專利名稱:環(huán)狀扇形體在渦輪機組的渦輪機匣上的固定設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種環(huán)狀扇形體在渦輪機組的渦輪機匣上的固定設(shè)備,諸如航空渦輪噴氣發(fā)動機,特別是渦輪螺旋槳發(fā)動機。
背景技術(shù):
一個渦輪機組的渦輪包括幾個級,每個級包括一個導(dǎo)流葉片構(gòu)件,由渦輪機匣支撐的環(huán)形排列的固定葉片組成,另外還包括一個轉(zhuǎn)子,從而使導(dǎo)流葉片構(gòu)件的下游能夠在環(huán)狀扇形體形成的圓柱形或截頭圓錐體形外殼內(nèi)轉(zhuǎn)動,而環(huán)狀扇形體則環(huán)形端對端地固定在渦輪機匣上。
環(huán)狀扇形體在其上游端包括環(huán)形聯(lián)接構(gòu)件,諸如圓柱形輪緣,后者與環(huán)形機匣橫梁的徑向內(nèi)環(huán)形槽相嚙合,留有微小的軸向間隙,并通過C-斷面環(huán)形鎖定構(gòu)件徑向固定在該槽內(nèi),該鎖定構(gòu)件又在上游軸向銜接在機匣橫梁和環(huán)狀扇形體的圓柱形輪緣上。這些扇形體通過其圓柱形輪緣與機匣橫梁上的槽的嚙合而軸向固定。
環(huán)狀扇形體的輪緣與機匣橫梁和鎖定構(gòu)件成“去彎曲的”相對位置,也就是說,環(huán)狀扇形體輪緣的曲線半徑大于機匣橫梁和鎖定構(gòu)件的曲線半徑,從而可以使環(huán)狀扇形體的輪緣以一定的徑向預(yù)應(yīng)力安裝在橫梁和鎖定構(gòu)件的槽的底部,這樣,就限制了環(huán)狀扇形體輪緣在槽內(nèi)的軸向運動。
在運轉(zhuǎn)時,環(huán)狀扇形體和機匣的熱膨脹變化使得這種徑向預(yù)應(yīng)力增加,而該預(yù)應(yīng)力是應(yīng)用在環(huán)狀扇形體輪緣和機匣橫梁之間的接觸隔離區(qū)內(nèi)。但是,這種預(yù)應(yīng)力會因為環(huán)狀扇形體輪緣和機匣在這些接觸區(qū)域的摩擦而在一段時間內(nèi)逐漸消失。當這個徑向預(yù)應(yīng)力為零時,環(huán)狀扇形體的輪緣則會在機匣槽內(nèi)軸向移動,使得機匣槽的上游和下游表面受到摩擦磨損。
當這種磨損超過一定值時,環(huán)狀扇形體的輪緣就會在槽內(nèi)移動下游,與鎖定構(gòu)件出現(xiàn)脫離,導(dǎo)致環(huán)狀扇形體向渦輪軸線方向傾斜,有可能造成環(huán)狀扇形體和渦輪轉(zhuǎn)子接觸的風(fēng)險,則很可能會損壞環(huán)狀扇形體和轉(zhuǎn)子。
發(fā)明專利內(nèi)容本發(fā)明的一個具體目的是提供解決上述問題的一種簡單有效且經(jīng)濟的辦法。
為此,本發(fā)明提出了一種渦輪機組的渦輪,其包括至少一個導(dǎo)流葉片構(gòu)件,由渦輪機匣支撐的環(huán)形排列的固定葉片組成,另外還包括所安裝的轉(zhuǎn)子,使得導(dǎo)流葉片的下游在環(huán)狀扇形體形成的實際上呈截頭圓錐體形的外殼內(nèi)轉(zhuǎn)動,而環(huán)狀扇形體只在其上游端環(huán)形端對端固定到渦輪機匣上,環(huán)狀扇形體在其上游端包括環(huán)形聯(lián)接構(gòu)件,該構(gòu)件與機匣橫梁嚙合并由C-斷面環(huán)形鎖定構(gòu)件固定,而后者軸向銜接在機匣橫梁和環(huán)狀扇形體的聯(lián)接構(gòu)件上,其中環(huán)狀扇形體的聯(lián)接構(gòu)件軸向插在鎖定構(gòu)件和機匣橫梁之間,并通過鎖定構(gòu)件軸向地夾緊在機匣橫梁上。
根據(jù)本發(fā)明,環(huán)狀扇形體的聯(lián)接構(gòu)件通過鎖定構(gòu)件軸向固定在機匣橫梁上保持不動,從而防止了聯(lián)接構(gòu)件摩擦磨損機匣橫梁,并防止與鎖定構(gòu)件脫離。
環(huán)狀扇形體的聯(lián)接構(gòu)件還可以通過鎖定構(gòu)件很方便的徑向固定在機匣橫梁上。
根據(jù)本發(fā)明所述,該固定設(shè)備的另一個優(yōu)點是,可以使環(huán)狀扇形體固定到機匣橫梁上,不會對后者造成磨損。
