專利名稱：用于渦輪機的定子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域為渦輪機，例如軸向流動渦輪噴氣發(fā)動機，包括用于向渦輪機的其它元件提供空氣的定子。該定子特別是一種機械組件，該機械組件允許向高壓渦輪機葉片提供較涼的空氣，特別用于冷卻轉(zhuǎn)子的一部分的所述的空氣是在燃燒腔室的底部中抽取的。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有渦輪機的定子的公知的實施例中，通?？梢钥吹揭环N諸如主要注射器的元件，該元件允許將在定子的空腔中抽取的空氣加速；側(cè)板，該側(cè)板能夠引導空氣到高壓渦輪機的葉片上；以及不同的空氣回路，該回路允許校對穿過該系統(tǒng)的空氣流量的總量。這些空氣流量然后被注射到不同的空腔中，這些空腔然后允許限定機械部件的受熱。根據(jù)這些不同類型的實施例，現(xiàn)在實踐中使用一些諸如迷宮式密封的密封系統(tǒng)，以便最大地限定冷空氣的泄漏。
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的定子的縱向半剖圖。該定子用于抽取在空腔定子20中的冷空氣，然后使該空氣取道穿過傾斜孔類型的注射器21，這些注射器21使該空氣加速并且改變該空氣的流動方向。該冷空氣然后到達壓力腔室22中，然后進入側(cè)板的噴口23中，以便引導該空氣通向轉(zhuǎn)子34的葉片24。所述的冷卻空氣的主要流動用圖1中的箭頭A表示。至于箭頭B表示來自內(nèi)部迷宮式密封35的泄漏空氣的流動，所述的泄漏空氣用來再次注射到主流管中。再參考圖1，能夠明白為了允許泄漏空氣的流動，目前使用一些焊接到定子的不同元件處的管子25。
然而這些迷宮式密封目前用于密封壓力腔室，正如文獻FR2744761中所描述的那樣，但是這些迷宮式密封不能防止穿過該腔室的空氣泄漏集合。特別地，內(nèi)部迷宮式密封不能防止在壓力腔室外面的部分熱空氣進入其中。這樣因此導致壓力腔室的溫度增加，因此增加了定子冷卻系統(tǒng)的效率損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是提出一種渦輪機定子，該定子解決了上述的缺點，因此實現(xiàn)了一種裝置，該裝置最大地限定了熱空氣向壓力腔室內(nèi)部的泄漏。
因此，本發(fā)明的目標是一種用于渦輪機的定子，該定子包括-一些第一注射裝置，允許冷卻空氣的主要流量流入到壓力腔室中，-一些從第一空腔向第二低壓空腔排出泄漏空氣的排出裝置，這些泄漏空氣來自內(nèi)部迷宮式密封，和-一些第二注射裝置，能夠?qū)⑷菁{在所述的第二空腔中的空氣排向主流管。
本發(fā)明的定子實施成使得其還包括一些第三注射裝置，這些第三注射裝置能夠在所述的壓力腔室中的內(nèi)部迷宮式密封附近建立空氣過壓。
本發(fā)明的主要優(yōu)勢在于最大地限定了在內(nèi)部迷宮式密封處向壓力腔室的熱空氣泄漏。這樣的泄漏的限定減慢了壓力腔室內(nèi)部溫度的增高，因此允許了從第一注射裝置汲取較少的冷空氣。
本發(fā)明的定子最好這樣實施第一注射裝置包括至少一個能夠產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子相切的空氣流的葉片。
這個結(jié)構(gòu)具有如下的優(yōu)勢使空氣處于良好的狀態(tài)下，因此大幅減少了空氣進入到這些管道中導致的加熱。由于葉片形式的第一注射裝置的相同的性質(zhì)所以減少了這些加熱，其中葉片具有合適的空氣動力學型面，這些裝置還具有與傳統(tǒng)的軸向分配器的特性相同的特性。
用在本發(fā)明中的排出裝置最好包括至少一個一方面通向第一空腔另一方面通向第二空腔的穿孔。
根據(jù)實施有用于排出泄漏空氣的穿孔的特別的實施例，本發(fā)明的優(yōu)點在于通過使用現(xiàn)有的零件代替現(xiàn)有技術(shù)中加入的管子降低制造成本。根據(jù)本發(fā)明的該定子還導致減少了注射器的負重，以及增加了定子的使用壽命，因為省去了焊接通常使用的管子。
