CN102245860A - 用于在涡轮发动机的转子中平台的密封件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密封件(16)，其用于设置在涡轮发动机转子两相邻叶片之间的中间平台(4)；所述密封件为具有上游端和下游端的伸长形状，在横向或宽度方向上，其包括：接触部分、附着部分、及在接触部分和附着部分之间的柔韧部分；密封件的特征在于，所述密封件的横剖面在其两端之间具有可变化形状(161，162，163，161′，162′，163′)。

Description

用于在涡轮发动机的转子中平台的密封件

技术领域

本发明涉及多线轴领域，特别是双线轴、涡轮喷气飞机领域，尤其是总体上涉及涡轮发动机领域。

背景技术

双线轴涡轮喷气飞机包括燃气涡轮发动机，通过燃气涡轮发动机的燃气流称作主气流，用于驱动风轮，风轮提供的气流称作旁气流。当风轮设置在发动机的前面时，它将排放抽吸的空气，抽吸的空气被分为两同轴流：一是主气流及另外是旁气流。主气流的空气被再次压缩后在燃烧室与燃料混合，以产生带有高能量的燃气流，该高能量的燃气流为设置在下游的涡轮提供动力。其中一个涡轮通过轴与其驱动的风轮转子相连。在民用飞机发动机中旁气流主要是提供发动机的推动力，从而导致风轮的直径非常大。

风轮转子包括叶轮，叶轮的毂被固定在驱动轴上，轮缘包括大体面向轴向的叶片槽。轴方向是发动机轴的方向。叶片在它们的根部啮合在各个槽中，并形成风轮转子。风轮叶片包括叶根、带有空气动力外形的叶型、及在叶根和叶型之间的支柱。为了在转子的轮缘和气流之间形成边界面，并确保主气流的连续性，中间平台设置在叶片之间。由于不同于上游压缩级并因为叶片的尺寸相当大，风轮转子平台不会形成叶片的整体部分，而是分开部分。应该注意到，在风轮转子入口和出口之间会显著增加气流的内径。

在平台的叶片之间设置有间隙以允许后者在发动机的不同工作阶段期间移动有限的范围。该间隙由弹性体密封件塞住，该弹性体沿着平台侧边附着并靠在邻接的叶片上。

根据现有技术，密封件是从一端至另一端的带有固定外形的伸长形状。在横向上，它包括三部分：用于附着到平台的部分，柔韧部分，和确保与邻接部件的表面相接触而形成的球状部分。柔韧部分允许密封件适合各个平台边与面对叶片表面之间的距离。

应该注意到，在它们被安装到涡轮发动机上而工作某个周期之后，它们具有磨损和破损区。结果是在风轮叶根部的密封件损坏。损坏的密封件会影响流量和风轮直接下游处压缩机级的效率。它还影响湍振容限。

因此，在涡轮发动机的生命周期中，密封件是需要定期更换的部件，以保证后者的最佳工作。

发明内容

本发明的目的是提高涡轮发动机转子的平台和叶片之间的密封效果，该涡轮发动机转子带有自由中间平台以减少密封件被更换频率。

密封件破损是由于变形产生的应力，所述变形是在涡轮机的不同工作阶段期间由平台和叶片之间相对周向和轴向运动导致的。

申请人的目标是仅改变密封件，而不作用于转子部件。

通过观察破损的密封件可以发现：位于平台下游的部分密封件易于翻转。该翻转在非翻转部分密封件的过渡区域中产生相当大的变形。该区域是能够导致密封件局部损坏的施力位置。分析表明，该变形的一个来源是来自密封件间隔的位置---它们不是平行地朝向发动机的轴，而是急剧倾斜，从而导致从上游到下游平台直径的增加---密封件所经受的应力在其长度内不均匀。在下游部分的离心力大于上游部分，从而在上游和下游之间引起不同变形。在平台和叶片表面之间，从上游到下游的非常量间隙增加了这种作用。该间隙在下游方向减小了，密封件的球状部分在周向被推向平台的内侧。因此发现密封件的下游部分很可能被压向平台。

从这点出发，本发明试图利用密封件克服这些缺点，所述密封件用于处于涡轮发动机转子两相邻叶片之间的中间平台。所述密封件为具有上游端和下游端的伸长形状，在横向或宽度上，其包括：接触部分、附着部分、及在接触部分和附着部分之间的柔韧部分。密封件是值得注意的，其中，密封件的外形在其两端之间具有变化横剖面的形状。接触部分的横剖面为球形，并从一端到另一端减小。

