專利名稱：具有空穴冷卻系統(tǒng)的流動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分所述的用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的流動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
一種這樣的構(gòu)成為壓縮機(jī)的流動(dòng)裝置例如示出在本申請人的德國專利申請DE 10 2005 045 255 Al中。這種用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)以軸向構(gòu)造方式構(gòu)成并且具有一個(gè)多件式的殼體，在其中可旋轉(zhuǎn)地支承一個(gè)具有大量轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子。在各轉(zhuǎn)子葉片之間延伸一些在殼體側(cè)固定的導(dǎo)向葉片。在各導(dǎo)向葉片上設(shè)置板狀的密封元件，它們與轉(zhuǎn)子的各對置的徑向凸緣狀的密封體共同作用。各密封元件和各密封體形成大量軸向鄰接的空穴，所謂的內(nèi)部-空氣-密封-空穴。在壓縮機(jī)運(yùn)行中從一個(gè)主流動(dòng)流到各空穴中的空氣在各后面的壓縮機(jī)級中比在主流動(dòng)或主流中的空氣被更強(qiáng)地加熱。其原因在于，在主流中的溫度分配不是恒定的，而是朝其壁附近的邊緣層那邊逐漸增加。空氣從各較熱的邊緣層流入到各空穴中，在那里循環(huán)并且與主流的方向相反地流過各密封體?？諝饫^續(xù)加熱并再次與來自主流動(dòng)的空氣混合。但這引起各邊緣層的一種附加的加熱，從而強(qiáng)化各較熱的邊緣層的影響。通過這種影響，各密封元件、各密封體和用于固定各轉(zhuǎn)子葉片的在轉(zhuǎn)子側(cè)的凹槽遭受特別高的溫度并且在其壽命和強(qiáng)度方面受到溫度限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種流動(dòng)裝置，它消除了上述缺點(diǎn)并且能夠?qū)崿F(xiàn)針對性地降低在各空穴中的溫度。通過一種具有權(quán)利要求1的特征的流動(dòng)裝置達(dá)到該目的。按照本發(fā)明，冷卻空氣可引入特別構(gòu)成為壓縮機(jī)或渦輪機(jī)的流動(dòng)裝置的其中至少一個(gè)空穴中。冷卻空氣在所述至少一個(gè)空穴中引起溫度降低并因此在各相鄰的構(gòu)件中引起溫度下降。在各構(gòu)件的幾何形狀不改變情況下提高其壽命。各構(gòu)件關(guān)于其幾何形狀可以被優(yōu)化，借此可更容易地實(shí)現(xiàn)它們。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，冷卻空氣徑向吹入到空穴中。為此在至少一個(gè)導(dǎo)向葉片中構(gòu)成一個(gè)徑向通道，它徑向在流動(dòng)裝置的一個(gè)殼體通道與空穴之間延伸。殼體通道可以通到外界環(huán)境和/或通到一個(gè)前面的壓縮機(jī)級。為了將冷卻空氣從外界環(huán)境和/ 或例如從前面的壓縮機(jī)級輸送到空穴中，可以在殼體通道中設(shè)置一個(gè)泵。在導(dǎo)向葉片中的徑向通道的優(yōu)點(diǎn)是，它從內(nèi)部被冷卻。同樣冷卻空氣可以從一個(gè)燃燒室前室排出。為此在一個(gè)擴(kuò)散器中構(gòu)成一個(gè)擴(kuò)散通道，它在燃燒室前室與徑向通道之間延伸。為了冷卻來自燃燒室前室的空氣，在擴(kuò)散通道中設(shè)置一個(gè)熱交換器。擴(kuò)散通道的優(yōu)點(diǎn)是，擴(kuò)散器從內(nèi)部被冷卻。在另一個(gè)實(shí)施例中，冷卻空氣軸向與一個(gè)主流方向相反地吹入到空穴中。在此擴(kuò)散通道通到至少一個(gè)軸向通道，該軸向通道構(gòu)成在一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片凹槽中并且朝其中一個(gè)空穴敞開。