本發(fā)明涉及一種尤其用于航空器的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)，更具體地，涉及一種包括可變間距的定子葉片的至少一個(gè)環(huán)形列的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)。
背景技術(shù)：
在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)中，可變間距的定子葉片的環(huán)形列或格柵被安裝在壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子輪的上游或下游，以形成壓縮級(jí)?？勺冮g距的葉片被壓氣機(jī)的定子支撐，并且該葉片在關(guān)于徑向軸線的位置方面是可調(diào)整的，以優(yōu)化渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣體的流動(dòng)。這些葉片往往被稱為IGV葉片，其中IGV代表“進(jìn)口導(dǎo)葉(inlet guide vane)”。
渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的可變間距的葉片基本為徑向的并且在該葉片的徑向端部處基本包括圓柱形的樞軸。葉片的徑向外樞軸被接納在壓氣機(jī)的定子殼體中的第一開口中，該葉片的徑向內(nèi)樞軸被接納在包圍壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子的固定環(huán)或者浮環(huán)中的第二開口中。當(dāng)環(huán)剛性地連接到定子時(shí)，該環(huán)是固定的，當(dāng)環(huán)與定子分離并因此能夠相對(duì)于定子進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，該環(huán)是浮動(dòng)的。通過包圍樞軸的襯套引導(dǎo)葉片的樞軸在其接納開口中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
每個(gè)葉片能夠圍繞由其樞軸限定的軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通常通過致動(dòng)器來確保該運(yùn)動(dòng)，該致動(dòng)器安裝在定子殼體上并且連接到控制環(huán)，該控制環(huán)自身通過連接桿連接到葉片的徑向外樞軸?？刂骗h(huán)的旋轉(zhuǎn)通過連接桿傳遞到葉片的外樞軸，并且使得所述葉片圍繞其軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。
在運(yùn)行時(shí)，在可變間距的葉片圍繞其軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)期間，葉片的樞軸與襯套發(fā)生摩擦。使用浮環(huán)而不是固定環(huán)能夠減小葉片的內(nèi)樞軸上的界面力，并因此能夠限制由于這些樞軸與襯套發(fā)生摩擦而造成的這些樞軸的磨損。
浮環(huán)被徑向地插入到可變間距的葉片與壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子之間，并且該環(huán)的外周限定了壓氣機(jī)中的空氣流管道的內(nèi)徑。該流管道的外徑由上文提及的定子殼體所限定。通過增大該管道在可變間距的葉片的列的區(qū)域中的通行橫截面，能夠增大壓氣機(jī)中的空氣流率，這可以通過增大流管道的外徑或者減小該流管道的內(nèi)徑或者二者兼而有之來實(shí)現(xiàn)。增大流管道的外徑不是令人滿意的解決方案，因?yàn)檫@導(dǎo)致定子殼體的外徑增大并因此導(dǎo)致該定子殼體的總體尺寸增大，而且還導(dǎo)致與在頭部處的馬赫數(shù)增大相關(guān)聯(lián)的性能降低(以及與圓周速度增大相關(guān)聯(lián)的機(jī)械地設(shè)置下游可運(yùn)動(dòng)輪的尺寸的困難)。因此，其它的解決方案與減小流管道的內(nèi)徑有關(guān)。然而，該解決方案難以在上文提及的使用浮環(huán)的技術(shù)中實(shí)施。
