RU2710458C2 - Внешний корпус компрессора осевой турбомашины с уплотнением - Google Patents

Внешний корпус компрессора осевой турбомашины с уплотнением Download PDF

Info

Publication number
RU2710458C2
RU2710458C2 RU2015141042A RU2015141042A RU2710458C2 RU 2710458 C2 RU2710458 C2 RU 2710458C2 RU 2015141042 A RU2015141042 A RU 2015141042A RU 2015141042 A RU2015141042 A RU 2015141042A RU 2710458 C2 RU2710458 C2 RU 2710458C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
housing
gap
turbomachine
annular
wall
Prior art date
Application number
RU2015141042A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015141042A3 (ru
RU2015141042A (ru
Inventor
Кортекисс Жан-Франсуа
МИНО Филипп
Original Assignee
Сафран Аэро Бустерс Са
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сафран Аэро Бустерс Са filed Critical Сафран Аэро Бустерс Са
Publication of RU2015141042A publication Critical patent/RU2015141042A/ru
Publication of RU2015141042A3 publication Critical patent/RU2015141042A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2710458C2 publication Critical patent/RU2710458C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F01D11/025—Seal clearance control; Floating assembly; Adaptation means to differential thermal dilatations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/18—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines without stationary working-fluid guiding means
    • F01D1/20—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines without stationary working-fluid guiding means traversed by the working-fluid substantially axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
    • F01D11/22—Actively adjusting tip-clearance by mechanically actuating the stator or rotor components, e.g. moving shroud sections relative to the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/16—Sealings between pressure and suction sides
    • F04D29/161—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/164—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps of an axial flow wheel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/526—Details of the casing section radially opposing blade tips
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0246—Surge control by varying geometry within the pumps, e.g. by adjusting vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/40—Transmission of power
    • F05D2260/407—Transmission of power through piezoelectric conversion
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Изобретение относится к внешнему корпусу (28) компрессора осевой турбомашины. Корпус (28) содержит уплотнительное устройство (34), действующее совместно с рядом лопаток (24) ротора. Корпус (28) содержит стенку (30) с кольцевой канавкой (38), в которой размещено уплотнительное устройство (34). Это уплотнительное устройство содержит сегментированный внешний бандаж (36) и несколько пьезоэлектрических приводов (46), перемещающих бандаж (36) в радиальном направлении в канавке (38) с тем, чтобы раскрывать или закрывать функциональный зазор. Изобретение также предлагает способ управления уплотнительным устройством (34) для турбореактивного двигателя, причем этот способ включает этап измерения высотной координаты и этап регулировки зазора в соответствии с этой высотной координатой. Достигается повышение производительности осевой турбомашины, оснащенной уплотнительным устройством, и увеличение количества конфигураций, к которым способно адаптироваться уплотнительное устройство. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к внешнему корпусу осевой турбомашины с уплотнительным устройством. Конкретнее, изобретение относится к внешнему корпусу осевой турбомашины, оснащенному уплотнительным устройством около ряда лопаток ротора. Изобретение также относится к осевой турбомашине. Изобретение также относится к способу управления уплотнительным устройством осевой турбомашины.
Уровень техники
Ввиду повышения производительности турбомашину снабжают уплотнительным устройством около рядов его лопаток. Эти устройства позволяют приспосабливать зазор между внутренней поверхностью корпуса и внешними концами лопаток ротора, расположенных внутри внутреннего корпуса. Таким образом, в условиях эксплуатации зазор можно уменьшать с тем, чтобы ограничивать динамические утечки между поверхностью и лопатками.
Такое устройство может содержать внешний корпус, играющий роль опоры для внешнего бандажа, соединенного ним посредством деформируемых элементов. В случае изменения в условиях полета, лопатки ротора могут входить в контакт с бандажом и перемещать его в радиальном направлении. Это перемещение допускается, благодаря деформируемым элементам, амплитуда сжатия которых позволяет регулировать положение бандажа.
Европейский патент №2495399 A1 раскрывает внешний корпус осевой турбомашины, содержащий кольцевую стенку, в которой сформирована внутренняя кольцевая канавка. Эта кольцевая канавка вмещает упругие элементы, соединяющие сегментированный внешний бандаж с нижней частью канавки и, таким образом, с кольцевой стенкой. Когда ротор турбомашины становится смещенным относительно оси его вращения, лопатки ротора входят в контакт с бандажом и подталкивают его. Поэтому такое уплотнительное устройство может приспосабливаться к различным условиям полета и повышает безотказность в работе. Однако преимущество в производительности, предлагаемое таким устройством, остается ограниченным, как и количество конфигураций, к которым оно может приспосабливаться.
Краткое описание изобретения
Техническая задача
Целью данного изобретения является решение, по меньшей мере, одной из проблем, поставленных известным уровнем техники. Конкретнее, целью данного изобретения является повышение производительности осевой турбомашины, оснащенной уплотнительным устройством. Другой целью изобретения является увеличение количества конфигураций, к которым способно адаптироваться уплотнительное устройство.
