渦輪機的風機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種風機，特別地用于小尺寸的渦輪機，諸如噴氣發(fā)動機的風機，具有對應于風機葉片(10)前緣徑向內(nèi)端處的進氣口氣流(26)的內(nèi)界限的直徑除以風機葉片外端圍繞通過的圓形的直徑的比率的0.20和0.265之間數(shù)值的轂比率。
【專利說明】渦輪機的風機
[0001]本發(fā)明涉及獲得風機，特別地渦輪機，諸如噴氣發(fā)動機的風機的特定尺寸。
[0002]本發(fā)明構成了真正的技術挑戰(zhàn)，并且當它涉及渦輪機時特別有意義，已經(jīng)設計了渦輪機的外部尺寸以適應商用航空的領域。通常地，這些渦輪機，尺寸相對小，具有渦輪機氣流的上游直徑所限定的900mm和1550mm之間的進氣口直徑，以具有與總質(zhì)量密切相關以及適于安裝在商用噴氣發(fā)動機類型的航空器上的尺寸。
[0003]因為在任何類型的渦輪機上，關于這種類型的小尺寸渦輪機的研發(fā)主要涉及性能改進、消耗降低和重量減少。在這方面有許多研發(fā)路線，其可以例如，涉及材料的選擇、葉片形狀的研究、構件之間機械連接的優(yōu)化、防止泄露等。[〇〇〇4]通常尋求的研發(fā)路線之一涉及減小渦輪機風機的轂比率。該轂比率是在風機葉片前緣處的轂的外直徑與這些風機葉片的徑向端圍繞通過的圓形的直徑之間的比率。轂比率的減小通常指轂的徑向尺寸的減小以及由此重量減少，但是也涉及渦輪機吸氣部分的增加，引起推進渦輪機的氣流的增加以及由此增強的性能。然而，考慮目前在小尺寸渦輪機， 諸如具有上述所限定的進氣口直徑的小尺寸渦輪機的設計和制造方面的技術秘密，考慮這種類型的渦輪機為不允許減小轂的外直徑，特別地在風機葉片的前緣處的轂的外直徑到目前所用的直徑以下，目前所用的直徑通常在570和585mm之間。實際上，形成轂的機械元件的目前尺寸被考慮不可減小，主要是因為葉片的徑向機械強度、扭轉阻力、制造的公差和方法以及工具的可到達性等的明顯原因。
[0005]與這些技術偏見相矛盾，本發(fā)明提出了渦輪機風機的特定尺寸的選擇，該選擇提供了顯著的性能和重量的改進。
[0006]為此，本發(fā)明提出了一種風機，特別地用于渦輪機，諸如噴氣發(fā)動機的風機，其中該風機包括在進氣口處的風機葉片、環(huán)形殼體、繞著渦輪機的軸線旋轉和承載葉片的轂，在該轂內(nèi)部地界定和該環(huán)形殼體外部地界定的環(huán)形流中，它相對于所述軸線徑向地延伸，其中所述風機具有900mm和1550mm之間數(shù)值的進氣口直徑，該進氣口直徑對應于包含葉片徑向外端的圓形的直徑，并且所述風機具有0.20和0.265之間數(shù)值的轂比率，該轂比率對應于在風機葉片前緣的徑向內(nèi)端處的流的內(nèi)界限的直徑除以進氣口直徑的比率。
[0007]根據(jù)第一實施方式，轂包括與葉片構造為單件的風機圓盤。
[0008]根據(jù)第二實施方式，轂包括風機圓盤，該風機圓盤在其外圓周包括與溝槽交替形成的基本上軸向的凸肋，其中葉片的根部接合在該溝槽中。
[0009]更具體地，推薦900mm和1200mm之間的進氣口直徑，以獲得在重量方面甚至更有利的結果。如后面將解釋的，這種外直徑的特定選擇仍然受到了技術偏見。
[0010]而且，提出了該風機轉子的特定機械布置，這特別地適于該尺寸選擇。[〇〇11]通常地，渦輪機風機轉子包括與葉片構造為單件或者承靠在其外圓周葉片處的圓盤，葉片的根部接合在圓盤的外圓周的基本上軸向溝槽中。
[0012]在葉片接合在圓盤上的情況下，葉片通過它們的根部與圓盤溝槽的正互鎖而徑向地保持在圓盤上，其中葉片的根部是例如鳩尾榫類型。葉片間平臺安裝在風機葉片之間的圓盤上。圓盤通常地裝配有徑向地向內(nèi)延伸的平衡系統(tǒng)(稱為“韭蔥式(leeks)”)。
[0013]在目前技術中，在葉片上游和下游，通過在圓盤上安裝的裝置，將葉片軸向地保持在圓盤上，這防止葉片根部在圓盤的溝槽中軸向地移動。