實(shí)際上，為了防止空氣從下游到上游在浮環(huán)與轉(zhuǎn)子之間再次流通，將空氣密封裝置插入到浮環(huán)與轉(zhuǎn)子之間。這些密封裝置通常包括迷宮式密封件，該迷宮式密封件包括環(huán)形的接帚(wiper)，該接帚由轉(zhuǎn)子支撐并且與由浮環(huán)支撐的耐磨材料制成的環(huán)形層相配合。這些密封裝置的體積相對(duì)而言尤其在徑向方向上是龐大的，并且這防止了壓氣機(jī)流管道的內(nèi)徑減小。
此外，通常在靠近含有油的軸承室的該區(qū)域內(nèi)設(shè)置額外的密封裝置。這些額外的密封裝置包括兩個(gè)其它的迷宮式密封件，這兩個(gè)迷宮式密封件被軸向地間隔開并且在它們之間限定了環(huán)形的腔，該腔用于被供給壓縮空氣。壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子為管狀的，并且在該轉(zhuǎn)子的壁上包括徑向的開口，該開口的徑向外端部通到腔中，用于給所述轉(zhuǎn)子供給壓縮空氣，該空氣用于沿上游方向和下游方向流動(dòng)，并穿過限定了腔的兩個(gè)迷宮式密封件，以防止油穿過這些密封件。因此，額外的密封裝置是用于防止油泄漏的密封裝置。油來自于密封裝置上游的潤滑室，該室接納壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子的導(dǎo)向軸承。
為了防止油從該室泄漏，密封裝置沒有被設(shè)計(jì)為確保浮環(huán)與轉(zhuǎn)子之間的密封，使得該密封裝置防止空氣從下游到上游再次流通。因此，不能夠設(shè)想簡單地移除空氣密封裝置以能夠使壓氣機(jī)流管道的內(nèi)徑減小。
本發(fā)明對(duì)來自現(xiàn)有技術(shù)的問題提出了一種簡單、有效和經(jīng)濟(jì)的解決方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提出了一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)，該壓氣機(jī)包括可變間距的定子葉片的至少一個(gè)環(huán)形列，這些葉片基本是徑向的并且在其徑向端部處包括樞軸，葉片的徑向外樞軸被接納在定子殼體中的第一開口中，徑向內(nèi)樞軸被接納在包圍壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子的浮環(huán)中的第二開口中，其特征在于，環(huán)形的定子部件被插入到浮環(huán)與壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子之間，以及第一密封裝置被安裝在定子部件與壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子之間，第二密封裝置被安裝在浮環(huán)與定子部件之間。
因此，浮環(huán)不再直接圍繞壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行安裝，而是直接圍繞定子部件進(jìn)行安裝，該定子部件自身包圍壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子。根據(jù)本發(fā)明，(第一)密封裝置，優(yōu)選地為具有被校準(zhǔn)以防止油泄漏的排氣部的系統(tǒng)，被安裝在定子部件與壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子之間，以及(第二)密封裝置，優(yōu)選地為機(jī)械密封裝置，被安裝在浮環(huán)與定子部件之間。這些最后提到的密封裝置使得在運(yùn)行期間浮環(huán)相對(duì)于定子部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)在本質(zhì)上為沿軸向方向的運(yùn)動(dòng)和沿切線方向的運(yùn)動(dòng)(沿徑向方向的運(yùn)動(dòng)具有相對(duì)低的幅值)。雖然浮環(huán)能夠移動(dòng)，但它是壓氣機(jī)的定子的部件。因此，第二裝置用于確保兩個(gè)定子部件之間的密封并因此該第二裝置的體積可大大小于在現(xiàn)有技術(shù)中使用以確保定子部分與轉(zhuǎn)子部分之間的密封的裝置的體積。
第一密封裝置可以為迷宮式密封類型或者為碳環(huán)類型，并且可以限定環(huán)形的腔，該腔被設(shè)計(jì)為被供給壓縮空氣。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二密封裝置包括至少一個(gè)環(huán)形的密封件或至少一個(gè)環(huán)形的部段，該密封件或部段被接納在定子部件中的槽中并且以密封的方式與浮環(huán)相配合，或者反之亦然。