Техническое решение
Одним из объектов изобретения является внешний корпус осевой турбомашины, в особенности, компрессора осевой турбомашины, причем этот корпус содержит: круглую стенку, содержащую внутреннюю кольцевую канавку; внешний уплотнительный бандаж, по меньшей мере, частично расположенный в этой канавке и предназначенный для обеспечения уплотнения между указанным внешним корпусом и кольцевым рядом лопаток ротора турбомашины; соединительные элементы, соединяющие внешний бандаж со стенкой; и отличается тем, что указанные соединительные элементы представляют собой пьезоэлектрические приводы, сконфигурированные для перемещения и/или деформирования бандажа с тем, чтобы изменять зазор между бандажом и лопатками ротора.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанные пьезоэлектрические приводы представляют собой моноблок, и они расположены таким образом, чтобы деформироваться в радиальном направлении так, чтобы перемещать и/или деформировать в радиальном направлении указанный бандаж.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанный корпус содержит по меньшей мере одно электрическое соединение, соединенное с указанными пьезоэлектрическими приводами и проходящее через стенку; предпочтительно, это электрическое соединение проходит радиально через стенку, проходящую в осевом направлении в области кольцевой канавки.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения по меньшей мере одно или каждое электрическое соединение содержит электрический провод, при этом указанная стенка содержит уплотнения вокруг каждого электрического соединения.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанный корпус содержит круговые уплотнения выше и ниже по потоку относительно внешнего бандажа, и они действуют совместно с указанной стенкой.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанный корпус содержит модуль измерения зазора, сконфигурированный для измерения зазора между внешним бандажом и лопатками ротора, причем этот модуль расположен в осевом направлении в области кольцевой канавки; возможно, этот модуль расположен в указанной канавке.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанный корпус содержит источник питания, сконфигурированный для питания каждого пьезоэлектрического привода по отдельности.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанная канавка содержит кольцевую поверхность выше по потоку и кольцевую поверхность ниже по потоку, от которых, главным образом, в радиальном направлении проходят профили вращения, при этом указанные пьезоэлектрические приводы расположены в осевом направлении между указанными радиальными кольцевыми поверхностями; предпочтительно, каждый указанный пьезоэлектрический привод расположен на некотором расстоянии от каждой из указанных радиальных кольцевых поверхностей.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанная стенка содержит электроизоляционный слой, возможно, находящийся в контакте с указанными пьезоэлектрическими приводами.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанная стенка содержит кольцевые части, продолжающие кольцевую канавку в осевом направлении вверх и вниз по потоку, при этом указанная канавка и указанные кольцевые части выполнены заодно.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанная стенка содержит внутреннюю общую поверхность с профилем вращения вокруг оси вращения турбомашины, а указанный бандаж содержит внутреннюю кольцевую поверхность, причем эта внутренняя кольцевая поверхность бандажа способна перемещаться между положением радиально внутри указанной внутренней общей поверхности стенки и положением радиально снаружи этой внутренней общей поверхности стенки.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанный корпус содержит модуль определения для определения высотной координаты, при этом указанные пьезоэлектрические приводы сконфигурированы для приведения в движение в соответствии с высотной координатой, определяемой модулем определения.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанные пьезоэлектрические приводы упорядочены в кольцевые ряды и/или осевые линии так, чтобы они образовывали сетку.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанный бандаж является сегментированным, причем этот бандаж, возможно, изготовлен из металла и образует полосу; или указанный бандаж выполнен как единое целое и содержит кольцевую поверхность.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанные корпус представляет собой композитный корпус с органической матрицей, при этом корпус, возможно, сформирован из двух полуоболочек.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанный бандаж содержит опору и круговой или полуокружный слой истираемого материала.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, осевая длина указанных лопаток ротора больше осевой длины указанной канавки.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанный бандаж расположен в указанной кольцевой канавке в осевом и/или радиальном направлении.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанный бандаж окружает указанный кольцевой ряд лопаток ротора.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанная кольцевая канавка является более длинной в осевом направлении, чем глубокой в радиальном направлении.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанная стенка имеет толщину, являющуюся постоянной по всей длине указанных осевых частей и кольцевой канавки.
Еще одним предметом изобретения является турбомашина, содержащая внешний корпус, окружающий по меньшей мере один кольцевой ряд лопаток ротора и отличающийся тем, что этот корпус находится в соответствии с изобретением, и, предпочтительно этот корпус представляет собой корпус компрессора, возможно, корпус компрессора низкого давления.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанная турбомашина содержит датчик вибраций, обнаруживающий радиальные вибрации лопаток ротора, при этом указанные пьезоэлектрические приводы сконфигурированы таким образом, чтобы они перемещали и/или деформировали указанный внешний бандаж в радиальном направлении в соответствии с радиальными вибрациями указанных лопаток, измеряемыми указанными датчиками вибраций.
