[发明专利]燃气涡轮发动机的包括迷宫式密封接合元件的涡轮

说明书

本发明涉及一种燃气涡轮发动机的涡轮。所述涡轮包括定子密封环元件(31)，该定子密封环元件被布置成与能围绕密封环的轴线旋转的至少一个擦拭器结合而形成迷宫式密封接合部。该元件(31)包括耐磨材料层，该耐磨材料层具有能与所述可移动擦拭器接合的表面部分(31p)。所述涡轮的特征在于，耐磨材料层在所述表面部分(31p)上轴向地包括第一区域(31p1)以及第二区域(31p2)，第一区域包括第一擦拭器穿入阻力，所述第一区域(31p1)对应于在涡轮的标称运行期间擦拭器的轴向位置，第二区域与第一区域(31p1)相邻并且具有比第一区域更低的擦拭器穿入阻力。所述第二区域(31p2)位于第一区域(31p1)的下游，并且对应于当发动机的燃烧室中的火焰熄灭时擦拭器所采取的轴向位置。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机领域，并且尤其涉及在涡轮的活动部件和固定部件之间的迷宫式密封件中使用的定子密封元件的领域。

背景技术

燃气涡轮发动机例如在涡轮的水平处包括在转子叶片的外径向端部以及由活动的级的外径向端部掠过的定子表面之间的密封件；这是防止驱动气体的一部分绕过涡轮级而不工作的问题。迷宫式密封件被用于此目的。这些密封件包括与转子一体的密封元件，该密封元件由一个或多个被称为擦拭器的条带形成，该一个或多个条带相对于机器的旋转轴线被径向和横向地布置。它们还包括面向条带的互补的定子元件。该元件具有与条带相互作用以提供尽可能小的间隙的表面部分。平行的若干条带会导致围绕涡轮级流动的气流的一系列压力损失，从而提供期望的密封。

这些迷宫式密封件被使用在发动机的几个位置中，例如也在涡轮的两个连续的活动的级之间、在涡轮轴和由定子轮叶形成的定子级的基座之间使用。

取决于它们的运行条件，燃气涡轮发动机尤其在定子的元件和转子的元件之间在膨胀方面受到不同的变化。如果这些变化差异没有得到控制，它们可能会影响活动部件和固定部件之间的间隙。因此，对于用于对由于任何原因而在飞行中使燃烧室内经历火焰熄灭的飞机进行推进的发动机来说，整个涡轮由于高温气体不再通过其而冷却。然而，壳体可比涡轮转子更快地冷却，而这对间隙有影响。现在，为了获得最佳效率，迷宫式密封件的间隙被设计成在运行时尽可能得小。在这种情况下，由于擦拭器与耐磨材料的或多或少的紧密接触，存在随之发生转子阻塞的风险。

迷宫式密封件的特性被确定并被调整以在正常运行中在飞行的不同阶段期间允许间隙变化以及可能的轻微接触，但是当由于这种事件导致尺寸变化很大时，迷宫式密封件不能再履行其职责。随着转子被阻止转动，通过BP本体或HP本体的自转来重新启动发动机或者通过由辅助发动机来驱动可能无法令人满意地进行。

为了防止在燃烧室如此熄火的情况下转子锁定，可以设想增加擦拭器与耐磨材料之间的间隙。然而，由于这会引起发动机性能下降，因此该解决方案在经济上不可行。

因此，本申请人所寻求的目的在于开发一种解决方案，该解决方案能够应对燃烧室不合时宜地熄火的情况，而不会降低正常运行中的发动机的性能。

发明内容

根据本发明，该目的通过一种燃气涡轮发动机的涡轮来实现，该涡轮包括定子密封环元件，该定子密封环元件被布置成与能围绕密封环的轴线旋转的至少一个擦拭器接合而形成迷宫式密封件，所述元件包括耐磨材料层，该耐磨材料层具有能够与所述活动擦拭器相互作用的密封表面部分。

在根据本发明的涡轮中，耐磨材料层在所述表面部分上轴向上包括第一区域和与第一区域相邻的第二区域，第一区域具有第一阻力以阻止擦拭器穿入，所述第一区域对应于在涡轮的标称运行下擦拭器的轴向位置，第二区域具有相对于第一区域减小的阻力以阻止擦拭器穿入，所述第二区域相对于第一区域位于下游并且对应于当发动机的燃烧室中发生火焰熄灭时擦拭器所呈现的轴向位置。

耐磨材料是与旋转擦拭器接触而磨损或变形(优选地，变形)的材料。它可以是蜂窝材料。

密封环元件可以是密封环部段或整个环。