通过选择密封件的形状，以限制最大应力值，从而防止可能超过密封件损坏限度的变形，所述密封件的形状是在工作中其承受的应力的函数。

当密封件的剖面从一端至另一端不是常数时，所述的密封件具有可变的剖面。它仅在部分长度上减小。接触部分的形状为椭圆，更具体地为圆形。柔韧部分从一端至另一端也是可变的，不是常量，以更好地适应外形。

通过在至少一端逐渐变细，可进一步提高密封件的强度。锥形体在于以斜面切割密封件。

本发明还涉及涡轮发动机转子的中间平台，其包括至少沿一纵侧边确定的这样的密封件。

根据本发明具体实施例，平台被设置为轴向安装到转子的轮缘上，以便使转子的一轴端的直径具有大于另一轴端的直径。平台设置有密封件，其中，最小的剖面在较大直径一侧。

更具体而言，由于平台具有上游轴端和下游轴端，下游轴端的直径大于上游轴端的直径，密封件具有上游区域D和下游区域E，上游区域D具有不变的剖面和其长度为密封件长度的1/2至2/3之间，下游区域E的横剖面在下游方向减小。

平台被优选地设置安装在涡轮喷气飞机的风轮转子上。

本发明还涉及包括所述的中间平台的涡轮发动机转子，更具体地地涉及涡轮喷气飞机风轮转子。

附图说明

参照附图，下描述本发明的一个实施例，但不限于这个例子，其中：

图1示出了两线轴涡轮喷气飞机的部分风轮转子的等体积透视图；

图2示出了带有侧向密封件的平台的透视图；

图3表示与图2的方向III-III的剖面相应的密封件的剖面；

图4示出了现有技术密封件的可能变形的仿真；

图5示出了带有根据本发明可变外形的密封件的、在D-D和E-E方向上剖面的透视图。

具体实施方式

图1示出了构成两线轴发动机风轮转子的部件的局部透视图。圆盘1在其轮缘10上包括：槽11，其相对发动机轴XX大体朝向轴向，图中示出了5个槽。槽具有燕尾形剖面，带有朝向轴XX的纵长边。叶片通过一敞开端滑进槽中。所示的单个叶片2处于***槽中。叶片2包括：叶根21、支柱22和叶型20。所形成的叶根21被容纳在带侧凸出的槽11中，通过侧凸出叶根21在径向向外方向被压在槽的纵向边上，所述槽朝向轴XX。叶根承受由楔子3产生的压力，楔子3沿槽11的底部组装地滑到叶根21的下面。用于将叶片固定到圆盘上的装置还包括用于将叶片分别相对圆盘轴向锁定的装置，在本例中没有示出。

风轮叶片没有一体的平台，不像涡轮发动机上其它压缩机叶片那样。中间平台的作用是相对叶片部分地自由移动。图1示出了平台4。转子包括多个象叶片似的平台。它们设置在两个相邻叶片之间。平台4包括板40，其大体上为截头圆锥体形状，用于限定表面部分，表面部分位于主气流径向内侧，主气流在两个相邻叶片之间被引导。其在三个点被固定在圆盘上，并包括三个径向突耳，三个径向突耳在图2中可清楚地看到。上游突耳43由销子(未示出)轴向穿过并被固定到圆盘上游面的上游法兰13上。中间突耳45也是在径向上由销子(未示出)固定到位于两槽之间圆盘边缘的径向突耳15上。第三突耳47连接到压缩机直接下游的滚筒上，共同称作“增压器”(未示出)。突耳17支撑圆盘--增压器连接。销子沿着轴XX方向，并使平台在轴向和径向固定。

为了保证气流和转子内部体积之间的密封，由弹性件制成的密封件5和6沿着平台设置。图3示出了一个密封件，图3为III-III方向的剖面。密封件6包括三个部分：附着部分61、柔韧连接部分62和接触部分63。通过将附着部分61粘结在沿平台的板40的侧边设置的槽中，可将密封件固定到平台上。接触部分优选的为球形剖面，优选的为椭圆形或圆环形；它的形状保证与邻接部件有良好的相切接触，但它还给密封件提供了硬度，并为其提供满足接触的惯性。连接部分62较接触部分要窄，并是柔韧的以允许适合密封。如图3所示，接触部分伸过平台的边，以与邻接的叶片表面相接触。

