[发明专利]带有吸气面密封的涡轮发动机

说明书

一种涡轮发动机（10），带有具有沿轴向间隔开的第一结构元件（120）和第二结构元件（122）的定子（118），以及转子（110）和转子与定子之间的面密封（100），面密封（100）包括联接至第一结构元件和第二结构元件的非旋转气体轴承面（128）以及联接至转子且面对非旋转气体轴承面的旋转气体轴承面（114）。将空气流引入到该密封的一个或多个部分以均衡第一结构元件与第二结构元件之间的瞬态热响应来防止旋转气体轴承面与非旋转气体轴承面之间的接触。

本发明的背景

涡轮发动机且特别是燃气涡轮发动机或燃烧涡轮发动机是从穿过发动机到多个旋转涡轮叶片上的燃烧气体流获得能量的旋转式发动机。发动机包括形成转子的多个旋转部分和形成定子的多个固定部分。在两个部分之间密封是必要的以防止泄漏且促进沿必要方向的流动。

吸气面密封（Aspirating face seal）用来最大限度地减少通过两个构件之间的间隙的泄漏和从较高压力区域到较低压力区域的泄漏。吸气面密封设计成最大限度地减少流体（诸如，燃气涡轮发动机中的转子与定子之间的压缩空气或燃烧气体）的泄漏。吸气面密封可便于补偿可能存在于构件之间的间隙中的瞬态变化。吸气面密封通过限制从较高压力的区域到较低压力的区域的流体流来控制发动机中的流体泄漏，且定位在发动机固定部件与发动机内的旋转部件之间。

通过燃气涡轮发动机密封组件的流体泄漏可显著地增加燃料消耗且不利地影响发动机效率。此外，流体泄漏可导致对其他构件的损坏且/或增加总体的发动机维护成本。因此期望只要有可能就增加比燃料消耗。

吸气面密封是可减少泄漏的技术。此密封依赖非旋转部件与旋转部件之间微小且被良好控制的空隙来可靠地起作用。因为极端的温度变化，在非旋转部件和旋转部件接触处可能出现影响空隙的锥角（coning）。因此将有益的是减少任何锥角出现，从而增加比燃料消耗（SFC）和形成吸气面密封的部分的寿命。

本发明的简要描述

在一个方面，实施例涉及一种涡轮发动机，其包括：定子，该定子具有可称为前横撑（crossbar）和后横撑的沿轴向间隔开的第一结构元件和第二结构元件；转子；转子与定子之间的面密封，其包括联接至第一结构元件和第二结构元件的非旋转气体轴承面以及联接至转子且面对非旋转气体轴承面的旋转气体轴承面；以及空气流回路，其使与第一结构元件和第二结构元件中的任一个接触的空气流动以在操作上均衡第一结构元件和第二结构元件的瞬态热响应来最大限度地减小热变形且保持旋转轴承面与非旋转轴承面之间较恒定的间隙。

在另一方面，实施例涉及一种用于涡轮发动机的面密封，该面密封包括：具有沿径向间隔开的横撑的滑动件；由横撑支撑的非旋转面密封；面对非旋转面密封的旋转面密封；以及空气流回路，其使与横撑中的一个流体接触的空气流动以在操作上均衡横撑的瞬态热响应。

在还有另一方面，实施例涉及一种操作涡轮发动机的空气密封的方法，该方法包括向支撑非旋转气体面的两个沿径向间隔开的横撑中的一个供应空气以均衡横撑之间的瞬态热响应。

附图的简要描述

在附图中：

图1为用于飞行器的涡轮发动机的示意性截面图。

图2为发动机处于关闭位置中时在图1的涡轮发动机的定子与转子的一部分之间形成的面密封。

图3为带有梯度的来自图2的面密封。

图4为图2的面密封的第二实施例。

图5为图2的面密封的第三实施例。

图6为图2的面密封的第四实施例。

本发明的实施例的描述