[发明专利]轴向涡轮机压缩器的外壳

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有旨在提供旋转密封的可磨耗材料层的轴向涡轮机的外壳，特别针对轴向涡轮机压缩器(axial turbomachine compressor)的外壳。本发明还涉及一种配备有这样的壳的轴向涡轮机压缩器。本发明还涉及一种制造这样的壳的方法。

应当注意到，形容词“可磨耗的(abradable)”常用来指能够提供一定程度的密封来防止表面相对于材料移动的脆性材料。能够以各种方式来构成、形成或构造该材料。例如，配备有该材料层的轴向涡轮机压缩器的外壳会确保对所述压缩器的转子叶片的末端的旋转密封。这能够实现要维持的整体气密性，不论涡轮机中固有的多么轻微的任何扭曲，特别是由于离心力所产生的叶片延长的任何变形。通过最小化移动叶片和流体流的壳体之间的间隙，提高了涡轮喷气发动机的有效性和效率。

特别针对航空发动机中的轴向涡轮机压缩器，研发并发展了复合材料的使用，特别是具有有机基质的那些复合材料。使用这样的材料，尤其作为外壳的一部分带来了新的约束。

背景技术

专利US2009/0277153A1公开了一种具有支撑可磨耗材料层的复合填料的燃气涡轮发动机的定子。该可磨耗材料层的作用在于给讨论中的发动机定子壳体的内表面加内衬，以摩擦接触旋转叶片的末端。壳体的内侧内衬有复合多孔材料层，该复合多孔材料层设计成在发生“风机叶片关闭”的情况下吸收来自冰冻或叶片碎片的潜在影响。衬层通过中间壁被涂覆有可磨耗材料层。该中间壁具有直径大于1mm的一系列孔。中间壁被粘接至复合衬层，并且优先由用玻璃纤维增强的聚酯制成。使用键入到孔中的粘合剂将可磨耗材料层固定至中间壁。这些孔允许除气发生，特别是朝向复合衬层的单元除气，并且能够实现可磨耗材料层和中间壁之间的机械结合。

在简略的专利US2009/0277153A1中提出了一种将可磨耗材料固定至多孔支撑件的方法。因此，该解决方案的范围严重受限。

专利US4329308公开了一种具有拥有“U”型横截面的边缘的金属环，中空部分填充有可磨耗材料。该可磨耗材料通过在环中模制它而成型，或者是预成型的然后布置在环中。然后，可磨耗层被压到齿轮上，以便在焙烧之前形成空腔。如之前阐述的，可磨耗材料由预成型的聚合物制成。该专利中陈述的是，该环可以插入到定子壳体中或者形成定子壳体的一部分。然而，将环固定至定子的方法未加以限定。

该阐述所提出的解决方案需要一种生产以及固定可磨耗层的特定方法。此外，所提出的解决方案没有提出将环固定至壳体。

专利US4867639公开了一种包括蜂窝金属结构和陶瓷部件的可磨耗层。蜂窝状结构直接钎焊到定子的内壁上，或者钎焊到附接至定子壁的支撑件上。该可磨耗层是更强壮的，特别是比上述的可磨耗聚合物更耐温度。然而，如之前阐述的，在固定支撑件之前，可磨耗层由于其本质被设置到合适的位置。另外，相对结实的支撑件被固定至具有机械接头的壳体中，机械接头不与复合材料制成的壳体兼容。

除之前专利的阐述之外，现在使用等离子喷涂将高性能的可磨耗层沉积在金属壳上，尤其是在低压压缩器中。这些可磨耗材料包含金属部件，当直接施加到复合支撑件上时，由于金属和合成物的膨胀系数的显著差异，并且由于接口的易碎特性，这带来了保留问题。

发明内容

本发明旨在提出一种配备有可磨耗层的壳以及一种用于制造这样的壳的方法，这克服了上面提到的至少一个问题。更具体地，本发明旨在提出一种具有通过等离子喷涂沉积的可磨耗层的复合壳以及一种制造这样的壳的简单且有效的方法，这提供了一种减小压缩器的质量(mass)的方式。

本发明由轴向涡轮机的壳组成，包括：具有大致圆形内表面的大致环形或柱形支撑件；环，具有内表面和与所述内表面相对的附接至所述支撑件内表面的外表面；附接至所述环的内表面的可磨耗材料层；其中所述支撑件由有机基质复合材料制成；并且所述环由金属材料制成。

支撑件和/或环可以是大致柱形的，然而却具有轴向涡轮机的压缩器壳体的形状所固有的(轻微的)固有锥度。优选地，支撑件是确保涡轮机刚性的结构元件。

环可以是闭合的、打开的或者由若干段组成，段然后被先后地布置在支撑件上以便形成环。

优选地，金属环被穿孔或结构化。