Изобретение также относится к способу управления устройством для уплотнения внешнего корпуса осевой турбомашины, причем это устройство содержит подвижный наружный бандаж, определяющий радиальный зазор вокруг кольцевого ряда лопаток турбомашины, и способ отличается тем, что способ включает: (а) этап определения высотной координаты турбомашины, за которым следует (d) этап регулировки зазора в соответствии с этой высотной координатой.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанный зазор уменьшается, когда указанная высотная координата увеличивается, и/или указанный зазор увеличивается, когда указанная высотная координата уменьшается.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанный зазор равен зазору J1, когда указанная высотная координата превышает пороговую высотную координату A2, и/или указанный зазор больше или равен зазору J2, когда указанная высотная координата меньше или равна пороговой высотной координате А2.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанный способ дополнительно включает: этап (с) измерения зазора между указанным внешним бандажом и лопатками ротора, и в ходе этапа (d) регулировки зазора указанный зазор первоначально регулируется в соответствии с зазором, измеряемым в ходе этапа (с) измерения зазора.
В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения, указанный способ дополнительно включает: этап (b) измерения амплитуды радиальных вибраций лопаток ротора, и в ходе этапа (d) регулировки зазора указанный зазор подобным образом регулируется в соответствии с радиальными вибрациями лопаток, измеренными в ходе этапа (b) измерения амплитуды радиальных вибраций.
Высотную координату измеряют относительно уровня моря.
Предусмотренные преимущества
Изобретение делает возможным как можно более точное управление зазором между бандажом и внешними в радиальном направлении концами лопаток. Использование пьезоэлектрических приводов предполагает высокую скорость отклика и большой выигрыш в точности определения положения. Таким образом, положение бандажа регулируется как можно более точно, тогда как, в то же время, он быстро перемещается, что делает возможным эффективное управления зазором между бандажом и лопатками.
Форма канавки позволяет добавлять радиальные усиливающие фланцы, делающие возможным придание корпусу большей жесткости, например, для противодействия овализирующим деформациям. Указанная канавка также образует пространство, защищающее пьезоэлектрические приводы.
Указанные способ повышает надежность, поскольку использование высотной координаты означает, что становится возможным предупреждение условий работы турбомашины, когда она представляет собой турбореактивный или турбовинтовой двигатель летательного аппарата. Безопасный зазор увеличивается в зависимости от риска вероятного подвергания воздействию случайных возмущений.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 изображена осевая турбомашина в соответствии с изобретением.
Ни фиг. 2 изображен эскиз компрессора турбомашины в соответствии с изобретением.
На фиг. 3 проиллюстрировано уплотнительное устройство для корпуса турбомашины в соответствии с изобретением.
На Фиг. 4 проиллюстрирована схема способа регулировки зазора между лопатками ротора и внешним бандажом корпуса турбомашины в соответствии с изобретением.
Описание вариантов осуществления
В нижеследующем описании термины «внутренняя часть», или «внутренний», и «внешняя часть», или «внешний», относятся к положению относительно оси вращения осевой турбомашины.
Фиг. 1 представляет собой упрощенное изображение осевой турбомашины. В данном конкретном случае, она представляет собой двухконтурный турбореактивный двигатель. Турбореактивный двигатель 2 содержит первый уровень сжатия, именуемый компрессором 4 низкого давления, второй уровень сжатия, именуемый компрессором 6 высокого давления, камеру 8 сгорания и один или несколько ярусов 10 турбины. В процессе работы механическая энергия турбины 10, передаваемая посредством центрального вала на ротор 12, вращает два компрессора 4 и 6. Последние содержат несколько рядов лопаток ротора, связанных с лопатками статора. Вращение ротора вокруг его оси 14 вращения, таким образом, генерирует поток воздуха и постепенно сжимает этот поток до тех пор, пока он не поступает в камеру 8 сгорания.
Впускная воздуходувка, обычно именуемая вентилятором 16, связана с ротором 12 и генерирует поток воздуха, разделяемый на поток 18 внутреннего контура, проходящий через различные вышеупомянутые уровни турбомашины, и поток наружного контура, или поток 20 в обводном канале, проходящий по кольцевому трубопроводу (изображенному частично) вдоль машины до тех пор, пока он не воссоединится с потоком внутреннего контура, покидающим турбину. Поток наружного контура может быть ускорен для генерирования реактивной тяги. Поток 18 внутреннего контура и поток 20 наружного контура, или поток по обводному каналу, представляют собой кольцевые потоки, и они направляются корпусом турбомашины. Для осуществления этого корпус содержит цилиндрические стенки, или бандажи, которые могут быть внутренними или внешними.
Фиг. 2 представляет собой вид в поперечном разрезе компрессора осевой турбомашины, такой как турбомашина по фиг. 1. Компрессор может быть компрессором 4 низкого давления. Здесь видна часть вентилятора 16 и кромки 22, отделяющей поток 18 внутреннего контура от потока 20 наружного контура, или потока по обводному каналу. Ротор 12 содержит несколько рядов лопаток 24 ротора, в данном случае три ряда лопаток.
Компрессор 4 низкого давления содержит несколько наборов направляющих лопаток, в данном случае четыре набора, каждый из которых содержит ряд лопаток 26 статора. Эти наборы направляющих лопаток связаны с вентилятором 16 или с рядом лопаток ротора с целью спрямления воздушного потока с тем, чтобы преобразовывать скорость потока в давление.
