[发明专利]涡轮级中转子环的密封

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮机的涡轮级(turbine stage)中转子环的密封，诸如涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机。 

背景技术

一般来讲，涡轮发动机的涡轮都包括至少一个带有喷嘴的级，该喷嘴有一排环形布置的定子叶片组成，而后是布置在一个扇形环内的转子轮。喷嘴的下游端带有一个环形缘，径向向外延伸，上面装有紧固件装置，用来固定到涡轮的壳体上。位于其下游的扇形环带有一个上游圆柱形环，后者通过一个C形或U形截面的环形锁定构件径向抵在涡轮壳体的轨道上，环形锁定构件轴向连接在壳体轨道和扇形环的圆柱形轮缘上。 

扇形环的圆柱形轮缘和壳体轨道一般都由一个环形垫片实现热保护，环形垫片安装在喷嘴的外缘和扇形环的上游端之间，以便限制涡轮流通段的气体径向向外流动而进入到环形空间内，该空间装有扇形环的轮缘和壳体的轨道。 

尽管如此，密封状况还是不尽如人意，来自涡轮流通段的热气体的泄漏会造成壳体紧固件钩部温度升高，从而产生破裂或裂缝，对钩部造成损坏。 

此外，喷嘴叶片一般都带有空气流道，用来使来自涡轮机压气机的上游端的冷却空气通过。 

已有技术是利用这些叶片通道内流动的一小部分空气，将这部分空气重新喷入到装有扇形环上游轮缘和壳体轨道的环形空间内，从而降低其温度。 

将空气喷入该空间也能起到保持该空间内的压力的作用，该压力要高于流过涡轮的燃烧气体的压力，这样，就可以限制所述气体进入环形空间的数量。 

尽管如此，当喷嘴的外缘和扇形环的上游端之间不能充分密封时，喷入到装有扇形环轮缘和壳体轨道的环形空间内的冷却空气就会趋于径向向内进入到涡轮气流流动段，于是，就不再能够对壳体和扇形环进行冷却。 

发明内容

本发明的一个具体目的是，提供可解决已有技术中存在的这些问题的一个简单、有效而且低成本的方式。

本发明提供一种涡轮级(turbine stage)，其包括在喷嘴和扇形环之间的密封装置，该装置结构简单，可有效防止气体在喷嘴外缘和扇形环上游端之间径向流过。 

为此，本发明提供了一种涡轮机的涡轮级，所述涡轮级包括了一个转子轮，转子轮安装在涡轮壳体支撑的扇形环内；一个喷嘴，喷嘴位于转子轮的上游端并由一排环形布置的定子叶片组成；喷嘴在其下游端有一个外环形缘，外环形缘带有紧固件装置，用来固定到涡轮壳体上，一个密封装置，密封装置位于喷嘴外缘和扇形环上游端之间，用来限制气体沿径向方向在喷嘴外缘和壳体之间流过，所述涡轮级的特征在于，密封装置包括一个环形垫片，环形垫片在喷嘴外缘和扇形环上游端之间径向延伸，并在其内周缘和外周缘处设置了装置，可以轴向抵靠在喷嘴外缘的下游端面上，所述垫片的中间环形部分与喷嘴的外缘轴向相隔，垫片由环的上游端沿轴向方向进行了弹性预加应力处理。 

作为其内周缘和外周缘，本发明的密封垫片可以沿上游方向轴向抵靠在喷嘴外缘上，而其中间环形部分侧弹性抵靠在扇形环的上游端。抵靠在喷嘴和扇形环上的垫片的三个环形支撑区域提供了这些构件之间的良好密封，因此，防止了气体从涡轮流通段向外流动并进入到装有扇形环轮缘和壳体轨道的环形空间内，并还可以防止空气从所述空间向内泄漏进入到涡轮流通段。 

扇形环的上游端抵在垫片的中间部分，垫片本身又抵靠在喷嘴外缘上，这样，在弯曲时垫片的弹性变形量会很小。由于在垫片中间环形部分附近，喷嘴外缘和密封垫片之间提供有轴向空间，所以这种变形是可能的。 

这种轴向预应力可以缩小各个部件的加工公差，确保使用时上述三个支撑区域得以保持，即使各个部件之间存在热膨胀差异。这样，垫片弯曲时的变形根据涡轮不同工作速度可以或大或小。 

垫片最好—例如—通过铆钉固定到喷嘴外缘。根据示例，外缘可以经由其内周缘固定到喷嘴外缘的径向内端部。 

在本发明的一个实施例中，垫片为平面的，且在安装位置时，其紧紧地抵靠在喷嘴外缘的下游端面上，覆盖了所述下游端面内的环形槽。 

喷嘴外缘的下游端面内的环形槽用作形成喷嘴轮缘和垫片中间环形部分之间的轴向环形空间，这样，就可以使得垫片在弯曲时成弹性变形。这个环形槽采用与喷嘴相同的方式而成扇形形状，它可以实际上围绕涡轮轴线在360度范围内呈连续的，以及通过垫片抵靠在喷嘴的外缘上，从所述环形槽的径向内侧和径向外侧对该环形槽进行封闭。