用于飞行器涡轮机的迷宫式密封装置的制作方法

本发明涉及一种用于飞行器涡轮机的迷宫式密封装置，以及包括这种装置的飞行器涡轮机。

背景技术：

1、技术背景特别包括文献fr-a1-2 825 411、fr-a1-3 071 540、fr-a1-3 072413、us-a1-2018/355745、ep-a1-3 344 901和fr-a1-3 068 070。

2、在飞行器涡轮机中，迷宫型密封装置通常包括转子和定子，转子包括至少一个外部环形唇部，定子包括由耐磨材料制成的环形涂层，该环形涂层围绕唇部延伸并且被构造成在运作时与唇部配合。唇部在涂层上的摩擦导致在涂层中形成环形凹槽，唇部旨在容纳在该凹槽中，以减少转子和定子之间的间隙，从而相对于在涡轮机中轴向流动并且流经转子的气流在转子和定子之间形成密封。

3、在本技术中，上游和下游是相对于涡轮机中气流的正常流动方向(从上游到下游)来限定的。这种流动沿着涡轮机的轴线发生，涡轮机的轴线是转子的旋转轴线。轴向方向对应于涡轮机的轴线的方向，并且径向方向是垂直于涡轮机的轴线并与该轴线相交的方向。类似地，轴向平面是包含涡轮机轴线的平面，径向平面是垂直于该轴线的平面。形容词“内部”和“外部”参照径向方向使用，使得元件的内部沿径向方向比同一元件的外部更靠近涡轮机的轴线。

4、飞行器涡轮机可包括例如在涡轮机的压缩机或涡轮中的一个或多个上述类型的密封装置。

5、例如，如图1所示，密封装置通常在压缩机或涡轮(例如，传统的或对转的)的转子叶片部的外周使用。该叶片部10在其外周上包括一个或多个环形唇部12，环形唇部径向向外定向并且可以轴向地倾斜。当叶片部10旋转时，这些唇部12在固定到壳体18的耐磨涂层16中形成凹槽14(参见图1和图2)。该涂层16通常是蜂窝结构(被称为“nida”)的形式，并且包括径向定向的槽格。这种结构提供轴向密封，同时减少沿切向方向的切割阻力。在涡轮的情况，一旦在涂层16中形成凹槽14，唇部12与涂层16之间的间隙可以由壳体18的通风系统20控制，以使转子和定子之间的间隙最小化，从而减少泄漏并改善涡轮机的性能。

6、当唇部12在形成凹槽14期间接触涂层16时，产生切割和/或摩擦力。切向方向上的这个力被施加到叶片部10的桨叶22上，并且可以根据涂层16和唇部12的硬度、接触的表面的尺寸、以及唇部12穿入涂层16的速度而变化。

7、施加到桨叶22的唇部12上的切向力导致叶片弯曲，从而产生去弧形化(décambrage)效应并增加了唇部12顶部的半径。随着唇部14的半径增加，涂层16的穿入率和切向力也增加。这种现象被称为桨叶22的自接合，并在图2中用箭头f1示意性地示出。

8、桨叶22的几何形状，特别是桨叶的叶片的节距和曲率，具有在施加纯切向力时产生使桨叶22的顶部向上游移位的效果。因此，在施加切向力时，除了唇部14的半径增加以外，也产生唇部14相对于涂层16的前进(参见图3中的箭头f2)。因此，唇部12到达涂层16的尚未磨损的区域，这进一步增加了所施加的切向力。因此产生了发散现象，发散现象只有在以下情况下才会停止：当唇部12不再与涂层16接触时，或者当与另一部分的轴向接触停止了桨叶22的前进(例如，在图4中的c1处，桨叶22的跟部24与位于上游的涡轮定子26之间的接触)，一个或多个部分断裂，或者涡轮机停止时。这种现象被称为叶片部10的“游走(louvoiement)”。

