CN113474538B - 用于涡轮机的组合件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机的组合件，其包括：定子(1)和转子(2)，所述转子围绕轴线相对于所述定子(1)可旋转，所述转子(2)包括叶片，每个叶片包括连接到径向内部平台(5)的轮叶(3)；可磨耗材料块(6)，其从所述径向内部平台(5)径向向内延伸，所述定子(1)具有：包括环形区域(9)的护罩；至少一个凸耳(12)，其从所述环形区域(9)径向向外延伸，所述凸耳(12)的径向外端与所述可磨耗材料块(6)协作。

Description

用于涡轮机的组合件
技术领域
本发明涉及一种用于例如飞机涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机等涡轮机的组合件。
背景技术
图1示出具有双流和双体的涡轮机1a。涡轮机的轴线标记为X且对应于旋转部分的旋转轴。在下文中，相对于X轴定义术语“轴向”和“径向”。
在气流方向上从上游到下游，涡轮机1a具有风机2a、低压压缩机3a、高压压缩机4a、燃烧室5a、高压涡轮6a和低压涡轮7a。
来自风扇2a的空气分成流入主要环形纹路9a的主要流8a以及流入环绕主要环形纹路9a的次要环形纹路11a的次要流10a。
低压压缩机3a、高压压缩机4a、燃烧室5a、高压涡轮6a和低压涡轮7a位于主要纹路9a中。
高压涡轮6a的转子和高压压缩机4a的转子经由第一轴杆旋转联接，以便形成高压主体。
低压涡轮7a的转子和低压压缩机3a的转子经由第二轴杆旋转联接以便形成低压主体，风机2a能够直接或经由例如周转齿轮系连接到低压压缩机3a的转子。
高压压缩机4a包括定子和转子，所述转子能够围绕涡轮机的X轴相对于定子枢转。
转子和定子各自包括一连串叶轮，每个叶轮包括围绕涡轮机的轴线分布的一系列叶片。
每个定子轮叶具有连接到径向外部平台和径向内部平台的叶片，所述径向内部平台界定压缩机内的气流的流动路径。可磨耗材料块或环从径向内部平台径向向内延伸。转子包括：护罩，其包括环形区域；凸耳，其从所述环形区域径向向外延伸，所述凸耳的径向外端与可磨耗材料块协作以形成能够在操作时提供动态密封的密封件。
这种性质的结构也从文档EP 3 023 595中已知。
结果表明，在操作期间，通过叶片与可磨耗材料块之间的径向间隙，相对较强的气流可以在相应叶片行的上游侧与下游侧之间穿过，这对涡轮机的效率具有负面影响。
发明内容
本发明旨在以简单、可靠且便宜的方式补救此类缺点。
为此目的，本发明涉及一种用于涡轮机的组合件，其包括：定子和转子，所述转子能够围绕轴线相对于定子枢转，所述定子包括叶片，每个叶片包括连接到径向内部平台的轮叶；可磨耗材料块，其从所述径向内部平台径向向内延伸，所述转子具有：护罩，其包括环形区域；至少一个凸耳，其从所述环形区域径向向外延伸，所述凸耳的径向外端与所述可磨耗材料块协作，其特征在于，所述可磨耗材料块具有包括径向向内打开的单元的蜂窝结构；至少一个突片，其从所述平台或所述可磨耗材料块径向向内延伸，所述突片的径向内端与所述定子护罩的所述环形区域协作，所述突片的径向内端的厚度e1，即所述突片的所述端部的轴向尺寸与所述凸耳的厚度e2，即所述凸耳的轴向尺寸的比率+小于5，优选地小于0.2。
凸耳和突片与可磨耗材料块和护罩的环形区域一起限定挡板或障碍物，使得可以增加压力损失并且有利于转子与定子之间的动态密封，以便限制叶片的上游和下游之间的泄漏流。换句话说，上述元件形成曲径状接头。
另外，具有薄突片，即低e1/e2比率的事实增加压降且因此增加动态密封件的效率。
术语“上游”和“下游”是相对于通过涡轮机的气流定义的。
使用呈蜂巢形式的可磨耗材料块可以更好地承受高热应力，尤其在用于涡轮机的情况下。此结构还可以限制整体的质量。
具有薄突片还可以容易地将所述突片容纳在可用空间中，同时避免突片与凸耳之间碰撞的风险，尤其在输送现象的影响下。将回想到，“输送”是在操作期间转子相对于定子的轴向位移，具体来说由于这些元件之间的尺寸和组装公差。
突片和/或凸耳可以仅在轴向平面中延伸或可以倾斜地延伸到径向平面。
突片和/或凸耳的数目可以根据要求改变。例如，组合件可以包括两个或三个凸耳。例如，组合件还可以包含一个、两个或三个突片。
组合件可以包括在凸耳上游的突片、在凸耳下游的突片，和/或轴向地在两个凸耳之间的突片。
凸耳的厚度e2可以至少等于单元的轴向尺寸。
在具有不同大小的单元的情况下，凸耳的厚度e2至少等于面向凸耳的单元的最大轴向尺寸。