[0014]位于葉片下游的保持裝置包括，例如，至少一個葉片根部鉤件，該鉤件接合在風機下游所設置的低壓壓氣機的上游端部分上所機械加工的槽口中。為了允許這些鉤件安裝在低壓壓氣機的槽口中，需要相對于葉片根部徑向地膨脹圓盤溝槽。因此，可以在溝槽的底部中軸向地移動葉片以及定位葉片根部鉤件相對于槽口徑向地對準。隨后，使用在溝槽底部設置的足夠厚的墊片，可以在溝槽中徑向地升高葉片，以在槽口中接合葉片根部鉤件，并且保持葉片在頂部位置。
[0015]位于上游的保持裝置包括例如連接和固定于圓盤的上游端的環(huán)形法蘭。該法蘭同軸地安裝在圓盤上以及包括圓齒部分，該圓齒部分與圓盤相應的圓齒部分相互作用。該法蘭將環(huán)軸向地固定在圓盤上，并且固定該法蘭防止相對于圓盤轉動。法蘭的外圓周軸向地被支撐在葉片根部上，用于在下游方向上的它們的軸向保持，而它的內(nèi)圓周則被應用于和固定于圓盤的相應環(huán)形凸緣。法蘭的外圓周還包括用于葉片間平臺的上游端的緊固銷。
[0016]葉片上游，安裝在圓盤上的基本上截頭圓錐形外殼內(nèi)部地界定進入渦輪機的環(huán)形進氣流。該外殼包括在它下游端附近的徑向內(nèi)環(huán)形凸緣，該內(nèi)環(huán)形凸緣軸向地應用于上述法蘭并且通過螺栓與法蘭一起固定到圓盤的凸緣。
[0017]通過其它螺栓，截頭圓錐形整流罩還安裝在上述外殼上，在后者的上游部分上，該螺栓接合在整流罩和外殼的凸緣的孔洞中，孔洞位于徑向內(nèi)部，螺栓用于將外殼固定到圓盤。
[0018]所涉及的無論是與葉片構造為單件的圓盤還是包括溝槽的圓盤，其中葉片接合在該溝槽中，通過一系列螺母，經(jīng)由固定于軸的徑向環(huán)形凸緣的圓盤的徑向環(huán)形凸緣，圓盤固定于下游傳動軸，該一系列螺母圓周地對準和軸向地螺合通過凸緣。
[0019]為了進行風機轉子的組裝和拆卸，使用工具能夠獲得軸向地到達這些螺母是必要的。為此目的，操作者必須在中心軸線周圍有足夠的可用空間。如果風機直徑小，并且特別地如果風機的轂比率是該專利申請中所提到的轂比率，上述現(xiàn)有技術的結構不允許到達上述螺母。實際上，在這種情況下，圓盤的平衡系統(tǒng)(“韭蔥式”)形成在螺母的軸向對準上，并且顯著地減小了用于到達螺母的傳動軸上游中心軸線周圍的可用空間。
[0020]而且，由軸傳遞給圓盤的載荷完全地由栓接的上述凸緣所承載，該凸緣是對變形特別敏感的元件，并且在從軸到風機圓盤的扭矩傳遞鏈中破裂。在上述情況下，因為這些凸緣的徑向和圓周尺寸非常小，在運轉期間凸緣有很大的變形和破裂的風險。
[0021]所涉及的無論是與葉片構造為單件的圓盤還是包括溝槽的圓盤，其中葉片接合在該溝槽中，因此，根據(jù)所提到的技術偏見，現(xiàn)有技術不允許本發(fā)明所限定的尺寸和轂比率的風機的形成。[〇〇22] 文獻EP 1 357 254也公開了一種風機轉子，其結構具有大的徑向和軸向外觀殼體。
[0023]對該問題提供一種簡單、有效和經(jīng)濟的方案是這里所尋求的目的，也是其本身的目的，可能與上述和要求保護的進氣口直徑和轂比率的限制無關。
[0024]為此，建議和提出了風機圓盤和居中于相同軸線上的下游傳導軸之間的扭矩傳遞，經(jīng)由與軸的環(huán)形排軸向花鍵相互作用的圓盤的環(huán)形排軸向花鍵，獲得了所述扭矩傳遞。
[0025]優(yōu)選地，圓盤的花鍵形成在圓盤的圓柱形壁的內(nèi)表面上，其中所述圓柱形壁圍繞傳動軸。
[0026]根據(jù)另一個特征，圓柱形表面形成在圓盤的下游端以及經(jīng)由在上游方向上向外打開的截頭圓錐形壁連接圓盤的其余部分。
[0027]有利地，至少一個環(huán)形肩部形成在傳動軸的表面上，并且下游軸向鄰接抵靠圓盤的擋塊。
[0028]擋塊可以由圓柱形壁的下游端和/或在截頭圓錐形壁內(nèi)延伸的徑向環(huán)形邊緣形成。