9、当游走现象开始时，游走现象会导致桨叶22的损坏以及桨叶22和涡轮定子26之间的转子—定子接触。这种损坏导致零件的过早拆卸和更换，因此维护操作非常昂贵。

10、已经实施了多种解决方案来解决这个技术问题，但是这些解决方案并不完全令人满意。

11、本发明针对该问题提出了一种简单、有效和经济的解决方案。

技术实现思路

1、本发明涉及一种用于飞行器涡轮机的迷宫式密封装置，该装置包括：

2、-转子，转子具有旋转轴线，并且包括围绕所述轴线延伸的外部环形唇部，和

3、-围绕轴线延伸的定子，该定子包括由耐磨材料制成的环形涂层，环形涂层围绕唇部延伸，并且环形涂层被构造成在运作中与唇部配合，以相对于旨在从上游到下游流动通过转子的气流形成迷宫式密封，涂层包括围绕唇部延伸的内圆柱形表面，并且该内圆柱形表面能够与唇部接触以通过摩擦形成围绕轴线延伸的环形凹槽，

4、其特征在于，所述表面在每个唇部的上游包括预先形成的环形狭槽，预先形成的环形狭槽围绕轴线延伸并且在转子相对于定子沿轴向向上游移位的情况下能够接纳所述唇部，预先形成的狭槽的数量等于转子的唇部的数量。

5、在本技术中，对在涡轮机运作期间通过唇部摩擦涂层而形成的凹槽和在其制造期间预先形成在涂层中的狭槽进行了区分。换句话说，如果该装置包括新的涂层(从未在涡轮机中使用过)，则该涂层将仅包括一个或多个狭槽。在装置已经在涡轮机中使用的情况下，该装置的涂层将包括至少一个狭槽和至少一个凹槽。

6、在转子相对于定子的正常运作位置，由唇部形成的凹槽与唇部或唇部的外周成一直线。这意味着凹槽和唇部(或唇部的外周)位于垂直于轴线的同一平面内。另一方面，狭槽位于凹槽和唇部的上游，并且优选地位于预定轴向距离处，以避免或限制上述游走现象。

7、如果转子或转子的一部分沿轴向向上游移动，则唇部将被容纳在预先形成的狭槽中。该狭槽使唇部和涂层之间的接触中断，并减缓该轴向移动或使该轴向移动停止，从而限制了游走现象。这避免了转子损坏和转子—定子接触的风险。

8、因此，有利地，在发动机从怠速到全速的正常运作期间，该狭槽具有限制侵入和力(在唇部和耐磨涂层之间剧烈接触的情况下)的功能。

9、相反，在现有技术中，狭槽或凹槽位于唇部的下游或中间。这些狭槽或凹槽具有特定的形状，并且通常具有压降(性能)功能。

10、根据本发明的装置可以包括以下特征中的一个或多个，这些特征可以彼此独立地或彼此组合地考虑：

11、-转子包括至少一个上游唇部和一个下游唇部，上游唇部和下游唇部被涂层的同一圆柱形表面或被涂层的分别为上游圆柱形表面和下游圆柱形表的两个不同的圆柱形表面环绕。

12、-围绕上游唇部和下游唇部延伸的圆柱形表面包括在上游唇部的上游的预先形成的狭槽和/或在下游唇部的上游的预先形成的狭槽；

13、-上游圆柱形表面包括在上游唇部的上游的预先形成的狭槽，和/或下游圆柱形表面包括在下游唇部的上游的预先形成的狭槽；

14、-上游圆柱形表面和下游圆柱形表面是阶梯式的，并包括不同的直径；

15、-狭槽轴向地介于两个圆柱形表面之间；

16、-每个狭槽位于相应唇部的上游的一轴向距离处，该轴向距离小于或等于两个唇部之间的轴向距离的一半；

17、-替代地，每个狭槽位于相应唇部的上游的一轴向距离处，该轴向距离大于两个唇部之间的轴向距离的一半；

18、-轴向距离介于1mm至20mm之间，优选地介于1mm至5mm之间，或者在某些大型发动机上时甚至更大；

19、-每个狭槽的径向深度或尺寸小于或等于涂层的形成有该狭槽的区域的径向厚度或尺寸；

20、-每个狭槽的轴向尺寸大于或等于相应唇部的轴向厚度的一半，该厚度在该唇部的外周测得；

21、-每个狭槽位于与形成有该狭槽的圆柱形表面的上游轴向端部相距一轴向距离处；

22、-转子是压缩机或涡轮叶片部，定子是由该压缩机或涡轮的壳体承载的密封环。

23、本发明还涉及一种飞行器涡轮机，该飞行器涡轮机包括至少一个如上所述的装置。