓柱形形狀，或中空鼓形狀。其具有基本上薄的壁，該薄壁的厚度可通常小于8.0Omm,優(yōu)選地，小于5.0Omm,甚至更優(yōu)選地，小于2.00mm。該壁旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。按照本發(fā)明的替代實(shí)施例，轉(zhuǎn)子可包括盤片，該盤片具有圍繞其圓周的葉片。
[0060]轉(zhuǎn)子12可由金屬材料制成，例如鈦或鋁。其也可由復(fù)合材料制成。其可定尺寸以便適于由例如直接作用其上的離心力或其經(jīng)由其支撐的轉(zhuǎn)子葉片24經(jīng)受的離心力產(chǎn)生的變形。其膨脹也可被計(jì)入。
[0061]圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的渦輪機(jī)壓縮機(jī)2的壓縮級(jí)的圖示。壓縮機(jī)可以是低壓壓縮機(jī)。轉(zhuǎn)子12包括一體的鼓，定子包括由兩個(gè)對(duì)半的殼體形成的外殼，所述兩個(gè)對(duì)半的殼體在轉(zhuǎn)子組裝時(shí)結(jié)合。
[0062]轉(zhuǎn)子壁是結(jié)構(gòu)性的，并且具有旋轉(zhuǎn)體的形狀。其旋轉(zhuǎn)體的外形具有基本上徑向或軸向延伸的部分。其包括第一部分34，該第一部分34軸向地延伸，并且面對(duì)內(nèi)殼體28的內(nèi)表面設(shè)置。殼體的該外形還包括第二部分36，該第二部分36基本上軸向地延伸，并且用作用于轉(zhuǎn)子葉片24的安裝機(jī)構(gòu)。第二部分36軸向地重疊在第一部分34上游。該外形還具有結(jié)合部35，其基本上徑向地延伸，并且連接第一部分34和第二部分36。該轉(zhuǎn)子具有形狀類似于希臘字母Π的形狀。
[0063]壁的該形狀使內(nèi)和外環(huán)形凹槽能夠形成，外凹槽的深度為在其厚度中安置內(nèi)殼體28。在該配置中，內(nèi)殼體28和第二部分36的外表面為彼此的延伸部。
[0064]該級(jí)具有定子葉片26和設(shè)置在下游的轉(zhuǎn)子葉片24。計(jì)入其他考慮因素，級(jí)還可形成有設(shè)置在上游的轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子12的外表面具有環(huán)形唇形密封件32。它們形成沿轉(zhuǎn)子12的圓周沿著垂直于旋轉(zhuǎn)軸線14的平面延伸的環(huán)形肋。壓縮級(jí)具有實(shí)質(zhì)上兩組唇形密封件32，一組設(shè)置在內(nèi)殼體28的上游側(cè)，另一組設(shè)置在下游側(cè)。一組唇形密封件可包括一個(gè)或多個(gè)唇形密封件。
[0065]內(nèi)殼體28包括基本上薄的壁，其節(jié)約重量。內(nèi)殼體28有利地由復(fù)合材料制成，以最大化該重量節(jié)約，同時(shí)保持剛度。內(nèi)殼體28具有徑向截面，該徑向截面在每一側(cè)具有中心部分40和側(cè)邊部分42。中心部分40連接到葉片26的內(nèi)端頭。側(cè)邊部分42軸向地并且徑向地從中心部分40延伸到唇形密封件32。側(cè)邊部分42從彼此朝向內(nèi)部伸展。
[0066]側(cè)邊部分42包括側(cè)邊子部分43。側(cè)邊子部分43設(shè)置在側(cè)邊部分的內(nèi)端頭。側(cè)邊子部分43沿相反方向朝向環(huán)形腔室內(nèi)部延伸。它們每一個(gè)覆蓋一組唇形密封件。
[0067]側(cè)邊部分42的內(nèi)端部具有內(nèi)環(huán)形凹槽，其開口朝向唇形密封件32。內(nèi)環(huán)形凹槽有利地使用多層可磨損材料30填充。多層可磨損材料30有利地形成在側(cè)邊子部分43的軸向端部。替代地，側(cè)邊部分的內(nèi)端部具有基本上圓柱狀表面，其每一個(gè)安置一層可磨損材料。
[0068]在組裝期間，唇形密封件32具有距離多層可磨損材料30的間隙，例如小于
1.0Omm,更優(yōu)選地，小于3.00mm。在標(biāo)準(zhǔn)操作中，唇形密封件32預(yù)期觸及可磨損層30，并且可挖掘進(jìn)入該可磨損層30中達(dá)例如0.02mm的深度。該操作模式例如在指定的大氣條件下對(duì)應(yīng)于指定的發(fā)動(dòng)機(jī)速度。離心力和膨脹確定唇緣密封件32和可磨損層30彼此輕擦的程度。唇形密封件和多層可磨損材料30的接近除了變形之外還保持密封。該技術(shù)方案還甚至在一些操作不正常情況之后仍保持密封。