為了能夠?qū)⒗鋮s空氣輸送到多個(gè)空穴中，在其中一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片凹槽中構(gòu)成至少一個(gè)連接通道，該連接通道在待冷卻的空穴之間延伸。這種軸向的冷卻空氣供給除冷卻擴(kuò)散器外還引起轉(zhuǎn)子葉片凹槽的冷卻。為了能夠?qū)⒃跀U(kuò)散通道中的空氣與外界環(huán)境空氣相混合，可以在流動(dòng)裝置中設(shè)置一個(gè)貫通通道，它通到擴(kuò)散通道。借此熱交換器可以構(gòu)成為功率減少的。此外在擴(kuò)散通道中可以設(shè)置一個(gè)預(yù)渦旋裝置，用于對來自燃燒室前室的空氣進(jìn)行渦旋加載。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置一個(gè)過壓冷卻空氣存儲器，用于提取空氣。其他的有利的實(shí)施例是其他的從屬權(quán)利要求的主題。


下面借助各示意的視圖更詳細(xì)地說明各優(yōu)選的實(shí)施例。其中圖1 一個(gè)具有按照本發(fā)明的冷卻空氣吹入系統(tǒng)的變化方案的壓縮機(jī)的縱剖面圖，圖2具有徑向冷卻空氣吹入系統(tǒng)的詳圖，以及圖3具有軸向冷卻空氣吹入系統(tǒng)的詳圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出一個(gè)構(gòu)成為壓縮機(jī)2的流動(dòng)裝置的高壓區(qū)域的縱剖面圖，具有一個(gè)按照本發(fā)明的冷卻空氣吹入系統(tǒng)。在此，在圖1中示出多種類型的冷卻空氣吹入系統(tǒng)，它們可以單獨(dú)或相互組合地運(yùn)行。壓縮機(jī)2以軸向構(gòu)造方式構(gòu)成并且是燃?xì)鉁u輪機(jī)特別是一個(gè)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分。它具有一個(gè)多件式的殼體4，該殼體支承大量導(dǎo)向葉片6a、6b，并且在該殼體中可旋轉(zhuǎn)地支承一個(gè)具有大量轉(zhuǎn)子葉片10a、10b、...的轉(zhuǎn)子8。導(dǎo)向葉片6a、6b和轉(zhuǎn)子葉片10a、 10b、...沿壓縮機(jī)2的軸向方向交替并排地設(shè)置并且從一個(gè)未示出的進(jìn)口朝一個(gè)在渦輪機(jī)側(cè)的擴(kuò)散器12方向逐漸縮小。導(dǎo)向葉片6a、6b在其尖端分別支承一個(gè)包帶，它在其面向轉(zhuǎn)子8那面上設(shè)有一個(gè)蜂窩狀的和板狀的密封元件14a、14b。面對密封元件14a、14b在轉(zhuǎn)子側(cè)設(shè)置徑向凸緣狀或環(huán)岸狀的密封體16a、 16b、...，所謂的密封鰭，它們朝密封元件14a、14b方向逐漸縮小。它們沿軸向方向成對成行并排設(shè)置并且以其尖端與密封元件14a、14b分別經(jīng)由一個(gè)未標(biāo)出的徑向間隙隔開距離。 密封鰭16a、16b、...分別與一個(gè)鄰接的在轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)子葉片凹槽18a、18b、...形成一個(gè)環(huán)形空間20a、20b、...，該環(huán)形空間徑向朝主流22敞開。在密封鰭16a、16b、...之間形成環(huán)狀的空隙Ma J4b，它們經(jīng)由相應(yīng)的徑向間隙與鄰接的環(huán)形空間20a、20b、...處于有效連接。下面還另外將環(huán)形空間20a、20b、...和空隙Ma、24b稱為空穴20、24。 主流22由空氣形成，它通過進(jìn)口流入壓縮機(jī)2中并且被壓縮地離開壓縮機(jī)經(jīng)由擴(kuò)散器12到一個(gè)渦輪機(jī)側(cè)的燃燒室前室沈中。在燃燒室前室沈后面連接大量的帶有火焰噴射30的燃燒器觀。一個(gè)未示出的分流被用作渦輪機(jī)側(cè)的冷卻。