使用刷式密封件密封的涡轮机轴流压气的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种轴流涡轮机的压气机，包括：定子，具有径向延伸的环形排的定子叶片(32)，布置在定子叶片(32)的内端部处的内部金属箍(36)，布置在包括基本上轴向延伸的旋转轮廓的内部金属箍(36)的下游刷式密封件(40)。刷式密封件包括大体轴向延伸的刷毛。压气机还包括转子，转子具有环形密封表面(42)，环形密封表面(42)大体上为圆柱形或截头圆锥形，布置在定子叶片(32)的下游侧上，并且与刷式密封件(40)配合以在内部金属箍(36)和转子之间提供密封。所述环形表面(42)环绕刷式密封件(40)，使得刷式密封件(40)的下游压力趋于将所述密封件从环形表面(42)推动远离。所述刷式密封件在与环形表面的接触中磨损较少。
【专利说明】使用刷式密封件密封的涡轮机轴流压气机
【技术领域】
[0001]本发明涉及在轴流涡轮机的压气机中的可旋转密封的领域。更特别地，本发明涉及轴流涡轮机的刷式密封件。更具体地，本发明涉及轴流涡轮机压气机的转子和内金属箍之间的刷式密封件。本发明还涉及一种轴流涡轮机。
【背景技术】
[0002]为了提高涡轮发动机的效率，需要减小工作流体的泄漏和再循环。为了该目的，需要在转子和定子之间给涡轮发动机配备环形密封件。涡轮机可包括若干压气机，包括低压压气机。为了确保在这样的压气机中的密封，可以设想使用环形刷式密封件。
[0003]这种类型的密封件可帮助在整流器的内部金属箍和压气机的转子之间提供密封。该刷式密封件包括可轴向取向的多个刷毛。刷毛的柔韧性是有利的，因为其允许转子相对于定子径向和轴向运动，而同时保持密封，并且不会使该刷式密封件劣变。
[0004]公布的专利文件DE 10 2005 042 272 Al公开了包括转子和定子的飞机涡轮发动机的压气机。定子具有整流器，所述整流器提供有支撑内部金属箍的环形排的叶片。转子包括布置在内部金属箍的上游和下游的两个环形排的叶片。转子包括两个环形平台，转子叶片从所述环形平台径向延伸。涡轮机包括环形刷式密封件，该环形刷式密封件在整流器的内部金属箍和叶片的平台之间提供密封。这些密封件布置在内部金属箍的上游和下游，并且防止在内部金属箍和转子之间的流动循环。然而，压力差趋于将下游的密封件压靠转子平台，并且将密封件很快地磨损。
[0005]此外，下游密封件的存在使得需要在流体包络的内表面上提供多个台阶。这些上游和下游的台阶扰乱了流动，这有损压气机的效率。该构造增加定子叶片的排和布置在下游的转子叶片的排之间的轴向间隙。
【发明内容】
[0006]抟术问是页
[0007]本发明旨在解决至少一个由于现有技术引起的技术问题。更特别地，本发明旨在提高布置在内部金属箍上的刷式密封件的寿命。本发明还旨在改善具有附接的刷式密封件并且该刷式密封件的刷毛轴向延伸的压气机的紧凑性。
[0008]技术手段
[0009]本发明涉及一种轴流涡轮机的压气机，包括:定子，其具有径向延伸的环形排的定子叶片，布置在定子叶片的内端部处的环形内部金属箍，布置在内部金属箍上的环形刷式密封件；转子，其具有环形密封表面，环形密封表面布置在定子叶片的排的下游侧上，并且与刷式密封件配合以在转子和内部金属箍之间提供密封，特征在于环形表面环绕刷式密封件。
[0010]根据本发明的有利实施例，刷式密封件包括大体上轴向延伸的刷毛，并且刷毛与环形表面大体上相切或大体上对准，该刷毛优选地大体上与通过压气机的流体的内包络紧密配合。一些刷毛可与环形表面大体上相切或大体上对准，因为环形表面可具有直的或弯曲的旋转轮廓。
[0011]根据本发明的有利实施例，环形表面大体上为圆柱形或是大体上截头圆锥形，或者环形表面具有与刷式密封件的外表面紧密配合的弯曲的旋转轮廓。
[0012]根据本发明的有利实施例，刷式密封件径向地布置在内部金属箍的下游边缘处，刷式密封件优选地从内部金属箍的该边缘轴向延伸。
[0013]根据本发明的有利实施例，刷式密封件径向地集成在内部金属箍的厚度中，优选地，刷式密封件的旋转轮廓的径向厚度小于内部金属箍的平均径向厚度。
[0014]根据本发明的有利实施例，转子包括布置在定子叶片的下游的环形排的转子叶片和径向地布置在转子叶片的内端部处的环形平台，所述环形平台包括环形管状套筒，环形管状套筒的内表面形成环形表面。