[0069]當(dāng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)被安裝在例如飛機(jī)這樣的交通工具中時(shí)，其可能經(jīng)受影響渦輪機(jī)2的操作行為的隨機(jī)變化。飛機(jī)可能由于俯沖或轉(zhuǎn)向而改變方向?；剞D(zhuǎn)力于是與方向變化相反，并且將轉(zhuǎn)子相對(duì)于外殼錯(cuò)開。這導(dǎo)致唇形密封件32局部地更靠近多層可磨損材料30。在飛行階段期間，發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇16可能經(jīng)受橫向風(fēng)。這施加傾向于將轉(zhuǎn)子相對(duì)于外殼錯(cuò)開的力。這還導(dǎo)致唇形密封件32局部地更靠近多層可磨損材料30。而且，在操作中，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)可能振動(dòng)。這些變化可在轉(zhuǎn)子壁上觀察到。轉(zhuǎn)子壁可然后軸向地和/或徑向地變形。振動(dòng)的振幅可能導(dǎo)致多層可磨損材料30和唇形密封件32之間的明顯的接觸。
[0070]在它們之間，唇形密封件32、轉(zhuǎn)子12的外表面和內(nèi)殼體28的內(nèi)表面限定環(huán)形腔室38。該環(huán)形腔室38具有徑向截面，該徑向截面比其高度更長(zhǎng)。優(yōu)選地，該徑向截面的長(zhǎng)度LI大于其高度的兩倍，優(yōu)選地，大于高度的四倍。試圖回到定子上游側(cè)的下游泄漏46必須移動(dòng)更大的距離。在偶爾的泄漏情況下，該長(zhǎng)度形成減輕泄漏的緩沖區(qū)。
[0071]環(huán)形腔室38的徑向截面的長(zhǎng)度和高度之間的比率引發(fā)其中的空氣的運(yùn)動(dòng)。該空氣在內(nèi)殼體28中旋轉(zhuǎn)。其沿圓周方向的平均速度增大。該空氣與轉(zhuǎn)子的外表面接觸，這導(dǎo)致摩擦。為了提高該作用的有效性，表面有利地保留粗糙。表面可在粗加工或噴砂之后保持未拋光。
[0072]空氣在環(huán)形腔室中的該速度能夠使其壓力降低。該物理特征減小經(jīng)過定子上游的泄漏46的量。實(shí)際上，腔室中的低壓力可接近定子中的上游壓力，并且可能甚至低于該壓力。
[0073]圖4示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的渦輪機(jī)壓縮機(jī)的壓縮級(jí)。該壓縮機(jī)可以是低壓壓縮機(jī)。對(duì)于之前的附圖的相同或相似元件，圖4具有相同的編號(hào)方式，只是編號(hào)增大100。特定的附圖標(biāo)記用于特別用在該實(shí)施例中的物件。
[0074]轉(zhuǎn)子112由多個(gè)同軸圓柱狀節(jié)段形成，其一個(gè)在另一個(gè)之后軸向布置。多個(gè)同軸圓柱狀節(jié)段可使用徑向凸緣148組裝。轉(zhuǎn)子112可包括同軸盤片。定子包括多個(gè)定子節(jié)段，外殼體一個(gè)在另一個(gè)之后軸向布置，以形成壓縮機(jī)的外罩。定子和轉(zhuǎn)子節(jié)段依次組裝。
[0075]轉(zhuǎn)子壁的外形包括至少一個(gè)第三部分137，優(yōu)選地兩個(gè)。第三部分為第二部分136的軸向延伸部。其軸向地延伸達(dá)內(nèi)殼體128的中間部分140。側(cè)邊部分142軸向地延伸到與結(jié)合部135相距距離D2，以允許操作期間的運(yùn)動(dòng)或變形。
[0076]轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子葉片124的兩個(gè)環(huán)形排，其布置在定子的上游和下游。轉(zhuǎn)子壁也具有旋轉(zhuǎn)體的外形，該旋轉(zhuǎn)體具有兩個(gè)第二部分136和兩個(gè)結(jié)合部135，其可在幾何形狀方面不同。第二部分136軸向地延伸到內(nèi)殼體128的中間部分140，并且側(cè)邊部分142以軸向地延伸至于剩余的結(jié)合部135相距距離D2。距離D2提供安全操作，并且允許轉(zhuǎn)子和外罩變形。
[0077]因而，內(nèi)殼體128的布置被分為若干環(huán)形部分，包括主流通路、環(huán)形腔室138和環(huán)形隔室，環(huán)形隔室包括:
[0078]上部環(huán)形上游隔室150，
[0079]下部環(huán)形上游隔室152，
[0080]下部環(huán)形下游隔室154，
[0081]上部環(huán)形下游隔室156。
[0082]這些上部和下部隔室由圓形槽限定，圓形槽構(gòu)成對(duì)泄漏流146的阻擋物。上部環(huán)形隔室通過圓形槽與主流分隔，圓形槽也設(shè)計(jì)用于減少泄漏。隔室的布置和圓形槽的取向造成泄漏流146的方向或壓縮損失的突然變化，這使其減慢。
[0083]圖5是壓縮機(jī)級(jí)的沿圖4中所示的軸線5-5截取的局部剖視圖。
[0084]內(nèi)殼體具有中間部分140，定子葉片126附接到該中間部分140。定子葉片內(nèi)端頭徑向向里延伸，鄰近轉(zhuǎn)子112的外表面，其與轉(zhuǎn)子112的外表面分隔距離D3。距離D3在0.1Omm至20.0Omm范圍內(nèi)，優(yōu)選地在2.0Omm至10.0Omm范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，在3.00至