当密封件在其整个长度上具有不变的形状时，可以发现其变形处于不均匀状态，这种变形产生的应力会损坏密封件。

图4示出了变形的仿真，其中，密封件很可能持续在工作中。其上有三个区。第一区域A，其位于平台的上游部分，当它处于平台的位置上并向外压向邻接叶片的支柱时，密封件的形状与所期望的形状相对应。在区域C中，密封件被翻转，接触部分63不是向外挤压，而是向平台折叠，并在后者下面。这种非期望的位置是由于离心力加上支柱产生的侧应力所致。在区域A和C之间的中间区域B承受最大变形，并是损坏的部位。

本发明的方案在于可使密封件的外形变化，以考虑密封件所经受的应力的不均匀性。

图5在长度方向和剖面上示出了具有可变外形的这种密封件16。

与现有技术一样，密封件从一端至另一端具有三个部分的剖面。它包括附着部分、柔韧部分和接触部分。

在长度方向，可看见上游端和下游端，上游和下游对应平台的端部，密封件被设置在平台上。在这两个端部之间，密封件包括两个区域：分别是区域D和E。在上游区域D，外形保持不变并对应截面D-D的外形，具有：附着部分161，其用于被粘结到平台的相对应的槽中；在附着部分和接触部分之间具有宽度L的柔韧部分162；及本实施例的接触部分163，其具有圆环剖面，其表面积为S。

区域D的长度大体上是密封件长度的1/2至2/3之间。

在区域D下游的区域E，其外形是可变的。沿密封件剖面E-E的横截面示出了与附着部分161相同形状和尺寸的附着部分161’。柔韧部分162’具有长度L’，L’＜L。接触部分163’的剖面也是圆环形，但其表面S’小表面S。通过减小接触部分的宽度和/或剖面，也减小了密封的惯量。在这个区域将密封件翻转的力也就减小了。通过对这样改变的密封件进行实验，可以发现无变形情形，该变形会损坏密封件的整体性。

优选地，在柔韧部分和接触部分之间的连接区域为磨圆的、并且没有锐边，从而减小初始损坏的风险。

上面已经描述了对应双线轴涡轮喷气飞机的风轮转子情况的实施例。在这种情况下，主气流的内径在气流的出口和入口之间保持相当大的变化。此外，平台和叶片之间的间隙也不是常量，它在上游和下游之间减小。

本发明可更一般地应用于任何具有相同设置的涡轮发动机。

Claims (9)

1.一种密封件(16)，其用于处于涡轮发动机转子两相邻叶片之间的中间平台(4)；所述密封件为具有上游端和下游端的伸长形状，在横向或宽度上，其包括：接触部分、附着部分、及在接触部分和附着部分之间的柔韧部分；其特征在于，所述密封件的横剖面在其两端之间具有可变化形状(161，162，163，161′，162′，163′)；接触部分的横剖面具有球形(163，163′)，并从一端到另一端减小。

2.根据权利要求1所述的密封件，其特征在于，接触部分的横剖面为椭圆形，更具体地为圆形。

3.根据前述权利要求其中之一所述的密封件，其特征在于，至少一个上游端或下游端为锥形。

4.一种涡轮发动机的转子的中间平台，其至少沿一纵侧边包括前述权利要求其中之一所述的密封件。

5.根据前述权利要求所述的平台，所述平台被设置为轴向安装到转子的轮缘上，以使一轴端的直径大于另一轴端的直径，所述另一轴端带有权利要求2至4其中之一所述密封件；最小的横剖面在较大直径一侧。

6.根据前述权利要求所述的平台，所述平台具有上游轴端和下游轴端，下游轴端的直径大于上游轴端的直径，密封件具有上游区域D和下游区域E，上游区域D具有不变的剖面和其长度为密封件长度的1/2至2/3之间，下游区域E的剖面在下游方向减小。

7.根据前述权利要求所述的平台，其设置安装在涡轮喷气飞机的风轮转子上。

8.一种涡轮发动机转子，其包括如权利要求6-8其中之一所述的中间平台。

9.根据前述权利要求所述的转子，其中，涡轮发动机转子是涡轮喷气飞机风轮。

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