[0029]優(yōu)選地，螺母安裝在軸上游端外表面的螺紋上，并且從上游方向形成在圓盤的至少一個擋塊上的軸向鄰接，以保持擋塊軸向地被夾緊在所述螺母和軸的肩部之間。[〇〇30] 螺母通常具有105mm和135mm之間，并且優(yōu)選地115mm和125mm之間的直徑。
[0031]上述限定的結構比包括栓接徑向凸緣的結構提供了更耐久的扭矩傳遞的方法。實際上，當凸緣連接涉及彎曲期間相對弱的徑向壁的存在以及沿著凸緣的圓周集中了載荷的插入到有限數(shù)量孔中螺栓的存在，花鍵連接允許在花鍵聯(lián)接的圓柱形壁的整個圓周上分布扭矩，能夠更好地抵抗高剪切載荷。
[0032]所涉及的無論是與葉片構造為單件的圓盤還是包括溝槽的圓盤，其中葉片接合在該溝槽中，因此，上述所限定的結構解決了本發(fā)明所限定的尺寸和轂比率的風機情形下，傳遞軸和圓盤之間機械強度的問題。[0033 ]在有關下述技術環(huán)境中進一步研發(fā)了上述風機轉子，所提出的其設計直接地涉及在執(zhí)行小尺寸渦輪機的情形下所進行的轂比率的選擇。發(fā)明人所提出的這種環(huán)境特別地允許風機轉子的特定布置的形成，這給在傳動軸上安裝圓盤提供了方案，以獲得在本專利申請中所表述的花鍵連接。
[0034]本專利申請中所提到的轂比率的特定選擇實際上包括相對于現(xiàn)有技術，渦輪機風機圓盤尺寸的總體減小。該圓盤具有外直徑，在這種情況下其數(shù)值通常包括在245和275_ 之間。如果葉片接合在圓盤上，該圓盤應該滿足有關在運轉中保持風機葉片的約束條件，是必要的，相對于現(xiàn)有技術，其數(shù)量和尺寸保持相對地相同。為此，葉片的數(shù)量優(yōu)選地在17和 21個葉片之間，更特別地在18和20個葉片之間。并且根據(jù)當前技術的知識，圓盤的溝槽的高度和寬度必須不經(jīng)歷任何尺寸的減小，以一方面允許下游鉤件的接合以軸向保持葉片，如本申請中所提到的，并且另一方面以適合葉片根部的尺寸，葉片根部尺寸還沒有被減小，以承載轉動葉片。
[0035]同時要求圓盤的溝槽的尺寸的保留以及圓盤總體直徑的減小在這種情況下必然地涉及寬度的減少，即，圓盤凸肋的圓周尺寸的減少。風機圓盤的凸肋，在這種情況下比現(xiàn)有技術要細，提出了更高的轂比率，因此關于運轉期間所保持的扭矩，顯示了比現(xiàn)有技術凸肋更大的弱點和更高破裂的風險。
[0036]為了解決該問題，建議構造鉻鎳鐵合金的風機圓盤，其非常堅固。然而，該合金非常重，這損害了渦輪機的總體性能，由此不代表令人滿意的方案。
[0037]在上述風機轉子的環(huán)境下，令人意外地注意到當葉片接合在圓盤上時，用發(fā)明人已經(jīng)研發(fā)的這種組件，通過圓盤、圓盤上游的保持法蘭、環(huán)和風機整流罩的特定布置所實施的葉片的軸向固定是足夠有效和耐久的，以分配在低壓壓氣機中所接合的風機根部的下游鉤件所實施的軸向固定，關于渦輪機，其尺寸已經(jīng)在上面詳細說明了。
[0038]葉片的軸向固定的這種特定布置包括安裝在葉片上游圓盤上的環(huán)形整流罩和圓盤上的葉片的軸向保持裝置，該軸向保持裝置包括安裝在圓盤的環(huán)形凹部中的法蘭和形成葉片根部的軸向鄰接，其中該法蘭包括與圓盤的環(huán)形凹部的帶圓齒的徑向環(huán)形邊緣相互作用的帶圓齒的徑向環(huán)形邊緣，以確保圓盤的環(huán)形凹部中法蘭和防止法蘭轉動的裝置的環(huán)形固定，包括裝配有徑向地向內(nèi)地延伸的耳狀物以及當固定在圓盤的上游徑向面時與裝置一起形成的環(huán)，其中通過共同地固定到一種裝置上，所述殼固定到圓盤，該種裝置是固定環(huán)的至少一些耳狀物到圓盤上的裝置，其中環(huán)還包括與法蘭的另外擋塊相互作用的至少一個徑向突出部，以防止法蘭相對于環(huán)轉動。
[0039]因此，發(fā)明人已經(jīng)有利地排除了用于葉片的軸向固定的下游鉤件，并且因此能夠減小風機圓盤的溝槽的徑向高度，之前保留其一部分用于安裝下游鉤件，在通常包括18和 22mm之間的高度。