這些實施用于實現(xiàn)將泄漏空氣排出的排出裝置的穿孔最好是在構(gòu)成第一注射裝置的葉片的實心部分中進行的。
根據(jù)本發(fā)明的特別的實施例，內(nèi)部迷宮式密封的一部分的支架包括第一注射裝置。這個支架具有由空腔和材料接頭交替形成的蜂房結(jié)構(gòu)。這些空腔然后用于產(chǎn)生排出裝置，而材料接頭包括第三注射裝置。
本發(fā)明的定子最好可以設(shè)置統(tǒng)一到整體件中的3個空氣流的交匯系統(tǒng)，該交匯系統(tǒng)能夠用一次鑄造實現(xiàn)。將注意到本發(fā)明的這個特別的結(jié)構(gòu)還提供了組裝不同的定子元件的簡易性。


參照附圖進行描述，附圖包括-圖1已經(jīng)被描述過了，示出了現(xiàn)有技術(shù)；-圖2示出了渦輪噴氣發(fā)動機的一部分的縱向半剖圖，其中安裝了根據(jù)本發(fā)明的定子；-圖3示出了本發(fā)明的定子的部分透視圖，強調(diào)了第一注射裝置和泄漏空氣的排出裝置的配合；-圖4示出了渦輪噴氣發(fā)動機的一部分的半剖圖，其中安裝了根據(jù)本發(fā)明的定子，此時該渦輪噴氣發(fā)動機使用魚叉類型的側(cè)板。
具體實施例方式
參照圖2，可以看到渦輪噴氣發(fā)動機特別包括根據(jù)本發(fā)明的定子。該定子首先包括用不同元件限定的壓力腔室16。注意到在這些元件中外部迷宮式密封4a，4b，以及內(nèi)部迷宮式密封13a，13b。這兩個內(nèi)部和外部迷宮式密封13a，13b，4a，4b分別由固定在空腔定子5的支架14和固定到支架14上的另一個支架36支撐。內(nèi)部迷宮式密封13a，13b部分限定了一個在壓力腔室16和與之相鄰的第一空腔9之間的邊界，而外部迷宮式密封4a，4b部分限定了一個在壓力腔室16和與之相鄰的第二空腔10之間的邊界。第一和第二空腔9和10被支架14分開。注意到該定子在圖2中的箭頭C表示的渦輪機的主流管流動方向中的第二空腔10的下游，具有一個被支架36與該第二空腔10分開的第三空腔37。
內(nèi)部和外部迷宮式密封13a，13b，4a，4b一般分為至少一個被支架14和36固定的摩擦件13a，4a和至少一個固定到側(cè)板2上的唇形物13b，4b。側(cè)板2還限定了壓力腔室16并且固定到渦輪機的轉(zhuǎn)子38上。側(cè)板2包括一些通向空腔7的噴射孔6，該空腔7位于該渦輪機的所述的側(cè)板和轉(zhuǎn)子38之間，該渦輪機的轉(zhuǎn)子具有葉片8。
該定子首先包括一些在支架14中實施的并且允許從空腔定子5汲取冷空氣的第一注射裝置1，以便使冷空氣通向轉(zhuǎn)子38的葉片8。正如現(xiàn)有技術(shù)中的裝置那樣，空氣穿過第一注射裝置1以便進入到壓力腔室16中，主要的冷卻空氣流進入到該壓力腔室16中，然后通過為此效果預先設(shè)置在側(cè)板2中的注射孔進行對轉(zhuǎn)子38的葉片8的冷卻。
一旦通過注入孔6，冷卻空氣便填充空腔7，該空腔7位于側(cè)板2和轉(zhuǎn)子38之間。該側(cè)板2的存在用于將空氣通向轉(zhuǎn)子38的葉片8。
再參照附圖2，該定子包括排出來自內(nèi)部迷宮式密封13a，13b的泄漏空氣的排出裝置，以便將空氣從與壓力腔室相鄰的第一空腔9排向低壓的第二空腔10中。這些空氣排出裝置可以固定到支架14上。
另外該定子包括一些第二注射裝置，其能夠排出容納在第二空腔10中的空氣，以便再將空氣注射到第三空腔37中，從而連接渦輪機的主流管。這些第二注射裝置位于支架36的將第二和第三空腔10和37分開的部分中。
根據(jù)本發(fā)明，該定子還包括一些第三注射裝置，其能夠在壓力腔室16中建立空氣過壓，該局部過壓靠近內(nèi)部迷宮式密封13a，13b。這些裝置用于最大地防止第一空腔9的熱空氣流向壓力腔室16，從而該壓力腔室16保持在可接受的溫度水平上。這些第三注射裝置因此用于在靠近內(nèi)部迷宮式密封13a，13b的壓力腔室16中建立局部過壓，從而平衡壓力腔室16和所述的與之相鄰的第一空腔9之間的壓力。由第三注射裝置汲取的冷空氣與被第一裝置汲取的空氣來自相同的空腔定子5，以便建立主要的冷卻流。