Компрессор содержит внешний корпус 28 с круговой, или кольцевой, стенкой 30, играющей роль механического соединения, соединяющего делительную кромку с промежуточным корпусом турбомашины. В дополнение к этому, корпус 28 может содержать фиксирующие средства, такие, как кольцевые фиксирующие фланцы 32. Стенка 30 также играет роль опоры для установки лопаток 26 статора, проходящих, по существу, радиально от стенки 30. Стенка 30 может содержать кольцевые заплечики, образующие концевые упоры, лишающие полки лопаток 26 статора подвижности в осевом направлении. Стенка 30 может быть, в целом, трубчатой и, возможно, может иметь арочный профиль вращения.
Стенка 30 может быть изготовлена из композиционного материала, например, из органической смолы и углеродного волокна и/или, возможно, слоя стекловолокна. Этот композиционный материал улучшает удельную прочность. Присутствие стекловолокна оказывает действие создания изоляционного слоя. Стенка 30 может иметь толщину, являющуюся, в целом, постоянной, для сохранения ее легкости, ее компактности и для упрощения создания соответствующей волокнистой предварительной заготовки.
Для того чтобы оптимизировать производительность, корпус 28 оснащают по меньшей мере одним уплотнительным устройством 34, связанным с кольцевым рядом лопаток 24 ротора. Каждое уплотнительное устройство 34 содержит внешний бандаж 36, способный перемещаться в радиальном направлении так, чтобы он следовал радиальным перемещениям внешних концов лопаток 24 ротора. Для повышения компактности устройство 34 встроено в толщину стенки 30.
На фиг. 3 изображен эскиз уплотнительного устройства 34 в соответствии с изобретением. Изображены часть стенки 30 корпуса 28, один из концов лопатки 24 ротора и ось 14 вращения.
Стенка 30 содержит кольцевую канавку 38, открытую внутрь в радиальном направлении, при этом ее профиль открыт в направлении лопатки 24. Канавка 38 содержит кольцевую поверхность 40 выше по потоку и кольцевую поверхность 42 ниже по потоку, причем обе эти поверхности проходят, главным образом, радиально. Эти радиальные поверхности (40; 42) могут быть, в целом, параллельными. Канавка 38 также содержит кольцевую соединительную часть 44, разделяющую радиальные поверхности (40; 42) в осевом направлении. Стенка содержит кольцевые боковые части 45, продолжающие кольцевую канавку в осевом направлении выше и ниже по потоку и, таким образом, проходящие по периферии канавки. Канавка и боковые части 45 могут быть выполнены заодно так, чтобы образовывать герметичный и однородный блок материала.
Уплотнительное устройство 34 размещено в кольцевой канавке 38. Его внешний бандаж 36 имеет поверхность, обращенную к внешним концам лопаток 24. Бандаж 36 может быть расположен по кругу в канавке 38 и может быть сегментированным или выполненным как цельный. В последнем случае бандаж может деформироваться так, чтобы его диаметр и его периферия были модифицируемыми. Внешний бандаж 36 может скользить вдоль, предпочтительно, перед радиальными поверхностями (40; 42) так, чтобы поддерживать уплотнение лопатки сверху вниз по потоку. Таким образом, бандаж может разграничивать внутреннее кольцевое пространство канавки 38 и ограничивать нагрев. Корпус может содержать кольцевые уплотнения, расположенные выше и ниже по потоку относительно указанного бандажа с целью уплотнения со стенкой, при этом для уплотнений возможно нахождение на фиксированных границах раздела.
Уплотнительное устройство 34 содержит соединительные элементы 46, соединяющие внешний бандаж 36, или, возможно, каждый сегмент бандажа, со стенкой. Они регулируют положение бандажа 36 относительно стенки 30. Элементы 46 по меньшей мере частично, предпочтительно, полностью, размещены в кольцевой канавке 38.
Соединительные элементы 46 представляют собой пьезоэлектрические приводы 46. Пьезоэлектрические приводы 46 хорошо известны специалистам в данной области техники, они могут деформироваться под действием поля от источника электроэнергии. Каждый из них может иметь одну лицевую поверхность, закрепленную на стенке 30 в нижней части канавки 38, образованной кольцевой соединительной частью 44, и одну лицевую поверхность, закрепленную на внешнем бандаже 36. Они расположены таким образом, что они способны деформироваться в радиальном направлении, что означает, что они становятся толще или тоньше в радиальном направлении так, чтобы перемещать или деформировать внешний бандаж 36 в радиальном направлении. Таким образом, бандаж 36 может втягиваться в канавку 38 радиально в направлении наружной части и/или раскрываться наружу из канавки 38 в направлении внутренней части. Положение покоя, например, занимаемое тогда, когда питание не подается, можно выбрать так, чтобы свести к минимуму зазор, посредством чего повышается общая производительность турбомашины. Приводы 46 могут быть выполнены как привод с многослойной конструкцией.