按照本發(fā)明，將冷卻空氣吹入各空穴20、24中。一個(gè)實(shí)施例設(shè)定，將來自外界環(huán)境的環(huán)境空氣32作為一股冷卻空氣流34a引導(dǎo)到各空穴20、24中。另一個(gè)實(shí)施例設(shè)定，將來自一個(gè)壓縮機(jī)前級的排放空氣(Zapfluft) 36作為冷卻空氣流34a引導(dǎo)到各空穴20、24中。另一個(gè)實(shí)施例設(shè)定，將環(huán)境空氣32和排放空氣36組合地作為冷卻空氣流34a引導(dǎo)到各空穴20、24中。為了引導(dǎo)冷卻空氣流34a，在殼體4中構(gòu)成一些相應(yīng)的、未示出的殼體通道。它們從前面的壓縮機(jī)級或從外界環(huán)境朝導(dǎo)向葉片6a的一個(gè)未示出的徑向通道方向延伸。通過箭頭38a表示通過徑向通道的冷卻空氣流34a。該徑向通道徑向通過包括包帶和密封元件 Ha在內(nèi)的導(dǎo)向葉片6a延伸并且通到空隙Ma中。為了能夠?qū)⒗鋮s空氣流34a吹入空隙 24a中，在殼體通道中設(shè)置一個(gè)電運(yùn)行的泵42，用于冷卻空氣流34a的增壓。一個(gè)實(shí)施例設(shè)定，將燃燒室前室空氣40作為一股冷卻空氣流34b引導(dǎo)到各空穴 20、24中。通過一個(gè)未示出的擴(kuò)散通道從燃燒室前室沈中引導(dǎo)冷卻空氣流34b。為了冷卻空氣流34b的冷卻，在擴(kuò)散通道中設(shè)置一個(gè)以一個(gè)熱交換器44形式存在的中間冷卻裝置。 在冷卻以后，通過導(dǎo)向葉片6b的一個(gè)未示出的徑向通道將冷卻空氣流34b引導(dǎo)到空隙24b 中。通過箭頭38b表示通過徑向通道的冷卻空氣導(dǎo)向34b。另一個(gè)實(shí)施例設(shè)定，將燃燒室前室空氣40在轉(zhuǎn)子側(cè)作為一股冷卻空氣流3 通過在轉(zhuǎn)子葉片凹槽18b、18c中的未示出的軸向通道和連接通道引導(dǎo)到各空穴20、24中。通過箭頭討表示通過轉(zhuǎn)子葉片凹槽18b、18c沿軸向方向的冷卻空氣流34c。另一個(gè)實(shí)施例設(shè)定，燃燒室前室空氣40在通過熱交換器44以后與環(huán)境空氣32混合成冷卻劑流Me。在圖2和3中對按照本發(fā)明的冷卻空氣吹入系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。圖2基本上示出在圖1中虛線包圍的區(qū)域的詳圖。冷卻空氣流3 徑向通過導(dǎo)向葉片6a導(dǎo)入到空隙2 中。同時(shí)冷卻空氣流34b徑向通過導(dǎo)向葉片6b導(dǎo)入到空隙24b中。 附加地將在導(dǎo)向葉片6a、6b中的冷卻空氣流34a、34b的一股分流46a、46b分流到相應(yīng)的后面的環(huán)形空間20b、20d中。在運(yùn)行中，空氣48a、48b從主流22的較熱的各邊緣層流到環(huán)形空間20b、20d中， 在那里空氣48a、48b與分流46a、46b混合并且作為冷卻的反流50a、50b與主流22的方向相反地流過后面的密封鰭16b、16d。反流50a、50b進(jìn)入到相應(yīng)的空隙Ma、Mb中并且在那里與相應(yīng)的冷卻空氣流34a、34b —起渦流并再度被冷卻。反流50a、50b朝環(huán)形空間20a、 20c方向流過前面的密封鰭16a、16c，在環(huán)形空間中再次被渦流并且最后與主流22的各邊緣層混合，從而將它們冷卻。由于按照本發(fā)明的在各空穴20、24的區(qū)域內(nèi)的冷卻空氣吹入系統(tǒng)，特別冷卻了密封元件14a、14b和密封鰭16a、16b、...并因此增加了其強(qiáng)度。在各構(gòu)件的同樣的設(shè)計(jì)情況下提高了壽命或在相同的壽命情況下可以優(yōu)化設(shè)計(jì)。同樣通過導(dǎo)向葉片6a、6b的內(nèi)部冷卻還提高了其穩(wěn)定性。此外冷卻對轉(zhuǎn)子葉片凹槽18a、18b、...具有一種有利的作用。