5.0Omm范圍內(nèi)。距離D3小于或等于多層可磨損材料的厚度。其因而允許轉(zhuǎn)子和定子的徑向變形。設(shè)置在內(nèi)殼體的內(nèi)表面內(nèi)的葉片的內(nèi)端頭的長(zhǎng)度大于環(huán)形腔室的高度的40%，優(yōu)選地70%以上，更優(yōu)選地大于90%。
[0085]在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間，轉(zhuǎn)子引起環(huán)形腔室138中的旋轉(zhuǎn)流158。旋轉(zhuǎn)流158遇到定子葉片126的端頭，并且部分地從下面，在定子葉片126的內(nèi)端部和轉(zhuǎn)子之間，繞過該端頭。環(huán)流158經(jīng)過因而形成的槽，并且排出，形成漩渦160。漩渦160有助于防止泄漏，例如局部泄漏。
[0086]該說明可適用于本發(fā)明的第一實(shí)施例。
[0087]圖6是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的內(nèi)殼體。該視圖是從轉(zhuǎn)子觀察而繪出的。
[0088]內(nèi)殼體140顯示了中間部分，定子葉片126固定到該中間部分。定子葉片的內(nèi)端頭從內(nèi)殼體的內(nèi)表面徑向向里延伸，并且在環(huán)形腔室內(nèi)形成阻擋物。這些葉片距離轉(zhuǎn)子越近，這些葉片可影響環(huán)形腔室內(nèi)的環(huán)流158越大。
[0089]葉片的軸向長(zhǎng)度L2大于環(huán)形腔的長(zhǎng)度LI的20%，優(yōu)選高于40%，更優(yōu)選地大于60%。而且，定子葉片126的端頭關(guān)于旋轉(zhuǎn)流158具有弦角，這要求旋轉(zhuǎn)流158的一部分在定子葉片126 —側(cè)，例如上游繞過定子葉片。產(chǎn)生在兩個(gè)葉片164處的繞過流162可在其端頭之間引起渦旋。渦旋164的出現(xiàn)可抵制泄漏流146，例如局部泄漏。本發(fā)明的該特征因此有助于提高定子和轉(zhuǎn)子之間的密封。
[0090]該說明可適用于本發(fā)明的第一實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種軸向渦輪機(jī)(2)的壓縮機(jī)級(jí)，包括: 轉(zhuǎn)子(12，112)，在其外表面上具有至少兩個(gè)唇形密封件(32，132)，每一個(gè)形成徑向環(huán)形肋；和 定子，其包括: 定子葉片(26，126)的環(huán)形圈，實(shí)質(zhì)上徑向延伸； 內(nèi)殼體(28，128)，其徑向橫截面包括:中間部分(40，140)，其連接到葉片(26，126)的內(nèi)端頭；側(cè)邊部分(42，142)，其在中間部分的每一側(cè)上分別延伸到兩個(gè)唇形密封件(32，132)中的至少一個(gè)，因而與轉(zhuǎn)子形成環(huán)形腔室； 其中，殼體和轉(zhuǎn)子配置為使環(huán)形腔室(38，138)的徑向截面具有長(zhǎng)度LI和高度H，該長(zhǎng)度LI大于高度H。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的壓縮機(jī)級(jí)，其中，環(huán)形腔室(38，138)的長(zhǎng)度LI大于所述腔室的高度H的兩倍，優(yōu)選大于三倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的壓縮機(jī)級(jí)，其中，側(cè)邊部分(42，142)中的每一個(gè)包括軸向子部分(43，143)，所述子部分(43，143)沿相反方向延伸達(dá)其相應(yīng)的唇形密封件(32，132)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的一項(xiàng)所述的壓縮機(jī)級(jí)，其中，所述側(cè)邊部分(42，142)從中間部分朝向轉(zhuǎn)子遠(yuǎn)離彼此發(fā)散。