[0040]溝槽徑向尺寸的減小直接地涉及凸肋的徑向減小，這允許通過來源于與風機軸線同軸的截頭圓錐形鉆孔的平衡輪廓，該圓盤內(nèi)表面的形成，以及鉆孔半徑從上游到下游增加。該平衡輪廓，除了足以平衡風機圓盤外，具有上游數(shù)值通常包括在120和140_之間的最小直徑，對于圓盤的等同的外直徑，其大于具有用于更高溝槽的“韭蔥式”的平衡輪廓的最小直徑，。
[0041]如本專利申請中所述，通過利用花鍵連接的布置，該新的圓盤平衡輪廓在風機圓盤中間提供了更大的環(huán)形空間，用于軸向通過工具，需要該工具用于安裝和夾緊渦輪機的傳動軸上的風機圓盤。
[0042]而且，風機圓盤溝槽的徑向尺寸的減小給風機圓盤溝槽更好地承受操作期間剪切扭矩的更緊湊的比例。通過這里所示的方案，風機圓盤的凸肋的結構由此產(chǎn)生了足夠堅固的結構，以由比絡鎳鐵合金更輕的鈦合金形成。
[0043]因此，在包括接合在圓盤上的葉片的風機轉子的情況下，提出所述風機轉子沒有葉片下游的風機圓盤上風機葉片的軸向保持裝置。該風機轉子只包括如在本專利申請中所述的上游法蘭作為葉片的軸向保持裝置。在涉及本發(fā)明的和具有上述尺寸和轂比率的小尺寸渦輪機的風機的環(huán)境下，該特定的特征特別相關。因此，這里提出對于這類風機，風機圓盤可以由鈦合金構造，更特別地由TA6V或TA17 (TA5⑶4)合金構造。
[0044]而且，如果圓盤和葉片以單件以外的方式實施，本主題的另一個進一步方面涉及通常用在溝槽底部的墊片，以保持葉片直立靠著凸肋。這些墊片在這種情況下必須具有在運轉期間限制葉片根部在溝槽中位移的功能，在溝槽底部和葉片破裂的情況下或者渦輪機吸入大物體期間，保護溝槽底部和緩沖葉片的功能。為了以最好可能方式滿足這些約束條件，特別地在上述新的環(huán)境下，具體地在本專利申請中提到的減小溝槽的徑向尺寸的環(huán)境下，本專利申請?zhí)岢隽艘环N墊片，使它比之前存在方案徑向地更薄和具有通常包括在1和 3mm之間的徑向厚度，更特別地等于2mm，說明的是可以提供這種墊片，甚至與上述要求保護的進氣口直徑和轂比率的約束條件無關。每個墊片更具體地采用兩側面的片形式，位于沿著風機的軸線和能夠靠著溝槽之一的底部放置。優(yōu)選地，該墊片是軸向、徑向和圓周方向三方向對稱，這避免了任何安裝錯誤。墊片的每個側面有利地具有側向或圓周邊緣，它們被倒角，其中每個倒角與一個側面形成10°加或減2°的角度。根據(jù)另一個特別地，每個徑向地相對側的倒角在墊片的側向端部連接，形成墊片的兩個側向邊緣。墊片的側面和倒角之間的連接角度可以變緩，以顯示1.50mm和1.80mm之間的曲率半徑，并且更具體地1.60mm和 1.70mm之間的曲率半徑，并且優(yōu)選地等于1.65mm的曲率半徑。形成墊片的側向邊緣的倒角之間的連接角度可以變緩，以顯示0.45mm和0.75mm之間的曲率半徑，并且更具體地0.52mm 和0.68mm之間的曲率半徑，并且優(yōu)選地等于0.6mm的曲率半徑。根據(jù)一個特點的實施方式， 每個墊片具有17.0mm和18.2mm之間的側向尺寸以及更具體地17.6mm的側向尺寸。
[0045]在閱讀通過非限制性實施例參考附圖所進行的下面的說明，將更好地理解這里所提出的方案的各個不同方面，并且它的其它細節(jié)、特征和優(yōu)點將更清楚地顯現(xiàn)，其中:
[0046]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術，去除一部分的渦輪機的立體圖。
[0047]圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術，渦輪機的部分、截面軸向示意一半的視圖。
[0048]圖3是根據(jù)本發(fā)明的渦輪機風機的真實比例的部分、截面軸向示意一半的視圖，在這種情況下，葉片接合在圓盤的溝槽中。