圖3示出在圖1中提到的實(shí)施例，其中從一個(gè)燃燒室前室沈排出一股冷卻空氣流；Mc并且通過在轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)子葉片凹槽18b、18c軸向與一股主流22的方向相反地將其引導(dǎo)到環(huán)形空間20b、20d中。該變化方案的優(yōu)點(diǎn)是，轉(zhuǎn)子葉片凹槽18a、18b、...且特別是轉(zhuǎn)子葉片10a、10b、...在根側(cè)被冷卻。在此分別示出兩組在其間分別構(gòu)成一個(gè)空隙Ma、 24b,...的三個(gè)密封鰭16a、16b、...。在轉(zhuǎn)子葉片凹槽18c中構(gòu)成有至少一個(gè)未示出的軸向通道，它與一個(gè)擴(kuò)散通道52處于有效連接并且朝空隙24d那邊敞開。通過箭頭M表示冷卻空氣流;Mc通過軸向通道的運(yùn)動(dòng)方向。在轉(zhuǎn)子葉片凹槽18b中設(shè)置一個(gè)未示出的連接通道，它在環(huán)形空間20b、20c之間延伸，從而可以將冷卻空氣流3 從環(huán)形空間20c引導(dǎo)到環(huán)形空間20b。通過箭頭56表示冷卻空氣流；Mc通過連接通道的運(yùn)動(dòng)方向。此外一個(gè)未示出的貫通通道通到擴(kuò)散通道52中，用于混合燃燒室前室空氣40與環(huán)境空氣32。為了清晰起見，在這里未示出在圖1中示出的熱交換器44。冷卻空氣流；Mc通過在最后的轉(zhuǎn)子葉片IOb的轉(zhuǎn)子葉片凹槽18c中的軸向通道進(jìn)入到環(huán)形空間20d中，在該環(huán)形空間中，它與來自主流22的各較熱的邊緣層的空氣48b — 起渦流。冷卻的空氣48b作為冷卻的反流50b流過密封鰭16d、16e、16f并且在環(huán)形空間 20c中再度渦流。渦流的反流50b通過連接通道進(jìn)入環(huán)形空間20b中并且在那里與來自主流22的各較熱的邊緣層的空氣48a —起渦流。它作為反流50a流過密封鰭16a、16b、16c， 在環(huán)形空間20a中渦流并且朝主流22方向離開環(huán)形空間20a，在那里它與各邊緣層混合。 冷卻空氣流;Mc通過轉(zhuǎn)子葉片凹槽18a、18b、...的軸向的繼續(xù)引導(dǎo)一直可重復(fù)到反流50a、 50b已這樣被加熱，以致來自主流22的分流空氣48a、48b不進(jìn)行繼續(xù)冷卻為止。即使在以上關(guān)于圖3的描述中未明確地提及反流50a、50b在空隙Ma、Mb、...中的渦流，它也仍然像在圖2中描述的那樣發(fā)生。在一個(gè)未示出的實(shí)施例中，在擴(kuò)散通道52中設(shè)置一個(gè)以預(yù)渦旋噴嘴形式存在的預(yù)渦旋裝置，用于對冷卻空氣流3 進(jìn)行渦旋加載?？梢酝瑯訖C(jī)械地經(jīng)由一個(gè)自動(dòng)底盤驅(qū)動(dòng)關(guān)于圖1和2提到的泵42。在另一個(gè)未示出的實(shí)施例中，用于冷卻空氣流34a、34b、...的空氣從一個(gè)過壓冷卻空氣存儲器提取并且徑向經(jīng)由在導(dǎo)向葉片6a、6b中的徑向通道或軸向經(jīng)由在轉(zhuǎn)子葉片凹槽18a、18b、...中的軸向通道和連接通道吹入到各空穴20、24中。公開一種流動(dòng)裝置，包括一個(gè)冷卻空氣吹入系統(tǒng)，用于將冷卻空氣吹入到在導(dǎo)向葉片側(cè)的與在轉(zhuǎn)子側(cè)的密封元件14a、14b或密封體16a、16b、· · ·之間的各空穴20,24中。
權(quán)利要求
1.流動(dòng)裝置，特別是用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的以軸向構(gòu)造方式的壓縮機(jī)，包括一個(gè)殼體G)， 該殼體支承大量導(dǎo)向葉片(6a、6b)，并且在殼體中可旋轉(zhuǎn)地支承一個(gè)具有大量轉(zhuǎn)子葉片 (10a、10b、...)的轉(zhuǎn)子(8)，其中導(dǎo)向葉片(6a、6b)具有密封元件(14a、14b)，這些密封元件與對置的在轉(zhuǎn)子側(cè)的密封體(16a、16b、...)界定一些空穴O0J4)，其特征在于，一股冷卻空氣流(34a,34b,...)可引入到至少其中一個(gè)空穴(20,24)中。
