叶轮机械封严组件、低压压气机以及燃气轮机的制作方法

1.本实用新型涉及一种叶轮机械封严组件、低压压气机以及燃气轮机。


背景技术：

2.以轴流航空发动机为典型案例的轴流式叶轮机械压气机由低压压气机(风扇增压级)和高压压气机组成，其中低压压气机包括进口风扇、增压级、中介单元体。增压级用于改善前置风扇和高压压气机的气动性能，提高高压压气机入口处压力。由于气流在经过每一级增压级叶片后，压力增大，如果不在静子叶片下端和转子连接的位置增加封严结构，会导致气流倒流泄漏，严重影响内流道气体的增压，影响发动机稳定性。目前常用的封严形式为篦齿封严，采用的涂层为内含空心玻璃珠的硅树脂，在正常工作情况下，涂层与篦齿间为小间隙构型，能够实现较好的封严效果。
3.如图1示出了现有封严结构一个实施方式下的示意图，其中展示的现有增压级静子环下涂层的构型如下：其采用较厚的硅树脂涂层93与鼓筒上的篦齿92相配合，之间形成小间隙的配合方式，从而起到封严作用。篦齿92的数量通常为如图中所示的两道，图中所示为现有封严结构的一个剖面的剖视示意图，其实涂层93为一整块环状件。在转子91转动过程中，气流经过静子叶片96，后侧压力大于前侧，气流会从篦齿92和涂层93之间从前向后流动，篦齿92和涂层93之间具有较小的间隙以有效降低气流的压力，起到封严的作用。
4.在如图1所示的封严结构中，为了保证封严效果，篦齿同涂层的间隙较小。为了实现较小的间隙，通常需要通过增大增压级内机匣直径或加厚涂层的方法，上述两种方法会显著增加发动机的重量。在鼓筒上加工篦齿使得加工难度增加。同时，篦齿同鼓筒为一体加工，当篦齿受到损坏时可能使得整个鼓筒报废。故亟需提供一种封严结构，能够保证封严效果的前提下，能够降低鼓筒的重量及加工难度并提升鼓筒的可维修性。