[0049]圖4是根據(jù)本發(fā)明的渦輪機風機的真實比例的部分、截面軸向示意一半的視圖，在這種情況下，葉片與圓盤形成單件。
[0050]圖5是對于圖3中情況，具有移除的整流罩的更新的風機轉子的立體圖。
[0051]圖6是如圖5中所示的相同組件的前視圖。
[0052]圖7、8和9是圖6中截面A-A、B-B和C-C的分別視圖。[〇〇53]圖10是對于圖3中情況，根據(jù)本發(fā)明在風機中所用的墊片的立體圖。[〇〇54]圖11是相同墊片的截面圖。首先，參考圖1和圖2,因此其示例了根據(jù)本發(fā)明之前技術的渦輪機風機。
[0055]該風機包括圓盤12所攜帶的葉片10,外環(huán)形殼體8圍繞該圓盤12,葉片間平臺(未示出)插置在葉片間，其中圓盤12固定到渦輪機軸13的上游端。
[0056]每個風機葉片10包括在其徑向內(nèi)端連接根部18的葉片體16,該根部18接合在形狀與圓盤12匹配的基本上軸向溝槽20中，該溝槽20形成在圓盤12的兩個凸肋22之間和允許徑向保持該葉片10在圓盤12上。墊片24插置在每個葉片10的根部18和圓盤12的相應溝槽20底部之間，以固定葉片10徑向地在圓盤12上。朝向風機內(nèi)延伸的“韭蔥式(Leeks)” 14形成在圓盤12的內(nèi)表面上，以平衡圓盤12。[〇〇57]圓盤12包括截頭圓錐形壁200,該壁200在下游方向上封閉以及從徑向地位于溝槽 20和“韭蔥(Leeks)式”14之間的一部分圓盤12延伸。截頭圓錐形壁200的下游端包括徑向環(huán)形凸緣202,該徑向環(huán)形凸緣202特征是與傳動軸13上游所形成的用于穿過螺栓206的徑向環(huán)形凸緣204的軸向孔口相互作用的軸向孔口。[〇〇58]葉片間平臺在溝槽20之間形成壁，該壁內(nèi)部地界定進入渦輪機的空氣流26和包括與圓盤12上所提供的匹配裝置相互作用的裝置，以將平臺固定在圓盤上。
[0059]通過葉片10上游和下游，安裝在圓盤12上的適合裝置，風機葉片10軸向地保持在葉片12的溝槽20中。
[0060]位于上游的保持裝置包括同軸地連接和固定到圓盤12上游端的環(huán)形法蘭28。[〇〇61] 法蘭28包括內(nèi)環(huán)形邊緣30,該邊緣30是圓齒或齒形的，并且與圓盤12的齒形或圓齒的外環(huán)形邊緣32相互作用，以軸向地固定法蘭28在圓盤12上。該法蘭28由葉片根部18的墊片24上的外邊緣34支撐。
[0062]法蘭28還包括內(nèi)環(huán)形凸緣36,其插置在圓盤12的相應環(huán)形凸緣38和風機圓盤12上游所設置的外殼42的內(nèi)環(huán)形凸緣40之間。凸緣36、38、40包括軸向孔口(不可見)，螺釘44或相似物穿過它們用以將凸緣彼此夾緊。
[0063]外殼42具有在下游方向上向外打開的基本上截頭圓錐形形狀，其中葉片間平臺在該外殼42的軸向延伸部中延伸。該外殼包括徑向鉆孔46,用以安裝平衡螺釘以及位于其上游端的凸緣48。圓錐形整流罩50安裝在外殼42的上游部分。更具體地，整流罩50的下游端包括凸緣52,其通過螺釘54固定到外殼42的上游凸緣48。
[0064]葉片10的下游，在葉片10的下游端形成的鉤件120允許軸向保持和接合在延長風機下游氣流26的壓氣機124上游端所形成的槽口 122中。
[0065]這種結構具有上述缺點。特別地，不適于相對小尺寸的風機。