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的一項(xiàng)所述的壓縮機(jī)級(jí)，其中，內(nèi)殼體(28，128)由復(fù)合材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中的一項(xiàng)所述的壓縮機(jī)級(jí)，其中，環(huán)形腔室的高度H在其長(zhǎng)度的大部分上恒定，優(yōu)選在其長(zhǎng)度的70%上恒定，更優(yōu)選地在80%上恒定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中的一項(xiàng)所述的壓縮機(jī)級(jí)，其中，側(cè)邊部分(42，142)的端部具有內(nèi)環(huán)形凹槽，其設(shè)計(jì)用于安置可磨損材料(30，130)層；優(yōu)選地，環(huán)形凹槽具有倒“U”形或“L”形截面；優(yōu)選地，該壓縮機(jī)級(jí)包括多層可磨損材料(30，130)，安裝在該環(huán)形凹槽內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中的一項(xiàng)所述的壓縮機(jī)級(jí)，其中，葉片(26，126)的內(nèi)端頭在內(nèi)殼體(26,126)內(nèi)部延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中的一項(xiàng)所述的壓縮機(jī)級(jí)，其中，轉(zhuǎn)子(112)具有壁，所述壁具有旋轉(zhuǎn)體外形，該旋轉(zhuǎn)體外形包括設(shè)置為與殼體(128)的內(nèi)表面相對(duì)的第一部分(134)、和相對(duì)于第一部分(134)升高且設(shè)計(jì)以提供支撐來用于固定環(huán)形轉(zhuǎn)子葉片排(124)的第二部分(136)、以及連接第一部分(134)到第二部分(136)的結(jié)合部(135)，第二部分(136)至少部分地與內(nèi)殼體的側(cè)邊部分(142)中的一個(gè)軸向重疊，該壁優(yōu)選包括相對(duì)于第一部分升高且與第二部分相對(duì)的第三部分(137)，所述第三部分(137)與殼體的兩個(gè)側(cè)邊部分(142)中的另一個(gè)至少部分地軸向重疊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓縮機(jī)級(jí)，其中，側(cè)邊部分(142)軸向延伸至與結(jié)合部(135)相距距離D2，優(yōu)選地，結(jié)合部(135)為第一結(jié)合部(135)，并且轉(zhuǎn)子壁的外形包括第二結(jié)合部(135)，其相對(duì)于內(nèi)殼體(128)與第一結(jié)合部(135)相對(duì)，殼體的兩個(gè)側(cè)邊部分(142)中的另一個(gè)軸向地延伸至與第二結(jié)合部(135)相距距離D2。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中的一項(xiàng)所述的壓縮機(jī)級(jí)，其中，唇形密封件(32，132)的高度小于殼體的側(cè)邊部分(42，142)的高度的50%，優(yōu)選30%，更優(yōu)選15%。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中的一項(xiàng)所述的壓縮機(jī)級(jí)，其中，轉(zhuǎn)子(12，112)的形成環(huán)形腔室(38，138)的外表面具有大于2微米，優(yōu)選大于6.4微米，更優(yōu)選地大于15微米的粗糙度Ra，以使空氣被吸入所述腔室中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中的一項(xiàng)所述的壓縮機(jī)級(jí)，其中，定子葉片(26，126)的內(nèi)端頭和轉(zhuǎn)子之間的距離D3等于在唇形密封件(32，132)處測(cè)量的多層可磨損材料(30，130)的厚度；優(yōu)選地，距離D3基本上大于多層可磨損材料的厚度；優(yōu)選地，距離D3在0.5mm至5mm的范圍內(nèi)。
14.一種軸向渦輪機(jī)，例如渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，包括壓縮機(jī)(4，6)，壓縮機(jī)(4，6)具有至少一個(gè)壓縮機(jī)級(jí)，其中，所述壓縮機(jī)級(jí)或至少一個(gè)壓縮機(jī)級(jí)為根據(jù)權(quán)利要求1到13中的一項(xiàng)所述的壓縮機(jī)級(jí)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的渦輪機(jī)，其中，渦輪機(jī)包括圓柱狀外殼，該圓柱狀外殼軸向地沿轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度延伸，該轉(zhuǎn)子(12)包括單件鼓，并且該外殼實(shí)質(zhì)上包括兩個(gè)對(duì)半的殼體，或轉(zhuǎn)子(112)和外殼都包括軸向組裝的軸向節(jié)段。
【文檔編號(hào)】F04D29/16GK104141631SQ201410195617
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月10日
【發(fā)明者】J-F.科特奎斯 申請(qǐng)人:航空技術(shù)空間股份有限公司