該定子裝備有第一注射裝置1，第一注射裝置1的形狀和實施明顯地借用了現(xiàn)有技術(shù)的實施。事實上，參照圖3，這些注射裝置包括至少一個允許使來自空腔定子5的空氣流與轉(zhuǎn)子38的葉片12相切。而這些第一注射裝置1與常規(guī)的軸向分配器相似，因此將空氣處于最好的狀態(tài)下，空氣通過一些傾斜的穿孔進入到這種狀態(tài)，正如以前通常所使用的那樣。使用這樣的結(jié)構(gòu)的直接結(jié)果是取消了由于在該側(cè)板2上的噴射導致的撞擊效應，即取消了供應葉片的重大的空氣加熱源。這個撞擊效應是使用傾斜的穿孔的結(jié)果，以便將空氣引入到壓力腔室16中。這些穿孔的傾斜事實上不足夠避免主要空氣流直接投射到側(cè)板2上。冷空氣流與側(cè)板的沖撞導致了壓力腔室的冷空氣無效地加熱并且以很小的效率進行通氣。具體地說本發(fā)明還能夠使用傳統(tǒng)的第一注射裝置，例如上述的傾斜注射孔。
根據(jù)本發(fā)明的特別的實施例，排出泄漏空氣的裝置最好包括至少一個在支架14中的穿孔11，這些穿孔11一方面通向該第一空腔9另一方面通向該第二空腔10。尤其允許了減小生產(chǎn)成本，即通過使用已經(jīng)存在的一種零件用于實現(xiàn)排出裝置，與加入一些管子，然后將管子焊接到定子的不同元件上的方法相反。另外，采用這樣的技術(shù)方案增加了定子的使用壽命，因為免去了焊接管子。在上述的第一注射裝置1的實施例中，可以特別在葉片12的一部分上實現(xiàn)穿孔11。正如在圖3中看到的那樣，這些葉片12是實心的并且因此可以容納這些泄漏空氣的排出裝置。在這些葉片12的材料中，簡單穿孔的實施允許了使由第一注射裝置1形成的組件以及泄漏空氣的排出裝置緊湊。
參照圖2，可以看到這些上述的三種流動，即來自第一注射裝置1的流動和來自第三注射裝置的流動以及來自泄漏空氣的排出裝置的流動能夠共同在相同的零件中存在。
因此，可以調(diào)整該支架14以便該支架14能夠容納第三流動。這個支架14部分是蜂窩狀的，特別是因為空腔20的存在能夠引導空氣流向排出裝置。這些空氣通過的穿孔11在空腔20中具有自己的入口并且如上所述穿過葉片12。另外，為了獲得蜂窩結(jié)構(gòu)，這些空腔20設(shè)置在材料接頭15之間，在材料接頭中實施了第三注射裝置。
另外支架14包括第一注射裝置1，該支架14在定子三種流動對面，這些流動在支架14中相交，而其中的任何一個都沒有影響其它的流動的良好流動。這個定子的部分易于一次鑄造出來。另外，使用鑄造技術(shù)允許適應這些形狀并且盡可能好地配合轉(zhuǎn)子28，賦予轉(zhuǎn)子28以比以前更加緊湊的特征。轉(zhuǎn)子38零件體積的降低還導致了明顯降低制造成本，因為限定了構(gòu)成轉(zhuǎn)子38的這些零件的尺寸。
這些第三注射裝置能夠采取穿過材料接頭15的至少一個穿孔3的形式。這些穿孔預先傾斜定位以便獲得空氣流的一個強烈的分量與轉(zhuǎn)子38相切即沿垂直于圖2的截面的方向。這些第三注射裝置還可以實現(xiàn)為至少一個葉片形式，該葉片能夠賦予空氣流與轉(zhuǎn)子38相切。這些葉片將與圖3示出的第一注射裝置類型相同。
為了從第二空腔10向主流管排出空氣，設(shè)置第二注射裝置。正如實踐中的那樣，可以在定子中形成至少一個傾斜穿孔17，以便獲得具有與轉(zhuǎn)子相切的強烈的分量的空氣流。這些穿孔17可以實施在支架36中，支架36在第二空腔10和第三空腔37之間。注意到還可以使用上述的具有熱和機械作用的葉片系統(tǒng)。另外，來自這些第二注射裝置的空氣還可以用于冷卻受到主流管流動的強烈的熱量作用的轉(zhuǎn)子區(qū)域。
同樣地，這些第二注射裝置還可以改進側(cè)板2的旋轉(zhuǎn)密封系統(tǒng)的效率。參照圖4，這些穿孔17通向外部迷宮式密封的空腔18。附圖中的情況表示了使用魚叉類型的側(cè)板時的情況，即外部迷宮式密封實施成使得每個唇形物26，27，28與蜂窩類型的不同的摩擦件29，30，31配合。因此由于這樣的特別的設(shè)置獲得了至少兩個空腔18，19，這兩個空腔18，19平行地與第二空腔10通過除了蜂窩類型的摩擦件29，30，31之外的其它元件隔開。