[0066]圖3和圖4示例了根據(jù)該專利申請中研發(fā)的方案的風機的實施方式，并且包括，參考圖3,具有葉片132的圓盤56,葉片的根部138接合在圓盤56的外圓周的基本上軸向溝槽58 中，并且在圖4的情況下，圓盤56與葉片132形成單件。[〇〇67]圓盤56繞著渦輪機的軸線130布置，并且由下游傳動軸208驅動旋轉。[〇〇68] 更具體地，圓盤56連接截頭圓錐形壁210,該壁210在圓盤56下游延伸和封閉。截頭圓錐形壁210的下游端連接圓柱形壁212,其內(nèi)表面包括圓周地并排地布置的軸向花鍵214。 直接地連接圓盤56的這些花鍵214通過與傳動軸208的外表面上所布置的匹配花鍵216正向互鎖而接合。[〇〇69] 軸208具有形成在花鍵214、216下游的其外表面上的第一環(huán)形肩部218,該肩部218 通過軸向鄰接抵靠圓柱形壁212的下游端相互作用，該圓柱形壁212連接圓盤56和承靠花鍵 214。形成在花鍵214、216上游的第二環(huán)形肩部220處于軸向鄰接抵靠環(huán)形邊緣222,該環(huán)形邊緣222從截頭圓錐形壁210朝內(nèi)徑向地延伸。
[0070]螺母224與軸208的上游端外表面上所形成的螺紋226相互作用以及在下游方向上軸向地?？坑趶较颦h(huán)形邊緣222,因此后者以及圓柱形壁212的下游端不能與它們鄰接抵靠軸208的肩部218、220分開。通過這種方式，圓盤56相對于傳動軸208被軸向地、徑向地和圓周地被限制。[〇〇71]通過花鍵在圓盤56和軸208之間的這種安裝具有上述的機械強度的優(yōu)點，特別地對于小尺寸風機而言。
[0072]在圖3的具體情況下，每個風機葉片132包括在其徑向內(nèi)端連接根部138的葉片體 136,根部138接合在形狀與圓盤56匹配的基本上軸向的溝槽58中，該溝槽58形成在圓盤56 的兩個凸肋140之間和允許該葉片132徑向地保持在圓盤56上。[〇〇73] 通過參考圖5至圖9,以及在葉片132上游布置的下述裝置74、86、70、96，風機葉片 132軸向地保持在圓盤56的溝槽58中。[〇〇74]墊片142插置在每個葉片132的根部138和圓盤56的相應溝槽58的底部，以固定葉片132徑向地在圓盤56上。[〇〇75]葉片間平臺134圓周地插置在葉片132之間。葉片間平臺134在溝槽58之間形成壁， 該壁內(nèi)部地界定進入渦輪機的空氣流144,并且包括與圓盤56上所提供的匹配裝置相互作用的裝置，以將平臺固定到圓盤上。
[0076]葉片132由外環(huán)形殼體146所環(huán)繞，其界定渦輪機的進氣口。外殼體146包括內(nèi)環(huán)形壁148,其外部地界定進入渦輪機的空氣流144,并且葉片132的外端相對于內(nèi)環(huán)形壁148圓周地旋轉。
[0077]所示例的風機的轂比率對應于渦輪機的軸線130和葉片132前緣處空氣流144的內(nèi)界限之間的距離B除以渦輪機的軸線130和葉片132外端之間的距離A。已經(jīng)設計了所示例的風機，以獲得可以在0.25和0.27之間的轂比率，而距離A具有450和600mm之間的數(shù)值。這種轂比率的選擇涉及使用圓盤，在凸肋的頂部的其外界限是115mm和145mm之間的距離軸線 130的距離C。[〇〇78]最后，將隨后描述的葉片132的軸向保持的裝置74、86、70、96是足夠有效的，以致于不像圖1和圖2中所示例的現(xiàn)有技術的風機，在圖3中所示例的根據(jù)本發(fā)明的風機沒有布置在葉片132下游的用于葉片132軸向保持的鉤件。相反，如可以看到的，布置在風機圓盤56 下游的低壓壓氣機150直接地鄰接抵靠于葉片的根部138的下游端和圓盤的凸肋140。因此， 不再有與下游鉤件接合有關的凸肋的任何徑向深度限制。[〇〇79]因此，溝槽58徑向地比適于葉片軸向保持的鉤件安裝的溝槽更窄，具有18mm和 22_之間的深度D。用于保持葉片根部138徑向地鄰接抵靠凸肋140的墊片142也是徑向地更薄的。凸肋140,由此不太細長，在這種情況下足夠緊湊，以抗變形和破裂。凸肋140的這種抗性增加允許由鈦合金制造圓盤，該鈦合金比例如，鉻鎳鐵合金輕。
