[发明专利]涡轮机的燃烧室和涡轮喷嘴之间的密封

说明书

技术领域

本发明涉及诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机之类的涡轮机的环形燃烧室和涡轮喷嘴之间的密封装置。

背景技术

涡轮机燃烧室包括形成回转表面的两个同轴壁，这两个壁分别构成内壁和外壁并在其间限定出燃烧室，每个壁均在其下游端连接至用于紧固至涡轮机的壳体上的对应环形凸缘。

分区段的涡轮喷嘴布置在燃烧室的出口处并且包括一个或多个环形平台(例如两个平台，分别包括内平台和外平台)，这些平台借助大致径向叶片连接起来。喷嘴的内平台和外平台大致轴向地分别与燃烧室的内壁和外壁对准地延伸。喷嘴平台的上游端在轴向上与燃烧室壁的下游端间隔开环形空间，使得燃烧室壁和喷嘴平台能够在涡轮机操作期间自由地膨胀。

密封装置在轴向上置于燃烧室壁的下游端与喷嘴平台的上游端之间，以限制来自燃烧室内的热气体经由燃烧室与喷嘴之间的上述环形空间向外通至燃烧室的外部。

第一密封装置安装在燃烧室的外壁的下游端(或所述外壁的紧固凸缘)与喷嘴的外平台的上游端之间，以限制热气体在燃烧室与喷嘴之间沿径向向外通过。第二密封装置安装在燃烧室的内壁的下游端(或所述内壁的紧固凸缘)与喷嘴的内平台的上游端之间，以限制热气体在燃烧室与喷嘴之间沿径向向内通过。

在现有技术中，各个密封装置由围绕燃烧室的轴线沿周向并列布置的轴向取向的多个狭条形成，各个狭条紧固至喷嘴区段的平台的上游端，并且支承在燃烧室壁的下游端或紧固凸缘上。各个密封装置还包括垫片盖体，该垫片盖体安装在相邻狭条之间以封闭狭条之间的空间，从而限制热气体从这些空间通过。

狭条的数量等于喷嘴区段的数量，并且各个狭条借助于两个铆钉紧固在喷嘴区段上并且与沿轴向将狭条向燃烧室推压的弹簧相连。当涡轮喷嘴由18个区段构成时，每个密封装置包括18个狭条、18个垫片盖体、18个弹簧和36个铆钉，这构成大量的部件。因此，这些密封装置相对复杂并且这些部件的安装时间相对较长。此外，这些密封装置可靠性偏低。

由于燃烧室与喷嘴区段之间的不同热膨胀并且由于密封装置的各个部件在操作期间受到的振动，已经发现这些狭条不能总是支承在燃烧室上，尤其是在涡轮机的瞬态操作状态下。在操作期间，喷嘴区段可能在轴向上相对于彼此发生轻微偏移，从而使得狭条与燃烧室分离，由此使所述狭条不支承在燃烧室上。在现有技术中，使得狭条沿着圆线支承在燃烧室上，该圆线可能由于上述现象而受到干扰。还观察到，垫片盖体因此不能在狭条之间提供良好的密封并且热气体可能从狭条之间通至燃烧室的外部。于是，燃烧室壁的下游端与所述壁的紧固凸缘局部暴露于高温下，从而产生应力并增加了所述元件中出现裂缝的风险。

发明内容

本发明的具体目的在于提供一种简单有效而又低成本的解决这些问题的方法。

因此，本发明提供了一种涡轮机，其具有环形燃烧室、布置在所述燃烧室的出口处的分区段的涡轮喷嘴和在轴向上置于所述燃烧室与所述喷嘴之间的密封装置，所述涡轮机的特征在于，所述密封装置包括轴向上有弹性的垫片，所述垫片包括支承在所述燃烧室的下游端上的轴向支承装置和分区段的下游环形唇部，所述下游环形唇部的各个区段与所述喷嘴的区段对准并且包括支承在所述喷嘴区段的上游端上的轴向支承装置。

本发明的密封垫片包括用于弹性地支承在所述燃烧室上的装置和用于弹性地支承在所述喷嘴区段上的装置，从而在所述燃烧室与所述喷嘴之间提供了良好的密封性。所述用于支承在所述燃烧室上的装置可以由不分区段的上游环形唇部形成，所述上游环形唇部围绕所述燃烧室的周部连续地支承在所述燃烧室上。用于支承在所述喷嘴上的装置由分区段的下游环形唇部形成，所述下游环形唇部的区段沿着周线或表面支承在所述喷嘴的区段上。所述唇部的这些区段独立于彼此自由移动，从而能够在操作期间追踪所述喷嘴区段的移动，并同时保持在其上的永久支承推力。

本发明的垫片也是置于所述燃烧室与所述喷嘴之间的独立部件，不需要任何特定的安装或紧固装置。

本发明的密封垫片可以安装在各个壁的下游端(或各个壁的紧固凸缘)与所述喷嘴的对应平台的上游端之间。于是，所述两个垫片是同轴的，在径向上位于内侧的密封垫片的直径小于在径向上位于外侧的密封垫片的直径。

根据本发明的另一特征，所述垫片以冷轴向预应力(cold axial prestress)安装在所述燃烧室与所述喷嘴之间。由于下游唇部的区段可独立于彼此弹性变形，因此所述垫片能在所有操作条件下在所述燃烧室与所述喷嘴之间提供良好的密封性，并同时还允许这些元件因所承受的振动和不同的热膨胀而相对于彼此移动。