[0015]根据本发明的有利实施例，环形表面轴向地布置为远离定子叶片，转子叶片优选地至少部分地与刷式密封件轴向重叠。
[0016]根据本发明的有利实施例，转子包括用于转子叶片的径向保持且径向向外敞开的至少一个径向环形凹槽，转子叶片包括插入径向凹槽中的保持脚，以确保转子叶片的径向保持，环形表面布置为与径向凹槽径向地间隔开。
[0017]根据本发明的有利实施例，转子叶片包括与刷式密封件相反地径向延伸的止动部。
[0018]根据本发明的有利实施例，转子包括形成环形表面的轴向敞开的环形凹槽，并且其中刷式密封件轴向延伸。
[0019]根据本发明的有利实施例，刷式密封件延伸在轴向凹槽的轴向大部分中延伸和/或刷式密封件径向地占据轴向凹槽的大部分。
[0020]根据本发明的有利实施例，刷式密封件包括插入内部金属箍中的上游部分和相对于内部金属箍伸出的自由部分，刷式密封件的自由部分的大部分在轴向凹槽中延伸。
[0021]根据本发明的有利实施例，定子包括布置在内部金属箍的上游和下游的两个刷式密封件，所述内部金属箍包括支撑两个环形刷式密封件的环形部分，所述环形部分优选地由相同的材料且一体地形成。
[0022]根据本发明的有利实施例，内部金属箍包含复合材料,该复合材料优选地形成内部金属箍的体积的大部分。
[0023]根据本发明的有利实施例，转子包括具有旋转轮廓的鼓，内部金属箍的大部分与鼓的外表面紧密地配合和/或内部金属箍的内表面的旋转轮廓的大部分基本上与鼓的外表面平行。
[0024]根据本发明的有利实施例，环形表面的旋转轮廓相对于压气机的旋转轴线倾斜超过1°，更优选地倾斜超过10°。
[0025]根据本发明的有利实施例，环形表面轴向地布置在转子叶片中。
[0026]根据本发明的有利实施例，刷毛大体上轴向地延伸。
[0027]本发明还涉及一种包括压气机，特别地是一种低压压气机的轴流涡轮机，特征在于该压气机是根据本发明的压气机。
[0028]本发明的优点
[0029]本发明确保避免在整流器的上游和下游之间的将刷式密封件压靠在转子的环形表面上的压力差。因此刷式密封件在压气机的操作过程中经受较少的磨损。通过这样，刷式密封件受到保护并且其寿命延长。
[0030]刷式密封件布置于其中的轴向密封件的形状可形成对可能的泄漏流体的阻隔物。该形式具有减缓可能的泄漏的导风板，并且提高了压气机的效率。
[0031]刷式密封件还允许提高压气机的紧凑性。可减少内部金属箍的厚度。类似地，接收内部金属箍的径向凹槽的深度可减小，这帮助减小转子的重量。转子叶片的平台和环形平台之间的连结部之间的径向靠近增进了转子的结实性，并且允许减小厚度。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1显示了根据本发明的轴流涡轮机。
[0033]图2是根据本发明的第一实施例的涡轮机压气机的图示。
[0034]图3图示了根据本发明的第一实施例的压气机的部分。
[0035]图4是根据本发明的第二实施例的涡轮机压气机的图示。
【具体实施方式】
[0036]在下面的描述中，术语内部的或内在的和外部的或外在的是指相对于轴流涡轮机的旋转轴线的位置。
[0037]图1示意性地显示了轴流涡轮机。在该例中为双流涡轮喷气发动机。涡轮喷气发动机2包括称为低压压气机4的第一压缩级、称为高压压气机6的第二压缩级、燃烧室8和一个或多个涡轮级10。至少一个压气机包括定子和转子12。转子可以是成对的。
[0038]在操作中，经由中心轴到转子12传递至涡轮10的机械功率使两个压气机4和6运动。这意味着，提高传动比可增大传递至压气机的旋转速度。替代的，多个涡轮级每个可经由同心轴而都被连接至压气机级。这些压气机级包括与定子叶片排相关联的若干排转子叶片。转子绕旋转轴线14的旋转产生空气流，并且逐渐地压缩空气流直到进入燃烧室10。
[0039]进气风扇16联接至转子12并且产生空气流，该空气流分流为第一流体18和第二流体20，其中第一流体18通过涡轮机的上述不同的级，第二流体20沿着涡轮机经过环形管道(部分示出)然后与第一流体在涡轮出口处汇合。第一流体18和第二流体20是环形的，它们通过涡轮机的壳体而引导。为了该目的，壳体具有可在内部或外部的金属箍或圆柱形壁。