这确保气流无法通过可磨耗材料块的单元绕过凸耳的自由端。
护罩的径向外表面可以包含涂层，所述涂层适合于在突片的径向内端与护罩之间出现摩擦时减少护罩上的磨损。
例如，涂层是磨料。
突片的径向内端与护罩之间的径向间隙J1可以是凸耳的径向外端与可磨耗块之间的间隙J2的0.5到2倍。
可以在特定配置(例如，热或冷)中测量此间隙。如果不同材料可以用于不同元件，则这些材料特别地在热应力的影响下以不同方式变形。
例如，径向间隙J1小于0.5mm。
叶片、径向内部平台、可磨耗材料块和突片由一个部件制成。
这些元件例如通过增材制造产生。
突片可以具有波纹状结构。
此结构可以增加突片的刚度。
波纹的轮廓可以对应于可磨耗材料块中的单元的一般轮廓。
与在突片的径向内端处相比，突片可以在突片的径向外部区域中具有更大厚度，即轴向尺寸。
此种扩大的外部区域增加突片的刚度并使其对振动较不敏感。然而，突片的径向内端保持有限厚度，以便减小突片与转子护罩之间的摩擦。
可以抵靠突片的径向内部区域的上游或下游面层压和安装加强板。
如前所述，此种板允许增加突片和加强板的组合件的刚度。板和突片可以由一个部件制成或制造为两个单独元件。在单独元件的情况下，安装突片和板以在操作中相对于彼此自由移动且略微滑动，以便允许其间的摩擦且因此减弱振动。
径向内部平台、可磨耗材料块和突片可以是环形的和扇形的，每个扇区包括连接到径向内部平台扇区的至少两个叶片、可磨耗材料块，以及从所述平台扇区径向向内延伸的至少一个突片。
组合件的不同角扇区在组装之后形成环形组合件。使用角扇区使得更容易地组装单元。
每个扇区的叶片的数目例如在2与10之间。
护罩和凸耳也是环形的。
本发明还涉及一种包括前述类型的组合件的涡轮机。
例如，组合件属于涡轮机的压缩机或涡轮。
附图说明
[图1]是现有技术的涡轮机的示意性轴向截面图；
[图2]是根据本发明的第一实施例的组合件的转子扇区以及定子的一部分的透视图；
[图3]是图2的组合件的一部分的透视图；
[图4]是图2的组合件的一部分的侧视图；
[图5]是对应于图3的视图，其说明本发明的第二实施例；
[图6]是对应于图4的视图，其说明本发明的第三实施例。
具体实施方式
图2到4说明根据本发明的第一实施例的用于涡轮机的组合件。
组合件包括定子1和转子2，所述转子能够围绕轴线X相对于定子枢转，所述轴线X是涡轮机的轴线。
定子1在此处是扇形的，其中仅在图中示出一个扇区。
每个扇区包括叶片3，所述叶片在径向外部平台4与径向内部平台5之间径向延伸，从而界定涡轮机内的气流路径。每个扇区的叶片3的数目例如在2与10之间。
可磨耗材料块6从径向内部平台5径向向内延伸，可磨耗材料块6具有蜂窝结构。单元7具有六边形结构，径向延伸且在其径向内端处打开。
另外，平面突片8从径向内部平台5，且更确切地说，从平台5的径向内侧径向向内延伸。突片8的数目此处等于三，突片8彼此轴向均匀地间隔开。
突片8和可磨耗材料块6与内部平台5完全相对地定位，并且不会轴向地延伸超过所述内部平台5，以便限制轴向体积。
突片8、可磨耗材料块6、平台4、5和叶片3例如通过增材制造由一个部件制成。
转子2具有护罩，所述护罩包括例如属于两个压缩机或涡轮级的圆柱形环形部分9，所述圆柱形环形部分轴向地位于两行叶片10、11之间。凸耳12，在此情况下两个凸耳12从圆柱形部分9径向向外延伸。圆柱形部分的径向外表面13具有耐磨涂层。涂层例如是磨料，所述磨料允许在不损坏圆柱形部分9的情况下磨掉突片8。
凸耳12的自由端14，即凸耳12的径向外端14适合于与可磨耗材料块6的径向内表面协作，以便形成动态密封件。
突片8的自由端15，即突片8的径向内端15适合于与圆柱形部分9的径向外表面13协作，以便改进动态密封件的效率。突片8的自由端15的轮廓优选地具有突出角度，以便增加压力损失。
在突片8的径向内端15与圆柱形部分9之间提供间隙J1。类似地，在凸耳的径向外端14与可磨耗材料块6之间提供间隙J2。这些间隙J1、J2可以具体来说取决于差胀的影响而改变。
一般来说，间隙J1例如在0与1mm之间。更一般来说，间隙J1是间隙J2的0.5到2倍。应注意，由于密封是动态密封件的最小截面的直接功能，因此间隙J1大于J2的2倍对突片8的有效性不会产生明显影响。
每个突片8的厚度e1被定义为每个突片8在其径向内端处的轴向尺寸。
每个凸耳12的厚度由e2，即每个凸耳12的轴向尺寸限定。
比率e1/e2例如小于或等于0.2。
更一般来说，每个凸耳12的厚度e2至少等于可磨耗材料块6的每个单元7的轴向尺寸。以此方式，确保气流无法通过可磨耗材料块6的单元7绕过凸耳12的自由端14。
