使用刷式密封件的喷气发动机舱室放气腔密封装置.pdf

本发明涉及用于将空气排放到舱室的空腔的密封，其中空腔一方面被压缩机的外壳(6)和连接到外壳的环形结构(7)限定，另一方面被扩压器格栅的外罩(12)和与所述外罩以及发动机外部罩壳(14)连接的支柱(13)限定，通过用螺栓将法兰连接在一起，外部罩壳(14)被固定在环形结构(7)上，在环形结构(7)和扩压器格栅的外罩(12)之间设有密封装置。密封装置包括一个刷式密封件(50)，其紧固在扩压器格栅的外罩(12)上游部分(12a)的外周上，刷式密封件(50)具有刷毛(52)，它们径向向外延伸并且抵靠在一个圆柱形套筒(53)的内表面(54)上，套筒与环形结构(7)形成一体并且围绕着刷式密封件(50)。

1.  一种喷气发动机，其从上游到下游包括高压压缩机(1)、扩压器格栅(10)和燃烧室，其中上游和下游方向是由主气流的循环方向限定的，所述高压压缩机包括一个外壳(6)，其径向限定了主气流管道并且与一个径向向外延伸的环形结构(7)连接，所述扩压器格栅在压缩机外壳(6)的轴向延伸方向上包括一个外罩(12)，所述外罩与一个向后定向的圆锥形支柱(13)连接，所述支柱(13)限定了燃烧室上游端部，所述支柱本身与一个外部罩壳(14)连接，所述外部罩壳沿上游方向延伸并且通过固定装置固定到所述环形结构(7)上，所述支柱、所述外部罩壳和所述环形结构围绕着扩压器格栅(10)限定出一个空腔(20)，所述支柱(13)中设有放气孔(22)，以使所述燃烧室端部与空腔(20)连通，所述外部罩壳设有通气口(23)，此外，所述环形结构(7)与扩压器格栅外罩(12)之间设置了密封装置，以使空腔(20)与主气流管道隔离，
其特征在于，所述密封装置包括一个刷式密封件(50)，其紧固在扩压器格栅的外罩(12)上游部分(12a)的外周上，所述刷式密封件(50)具有刷毛(52)，所述刷毛径向向外延伸并且抵靠在一个圆柱形套筒(53)的内表面(54)上，所述套筒与环形结构(7)形成一体并且围绕着所述刷式密封件(50)。

2.  如权利要求1所述的喷气发动机，其特征在于，所述外罩(12)的上游部分(12a)的外周具有一个沟槽(32)，所述刷式密封件(50)通过紧固装置(34)紧固在所述沟槽(32)中。

3.  如权利要求1所述的喷气发动机，其特征在于，所述刷式密封件(50)通过紧固装置(34)紧固在一个具有U形横截面的环(60)内的沟槽(32)中，所述环通过焊接而固定在所述外罩(12)的上游部分(12a)的外周上。

4.  如权利要求1所述的喷气发动机，其特征在于，所述刷式密封件(50)在其径向内部区域具有一个金属环(70)，所述金属环(70)通过焊接而固定在所述外罩(12)的上游部分(12a)的外周上。