根據(jù)本發(fā)明的一個最佳實施方案,所述聯(lián)接構(gòu)件包括一個環(huán)形凸緣,在每個環(huán)狀扇形體的上游端徑向向外延伸。
每個環(huán)狀扇形體的環(huán)形凸緣最好在環(huán)狀扇形體的圓柱形輪緣的上游端形成,例如軸向卡緊在環(huán)形鎖定構(gòu)件徑向壁和機匣橫梁的上游端之間。
C-斷面鎖定構(gòu)件和其徑向壁在其端部聯(lián)接到圓柱形壁上,后者向下游方向延伸,并分別嚙合在機匣橫梁的外側(cè)和每個環(huán)狀扇形體圓柱形輪緣的內(nèi)側(cè)。
鎖定構(gòu)件軸向插在環(huán)狀扇形體凸緣和渦輪導(dǎo)流葉片構(gòu)件的外環(huán)形壁之間,以便在導(dǎo)流葉片構(gòu)件本身被流入渦輪的氣體推向下游時,向環(huán)向凸緣施加一個沿下游方向的軸向力。由鎖定構(gòu)件施加的該軸向力足以使環(huán)狀扇形體的上游輪緣的凸緣軸向固定在機匣橫梁上。
本發(fā)明還涉及一種包括上述渦輪的渦輪機組,諸如航空渦輪噴氣發(fā)動機或渦輪螺旋槳發(fā)動機。
通過閱讀下述說明,并結(jié)合附圖,可以更好的了解本發(fā)明,而且本發(fā)明的特性、詳細優(yōu)點等則更為清楚。
圖1是根據(jù)已有技術(shù)固定環(huán)狀扇形體設(shè)備的軸向剖面部分示意圖;
圖2是根據(jù)本發(fā)明固定環(huán)狀扇形體設(shè)備的軸向剖面部分示意圖。
具體實施例方式
圖1為低壓渦輪10的第一級或上游級的部分示意圖,其包括一個由環(huán)形排列的固定葉片14形成的導(dǎo)流葉片構(gòu)件12,13,這些固定葉片是通過渦輪機匣16支撐的,還包括一個轉(zhuǎn)子18,安裝在導(dǎo)流葉片構(gòu)件12,13的下游,在環(huán)狀扇形體20所形成的實際上呈截頭圓錐體形殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動,該環(huán)狀扇形體20是由渦輪機匣16環(huán)形端對端支撐的。
導(dǎo)流葉片構(gòu)件12,13包括一個旋轉(zhuǎn)外壁22和旋轉(zhuǎn)內(nèi)壁(圖中未示),內(nèi)外壁之間形成了渦輪內(nèi)氣流環(huán)形流動范圍,而且,葉片14在內(nèi)外壁之間徑向延伸。導(dǎo)流葉片構(gòu)件的固定機構(gòu)包括至少一個外圓柱形輪緣24,面向上游方向,用來與面向機匣16下游方向的環(huán)形槽26相銜接。
渦輪軸(圖中未示)所支撐的轉(zhuǎn)子18包括一個外環(huán)28和一個內(nèi)環(huán)(圖中未示),外環(huán)28包括環(huán)狀扇形體20在外部環(huán)繞的外環(huán)形加強筋,二者之間留有微小的間隙。
每個環(huán)狀扇形體20都包括一個截頭圓錐體形壁32和一個耐磨材料塊34,后者采用銅焊和/電焊固定到截頭圓錐體形壁32的徑向內(nèi)表面上,該耐磨材料塊34為蜂窩狀,用來在轉(zhuǎn)子加強筋30產(chǎn)生摩擦磨損,將轉(zhuǎn)子和環(huán)狀扇形體20之間的徑向間隙降到最小。
環(huán)狀扇形體20的下游端與環(huán)形空間區(qū)域36內(nèi)的上游端嚙合;所述環(huán)形空間區(qū)域一方面通過圓柱形輪緣38隔開,后者面向位于環(huán)狀扇形體下游導(dǎo)流葉片構(gòu)件13的外壁22的上游方向,另一方面,由與該導(dǎo)流葉片構(gòu)件聯(lián)接的機匣的圓柱形輪緣40隔開。
環(huán)狀扇形體20通過其外壁32的徑向向外壓力在其下游端處徑向地固定在機匣輪緣40的徑向內(nèi)圓柱形表明上,并通過耐磨材料塊34的徑向向內(nèi)壓力徑向地固定在導(dǎo)流葉片構(gòu)件圓柱形輪緣38的徑向外圓柱形表面上。
每個環(huán)狀扇形體的壁32在其下游端都有一個凸耳42,該凸耳沿下游方向軸向延伸,與下游導(dǎo)流葉片構(gòu)件13的匹配腔室44嚙合,防止環(huán)狀扇形體20圍繞渦輪軸線轉(zhuǎn)動。