Поскольку бандаж 36 термически защищает пьезоэлектрические приводы 46, последние сохраняют свои рабочие характеристики. В регулирование температуры пьезоэлектрических приводов 46 также может вносить вклад стенка 30 около канавки 38. Стенка 30 может образовывать герметичный барьер, защищающий пьезоэлектрические приводы 46 от химической коррозии, присущей турбомашине.
Корпус может содержать модуль 48 определения для определения высотной координаты и/или модуль 50 измерения зазора — для измерения зазора между внешним бандажом 36 и внешними концами лопаток 24 ротора. Информацию, то есть сигналы, подаваемые модулем 48 определения высотной координаты и/или модулем 50 измерения зазора, используют для регулировки кольцевого радиального зазора между лопаткой и бандажом. Модуль 48 определения высотной координаты может быть общим с таковым для турбомашины; он может представлять собой модуль летательного аппарата, на котором установлена эта турбомашина. Модуль 50 измерения зазора для измерения зазора между бандажом 36 и лопатками 24, выполняющий измерения непрерывно в различных точках периферии бандажа, измеряет зазор между лопатками и бандажом.
Корпус может содержать источник 51 питания и электрические соединения 52, такие, как электрические провода и/или электрические вилки, для питания каждого из пьезоэлектрических приводов 46. Каждый провод может быть изолирован изоляционным покрытием. Электрические соединители 52 проходят через стенку 30 и входят в канавку 38. Они соединены с каждым пьезоэлектрическим приводом 46, возможно, по отдельности. Источником питания может быть источник питания турбомашины.
Корпус может содержать датчик 54 вибраций, обнаруживающий радиальные вибрации лопаток ротора. Датчик 54 может измерять амплитуду радиальных вибраций венцов лопаток. Датчик 54 делает возможным оценивание изменения, дисперсии и радиального положения лопаток 24 и соответственное приспосабливание необходимого запаса прочности. Датчик 54 вибраций и/или модуль 50 измерения зазора могут быть оптическими или магнитными. Они могут содержать совместные компоненты и/или компоненты, размещенные в канавке 38.
Корпус 28 может содержать центральный узел 56, соединенный с модулем измерения, с модулем определения высотной координаты, с датчиком вибраций и с приводами посредством источника питания. Центральный узел 56 может представлять собой компьютер, соединенный с турбомашиной или специфичный для летательного аппарата, в котором установлена эта турбомашина.
Фигура 4 представляет собой блок-схему способа управления уплотнительным устройством в соответствии с изобретением. Это устройство управляет положением и/или деформацией внешнего уплотнительного бандажа в радиальном направлении около ступени лопаток ротора, при этом бандаж и лопатки разделены кольцевым зазором. В качестве одной из возможностей, этот способ является итеративным и включает возврат к началу цикла для повтора этапов, описанных выше в настоящем описании.
Способ может включать упорядоченное выполнение совокупности следующих этапов, возможно, в приведенном ниже порядке:
(a) этап 100 определения высотной координаты турбомашины,
(b) этап 102 измерения радиальных вибраций лопаток ротора,
(c) этап 104 измерения зазора между лопатками ротора и внешним бандажом,
(d) этап 106 регулировки зазора путем перемещения и/или деформирования внешнего бандажа в радиальном направлении.
В ходе этапа (d) регулировки 106 изменения в зазоре выполняются в соответствии с высотной координатой, определяемой в ходе этапа (а) определения. Чем больше увеличивается высотная координата, тем больше уменьшается зазор. Этот выбор можно понять, если учесть, что при большой высотной координате, например, больше пороговой высотной координаты A2, становятся весьма маловероятными причины, вероятно, разрушающие ротор и вызывающие его смещение или деформирование корпуса. Таким образом, риск контакта между лопаткой и бандажом является очень ограниченным или даже несуществующим, поскольку причины становятся предсказуемыми. Порог А2 можно выбрать большим или равным 4000 м, предпочтительно — большим или равным 8000 м, и порог А2, возможно, больше или равен 10000 м. В таких условиях полета указанный зазор меньше зазора J1, и уплотнение и производительность турбомашины становятся оптимальными.
И наоборот, можно принять решение о том, что при малой высотной координате зазор необходимо увеличить, поскольку турбомашина подвергается действию переменных и трудно предсказуемых условий эксплуатации. Таким образом, предпочтительно, чтобы ниже пороговой высотной координаты А1 зазор становился больше зазора J2, или безопасного зазора. Порог А2 может составлять менее 6000 м, предпочтительно — менее 2000 м, более предпочтительно — менее 500 м.
В ходе этапа (d) регулировки 106 изменение зазора также можно выполнять в зависимости от зазора, ранее измеренного в ходе этапа (b) измерения вибраций 102 и/или в соответствии с вибрациями, оцененными в ходе этапа (с) измерения зазора 104. Вибрации вызывают разброс в положении лопаток, и это негативно влияет на требуемую безотказность в работе. Следует отметить, что этапы (b) и (с) являются необязательными. Этап (с) является необязательным, поскольку этап (d) регулировки 106 можно осуществлять на основании запрограммированного значения или фундаментального теоретического значения.