使用刷式密封件的喷气发动机舱室放气腔密封装置
技术领域
本发明涉及一种喷气发动机，其从上游到下游(上游和下游方向是由主气流的循环方向限定的)包括高压压缩机、扩压器格栅和燃烧室，所述高压压缩机包括一个外壳，其径向限定了主气流管道并且与一个径向向外延伸的环形结构连接，所述扩压器格栅在压缩机外壳的轴向延伸方向上包括一个外罩，所述外罩与一个向后定向的圆锥形支柱连接，所述支柱限定了燃烧室上游端部，所述支柱本身与一个外部罩壳连接，所述外部罩壳沿上游方向延伸并且通过固定装置固定到所述环形结构上，所述支柱、外部罩壳和环形结构围绕着扩压器格栅限定出一个空腔，所述支柱中设有放气孔，以使所述燃烧室端部与空腔连通，所述外部罩壳设有通气口，此外，所述环形结构与扩压器格栅外罩之间设置了密封装置，以使空腔与主气流管道隔离。
背景技术
装备有至少一个喷气发动机的飞机的舱室中所需的空气是从燃烧室的端部某个区域放出的，该区域对发动机总效率的破坏作用最小。放气通过支柱内的孔实现，这使得安装放气用的出口比较容易。这种构造要求高压压缩机的管道和位于扩压器格栅上方的空腔之间形成相对密封。
在可能达到30巴的高压和可能达到650℃的高温的环境中，各种元件会出现热响应和机械响应，因此扩压器格栅和压缩机外壳之间在轴向和径向上的相对位移基本上都在1.5mm的量级，因此要达到上述密封是非常困难的。
在现有技术中，有这样一种用于在压缩机和格栅的外壳之间提供密封的措施，所述密封包括由密封条组成的密封件和用弹簧压住密封条的配对密封件件。这种技术实际容许两个元件之间具有足够大的间隙。
现有技术如图1所示，图中示出了喷气发动机的高压压缩机1的最后一级，其从上游到下游沿主气流F1方向具有一圈从外壳3径向向内延伸的固定叶片2，紧接着是一圈安装在压缩机飞轮5的外周并且朝外延伸直到压缩机外壳6的转动叶片4，压缩机外壳6和外罩3一起径向限定了主气流管道，外壳6连接着环形结构7，并且径向向外延伸并被螺栓固定在发动机的外罩上，环形结构7在包含喷气发动机轴线的平面内具有V形横截面。
在压缩机1的下游设置了一个扩压器格栅10，其从压缩机1接收压缩空气并将其输送到燃烧室11。在压缩机1的外壳6的轴向延伸部分中，格栅10具有一个与朝向喷气发动机后部定向的圆锥形支柱13连接的外罩12，这个支柱13限定了燃烧室11的上游端壁并在其径向向外区域与一个沿上游方向延伸并且具有法兰15的外部罩壳14连接，借助于所述法兰15，由燃烧室和扩压器组成的组件能通过螺栓被固定在环形结构7的径向外部法兰16上。
围绕扩压器格栅10的空腔20被这样限定，即其在轴向被环形结构7和支柱13限定，在径向外侧被外部罩壳14限定，在径向内侧被压缩机外壳6的下游部分6a和外罩12的上游部分12a限定，间隙21分隔了这两个部分。
支柱13在燃烧室的端部具有放气孔22，外部罩壳14装备有通气口23以提供用于向飞机的舱室充气或者用于冷却喷气发动机的其它元件的空气流。
如图2中详细显示，压缩机管道和空腔20之间的密封是由分段密封件形成的，所述分段密封件包括密封条30和与其对齐的配对密封件31，这种密封件被安装在扩压器格栅的外罩12的上游部分12a的外周。为此，上游部分12a在其外周具有一个由两个法兰即附图标记33a表示的上游法兰和附图标记33b表示的下游法兰限定的通道32，所述法兰具有在它们上面钻出的用于固定铆钉34的孔。密封条30和配对密封件31通过弹簧35而与上游法兰33a的下游表面保持支承接触，并且由铆钉34限定。弹簧35同样由铆钉34限定。如图2所示，环形结构7的径向向内部分具有环形突出部40，当压缩机1的外壳6和扩压器的外罩12之间没有任何轴向移动时，所述环形突出部轴向延伸进入空腔20并且其端部位于上游法兰33a上方，如图2所示。
在将突出部40与上游法兰33a分隔的环形区域内，弹簧35推压在密封件上。此外，空腔20中的空气压力略大于间隙21处管道内的压力。
在突出部40一侧和上游法兰33a一侧，密封条30的支承点具有凸出表面。弹簧35以及密封31的两个表面的压差所产生的合力将平坦的密封条30推压在具有图2所示的形态的上述表面上，从而形成密封。
在某些飞行状态下，密封条30和突出部40之间的支承面出现逃逸间隙，特别是当如图4和图5所示突出部40移过通道32地上方时。在两个相邻弹簧之间，密封条30从突出部移开，而只有两个面之间的小的压差用来阻止这种分离的产生。这样，逃逸间隙41形成在密封条与突出部40的末端之间。