環(huán)狀扇形體20的截頭圓錐體形壁32在其上游端有面向上游方向的圓柱形輪緣46,這些輪緣與機匣16的環(huán)形橫梁50的徑向內(nèi)環(huán)形槽48相嚙合,留出微小軸向間隙。輪緣46通過C-斷面或U-斷面開口環(huán)構(gòu)成的鎖定構(gòu)件52徑向固定在該槽內(nèi),鎖定構(gòu)件在上游與機匣環(huán)形橫梁50和環(huán)狀扇形體的上游輪緣46軸向嚙合。
鎖定構(gòu)件52包括兩個圓柱形壁54和56;這兩個壁沿下游方向延伸,分別徑向向外和徑向向內(nèi),在其上游端通過一個徑向壁58聯(lián)接在一起,并分別在橫梁50的外側(cè)和扇形體20的圓柱形輪緣46的內(nèi)側(cè)上嚙合。
鎖定構(gòu)件52的徑向壁58軸向插入機匣橫梁50的上游端和位于環(huán)狀扇形體20上游端的導(dǎo)流葉片構(gòu)件環(huán)形外壁60之間,防止鎖定構(gòu)件52沿上游方向軸向移動,進而與機匣橫梁50和環(huán)狀扇形體輪緣46脫離。
鎖定構(gòu)件52和橫梁50的曲率半徑小于環(huán)狀扇形體20輪緣46的曲率半徑,從而以一定的徑向預(yù)壓力將環(huán)狀扇形體的輪緣46安裝到橫梁的槽48內(nèi),這些環(huán)狀扇形體以徑向方式分別局部壓在槽48的底部和鎖定構(gòu)件的徑向內(nèi)壁56上。
在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時,環(huán)狀扇形體20的輪緣46軸向振動,與橫梁的槽46的上游和下游端面產(chǎn)生摩擦磨損。
當槽48的下游表面磨損嚴重時(如圖中虛線62所示),輪緣46就會在沿下游方向移動時在鎖定構(gòu)件的徑向內(nèi)壁56上滑動并脫離鎖定構(gòu)件,這種情況就會至少損壞環(huán)狀扇形體的耐磨材料塊34,因為后者與轉(zhuǎn)子18的環(huán)形加強筋30直接接觸。
由于扇形體輪緣通過鎖定構(gòu)件軸向固定在機匣橫梁上,所以本發(fā)明就提供了解決這個問題的一個簡單方案。
在圖2所示的本發(fā)明的一個實施方案中,扇形體20的上游圓柱形輪緣70都在其上游端有一個環(huán)形凸緣72,該凸緣實際上徑向向外延伸并通過鎖定構(gòu)件80軸向卡緊在機匣橫梁50上。
鎖定構(gòu)件80包括兩個圓柱形壁84和86,沿下游方向延伸,分別徑向向外和徑向向內(nèi),在其上游端通過徑向壁82將其聯(lián)接在一起,徑向壁82的徑向尺寸要大于已有技術(shù)中的鎖定構(gòu)件52壁58的徑向尺寸(見圖1)。
環(huán)狀扇形體的圓柱形輪緣70比已有技術(shù)中圓柱形輪緣要長,這樣環(huán)形凸緣72就在鎖定構(gòu)件徑向壁82和機匣橫梁上游端之間銜接。
鎖定構(gòu)件80的徑向外圓柱形壁84在橫梁50的外側(cè)嚙合,其徑向內(nèi)壁86則在環(huán)狀扇形體20的圓柱形輪緣70的內(nèi)側(cè)嚙合,這些輪緣70徑向插在構(gòu)件內(nèi)圓柱形壁86和橫梁50上游短面之間。
正如已有技術(shù)那樣,鎖定構(gòu)件80和橫梁50的曲率半徑要小于環(huán)狀扇形體20輪緣的曲率半徑,所以可以以一定徑向預(yù)應(yīng)力將環(huán)狀扇形體的輪緣70安裝在橫梁50和鎖定構(gòu)件上。
鎖定構(gòu)件80的徑向壁軸向插在環(huán)狀扇形體70的環(huán)形凸緣72和位于環(huán)狀扇形體20上游端的導(dǎo)流葉片構(gòu)件12的外環(huán)形壁60之間。
在渦輪機運轉(zhuǎn)期間,該導(dǎo)流葉片構(gòu)件12被氣流推向下游,通過鎖定構(gòu)件80沿下游方向在環(huán)狀扇形體70環(huán)形凸緣72上施加軸向力。該軸向力足夠使環(huán)狀扇形體的凸緣72軸向夾緊在機匣橫梁50上。
環(huán)狀扇形體的凸緣72因此而被鎖定構(gòu)件80軸向和徑向地固定在機匣橫梁50上,也就因此而不會對機匣橫梁造成摩擦磨損。
此外,根據(jù)本發(fā)明,環(huán)狀扇形體20可以聯(lián)接到業(yè)已磨損的機匣橫梁50上,如圖中虛線90所示,從而可以對低壓渦輪的上游級進行修理,成本低,而且不會觸及渦輪機匣。
