用于涡轮机涡轮的轮子的密封环的制作方法

本发明涉及一种用于涡轮机涡轮的轮子的密封环。

背景技术

背景技术尤其包括文献GB1484288A和GB2125111A。

一种飞行器涡轮机，例如飞机或直升机的涡轮机，包括：空气入口，该空气入口用于向气体发生器输送气体，该气体发生器以气流为参照从上游到下游包括至少一个压缩机、环形燃烧室以及至少一个涡轮。

一种涡轮机涡轮包括一个或多个膨胀级，该一个或多个膨胀级包括形成定子的带叶片涡轮定子以及形成转子的带叶片轮子。涡轮定子紧固到壳体上，并且轮子包括在其周边具有叶片的盘。该轮子在壳体内旋转，并且已知在该轮子周围设置密封环，以限制叶片顶部和壳体之间的气体通过，从而确保离开腔室的燃烧气体尽可能多地通过该轮子，以优化涡轮机的效率。

密封环通常包括围绕旋转轴线延伸的环形主体，并且包括外表面和内表面，该内表面涂覆有耐磨材料的环形密封层，在运行过程中，叶片顶部会在该环形密封层上摩擦。

目前有两种密封环技术。第一种技术包括单件式的环形主体，该环形主体通过适当的方式紧固到壳体上。第二种技术的环包括扇段形环形主体，该主体的扇段彼此独立地紧固到壳体上。

在这两种技术中，环被环形壁包围，环形壁包括用于使在环的主体的外表面上进行冲击冷却的空气通过的开口。这种冷却使得在运行期间更好地控制环的热行为，并且因此，在运行期间优化环的主体与轮子的叶片顶部之间的径向间隙。

第一种技术从质量和空间优化的角度来看是有利的，而第二种技术从优化冷却的能力，并且由此调整与叶片顶部的间隙，以及每个环扇段的维护和易于更换的角度来看是有利的。

本发明提供了对这些现有技术的改进。尤其是，本发明的目的在于减少用于构造涡轮机模块的元件的数量，从而限制紧固系统(螺钉、螺栓、凸缘等)的数量、这些元件之间的泄漏风险、涡轮机的质量等。

技术实现要素：

本发明涉及一种用于飞行器涡轮机涡轮的轮子的密封环，该环包括：围绕旋转轴线延伸的环形主体，并且环形主体包括：外表面和内表面，该内表面涂覆有耐磨材料的环形层，该环还包括：围绕环形主体延伸并且与该主体相距一径向距离的环形壁，该环形壁包括：用于使在所述外表面上进行冲击冷却的空气通过的开口，其特征在于，主体和壁一体形成。

将环的主体和壁生产为单件形式使得能够简化其设计和制造，这种生产优选地通过增材制造进行。不再需要提供将主体紧固到壁上的系统，这对环进行了简化和减重。

根据本发明的所述环可以包括以下单独或相互组合使用的特征中的一个或多个：

-主体和壁之间限定环形空间，以在运行中经过环的气流为参照，环形空间在下游端部处是封闭的，并且在上游端部处是开放的。

-所述空间的径向厚度小于或等于主体的径向厚度和/或小于或等于壁的径向厚度。

-所述壁在其上游端部处包括在径向上向内开口的环形槽，并且，在环形槽中安装有环形密封构件。

-所述壁向下游延伸以形成燃烧室的径向内部环形壳体。

-所述主体向下游延伸以形成环形轴承支撑件的径向外部环形护罩。

-所述壁包括至少一个环形排的空气通过开口，至少一个环状排的空气通过开口围绕所述轴线均匀地间隔开并且相对于该轴线大致在径向上定向。

-每个空气通过开口在其径向内部端部处包括缩窄部。

-该环由金属合金制成并且至少部分地涂覆有陶瓷隔热层；隔热层可以由上述耐磨层构成；这种耐磨层因此具有耐磨性(改善转子/定子在接触期间的行为)和隔热(对环的温度进行控制以抵抗来自导管的热气体)的双重功能。