相反，当扩压器格栅10从压缩机1移开时，如图3中所示，因压差而产生的力和弹簧35的力通过密封条30的变形而实现正确地密封。
图2中的双箭头表示了压缩机外壳6的下游端与扩压器格栅10的外罩12的上游端之间的相对轴向和径向位移。
还应指出，利用这种由外罩12承载的密封系统的结构，可以使燃烧室/扩压器组件相对于压缩机的相对轴向移动，然后通过螺栓将外部法兰15和16连接在一起，从而将燃烧室/扩压器组件组装在压缩机上。
发明内容
本发明的目的是提供一种在前面的技术领域部分中定义的喷气发动机，其中，在发动机中放气空腔和压缩机中的主气流管道之间设有密封，而不论压缩机外壳和扩压器格栅的外罩之间的相对位置如何。
本发明通过下述方式来达到上述目的，即所述密封装置包括一个刷式密封件，其紧固在扩压器格栅的外罩上游部分的外周上，所述刷式密封件具有刷毛(bristles)，所述刷毛径向向外延伸并且抵靠在一个圆柱形套筒的内表面上，所述套筒与环形结构形成一体并且围绕着所述刷式密封件。
在涡轮机中使用刷式密封件是公知的，但这种密封件从未被用于密封压缩机与扩散器/燃烧室组件之间的空腔。
通过刷毛的密度和挠性，可以使刷毛以最佳方式抵靠在套筒上，从而实现密封，而不论套筒与外罩之间的相对位置如何。
刷式密封件既可以是分段形式的，也可以是非分段形式。其可以通过多种方式固定在外罩上。
根据第一实施例，外罩的上游部分的外周具有一个沟槽，所述刷式密封件通过紧固装置紧固在所述沟槽中。
根据第二实施例，所述刷式密封件通过紧固装置紧固在一个具有形横截面的环的沟槽中，所述环通过焊接而固定在扩压器格栅的外罩的上游部分的外周上。
根据第三实施例，所述刷式密封件在其径向内部区域具有一个金属环，所述金属环通过焊接而固定在所述外罩的上游部分的外周上。
附图说明
通过阅读下面对实施例所作描述并参考相应附图，可以理解本发明的其它优点和特征。
图1至图5示出了现有技术：
图1是在包含喷气发动机轴线的平面内所作的压缩机和扩压器的下游部分的半剖图，示出了与燃烧室末端连通并且使空气从其中流向飞机舱室的空腔的布置结构，以及根据现有技术的设在所述空腔与主气流管道之间的密封结构；
图2是根据现有技术的密封结构的放大图；
图3示出了当压缩机外壳和扩压器格栅的外罩之间的间隙增加时密封件的变形；
图4示出了当此间隙减小时密封件的变形；
图5是当间隙减少时密封件的透视图，示出了逃逸间隙。
图6是位于压缩机和扩压器之间的主气流管道的外侧区域的剖视图，示出了根据本发明第一实施例的刷式密封系统。
图7示出了本发明的第二实施例。
图8示出了本发明的第三实施例。
具体实施方式
图1至图5中所示的现有技术已经在前面论述过，因此不再需要进一步解释。
图6至8示出了由刷式密封件50构成的密封装置，其设在基本上与支柱13平行的环形结构7的径向内部部分7a与扩压器格栅10的外罩12的上游部分12a之间。在图6至8中，那些与在图1至5中相同的元件或部件用相同的附图标记表示。
图6中示出了本发明的第一实施例。外罩12的上游部分12a在其外周具有一个上游法兰33a和一个下游法兰33b，二者之间限定出一个沟槽32，一个刷式密封件的径向内部或本体51通过铆钉34而紧固在所述沟槽32中，该刷式密封件具有向外延伸的刷毛52。本体51可以被构造为扇形段的形式，也可以被构造为拼接环的形式，其宽度取决于沟槽32的宽度，从而在被铆钉34被安置后，围绕着沟槽32形成密封，
图1至5中所示的现有技术的突出部40在本例中被沿下游方向加长。因此，其变成套筒53的形式，该套筒的内表面54是圆柱形的。
法兰33a和33b以及刷式密封件50安置在套筒53内。刷毛的长度是这样计算的，即它们的自由端总是抵靠在内表面54上。
刷毛52的挠性和密度可以提供出完美的密封，甚至不论密封件50的两个表面的压差以及外罩12的上游部分12a与套筒53之间的轴向和径向位移如何。
图7中示出了本发明的第二实施例。在此，刷式密封件50的本体51紧固在一个具有U形横截面的环60内的沟槽32中，所述环60具有限定出所述沟槽32的法兰33a和33b，本体51通过铆钉34紧固在沟槽34中。配备有密封件50的所述环60随后通过焊接而固定在外罩12的上游部分12a上。当然，环60和密封件50也可以是分段形式的。
图8中示出了本发明的第三实施例。其与图7中的实施例的不同之处在于，既可以是分段形式也可以是非分段形式的刷式密封件50在其径向内部区域具有一个金属环70，该金属环通过焊接而固定在扩压器格栅的外罩12的上游部分12a上。