凸耳12和突片8与可磨耗材料块6和圆柱形部分9一起限定挡板或障碍物，从而允许增加压力损失并且有利于转子2与定子1之间的动态密封，以便限制定子叶片1的上游和下游之间的泄漏流。换句话说，上述元件形成曲径状接头。
术语“上游”和“下游”是相对于通过涡轮机的气流定义的。
使用呈蜂巢形式的可磨耗材料块6可以更好地承受高热应力，尤其在用于涡轮机涡轮的情况下。此结构还可以限制整体的质量。
具有薄突片8，即低比率e1/e2的事实可以容易地将突片8容纳在可用空间中，同时避免突片8与凸耳12之间碰撞的风险，尤其在输送现象的影响下。另外，使用薄突片8会增加压降且因此改进动态密封件的效率。
图5说明另一实施例，其中每个突片8具有波纹状结构，所述波纹状结构具有基本上对应于可磨耗材料块6的单元7的六边形轮廓的波纹轮廓。此实施例增加突片8的刚度。
图6说明又另一个实施例，其中平面加强板16被电镀并安装在每个突片8的径向内部区域的上游或下游面(此处为下游面)上。
如前所述，此种板16可以增加突片8和加强板16的组合件的刚度。板16和突片8是两个单独的元件并且在操作中相对于彼此自由移动且略微滑动，以便允许其间的摩擦且因此在操作中减弱振动。

Claims (11)

1.一种用于涡轮机的组合件，其包括：定子（1）和转子（2），所述转子（2）围绕轴线（X）相对于所述定子（1）可旋转，所述定子（1）包括叶片，每个叶片包括连接到径向内部平台（5）的轮叶（3）；可磨耗材料块（6），其从所述径向内部平台（5）径向向内延伸，所述转子（2）具有护罩，所述护罩包括环形区域（9）；至少一个凸耳（12），所述至少一个凸耳（12）从所述环形区域（9）径向向外延伸，所述凸耳（12）的径向外端与所述可磨耗材料块（6）协作，其特征在于，所述可磨耗材料块（6）具有带有径向向内打开的单元（7）的蜂窝结构；至少一个突片（8），所述至少一个突片（8）从所述平台（5）或所述可磨耗材料块（6）径向向内延伸，所述突片（8）的径向内端（15）与所述转子（2）的护罩的所述环形区域（9）协作，所述突片（8）的厚度e1，即所述突片（8）的轴向尺寸与所述凸耳（12）的厚度e2，即所述凸耳（12）的轴向尺寸的比率e1/e2小于5；
其中，所述突片（8）具有波纹状结构，该波纹状结构具有基本上对应于单元（7）的蜂窝结构的波纹的轮廓。
2.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述凸耳（12）的所述厚度e2至少等于所述单元（7）的轴向尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的组合件，其特征在于，所述护罩的径向外表面（13）包括涂层，所述涂层适合于在所述突片（8）的所述径向内端（15）与所述护罩之间发生摩擦的情况下减少所述护罩的磨损。
4.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述突片（8）的所述径向内端与所述环形区域（9）之间的径向间隙J1是所述凸耳（12）的所述径向外端与所述可磨耗材料块（6）之间的间隙J2的0.5到2倍。
5.根据权利要求1或4所述的组合件，其特征在于，所述突片（8）的厚度e1，即所述突片（8）的轴向尺寸与所述凸耳（12）的厚度e2，即所述凸耳（12）的轴向尺寸的比率e1/e2小于0.2。
6.根据权利要求1或4中所述的组合件，其特征在于，所述叶片（3）、所述径向内部平台（5）、所述可磨耗材料块（6）和所述突片（8）由一个部件制成。
7.根据权利要求1或4所述的组合件，其特征在于，所述突片（8）具有波纹状结构。
8.根据权利要求1或4所述的组合件，其特征在于，与在所述突片（8）的径向内端处相比，所述突片（8）在其径向外部区域上具有更大厚度，即轴向尺寸。
9.根据权利要求1或4所述的组合件，其特征在于，加强板（16）压靠且安装在所述突片（8）的径向内部区域的上游或下游面上。
10.根据权利要求1或4所述的组合件，其特征在于，所述径向内部平台（5）、所述可磨耗材料块（6）和所述突片（8）是环形的和扇形的，每个扇区包括连接到径向内部平台（5）的扇区的至少两个叶片（3）、可磨耗材料块（6）以及从所述平台（5）的扇区径向向内延伸的至少一个突片（8）。
11.一种涡轮机，其包括根据权利要求1至10中任一项所述的组合件。
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