Claims (30)

1. Внешний корпус (28) осевой турбомашины (2), в частности компрессора (4; 6) осевой турбомашины (2), причем корпус (28) содержит:
круговую стенку (30), содержащую внутреннюю кольцевую канавку (38);
внешнее надлопаточное уплотнительное кольцо (36), по меньшей мере частично расположенное в канавке (38) и предназначенное для обеспечения уплотнения между внешним корпусом (28) и кольцевым рядом лопаток (24) ротора турбомашины,
соединительные элементы (46), соединяющие внешнее надлопаточное уплотнительное кольцо (36) со стенкой (30);
отличающийся тем, что
соединительные элементы (46) представляют собой пьезоэлектрические приводы (46), сконфигурированные для перемещения и/или деформирования внешнего надлопаточного уплотнительного кольца (36) для изменения зазора между внешним надлопаточным уплотнительным кольцом (36) и лопатками (24) ротора,
где корпус дополнительно содержит модуль (50) измерения зазора, сконфигурированный для измерения зазора между указанным внешним надлопаточным уплотнительным кольцом и указанными лопатками ротора, при этом модуль (50) расположен в канавке (38) на расстоянии в осевом направлении от пьезоэлектрических приводов (46),
где корпус дополнительно содержит модуль (48) определения для определения высотной координаты турбомашины, при этом пьезоэлектрические приводы (46) сконфигурированы для приведения в движение в соответствии с высотной координатой турбомашины, определяемой этим модулем определения.
2. Корпус (28) по п. 1, отличающийся тем, что пьезоэлектрические приводы (46) представляют собой моноблок и расположены с возможностью деформации в радиальном направлении для перемещения и/или деформации внешнего надлопаточного уплотнительного кольца (36) в радиальном направлении.
3. Корпус (28) по п. 1, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере одно электрическое соединение (52), соединенное с пьезоэлектрическими приводами (46) и проходящее через стенку (30).
4. Корпус (28) по п. 3, отличающийся тем, что по меньшей мере одно или каждое электрическое соединение (52) содержит электрический провод, при этом стенка (30) содержит уплотнения вокруг каждого электрического соединения (52).
5. Корпус (28) по п. 1, отличающийся тем, что он содержит круговые уплотнения выше и ниже по потоку относительно внешнего надлопаточного уплотнительного кольца (36), действующие совместно со стенкой (30).
6. Корпус (28) по п. 1, отличающийся тем, что он содержит источник (51) питания, сконфигурированный для питания каждого пьезоэлектрического привода (46) по отдельности.
7. Корпус (28) по п. 1, отличающийся тем, что канавка (38) содержит радиальную кольцевую поверхность (40) выше по потоку и радиальную кольцевую поверхность (42) ниже по потоку, при этом пьезоэлектрические приводы (46) расположены в осевом направлении между указанными радиальными кольцевыми поверхностями (40; 42) и каждый пьезоэлектрический привод (46) расположен на расстоянии в осевом направлении от каждой из радиальных кольцевых поверхностей (40; 42).
8. Корпус (28) по п. 1, отличающийся тем, что стенка (30) содержит электроизоляционный слой, находящийся в контакте с пьезоэлектрическими приводами (46).
9. Корпус (28) по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что стенка (30) содержит кольцевые части (45), содержащие кольцевую канавку (38) и проходящие в осевом направлении вверх и вниз по потоку, при этом канавка (38) и кольцевые части (45) выполнены заодно.
10. Корпус (28) по п. 1, отличающийся тем, что стенка (30) содержит внутреннюю общую поверхность с профилем вращения вокруг оси вращения (14) турбомашины (2), и при этом внешнее надлопаточное уплотнительное кольцо (36) содержит внутреннюю кольцевую поверхность внешнего надлопаточного уплотнительного кольца (36), способную перемещаться между положением радиально внутри внутренней общей поверхности стенки (30) и положением радиально снаружи внутренней общей поверхности стенки (30).
11. Корпус (28) по п. 1, отличающийся тем, что пьезоэлектрические приводы (36) расположены в кольцевых рядах и/или в осевых линиях так, чтобы они образовывали сетку.
12. Корпус (28) по п. 1, отличающийся тем, что внешнее надлопаточное уплотнительное кольцо (36) является сегментированным.
13. Корпус (28) по п. 1, отличающийся тем, что он представляет собой композитный корпус (28) с органической матрицей, выполненный из двух полуоболочек.
14. Корпус (28) по п. 1, отличающийся тем, что внешнее надлопаточное уплотнительное кольцо (36) содержит опору и круговой или полукружный слой истираемого материала.
15. Турбомашина (2), содержащая корпус (28) по любому из пп. 1-14, окружающий по меньшей мере один кольцевой ряд лопаток (24) ротора, при этом корпус представляет собой корпус компрессора.
16. Турбомашина (2) по п. 15, отличающаяся тем, что она содержит датчик (54) вибраций, обнаруживающий радиальные вибрации лопаток (24) ротора, при этом пьезоэлектрические приводы (46) сконфигурированы с возможностью перемещения и/или деформации внешнего надлопаточного уплотнительного кольца (36) в радиальном направлении в соответствии с радиальными вибрациями указанных лопаток, измеряемыми датчиками (54) вибраций.