在另一種實施方案中,環(huán)狀扇形體的上游輪緣70不再支撐任何凸緣72,而是沿著機匣橫梁的圓柱形部分一直軸向地延伸到鎖定構(gòu)件的徑向壁82處,鎖定構(gòu)件的上游端沒有徑向輪緣。輪緣70的下游端通過鎖定構(gòu)件80軸向地壓在機匣橫梁上。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機組渦輪,其包括至少一個導(dǎo)流葉片構(gòu)件,該導(dǎo)流葉片構(gòu)件由渦輪機匣支撐的環(huán)形排列固定葉片組成;其還包括一個轉(zhuǎn)子,以便使導(dǎo)流葉片構(gòu)件的下游在實際呈截頭圓錐體形殼體轉(zhuǎn)動,而所述截頭圓錐體形殼體則是由環(huán)狀扇形體形成的,而環(huán)狀扇形體只在其上游端環(huán)形地端對端固定到渦輪機匣上,環(huán)狀扇形體包括其上游端的環(huán)形聯(lián)接構(gòu)件,該構(gòu)件聯(lián)接在機匣橫梁上并通過一個C-斷面的環(huán)形鎖定構(gòu)件固定到位,鎖定構(gòu)件軸向銜接在機匣橫梁和環(huán)狀扇形體聯(lián)接構(gòu)件上,其特征在于環(huán)狀扇形體的聯(lián)接構(gòu)件軸向插入鎖定構(gòu)件和機匣橫梁之間并通過鎖定構(gòu)件軸向夾緊在機匣橫梁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪,其特征在于聯(lián)接構(gòu)件包括一個環(huán)形凸緣,在每個環(huán)狀扇形體的上游端徑向向外延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪,其特征在于每個環(huán)狀扇形體的環(huán)形凸緣延伸到環(huán)形鎖定構(gòu)件徑向壁和機匣橫梁上游端之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的渦輪,其特征在于鎖定構(gòu)件軸向插入環(huán)狀扇形體環(huán)形凸緣和渦輪導(dǎo)流葉片構(gòu)件外環(huán)形壁之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2到4中任一權(quán)利要求所述的渦輪,其特征在于當渦輪機組運轉(zhuǎn)時,環(huán)形構(gòu)件沿下游方向在環(huán)狀扇形體的環(huán)形凸緣上施加一種軸向力。
6.根據(jù)權(quán)利要求2到5中任一權(quán)利要求所述的渦輪,其特征在于每個環(huán)狀扇形體的環(huán)形凸緣是在環(huán)狀扇形體圓柱形輪緣的上游端處形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪,其特征在于環(huán)形鎖定構(gòu)件包括一個順下游方向延伸的內(nèi)圓柱形壁,該壁在每個環(huán)狀扇形體的圓柱形輪緣內(nèi)銜接。
8.根據(jù)權(quán)利要求2到7中任一權(quán)利要求所述的渦輪,其特征在于環(huán)形構(gòu)件使環(huán)狀扇形體的環(huán)形凸緣在渦輪機匣橫梁上軸向和徑向固定不動。
9.一種渦輪機組,諸如航空渦輪噴氣發(fā)動機或渦輪螺旋槳發(fā)動機,其包括了一個上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的渦輪。
全文摘要
一種環(huán)狀扇形體(20)在渦輪機組渦輪機匣(16)上的固定設(shè)備,其包括在環(huán)狀扇形體(20)的上游端,有環(huán)形聯(lián)接機構(gòu)(70,72),銜接在機匣橫梁(50)上并通過一個C-斷面的環(huán)形鎖定構(gòu)件(80)軸向夾緊到機匣橫梁上,而環(huán)形鎖定構(gòu)件又軸向聯(lián)接在機匣橫梁和環(huán)狀扇形體聯(lián)接機構(gòu)上。
文檔編號F01D9/04GK101046162SQ20071009064
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者迪迪爾·杜蘭德, 多米尼克·格函 申請人:斯奈克瑪