然后可以通過第二注射裝置將空氣注射到空腔18，19中的一個中。到達這些空腔18，19的空氣形成旋渦并且導致在被從壓力腔室16向主流管自然地抽吸之前旋轉(zhuǎn)，因為在這些元件之間存在壓力差。將熱空氣注射到一個空腔18或者19中的做法將因此允許將要從第一注射裝置1提取的冷卻空氣具有經(jīng)濟性并且因此導致該系統(tǒng)的性能的提高。還注意到將空氣注射到由兩個連續(xù)的迷宮式密封設(shè)置的小空腔18的做法增加了該小空腔的壓力并且因此導致另外降低了在該空腔18和壓力腔室16之間的壓力差。
這里提出的主要改進在于應用魚叉類型的外部迷宮式密封。事實上，這種設(shè)計允許在除了蜂窩類型的摩擦元件之外的使空氣射流擾動的實心的元件中實施第二注射裝置。該方案證明非常有利該方案避免了由于穿過蜂窩結(jié)構(gòu)29，30，31導致的擾動，該方案包括了比現(xiàn)有技術(shù)的方案小的生產(chǎn)強度。
第二注射裝置采取傾斜穿孔17的形式，該傾斜穿孔17用于獲得具有與轉(zhuǎn)子38相切的強烈的分量的空氣流，另外采用了葉片形式，因為葉片形式能夠用于實現(xiàn)第一注射裝置1。在小空腔18中建立的過壓顯著減小了冷卻回路的泄漏流量，結(jié)果是更多的來自第一注射裝置的冷空氣達到穿過通道噴孔6。
本發(fā)明的另一個特殊性來自于支架14和第一注射裝置1的特別的設(shè)計。傳統(tǒng)上，承載內(nèi)部迷宮式密封13a，13b的摩擦件13a的支架部分14設(shè)置在第一注射裝置1的空氣出口下面。在這個結(jié)構(gòu)中，而該支架部分14受到由于這些第一注射裝置1導致的較弱的移動，因此建立穿過內(nèi)部迷宮式密封13a，13b的大的泄漏。為了解決這個缺點，該定子然后可以如圖2所示那樣給出，在第一注射裝置1的出口和支架部分14之間的間隔具有摩擦件13a。該間隔允許在這兩個元件之間插入第三注射裝置，該第三注射裝置還是較小的移動源，以便支架14承載摩擦件13a。因此可以控制在內(nèi)部迷宮式密封中的間隙，即通過取消上述所列舉的定子的兩個運動。事實上通過調(diào)整接頭15的材料量，在穿孔3中的空氣流量和穿孔的數(shù)量，可以調(diào)整轉(zhuǎn)子和定子的相對位置以便最大地限定穿過該內(nèi)部迷宮式密封13a，13b的可能的泄漏。
對于外部迷宮式密封4a，4b來說也如此。事實上可以控制承載磨擦件4a的支架36的較小的運動，即通過將該支架36的慣量作用和由第二注射裝置的傾斜孔17建立的冷卻作用組合從而實現(xiàn)控制。
第三注射裝置也允許獲得添加的流量以用于葉片的冷卻空氣回路，以及允許獲得壓力腔室16的壓力的穩(wěn)定。
最后注意到磨擦件4a的支架36在內(nèi)部螺栓固定，與習慣上使用的相反，這個方案允許在用于安裝分配器的支架的外部部分方面具有空間增益。
當然，普通技術(shù)人員可以對上述的僅僅示范而非限定的裝置進行多種改進。
權(quán)利要求
1.用于渦輪機的定子，包括-一些第一注射裝置(1)，允許主要冷卻空氣流進入到壓力腔室(16)中，-一些將來自部分限定了壓力腔室(16)的內(nèi)部迷宮式密封(13)的泄漏空氣從第一空腔(9)排向低壓力的第二空腔(10)的裝置，-一些能夠?qū)⑷菁{在所述的第二空腔(9)中的空氣排向主流管，其特征在于，該定子還包括一些第三注射裝置，這些第三注射裝置能夠在所述的壓力腔室(16)中的內(nèi)部迷宮式密封(13a，13b)附近建立空氣過壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于渦輪機的定子，其特征在于，這些第一注射裝置(1)包括至少一個葉片(12)，該葉片(12)能夠產(chǎn)生與渦輪機轉(zhuǎn)子(38)相切的空氣流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