[0080]而且，考慮由于溝槽高度改變所引起新的圓盤重量分布，已經(jīng)形成圓盤56的內(nèi)壁， 以具有圓盤56的平衡輪廓152,其不同于現(xiàn)有技術具有“韭蔥式”的圓盤的平衡輪廓。該壁的輪廓152具有在下游方向向外打開的截頭圓錐形形狀以及由鉸孔形成。與圓盤成比例，該平衡輪廓152小于“韭蔥式”延伸朝向渦輪機內(nèi)，達到包含在60mm和70mm之間本發(fā)明環(huán)境內(nèi)所包含的最小半徑E，這表示圓盤的內(nèi)界限。因此，該平衡輪廓152徑向地定位在螺母224的外偵I螺母224用于夾緊圓盤56到傳動軸208。因此，該輪廓152允許體積更大的工具通過位于圓盤56軸線130周圍和安裝風機必需的用于上游軸向到達的空間。
[0081]在圖4的特定情況下，圓盤56與葉片132形成單件，其中葉片從圓盤56的外表面57 延伸。因此，不需要形成葉片的軸向固定裝置。可用使用螺母224在傳動軸208上進行圓盤56 的具體安裝，就像圖3中平衡輪廓152可用通過相同方式形成一樣。
[0082]現(xiàn)在參考圖5到9,其更具體地示例了在參考圖3所描述的情況下葉片的軸向保持裝置。該圓盤包括沒有平衡“韭蔥式”和上游延長有環(huán)形部分的環(huán)形邊緣60,該環(huán)形部分包括在邊緣的上游面和朝向外側延伸的徑向邊緣64之間界定的環(huán)形凹部。環(huán)形部分的上游端包括距離邊緣64—段距離朝內(nèi)徑向地延伸的凸緣66,并且該凸緣66包括在它的整個圓周上有規(guī)律地分布的軸向孔洞68,螺釘70、72通過該軸向孔洞68。邊緣64是圓齒或齒形的，并且包括與中空部分交替的實心部分。[〇〇83]風機轉子在上游方向上裝配有在圓盤上的葉片軸向保持裝置。這些裝置包括安裝在圓盤56的環(huán)形凹部62中和形成葉片轉子的軸向鄰接的法蘭74。
[0084]法蘭74包括在下游方向上向外打開的基本上截頭圓錐形的壁76,該壁76的厚度在下游方向上增加。法蘭74在其下游端由鄰接抵靠葉片的徑向面78所界定。法蘭74的下游端包括圓齒或齒形的內(nèi)環(huán)形邊緣80,并且包括與中空部分交替的實心部分，以及具有基本上匹配于圓盤56的邊緣64形狀的形狀，以允許通過相對于圓盤56的法蘭74的軸向平移、旋轉， 在環(huán)形凹部62中安裝和移除法蘭74,以及通過法蘭的邊緣80的實心部分鄰接抵靠圓盤的邊緣64的實心部分，在圓盤的凹部62中軸向固定法蘭74。[〇〇85]法蘭74最后包括在其上游邊緣上的緣垛82或者與實心部分84交替形成的中空部分。
[0086] 通過環(huán)86固定法蘭74防止旋轉，該環(huán)86包括由內(nèi)和外圓柱形面所界定的圓柱形部分88。外面包括突出部90,該突出部90徑向地向外以及沿著圓柱形部分88的所述外表面圓周地延伸和插入在法蘭74的上游邊緣的緣垛82中，提供了鄰接抵靠法蘭74的上游邊緣的實心部分84,以確保鎖定防止旋轉。環(huán)的上游邊緣連接徑向向內(nèi)延伸的耳狀物92,該耳狀物92 形成有螺釘穿過的孔洞94。這些耳狀物位于上游軸向緊靠圓盤56的凸緣66,以致于耳狀物 92的孔洞94對準凸緣66的孔洞68,并且環(huán)的圓柱形部分88從外側軸向鄰接抵靠圓盤的凸緣 66。用尚合金鋼實施環(huán)86,以承受破損。[〇〇87]因此，法蘭74通過其實心部分84鄰接抵靠環(huán)的突出部90而被固定防止旋轉。[〇〇88]例如，由鋁制造的圓錐形的整流罩96固定于圓盤12。為此目的，整流罩96包括在其中間部分中的內(nèi)環(huán)形邊緣98,其中軸向孔洞100(通孔)形成在該內(nèi)環(huán)形邊緣98中(圖7)，與位于環(huán)86的兩個的上孔洞94相對，對準圓盤56的凸緣66中一些孔洞68。這些孔洞100具有穿過其的螺釘70,與安裝抵靠于圓盤56的凸緣66的下游部分的螺母102相互作用，以及允許將整流罩96、環(huán)86和圓盤56連接在一起。整流罩96的下游部分覆蓋了環(huán)86和法蘭74,以致于葉片間平臺所限定的內(nèi)流26在整流罩96的下游部分的軸向延長中延伸。[〇〇89]如圖9中可以看到的，與圓盤56的凸緣66中其它孔洞68相對定位的除了一個孔洞以外的環(huán)的所有其它孔洞94也具有螺釘72穿過，該螺釘72與螺母104相互作用，并且只用于將環(huán)86固定到圓盤56上。這些螺釘?shù)念^部安裝在整流罩96的內(nèi)邊緣98中所形成的盲孔106 中。