第二密封裝置例如包括兩個(gè)相鄰的環(huán)形的部段，這兩個(gè)相鄰的環(huán)形的部段被接納在同一環(huán)形的槽中。
優(yōu)選地，環(huán)形的部段與浮環(huán)的覆蓋有耐磨涂層的部分相配合。
根據(jù)本發(fā)明的壓氣機(jī)可以為軸向式壓氣機(jī)、離心式壓氣機(jī)或混合式壓氣機(jī)。因此，離心式壓氣機(jī)輪或軸向式壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的環(huán)形列可以被安裝在可變間距的葉片的列的下游。
本發(fā)明還涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括如上文所描述的壓氣機(jī)。
附圖說明
通過閱讀以下以非限制性示例的方式給出的并且參照附圖的描述，本發(fā)明將被更好地理解，并且本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，在附圖中：
圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的軸向截面的示意性半視圖；
圖2為根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的軸向截面的示意性半視圖；以及
圖3為圖2的細(xì)節(jié)I3的較大比例的視圖。
具體實(shí)施方式
首先參照圖1，該圖示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于航空器的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)10。在該圖中，該壓氣機(jī)10被局部地示出并且包括在上游的可變間距的定子葉片12的環(huán)形列和在下游的轉(zhuǎn)子葉片14的環(huán)形列。上游和下游涉及壓氣機(jī)中的空氣的流動(dòng)方向，在附圖中該流動(dòng)方向?yàn)閺淖笾劣摇?/p>
葉片12、14的列圍繞渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線延伸。轉(zhuǎn)子葉片14基本為徑向的并且由盤16支撐，包括盤和葉片14的組件構(gòu)成了壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子輪。輪剛性地連接到轉(zhuǎn)子軸18并且被定子殼體20所圍繞，該定子殼體20還圍繞定子葉片12的列。
定子葉片12基本為徑向的并且在其徑向內(nèi)端部和徑向外端部中的每個(gè)端部處包括徑向的圓柱形的樞軸22、24。每個(gè)葉片12的樞軸22、24限定了旋轉(zhuǎn)軸線A和葉片的角間距。
每個(gè)葉片12的圓柱形的外樞軸22或控制樞軸被插入到外殼20的圓柱形的管26的接納部分中，并置于中央且被圓柱形的襯套28引導(dǎo)在該管中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，該襯套28圍繞外樞軸22進(jìn)行安裝。
外樞軸22的徑向外端部用于固定到連接桿的端部，該連接桿的另一個(gè)端部連接到在殼體20的外部圍繞渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的軸線延伸的控制環(huán)(未示出)。控制環(huán)圍繞渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的軸線的角運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)化為連接桿圍繞葉片12的軸線A的旋轉(zhuǎn)，以及被轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)可變間距的葉片12圍繞這些軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
圓柱形的內(nèi)樞軸24或引導(dǎo)樞軸被插入到浮環(huán)30的圓柱形的接納部分中，并置于中央且被圓柱形的襯套32引導(dǎo)在該接納部分中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