機的定子，其特征在于，這些第一注射裝置(1)包括至少一個傾斜孔，該傾斜孔能夠產(chǎn)生具有與渦輪機的轉(zhuǎn)子(38)相切的強烈的分量的空氣流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的用于渦輪機的定子，其特征在于，排出裝置包括至少一個一方面通向第一空腔(9)另一方面通向第二空腔(10)的穿孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求2和4的組合所述的用于渦輪機的定子，其特征在于，每個穿孔(11)實施在一個葉片(12)的實心部分中。
6.根據(jù)上述的權(quán)利要求中任一項所述的用于渦輪機的定子，其特征在于，內(nèi)部迷宮式密封(13a，13b)包括至少一個摩擦件(13a)，每個磨擦件(13a)被支架(14)支撐，在該支架(14)中，設(shè)置第一注射裝置，該支架(14)被空腔(20)和材料接頭(15)構(gòu)成蜂窩狀，這些空腔(20)用于導致排出泄漏空氣的排出裝置，這些材料接頭(15)用于包括第三注射裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于渦輪機的定子，其特征在于，第三注射裝置包括至少一個葉片(12)，該葉片(12)能夠?qū)е屡c渦輪機的轉(zhuǎn)子(38)相切的空氣流。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于渦輪機的定子，其特征在于，第三注射裝置包括至少一個穿過所述的材料接頭(15)實施的穿孔(3)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于渦輪機的定子，其特征在于，穿孔傾斜實施以便產(chǎn)生具有與渦輪機的轉(zhuǎn)子(38)相切的強烈的分量的空氣流。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的用于渦輪機的定子，其特征在于，所述的第二注射裝置包括至少一個傾斜穿孔(17)，傾斜穿孔(17)能夠產(chǎn)生具有與渦輪機的轉(zhuǎn)子(38)相切的強烈的分量的空氣流。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的用于渦輪機的定子，其特征在于在于，所述的第二注射裝置包括至少一個能夠產(chǎn)生具有與渦輪機的轉(zhuǎn)子(38)相切的強烈的分量的空氣流的葉片。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的用于渦輪機的定子，其特征在于，該壓力腔室(16)特別由魚叉類型的外部迷宮式密封(4a，4b)限定，構(gòu)成了至少兩個空腔(18，19)，每個空腔(18，19)通過實心元件與所述的第二空腔(10)分開，所述的第二注射裝置通向至少一個空腔(18，19)，空腔(18，19)在所述的實心元件中實施。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于渦輪機的定子，該定子包括一些第一注射裝置(1)，允許冷卻空氣的主要流量進入一個壓力腔室(16)中；一些將泄漏空氣從第一空腔(9)向第二空腔(10)排出的排出裝置，這些泄漏空氣來自內(nèi)部迷宮式密封(13)；一些第二注射裝置，能夠?qū)⑷菁{在所述的第二空腔(9)中的空氣向主要的流管排出。根據(jù)本發(fā)明的定子是這樣實施的該定子還包括一些第三注射裝置，能夠在所述的壓力腔室(16)中的內(nèi)部迷宮式密封(13a，13b)附近建立空氣過壓。
文檔編號F02C7/28GK1582363SQ02821821
公開日2005年2月16日 申請日期2002年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月8日
發(fā)明者J·B·阿里拉, A·加朗, M·G·P·阿科, J·-P·-J·馬弗里 申請人:斯內(nèi)克馬·莫特爾斯