17. Способ управления устройством (34) для уплотнения внешнего корпуса (28) осевой турбомашины (2) по п. 15 или 16, причем устройство (34) содержит радиальный зазор, определенный между кольцевым рядом лопаток (24) ротора и подвижным внешним надлопаточным уплотнительным кольцом (36), отличающийся тем, что этот способ включает:
(а) этап (100) определения высотной координаты турбомашины, за которым следует
(d) этап (106) регулировки зазора в соответствии с этой высотной координатой.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что указанный зазор уменьшается, когда высотная координата увеличивается, и/или указанный зазор увеличивается, когда высотная координата уменьшается.
19. Способ по одному из пп. 17, 18, отличающийся тем, что указанный зазор равен заранее заданному зазору, когда указанная высотная координата превышает пороговую высотную координату, и/или указанный зазор больше или равен заранее заданному зазору, когда указанная высотная координата меньше или равна пороговой высотной координате.
20. Способ по п. 17, отличающийся тем, что он дополнительно включает этап (с) измерения зазора (104) между внешним надлопаточным уплотнительным кольцом (36) и лопатками (24) ротора, и при этом в ходе этапа (d) регулировки зазора (106) указанный зазор дополнительно регулируется в соответствии с зазором, измеряемым в ходе этапа (с) измерения зазора (104).
21. Способ по п. 17, отличающийся тем, что он дополнительно включает этап (b) измерения амплитуды радиальных вибраций (102) лопаток (24) ротора, и при этом в ходе этапа (d) регулировки зазора (106) этот зазор регулируется в соответствии с радиальными вибрациями лопаток (24), измеряемыми в ходе этапа (b) измерения амплитуды вибраций.
RU2015141042A 2014-10-10 2015-09-28 Внешний корпус компрессора осевой турбомашины с уплотнением RU2710458C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE2014/0742 2014-10-10
BE2014/0742A BE1022471B1 (fr) 2014-10-10 2014-10-10 Carter externe de compresseur de turbomachine axiale avec joint d'etancheite

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2015141042A RU2015141042A (ru) 2017-04-05
RU2015141042A3 RU2015141042A3 (ru) 2019-02-12
RU2710458C2 true RU2710458C2 (ru) 2019-12-26

Family

ID=52449877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015141042A RU2710458C2 (ru) 2014-10-10 2015-09-28 Внешний корпус компрессора осевой турбомашины с уплотнением

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10082038B2 (ru)
EP (1) EP3006679B1 (ru)
CN (1) CN105507957A (ru)
BE (1) BE1022471B1 (ru)
CA (1) CA2904309A1 (ru)
RU (1) RU2710458C2 (ru)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1024523B1 (fr) * 2016-08-30 2018-03-29 Safran Aero Boosters S.A. Stator a aubes ajustables pour compresseur de turbomachine axiale
BE1024941B1 (fr) * 2017-01-26 2018-08-28 Safran Aero Boosters S.A. Controle actif de jeu pour compresseur de turbomachine
US10753223B2 (en) * 2017-10-04 2020-08-25 General Electric Company Active centering control for static annular turbine flowpath structures
US10669894B2 (en) * 2018-01-26 2020-06-02 Raytheon Technologies Corporation Annular retention strap
FR3087825B1 (fr) * 2018-10-29 2020-10-30 Safran Aircraft Engines Secteur d'anneau de turbine a languettes d'etancheite refroidies
FR3091894B1 (fr) * 2019-01-18 2021-09-10 Safran Aicraft Engines Virole circulaire de stator de turbomachine a structure monobloc, porteuse d’un etage d’aubes fixes
GB2585093A (en) * 2019-06-28 2020-12-30 Equinor Energy As Rotating machine interface arrangement
US20220178266A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-09 General Electric Company Fast response active clearance control system with piezoelectric actuator
BE1030191B1 (fr) 2022-01-13 2023-08-16 Safran Aero Boosters Ensemble pour turbomachine d’aéronef, et turbomachine et aéronef associés
CN114542512A (zh) * 2022-02-23 2022-05-27 中国航发沈阳发动机研究所 一种处理机匣结构及具有其的压气机
CN114576202B (zh) * 2022-02-28 2022-12-06 北京航空航天大学 一种叶片结构、压气机及压气机控制方法
US20240011410A1 (en) * 2022-07-05 2024-01-11 General Electric Company Variable flowpath casings for blade tip clearance control
US12012859B2 (en) 2022-07-11 2024-06-18 General Electric Company Variable flowpath casings for blade tip clearance control
US11808157B1 (en) * 2022-07-13 2023-11-07 General Electric Company Variable flowpath casings for blade tip clearance control

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2057722A (en) * 1979-06-06 1981-04-01 Mtu Muenchen Gmbh Automatic control of clearances in rotary machines