本发明还涉及制造如上所述的环的方法，其特征在于，主体、壁以及该壁的开口通过增材制造获得。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从以下详细描述中变得明显，为了理解以下详细描述，请参考附图，在附图中：

-图1是飞行器涡轮机的一部分的轴向截面的示意性半视图，

-图2是根据现有技术的飞行器涡轮机的一部分的轴向截面的非常示意性的半视图，

-图3是根据本发明的一个方面的飞行器涡轮机的一部分的轴向截面的非常示意性的半视图，

-图4是根据本发明的一个方面的涡轮机模块的轴向截面的示意性半视图，和

-图5是图4的细节的放大示意图，并且示出了本发明的另一个方面。

具体实施方式

图1示出了飞行器涡轮机10(诸如直升机涡轮喷气发动机)的一部分。

以气流方向(见箭头)为参照，涡轮机10从上游到下游包括：空气入口12、至少一个压缩机14、环形燃烧室16以及至少一个涡轮18。

通过空气入口12进入发动机的空气在压缩机14中被压缩，其中，该压缩机是离心压缩机。压缩空气径向地向外流出并且经由形成整流器20和扩散器22的环形组件进入燃烧室16。

燃烧室16包括两个环形壁(分别为内环形壁16a和外环形壁16b)，两个环形壁环绕彼此延伸，并且两个环形壁本身设置在燃烧室16的外壳体24内。

该壳体24在其上游端部处包括环形凸缘24a，该环形凸缘用于紧固到整流器-扩散器组件20-22的以及压缩机14和空气入口12的壳体25的环形凸缘。

压缩空气与燃料在燃烧室16中混合并燃烧以产生燃烧气体，随后燃烧气体被喷射到涡轮18中。

高压涡轮级18a正好位于燃烧室16的出口的下游，并且包括涡轮定子28和转子轮子26。低压涡轮级18b位于级18a的下游，并且还包括涡轮定子30和转子轮子26。

涡轮定子包括一环形排的固定的气流调整叶片，涡轮轮子包括由转子盘承载的一环形排的叶片。

壳体24在其下游端部处还包括用于紧固到密封环36、38的支撑凸缘的环形凸缘24b。

壳体32在壁16a内延伸，并且在其上游端部处承载围绕级18a的轮子26延伸的密封环36，以及在其下游端部处承载用于紧固到凸缘24b的凸缘32a。齿圈34承载围绕级18b的轮子26延伸的密封环38。该齿圈34包括用于紧固到凸缘32a、24b的凸缘34a。

每个密封环36、38包括涂覆有耐磨环形层的内圆柱表面，该耐磨环形层被构造为由于与轮子26的叶片顶部的摩擦而磨损，从而尽可能将该区域中的气体泄漏降低到最小。该耐磨层有利地具有隔热功能。可选地，所述环可以不包括这样的层，或者只有环36、38中的一个(例如，环36)可以包括这样的层。

轮子26通过轴40彼此连接，该轴进一步连接到离心压缩机14的叶轮。轴40通过滚动轴承41引导而旋转，该滚动轴承由插入两个级18a、18b之间的环形支撑件42承载。

轴承支撑件42包括通过一环形排的臂44连接到一起的两个环形护罩(分别是内部护罩42a和外部护罩42b)，所述一环形排的臂相对于轴34的旋转轴线A大致径向地延伸。臂44是管状的，并且可以用于使得辅助设备(servitudes)46(例如流体管线或电缆)通过。

轴承支撑件42安装在壳体32内部并且承载轴承外壳，该轴承外壳包括用于对轴承41的外环41a进行支撑的齿圈48。在此示例中轴承41的数量为两个，一个上游滚柱轴承和一个滚珠轴承，两个轴承的内环41b直接安装在轴34上。

图2非常示意性地示出了图1中可见的几个元件的制造和组装的技术现状。

首先，密封环36、38独立于彼此以及周围的其他部件制成。所述密封环通过凸缘或钩紧固到壳体32、34上，所述壳体本身通过凸缘紧固到腔室的外壳体24上。轴承支撑件42也通过凸缘42c紧固到该壳体24上。

