[发明专利]用于覆盖轴向涡轮机压缩机转子叶片排的端部的外罩

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于覆盖转子叶片排的翼梢的外罩(housing)，所述外罩具有在叶片翼梢和外罩之间的密封装置。更具体地，本发明涉及一种用于轴向涡轮机压缩机(axial turbomachine compressor)的外罩。本发明还涉及一种包括这样的外罩的轴向涡轮机压缩机。

背景技术

美国专利文件6,406,256B1公开了一种位于轴向涡轮机转子和定子之间的旋转密封件。具体地说，该文件阐述了解决在覆盖较宽温度范围的运行条件下叶片翼梢和外壳体之间的间隙变化的补偿问题，此类间隙变化典型地存在于涡轮机的涡轮部分中。密封装置包括围绕转子叶片翼梢布置的分节段的壳体。每一节段通过指形件而被保持在定子外罩壁内，这些指形件在彼此相对的方向上与外罩壁上相应槽成角度，与在外罩壁上相应的槽一起起作用。在不同节段温度升高的情况下，外罩壁上相应的槽会轻微地膨胀和延长。这种延长会引起移动指形件远离它们的初始停止位置。因为指形件与外罩壁上相应的槽是成角度的，所以这些指形件会径向地从转子移开，这会有效地拉动节段向上，从而补偿由于温度升高引起的节段叶片翼梢闭合。此补偿设备是引人关注的，但是缺乏对除了由温度变化以外的其它现象引起的间隙变化的补偿。实际上，位于转子叶片排和壳体之间的间隙还会根据它们的旋转速度而变化，也会受到由于操纵负荷(与涡轮机状态变化有关的陀螺转矩)和外来物体(例如鸟)的吸入引起的任何偏差的影响。在转子和定子之间的偏差会改变叶片翼梢和壳体之间的物理间隙，以致于叶片翼梢在个别区段上会碰到壳体，而在相反区段上间隙会显著增大。

美国专利2008/0159850A1公开了一种在轴向涡轮机的涡轮段的转子和定子之间的旋转密封件。该专利阐述了解决壳体温度高和必须冷却该壳体的问题。所提及的解决方案大体上由快速紧固装置、推动组件和壳体拆卸组成。更具体地，它包括提供分节段的壳体，在该壳体中每个节段具有径向地指向定子外侧的楔形横截面圆周肋。所述肋与相应的大致在定子外罩壁上的凹槽部分结合起作用。可选地，弹簧可以被放置在外罩壁上来向节段施加力，该力朝向转子旋转中心大致径向地作用。此弹簧用于在所述槽表面和相应的楔形截面肋表面之间施加接触力以确保一定程度的紧密。密封件也可以侧向布置在肋上，位于与壳体内表面相对的节段表面和外罩壁的内表面之间。因为涡轮机在高温下工作，所以这些密封件由固体材料制成。该方案的优势在于通过相对于外罩壁的简单平移运动就能够很容易地替换壳体的不同组成节段。与该专利图3可能表明的相反，壳体的组成节段不能径向地移动，更不必说对于任何偏差或任何间隙变化的补偿了。

专利FR2636373A1涉及在燃气轮机中不同的热膨胀的问题，更具体地，涉及对于在转子叶片翼梢和相关壳体之间的间隙变化的补偿。所提及的方案单个闭合环状套，该闭合环状套借助一系列补偿器利用空气波纹管安装在转子箱上。压缩后的空气被供向补偿器以向壳体施加径向力，进而控制在叶片翼梢和壳体之间的径向间隙。虽然该解决方案在技术上令人感举并且可能有效，但是自身局限于均匀地补偿在整个圆周范围的间隙。因此，在转子和定子之间有偏差情况下，不能补偿间隙变化。另外，该方案需要控制空气压力的装置，这使得实施该方案相对昂贵和容易失效。

发明内容

在涡轮机的寿命中，增大间隙的不可逆因素之一是转子轴线相对于定子出现偏差，从而间隙在一侧缩小而在另一侧加大。

对于涡轮机，存在至少两个可逆的并受限于运行持续时间的偏差来源：第一，偏差来源与操纵负荷(与涡轮机姿态变化有关的回转转矩)相关，以及第二，与外来物体(例如鸟)的吸入有关。另一方面，可逆的且可修复的轻微偏差可能发生在涡轮机寿命期间。此轻微偏差由与转子的孤立损坏有关的不平衡引起，不论是偶然或非偶然。当偏差发生时，易碎(可磨损的)材料的薄层不可逆地从工作表面脱落；这导致间隙的不可逆增加，从而同样导致涡轮机性能不可逆地下降。

除了由空气动力学的性能损失引起的问题，转子轴相对于定子的偏差引起在初级流动通道内的可磨损颗粒释放，这可能引起发动机损坏(具体地，由涡轮上的通风孔被堵塞引起)。

此外，如果出现较大偶然偏差，转子箱必须能保证高能运动部分不会穿透。因此，转子箱的结构应设计为能够承受这样的极限情况。

本发明的一个目的是提供在轴向涡轮机的转子和定子之间的密封件，从而克服至少一个上面提及的问题。更具体地，本发明的目的是提供与转子和定子之间的偏差相适应的在轴向涡轮机转子和定子之间的密封件。更具体地，本发明的目的是提出一种解决轴向涡轮机压缩机的上述问题之方案。