密封裝置38被安裝在浮環(huán)30與盤16之間，兩個(gè)其它的密封裝置34和36被安裝在定子部件33與軸18之間。在圖1中示出的現(xiàn)有技術(shù)中，密封裝置38包括迷宮式密封件38，該迷宮式密封件38防止來自于壓氣機(jī)的流管道的空氣從下游到上游在浮環(huán)30與盤16之間再次流通。該迷宮式密封件38包括環(huán)形的接帚44，該接帚44由盤16支撐并且與由浮環(huán)30支撐的耐磨材料制成的環(huán)形層46配合。
其它的密封裝置為迷宮式密封件34、36，并且防止尤其是來自上游的油在浮環(huán)30與定子部件33之間穿過，在上游存在用于潤滑軸18的引導(dǎo)軸承的室42，在該室中主要是油霧。這些迷宮式密封件34、36中的每個(gè)包括環(huán)形的接帚44，該接帚44由軸18支撐并且與由定子部件33支撐的耐磨材料制成的環(huán)形層46配合。
這些密封件34、36軸向地間隔開并且在它們之間限定了環(huán)形的腔50，該腔50用于被供給壓縮空氣并因此被加壓。軸18為管狀的并且包括徑向的開口52，該開口52的徑向外端部通到腔50中，用于給所述軸供給壓縮空氣，該空氣用于沿上游方向和下游方向流動(dòng)，以及用于穿過密封件34、36(箭頭54)，以防止油尤其是來自于上游的室42的油穿過所述密封件。
本發(fā)明能夠減小浮環(huán)的總體尺寸，尤其是減小其總的徑向尺寸，以及能夠減小該環(huán)的外徑，目的在于增大壓氣機(jī)的通行橫截面并因此增大該通行橫截面中的空氣流率。通過將環(huán)形的定子部件插入到浮環(huán)與定子之間，使得以上情況成為可能。
圖2和圖3示出了本發(fā)明的實(shí)施例。在這些附圖中，已在上文描述過的元件設(shè)有相同的參考標(biāo)記并且在下文將不再進(jìn)行描述。因此，將上文涉及現(xiàn)有技術(shù)的描述應(yīng)用到這些元件上。
在示出的示例中，浮環(huán)60包圍環(huán)形的定子部件62的下游部分64，該定子部件62自身圍繞軸18延伸。浮環(huán)60、定子部件62和軸18是同軸的。浮環(huán)60和定子部件62的上游部分構(gòu)成了壓氣機(jī)10'的流管道的一部分。
每個(gè)葉片12的圓柱形的內(nèi)樞軸24被插入到浮環(huán)60的圓柱形的接納部分中，并置于中央且被圓柱形的襯套32(可選物)引導(dǎo)在該接納部分中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
包括兩個(gè)迷宮式密封件36、38的(第二)密封裝置被安裝在定子部件62與軸18之間，并且尤其是安裝在該部件62的下游部分64與軸18之間。這些密封件36、38中的每一個(gè)包括如上文所描述的接帚44和耐磨層46。
防止來自于壓氣機(jī)10'的流管道的空氣從下游到上游再次流通的(第一)密封裝置70在這種情況下被安裝在浮環(huán)60與定子部件62之間，更具體地，安裝在浮環(huán)60的內(nèi)周與部件62的下游部分64之間。
在示出的示例中，這些空氣密封裝置包括環(huán)形的部段70，該部段70安裝在位于定子部件62的下游部分64中的環(huán)形的槽72中，該環(huán)形的槽72徑向地通向外部。
在這種情況下存在兩個(gè)密封部段70。每個(gè)部段是分開的并且在其無應(yīng)力作用的不工作位置處具有比槽72的外徑大的外徑。部段上的開口使得將所述部段安裝在槽中更為容易，通過將所述部段的自由圓周端部分散開而能夠?qū)⒉慷蔚闹睆皆龃蟪^部件62的下游部分64的外徑。在安裝位置處，部段70承受徑向的應(yīng)力并且通過其外周鄰接浮環(huán)60的內(nèi)周。在這種情況下，兩個(gè)部段70被彼此相近地布置，能夠使其中的開口沿切線方向偏移，以防止空氣從該開口穿過。
部段70能夠在槽72中尤其沿圓周方向移動(dòng)。所述部段使得浮環(huán)60在運(yùn)行期間相對(duì)于定子部件62進(jìn)行移動(dòng)。浮環(huán)60的用于與部段配合的內(nèi)表面可覆蓋有諸如NiCrAlY(基于鎳、鉻、鋁和釔的合金)之類的耐磨涂層。
浮環(huán)60和定子部件62例如由鋁制成。它們可被分成部段，這些部段例如通過螺栓彼此固定。
在一個(gè)變型中，部段70可被接納在浮環(huán)60中的環(huán)形的槽中，并且可以密封的方式與定子部件62配合。
在另一個(gè)變型中，主體60、62之間的密封裝置包括至少一個(gè)環(huán)形密封件，諸如例如由彈性體制成的可彈性變形的O形環(huán)。
在又一個(gè)變型中，可用離心式壓氣機(jī)輪替代置于可變間距的葉片12的下游的葉輪14。