[0040]图2是图1的涡轮机2的轴流压气机的剖视图。压气机可为低压压气机4。可观察到风扇16的一部分和将第一流体流18和第二流体流20分隔开的分隔鼻件的一部分。
[0041]转子12可包括基本上中空的鼓24。转子12大体上显示了具有绕轴线14的旋转轮廓的旋转形状。鼓24可形成可选地由相同材料制成的一体组件。鼓24可由诸如钛等金属制成。鼓24可轴向延伸在压气机4的大部分的上方。鼓24的旋转轮廓可为弯曲的。根据流动方向，鼓24的旋转轮廓可形成半径增大部，其后为半径减小部。
[0042]转子12包括至少一排转子叶片26，优选地多排转子叶片26，在该例中为3排。转子12可包括至少一个，优选地多个环形平台28，环形平台28每一个与一排转子叶片26相关联。环形平台28可为安装支架，转子叶片26从径向地延伸。环形平台28包括引导环形第一流体18的外表面30。转子叶片26可被焊接至鼓24以形成一体的组件。
[0043]定子11包括至少一个整流器，优选地若干个整流器，在该例中包括4个，所述整流器每个包括一排定子叶片32。整流器与风扇16相关联或与转子叶片26的排相关联，以调整空气流，从而转变流的速度压力。
[0044]定子叶片32基本上从定子11的外壳体34径向地延伸。外壳体34可由复合材料制成。定子叶片32可被焊接至外壳体34或与轴附接。定子叶片32彼此均匀地间隔开，并且在该流中具有相同的角度取向。一排叶片相同是有利的。可选地，叶片之间的间距可为局部地变化，它们的角度取向也可以局部地变化。一些叶片可与该排中的其他叶片不同。
[0045]定子11包括与环形排的定子叶片相关联的至少一个内部金属箍36，优选地若干内部金属箍36,每个内部金属箍36与环形排的定子叶片相关联。内部金属箍36大体上具有绕轴线14的旋转轮廓的旋转形状。每个旋转轮廓可具有向内敞开的“U”形形状。至少一个内部金属箍36的旋转轮廓的轴向大部分基本上平行于鼓的外表面，这改善了紧凑性。
[0046]内部金属箍36可包含复合材料。至少一个,优选地每个内部金属箍36包含至少10%，优选地至少80%的体积百分比的复合材料。内部金属箍36可通过将树脂注射到模具中制备。树脂可为纤维填充的树脂，和/或可包括模制预成型件。
[0047]内部金属箍可包含金属，例如钛。其可通过机加工、锻造和/或弯曲制成。
[0048]定子11包括至少一个，优选地若干个刷式密封件(38、40)，该刷式密封件(38、40)与转子配合以在相关联的整流器的上游和下游之间提供密封。至少一个或每个刷式密封件(38,40)可构造为防止经过内部金属箍36和鼓24之间而从下游到上游的流体再循环。定子可包括刷式密封件(38、40)，该刷式密封件(38、40)布置在每个内部金属箍36的上游和下游并且与转子12配合以提供密封。至少一个内部金属箍36包括支撑上游刷式密封件38和下游刷式密封件40的环形部分。所述部分优选地连接至定子叶片26，并且可选地由相同的材料一体地形成。所述部分可由复合材料制成。
[0049]至少一个，优选地每个刷式密封件(38、40)插入相关联的内部金属箍36的厚度中以用于其紧固。可选地，一个刷式密封件，优选地每个刷式密封件的旋转轮廓的径向厚度小于相关联的内部金属箍的旋转轮廓的平均径向厚度。刷式密封件(38、40)可被嵌入内部金属箍的环形径向凸缘的厚度中。
[0050]根据本发明的一个替代形式，转子包括例如布置在转子的环形平台上的刷式密封件，并且其与定子，可选地与内部金属箍相互作用，以在每个整流器和转子之间提供密封。
[0051]图3显示了根据本发明的第一实施例的压气机的部分的轮廓。
[0052]至少一个，优选地每个刷式密封件(38、40)包括插入内部金属箍的部分和自由部分。插入部分可为上游部分，自由部分可为下游部分。每个自由部分相对于内部金属箍大体上轴向伸出。刷式密封件的每个插入部分附接至相应的内部金属箍36。
[0053]至少一个，优选地每个刷式密封件(38、40)包括可大体上轴向延伸的刷毛。刷毛布置在内部金属箍36的上游和下游边缘处。刷毛本质上是柔韧的，并且具有指定的硬度。它们能够在压气机的安装过程中弹性变形。刷毛可由聚合物制成，并且具有小于2_的直径，优选地具有小于0.1mm的直径。