技术实现要素：

5.本实用新型的一个目的在于提供一种叶轮机械封严组件，其能够解决现有技术中存在的至少一个方面的问题。
6.本实用新型的另一目的在于提供一种低压压气机，其包括前述叶轮机械封严组件。
7.本实用新型的又一目的在于提供一种燃气轮机，其包括前述低压压气机。
8.为实现前述一个目的的叶轮机械封严组件，用于低压压气机，所述低压压气机包括静子叶片以及增压级鼓筒，所述叶轮机械封严组件包括：
9.设置在所述静子叶片上的涂层件，所述涂层件具有至少一个朝向所述增压级鼓筒突伸的封严部，所述封严部与所述增压级鼓筒外周之间具有允许气流流通的间隙，所述增压级鼓筒上不设置篦齿。
10.在一个或多个实施方式中，所述封严部呈篦齿状。
11.在一个或多个实施方式中，沿气流流动方向，所述涂层件上设置有两个所述封严
部。
12.在一个或多个实施方式中，所述涂层件由硅树脂制成。
13.在一个或多个实施方式中，所述涂层件中开设有至少一个缺口部。
14.为实现前述另一目的的低压压气机，包括静子叶片以及增压级鼓筒，其特征在于，在所述静子叶片与所述增压级鼓筒之间设置有如前所述的叶轮机械封严组件。
15.在一个或多个实施方式中，所述静子叶片上具有容纳部，所述涂层件设置于所述容纳部中。
16.在一个或多个实施方式中，所述低压压气机中的增压级静子机匣为对开机匣结构。
17.在一个或多个实施方式中，所述低压压气机中的增压级静子机匣为多个扇形段组装而成。
18.为实现前述又一目的的燃气轮机，包括如前所述的低压压气机。
19.本实用新型的进步效果包括以下之一或组合：
20.1)通过将封严部设置在静子叶片中的涂层件上，在保证封严效果的前提下，能够省去在增压级鼓筒上的篦齿结构，由于对于同样体积的物体，涂层件的重量约为篦齿的一半，因此如此设置能够起到降低重量的作用。
21.2)当发动机服役后，封严结构出现磨损时，可以通过补喷涂层件后，对涂层进行重新加工，以恢复初始篦齿间隙，相对对篦齿结构的维修而言成本较低且可维修性较高。
附图说明
22.本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
23.图1示出了现有严封结构一个实施方式下的示意图；
24.图2示出了本叶轮机械封严组件一个实施方式的剖视示意图；
25.图3示出了本叶轮机械封严组件应用于低压压气机中一个实施方式的示意图。
具体实施方式
26.下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本申请的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。
27.需要注意的是，在使用到的情况下，如下描述中的上、下、左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事
实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。
28.需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。
29.需要说明的是，如后文所述的附图标记与背景技术中的附图标记采用不同的标记系统，二者的附图标记之间无关联。
30.文中一个或多个术语解释如下：
31.叶轮机械(turbo machinery)：一种以连续旋转叶片为本体，使能量在流体工质与轴动力之间相互转换的动力机械。
32.篦齿(labyrinth)：一种非接触式的封严结构，主要用于减小压气机级间倒流损失，由篦齿所形成的若干个空腔组成，工作时由于篦齿的分割，漏气截面两端(相邻空腔)的压差减小，有效减少了漏气量。
33.封严涂层(sealing coating)：一种放置于篦齿上方但正常情况下篦齿不接触的涂层，其作用在于减小篦齿径向间隙，以实现篦齿封严的效果，在非正常情况下允许篦齿与涂层进行适当的刮磨，因此其硬度及重量一般小于篦齿基体。
34.硅树脂(silicone)：一种具有高度交联结构的热固性聚硅氧烷聚合物，兼具有机树脂及无机材料的双重特性，具有很好的电绝缘性质，耐温及防水。
35.为解决现有封严结构中存在的一个或多个方面的问题，本实用新型的一个方面提供了一种用于低压压气机的叶轮机械封严组件，如图2示出了本叶轮机械封严组件一个实施方式的剖视示意图。本叶轮机械封严组件设置于低压压气机的静子叶片2与增压级鼓筒3之间，其包括：设置在静子叶片2上的涂层件1，涂层件1上设置有至少一个朝向增压级鼓筒3突伸的封严部11。其中，可以理解的是，如图2中所示的仅为低压压气机的一个剖面的示意图，其中的涂层件1实际上可以是一种回转件，而封严部11则是设置在涂层件1内环面一侧凸起的环形凸部结构。
36.其中，封严部11是与增压级鼓筒3外周之间具有允许气流流通的间隙10，气流可以是沿图中所示的箭头4方向在本封严结构之间流动。由于设置在静子叶片2的涂层件1中，因而在增压级鼓筒3上不设置如图1所示现有技术中的篦齿结构。
37.在本叶轮机械封严组件中，封严部11是设置在静子叶片中的涂层件1上，在保证封严效果的前提下，能够省去在增压级鼓筒3上的篦齿结构，由于对于同样体积的物体，涂层件1的重量约为篦齿的一半，因此如此设置能够起到降低重量的作用。
38.与此同时，当发动机服役后，封严结构出现磨损时，可以通过补喷涂层件1后，对涂层进行重新加工，以恢复初始篦齿间隙，相对对篦齿结构的维修而言成本较低且可维修性较高。
39.虽然本叶轮机械封严组件的一个实施例如上所述，但是在本叶轮机械封严组件的其他实施例中，本叶轮机械封严组件相对于上述实施例在许多方面都可以具有更多的细节，并且这些细节的至少一部分可以具有多样的变化。下面以一些实施例对这细节和些变化中的至少一部分进行说明。
40.在叶轮机械封严组件的一个实施方式中，封严部11是如图2中所示，呈篦齿状，可以理解的是，如前文所述，该篦齿状结构在图中仅示出了其中一个剖面的结构，篦齿状的实
际结构可以理解为沿内环面凸起的环状篦齿结构，篦齿状结构易于加工。在其他一些与图示不同的实施方式中，封严部11的形状可以有其他合适的变形或变化，但不以此为限。如在一个实施方式中，封严部11的外形可以是截面呈矩形的凸环结构。
41.在叶轮机械封严组件的一个实施方式中，沿如图中所示气流4的流动方向，在涂层件1上设置有两个封严部11。设置两个封严部11能够在不额外增加发动机总重量的前提下，保证封严组件的封严效果。在其他一些与图示不同的实施方式中，封严部11的数量可以有其他合适的变化，但不以此为限。如在一个实施方式中，封严部11的数量可以是三个或多个，其中该数量可以依据不同发动机所欲取得的封严效果以及重量而设置。
42.在叶轮机械封严组件的一个实施方式中，涂层件1是由硅树脂(silicone)制成。由于硅树脂是一种具有高度交联结构的热固性聚硅氧烷聚合物，兼具有机树脂及无机材料的双重特性，具有很好的电绝缘性质、耐温及防水性能。同时相同体积下，硅树脂具有相对传统篦齿结构更轻的重量。优选地，涂层件1是由内含空心玻璃珠的硅树脂制成。
43.在叶轮机械封严组件的一个实施方式中，涂层件1中还可以开设有至少一个缺口部(图中未示出)，该缺口部可以是沿涂层件1的内环一圈开设，也可以是沿内环的周向间隔开设的多个缺口。通过开设缺口部能够进一步减轻涂层件1的重量，进而取得对发动机总重的降低。
44.如前述一个或多个实施方式中的叶轮机械封严组件可以用于如图3中所示的一种低压压气机中，低压压气机包括静子叶片2以及增压级鼓筒3。还包括风扇盘51，风扇叶片52，中介机匣53，涡轮轴54以及风扇轴55等结构。其中，如前述一个或多个实施方式中的叶轮机械封严组件设置于静子叶片2以及增压级鼓筒3之间。
45.如图2所示，在低压压气机的一个实施方式中，静子叶片2的一端具有容纳部20，涂层件1是设置于容纳部20中。
46.在低压压气机的一个实施方式中，低压压气机中的增压级静子机匣为对开机匣结构，在另一实施方式中，低压压气机中的增压级静子机匣为多个扇形段组装而成，从而在组装时更加便利，同时更加便与更换或修复涂层件1。
47.如前述一个或多个实施方式中的低压压气机可以应用于一种燃气轮机，如一种航空发动机中。
48.本实用新型的进步效果包括以下之一或组合：
49.1)通过将封严部设置在静子叶片中的涂层件上，在保证封严效果的前提下，能够省去在增压级鼓筒上的篦齿结构，由于对于同样体积的物体，涂层件的重量约为篦齿的一半，因此如此设置能够起到降低重量的作用。
50.2)当发动机服役后，封严结构出现磨损时，可以通过补喷涂层件后，对涂层进行重新加工，以恢复初始篦齿间隙，相对对篦齿结构的维修而言成本较低且可维修性较高。
51.本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。