SU1749494A1 (ru) * 1988-07-15 1992-07-23 Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Турбина с устройством дл уплотнени радиального зазора
US5545007A (en) * 1994-11-25 1996-08-13 United Technologies Corp. Engine blade clearance control system with piezoelectric actuator
SU1471661A1 (ru) * 1987-04-22 1996-11-20 Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Уплотнение радиального зазора турбомашины
US20100303612A1 (en) * 2009-05-26 2010-12-02 General Electric Company System and method for clearance control
RU2455497C2 (ru) * 2007-04-30 2012-07-10 Дженерал Электрик Компани Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6547522B2 (en) * 2001-06-18 2003-04-15 General Electric Company Spring-backed abradable seal for turbomachinery
GB2396438B (en) * 2002-12-20 2006-03-22 Rolls Royce Plc Rotor system
GB0308147D0 (en) * 2003-04-09 2003-05-14 Rolls Royce Plc A seal
US7229246B2 (en) * 2004-09-30 2007-06-12 General Electric Company Compliant seal and system and method thereof
US7704041B2 (en) * 2006-04-07 2010-04-27 General Electric Company Variable clearance positive pressure packing ring and carrier arrangement with coil type spring
CN101050712A (zh) * 2007-05-24 2007-10-10 岂兴明 航空发动机涡轮叶尖间隙的主动控制
US8177476B2 (en) * 2009-03-25 2012-05-15 General Electric Company Method and apparatus for clearance control
EP2239423A1 (de) * 2009-03-31 2010-10-13 Siemens Aktiengesellschaft Axialturbomaschine mit passiver Kontrolle des Schaufelspitzenspiels
EP2434164A1 (de) * 2010-09-24 2012-03-28 Siemens Aktiengesellschaft Verstellbares Casing Treatment
GB201021327D0 (en) * 2010-12-16 2011-01-26 Rolls Royce Plc Clearance control arrangement
EP2495399B1 (fr) 2011-03-03 2016-11-23 Safran Aero Booster S.A. Virole externe segmentée apte à compenser un désalignement du rotor par rapport au stator
FR2977827B1 (fr) * 2011-07-13 2015-03-13 Snecma Procede de fabrication d'un carter de soufflante de turbomachine muni de revetements abradable et acoustique

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2057722A (en) * 1979-06-06 1981-04-01 Mtu Muenchen Gmbh Automatic control of clearances in rotary machines
SU1471661A1 (ru) * 1987-04-22 1996-11-20 Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Уплотнение радиального зазора турбомашины
SU1749494A1 (ru) * 1988-07-15 1992-07-23 Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Турбина с устройством дл уплотнени радиального зазора
US5545007A (en) * 1994-11-25 1996-08-13 United Technologies Corp. Engine blade clearance control system with piezoelectric actuator
RU2455497C2 (ru) * 2007-04-30 2012-07-10 Дженерал Электрик Компани Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины
US20100303612A1 (en) * 2009-05-26 2010-12-02 General Electric Company System and method for clearance control

Also Published As

Publication number Publication date
CN105507957A (zh) 2016-04-20
US10082038B2 (en) 2018-09-25
RU2015141042A3 (ru) 2019-02-12
BE1022471B1 (fr) 2016-04-15
EP3006679B1 (fr) 2023-09-06
US20160102571A1 (en) 2016-04-14
EP3006679A1 (fr) 2016-04-13
CA2904309A1 (en) 2016-04-10
RU2015141042A (ru) 2017-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2710458C2 (ru) Внешний корпус компрессора осевой турбомашины с уплотнением
US8292571B2 (en) Apparatus and method for clearance control of turbine blade tip
US7448849B1 (en) Seal
CA2490628C (en) Method and system for active tip clearance control in turbines
EP2546471B1 (en) Tip clearance control for turbine blades
US20100054911A1 (en) System and method for adjusting clearance in a gas turbine
US8186933B2 (en) Systems, methods, and apparatus for passive purge flow control in a turbine
JP2010270755A (ja) 能動的ケーシング位置合わせ制御システム及び方法
US10113556B2 (en) Centrifugal compressor assembly for use in a turbine engine and method of assembly
US10890083B2 (en) Turbine tip clearance
JP2006233970A (ja) 熱遮蔽体を備えたターボ機械の内部ケーシング
JP2010270757A (ja) 能動的ロータアライメント制御システム及び方法
JP6025398B2 (ja) ターボ機械
US10329940B2 (en) Method and system for passive clearance control in a gas turbine engine
KR101595996B1 (ko) 가변 냉각 유로를 구비한 가스터빈
JP2015165133A (ja) ターボ機械内のクリアランスを能動的に制御するためのスラスト軸受作動のためのシステム及び方法
WO2015094990A1 (en) Adjustable clearance control system for airfoil tip in gas turbine engine
RU2499891C1 (ru) Турбина газотурбинного двигателя
CN104454039B (zh) 用于旋转机器的间隙控制***以及控制间隙的方法
JP5646773B2 (ja) ロータブレードのための保護層を製造するための方法
RU2500894C1 (ru) Турбина газотурбинного двигателя
RU2490474C1 (ru) Турбина газотурбинного двигателя
KR101902653B1 (ko) 가스터빈의 배기 디퓨져 구조
RU2506434C2 (ru) Газотурбинный двигатель
US20170089204A1 (en) Cooling passages for gas turbine engine component