图3示出了本发明的一个方面，该方面包括提供单件式(即，一体形成，优选地通过增材制造形成)并且包括多个前述元件的模块50。

在所示的示例中，模块50包括壳体24、密封环36、38以及轴承支撑件42的至少一部分。

图4示出了该模块50的一个更具体的实施例，图5是图4的详细视图，并且更具体地示出了与密封环36、38相关的本发明的另一个方面。

每个密封环36、38有利地包括环形主体51，该环形主体围绕轴线A延伸并且包括外表面51a和内表面51b，内表面51b涂覆有耐磨材料的环形层53。

环36、38还包括围绕环形主体51延伸并且与环形主体51径向地间隔开的环形壁52。该环形壁52包括用于使在外表面51a上进行冲击冷却的空气通过的开口54。从图5中可以清楚地看到，主体51和壁52一体形成，并且这些元件和开口54有利地通过增材制造获得。

主体51和壁52在它们之间限定环形空间56，该环形空间在下游端部处是封闭的，并且在上游端部处是开放的。该空间56的径向厚度E1小于或等于主体51的径向厚度E2，和/或小于或等于壁52的径向厚度E3。

下面的描述更具体地应用于图5所示的环36。

壁52在其上游端部处包括在径向上向内开口的环形槽，并且，在该环形槽中安装有用于以上提及的上游级18a的环形密封构件58。

壁52向下游延伸并且连接到或形成燃烧室16的径向内部环形壳体32。

主体51向下游延伸并且连接到或形成轴承支撑件42的外部护罩42b。

壁52包括至少一个环形排的空气通过开口54，该至少一个环状排的空气通过开口围绕轴线A均匀地间隔开并且相对于该轴线大致在径向方向上定向。开口54中的每一个在其径向内部端部处包括缩窄部54a，以对流经开口的气流进行加速并且通过对环36的主体51进行冲击来改善冷却效果。

环36、38以及模块50的组件可以由金属合金制成。层53有利地由陶瓷制成。

本发明的另一方面涉及一种通过增材制造来制造环36、38以及模块50的方法。

在图4所示的模块的实施例中，该模块包括：

-两个壳体，即，内壳体32和外壳体24，

-两个密封环36、38，以及

-轴承支撑件42。

外壳体24在其上游端部处包括环形凸缘24a，该环形凸缘用于将模块紧固到，例如图2的前述的壳体24的以及扩散器-整流器组件20-22的凸缘上。

如上所述，上游环36(尤其是上游环的环形壁52)连接到内壳体32。

轴承支撑件42的外部护罩42b在环36、38之间延伸，并且通过可弹性变形的环形部分60连接到下游环38。该部分60是相对柔性的并且能够在轴向方向和/或径向方向上弹性变形，从而尤其是在运行期间实现不同的热膨胀。该部分60(也被称为销钉)可用于支撑外部护罩42b，该外部护罩随后不通过臂支撑而是由该柔性部分进行支撑。内部护罩42a可以通过另一柔性部分以同样的方式进行支撑。

轴承支撑件42的内部护罩42a围绕内齿圈48延伸并且连接到该内齿圈，该内齿圈包括用于安装轴承41的外环41a的圆柱形表面48d。

下游环38通过外齿圈34连接到壳体24、32之间的接合区域。该齿圈34在其下游端部处包括用于对模块50进行紧固的环形凸缘34b。

每个环36、38的单件式结构使得能够简化其设计和制造，并且能够整合先前技术中的环的所有功能，这些功能包括在破裂时保持叶片的功能、气动热功能等。

在运行期间，所述环通过流经壁52的开口54的空气的冲击进行冷却。确定这些开口54的形状以及这些开口与主体51之间的距离(径向厚度E1)以优化对环的冷却，并且由此优化性能。

与先前的技术相比，单件式的模块50可以显著地降低其质量(在所示的示例中为大约25％至30％)。

增材制造使得这些制造和优化目标得以实现。