2.按照權(quán)利要求1所述的流動(dòng)裝置，其特征在于，冷卻空氣流(34a、34c)可徑向吹入。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的流動(dòng)裝置，其特征在于，在至少一個(gè)導(dǎo)向葉片(6a、6b) 中構(gòu)成至少一個(gè)徑向通道，該徑向通道徑向在一個(gè)殼體通道與一個(gè)空穴(Ma、Mb)之間延伸。
4.按照權(quán)利要求3所述的流動(dòng)裝置，其特征在于，殼體通道通到外界環(huán)境，用于供給環(huán)境空氣(32)。
5.按照權(quán)利要求3或4所述的流動(dòng)裝置，其特征在于，殼體通道通到一個(gè)前面的壓縮機(jī)級，用于供給排放空氣(36)。
6.按照上述權(quán)利要求之一所述的流動(dòng)裝置，其特征在于，設(shè)置一個(gè)用于將冷卻空氣流 (34a)輸送到空穴(24a)中的泵(42) 0
7.按照權(quán)利要求3至5之一所述的流動(dòng)裝置，其特征在于，殼體通道與一個(gè)擴(kuò)散通道 (52)處于有效連接，用于供給來自一個(gè)燃燒室前室06)的燃燒室前室空氣00)。
8.按照上述權(quán)利要求之一所述的流動(dòng)裝置，其特征在于，軸向與一股主流02)的方向相反地可供給冷卻空氣(3 )。
9.按照權(quán)利要求8所述的流動(dòng)裝置，其特征在于，至少一個(gè)在轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)子葉片凹槽 (18c)被一個(gè)軸向通道穿過，該軸向通道至少朝其中一個(gè)空穴(20d)那邊敞開。
10.按照權(quán)利要求9所述的流動(dòng)裝置，其特征在于，軸向通道與擴(kuò)散通道(52)處于有效連接，用于供給燃燒室前室空氣GO)。
11.按照權(quán)利要求9或10所述的流動(dòng)裝置，其特征在于，空穴(20b、20c)經(jīng)由至少一個(gè)連接通道在一個(gè)鄰接的轉(zhuǎn)子葉片凹槽(18b)中相互處于有效連接。
12.按照權(quán)利要求7至11之一所述的流動(dòng)裝置，其特征在于，至少一個(gè)貫通通道通到擴(kuò)散通道(52)，用于供給環(huán)境空氣(34)。
13.按照權(quán)利要求7至12之一所述的流動(dòng)裝置，其特征在于，在擴(kuò)散通道(52)中設(shè)置一個(gè)熱交換器(44)，用于燃燒室前室空氣00)的中間冷卻。
14.按照權(quán)利要求7至13之一所述的流動(dòng)裝置，其特征在于，在擴(kuò)散通道(52)中設(shè)置一個(gè)預(yù)渦旋裝置，用于對燃燒室前室空氣GO)進(jìn)行渦旋加載。
15.按照上述權(quán)利要求之一所述的流動(dòng)裝置，其特征在于，設(shè)置一個(gè)過壓冷卻空氣存儲器，用于供給冷卻空氣流(34a、34b、· · ·)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種流動(dòng)裝置，包括一個(gè)冷卻空氣吹入系統(tǒng)，用于將冷卻空氣吹入到在導(dǎo)向葉片側(cè)的與在轉(zhuǎn)子側(cè)的密封元件(14a、14b)或密封體(16a、16b、...)之間的空穴(20、24)中。
文檔編號F01D11/04GK102369358SQ201080014328
公開日2012年3月7日 申請日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月14日
發(fā)明者D·科赫, K·P·呂德, W·胡姆豪澤 申請人:Mtu飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司