[0054]环形平台包括管状套筒41，该管状套筒41的内表面形成环形密封表面42，该环形密封表面42与下游刷式密封件40配合以提供密封。环形表面42环绕相关联的下游刷式密封件40。优选地，转子包括与每个刷式密封件相关联的环形表面42。有利地，环形表面42大体为圆柱形，并且可能为基本上圆锥形或截头圆锥形。每个环形表面42可基本上与相关联的刷式密封件的外表面相切。一些刷毛可能可以与环形表面对准。刷式密封件的每个外表面和/或每个环形表面可大体上与通过压气机的环形流体的内包络匹配。
[0055]转子可包括至少一个，优选地多个轴向环形凹槽44，其例如朝向以面对面布置的内部金属箍36轴向敞开。每个轴向凹槽44形成一个环形表面42，可选地内表面，其与下游的刷式密封件40配合。每个下游密封件40可与轴向凹槽44相关联，并且反之亦然。
[0056]至少一个，优选地每个下游刷式密封件40可延伸在相关联的轴向凹槽44的轴向大部分中，可选地至少一个下游刷式密封件40轴向地延伸通过整个相关联的轴向凹槽44。至少一个，优选地每个下游刷式密封件40的旋转轮廓可径向占据相关联的轴向凹槽的旋转轮廓的大部分。至少一个，优选地每个下游刷式密封件40的旋转轮廓的厚度可大于相关联的凹槽的旋转轮廓的径向高度的大部分。
[0057]下游密封件40可构造为使得:当压气机停止时，该下游密封件刷40抵靠相关联的环形表面42施加压力Pl，并且当压气机以预定的或标称工况运行时，该下游密封件40抵靠环形表面42施加压力P2，该压力P2低于压力Pl的。Pl和P2之间的压力差是由于在压气机的操作期间定子叶片32的下游的压力的增加导致的。该工作况可高于2000转/分，优选地大于4000转/分，更优选地大于8000转/分，可选地大于15000转/分。当压气机的速度达到其标称速度时，压力P2可为O。下游刷式密封件40的刷毛可在安装在压气机中时被预加应力并且抵靠固定的环形表面施加力。在操作中，压力差具有推动刷毛远离的作用，由此布置在外侧的刷毛接触环形表面42。
[0058]图4显示了根据本发明的第二实施例的涡轮机压气机104的轮廓。图4使用先前图中的标记用于相同或类似的元件，但是标记增加了 100。在该实施例中特定的数字用于特定的项。
[0059]转子112可包括鼓124，该鼓124可与至少一个，优选地与多个径向向外敞开的环形径向凹槽146以单件制成。每个径向凹槽146可与环形排的转子叶片126相关联。径向凹槽146包括可向外张开的斜壁。
[0060]转子叶片126可包括平台128和保持脚148，保持脚148例如成形为燕尾状并且插入径向凹槽146中。凹槽和脚可被构造为允许转子叶片126的向内的径向保持。保持脚从其相关联的平台128朝向容纳所述脚的径向凹槽146的底部径向延伸。叶片的平台组件可形成与刷式密封件(138、140)配合的环形表面142。每个刷式密封件的旋转轮廓从最近的环形凹槽径向远离。
[0061]轴向凹槽144由平台128和鼓124界定。转子叶片126可包括止动部150，该止动部150构造为限定，并且可能防止其从上游到下游的倾斜。止动部150从它们相关联的平台128径向延伸，并且与鼓124例如在凹槽146的任一侧上径向地或轴向地配合。止动件150可在刷式密封件的水平处径向延伸。至少一个止动部可在相关联的轴向凹槽144的大部分上径向延伸。
[0062]至少一个,优选地每个内部金属箍136可大体上具有恒定的厚度,刷式密封件136被容纳在该厚度中。每个内部金属箍136的内表面可贴合鼓124的外表面。
[0063]应当注意到，这两个具体实施例的每一个的说明可根据权利要求应用至另一个实施例或应用到任意其他实施例。
【权利要求】
1.一种轴流涡轮机(2)的压气机(4 ；6:104)，包括: 定子(11),包括: 环形排的定子叶片(32 内部金属箍(36 ；136〉，其布置在所述定子叶片的内端部， 刷式密封件(40:140),其布置在所述内部金属箍(36 ^136)上， 转子(12),其具有环形密封表面(42 ； 142),所述环形密封表面(42 ^142)布置在所述环形排的定子叶片(332 ^132)的下游侧上，并且与所述刷式密封件(40:140)配合以在所述内部金属箍(36 ^136)和所述转子(12)之间提供密封， 其特征在于: 所述环形表面(42 ^142)环绕所述刷式密封件(40 ^140)。
2.根据权利要求1所述的压气机(4；6 ； 104),其特征在于所述刷式密封件(40:140)包括大体上轴向延伸的刷毛，并且所述刷毛与所述环形表面(42:142)相切或大体上对准，优选地所述刷毛大体上与通过压气机的流体的内包络紧密配合。
3.根据权利要求1到2中任一项所述的压气机(4；6 ； 104)，其特征在于所述环形表面(42 ^142)大体上为圆柱形，或大体上为截头圆锥形，或所述环形表面具有与所述刷式密封件(40:140)的外表面紧密配合的弯曲的旋转轮廓。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的压气机(4；6 ； 104)，其特征在于所述刷式密封件(40 ^140)轴向地布置在所述内部金属箍(36 ^136)的下游边缘处，优选地，所述刷式密封件(40:140)从所述内部金属箍的边缘轴向地延伸。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的压气机(4；6 ； 104)，其特征在于所述刷式密封件(40 ^140)径向地集成在所述内部金属箍(36 ^136)的厚度内，优选地，所述刷式密封件(40:140)的旋转轮廓的径向厚度小于所述内部金属箍的平均径向厚度。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的压气机(4；6:104)，其特征在于所述转子(12)包括布置在所述定子叶片(32:132)的下游的环形排的转子叶片(26:126)和径向地布置在所述转子叶片(26 ^126)的内端部处的环形平台(28 ；128〉，所述环形平台(28 ^128)包括管状套筒(41),所述管状套筒(41)的内表面形成表面环。
7.根据权利要求6所述的压气机(4；6:104)，其特征在于所述环形表面(42 ^142)布置为轴向远离所述定子叶片，所述转子叶片优选地至少部分地与所述刷式密封件轴向重叠。
8.根据权利要求6到7中任一项所述的压气机(104)，其特征在于所述转子包括用于所述转子叶片(126)的径向保持的径向向外敞开的至少一个径向环形凹槽(146),所述转子叶片(126)包括插入所述径向凹槽(146)中的保持脚(148)，以确保所述转子叶片的径向保持，所述环形表面(142)布置为径向远离所述径向凹槽(146).
9.根据权利要求6到8中任一项所述的压气机(4；6 ； 104)，其特征在于所述转子叶片包括与所述刷式密封件相对的径向延伸的止动部。
10.根据权利要求1到9中的一项所述的压气机(4；6:104),其特征在于所述转子(12)包括轴向敞开并且形成所述环形表面(42:142)的轴向环形凹槽(44:144),其中所述刷式密封件(40:140)轴向延伸。
11.根据权利要求10所述的压气机(4；6:104)，其特征在于所述刷式密封件(40:140)延伸在所述轴向凹槽(44:144)的轴向大部分中和/或所述刷式密封件径向地占据所述轴向凹槽的大部分。
12.根据权利要求10到11中任一项所述的压气机(4；6 ； 104)，其特征在于所述刷式密封件(40:140)包括插入所述内部金属箍(36 ^136)中的上游部分和相对于所述内部金属箍伸出的自由下游部分，所述刷式密封件的自由部分的大部分延伸在所述轴向凹槽(44 ；144)中。
13.根据权利要求1到12中任一项所述的压气机(4；6:104)，其特征在于所述定子(11)包括布置在所述内部金属箍(36:136)的上游和下游的两个刷式密封件(38 ；40 ；138 ；140),所述内部金属箍包括支撑所述两个刷式密封件的环形部分，所述环形部分优选地一体地形成。
14.根据权利要求1到13中任一项所述的压气机(4；6 ； 104)，其特征在于所述内部金属箍(36:136)包含复合材料,所述复合材料优选地形成所述内部金属箍(36:136)的体积的大部分。
15.一种轴流涡轮机，包括压气机，特别地是低压压气机(4 #:104),其特征在于所述压气机(4 ；6:104)是根据权利要求1-14中任一项所述的压气机。
【文档编号】F01D11/08GK104420895SQ201410446681
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】A.纳尔特, F.杜里厄 申请人:航空技术空间股份有限公司