[0090]整流罩96的內(nèi)邊緣98也包括在下游方向上延伸的圓柱形頸部凸緣108,其端部承靠于圓盤的凸緣66的內(nèi)端。
[0091]整流罩96還包括徑向螺紋110,用于安裝平衡螺釘，就像現(xiàn)有技術所熟悉的。為了確保這些螺釘?shù)恼_定位，需要轉正整流罩96相對于風機轉子的定位。為此，如圖8中所示例的，轉正銷112安裝在環(huán)的最后孔洞94中，對準圓盤56的凸緣66中的孔洞68。銷112包括安裝在整流罩96的內(nèi)邊緣98的盲孔114中的頭部116，其中確定銷112的頭部116的直徑，這樣它不能插入到另一個盲孔106中，提供該盲孔106安裝螺釘72的頭部。[〇〇92]現(xiàn)在參考圖10和圖11，其表示墊片142,其中該墊片142已經(jīng)適合溝槽58的深度的減小。每個墊片更具體地采用兩側面的片154形式，位于沿著風機的軸線和抵靠于溝槽58之一的底部放置。該墊片在軸向、徑向和圓周方向三個方向對稱，這避免了任何安裝錯誤。墊片的每個側面具有其側向邊緣156或圓周邊緣，它們被倒角，其中每個倒角158與一個側面形成10°的角度。每個徑向地相對側面154的倒角158在墊片的側向端連接，形成墊片的兩個側向邊緣156。墊片的側面154和倒角158之間的連接角度被變緩以顯示1.50mm和1.80mm之間的曲率半徑，以及更具體地等于1.65_的曲率半徑。形成墊片的側向邊緣156的各個倒角 158之間的連接角度被變緩以顯示0.45mm和0.75mm之間的曲率半徑，并且更具體地等于 0.6mm的曲率半徑。每個墊片142具有1mm和3mm之間的徑向厚度更具體地等于2mm的徑向厚度，并且17.0mm和18.2mm之間的側向尺寸，并且更具體地等于17.6mm的側向尺寸。
【主權項】
1.一種風機，特別地用于渦輪機，諸如噴氣發(fā)動機的風機，包括在進氣口處的風機葉片 (132)、環(huán)形殼體、繞著渦輪機的軸線(130)旋轉和承載葉片的轂，在該轂內(nèi)部地界定和該環(huán) 形殼體(146)外部地界定的環(huán)形流(144)中，它相對于所述軸線徑向地延伸，其中所述風機 具有900mm和1550mm之間數(shù)值的進氣口直徑(A)，該進氣口直徑對應于包含葉片徑向外端的 圓形的直徑，并且所述風機具有0.20和0.265之間數(shù)值的轂比率，該轂比率對應于在風機葉 片前緣的徑向內(nèi)端處的流的內(nèi)界限的直徑除以進氣口直徑的比率。2.根據(jù)權利要求1所述的風機，其特征在于:進氣口直徑在900mm和1200mm之間。3.根據(jù)權利要求1或2所述的風機，其特征在于:該轂包括與葉片(132)構造為單件的風 機圓盤(56)。4.根據(jù)權利要求1或2所述的風機，其特征在于:該轂包括風機圓盤(56)，該風機圓盤 (56)在外圓周包括與溝槽(58)交替形成的基本上軸向的凸肋(140)，其中葉片(132)的根部 (138)接合在該溝槽(58)中。5.根據(jù)權利要求3或4所述的風機，其特征在于:圓盤包括與居中于軸線(130)上的下游 傳動軸(208)的環(huán)形排的軸向花鍵(216)相互作用的圓盤(56)的環(huán)形排的軸向花鍵(214)， 以確保圓盤與軸之間的扭矩傳遞。6.根據(jù)權利要求5所述的風機，其特征在于:圓盤(56)的花鍵(214)形成在圓盤的圓柱 形壁(212)的內(nèi)表面上，其中所述圓柱形壁(212)圍繞傳動軸(208)。7.根據(jù)權利要求6所述的風機，其特征在于:圓柱形表面(212)形成在圓盤(56)的下游 端，并且通過上游方向上向外打開的截頭圓錐形壁(210)連接圓盤的其余部分。8.根據(jù)權利要求5至7中任一權利要求所述的風機，其特征在于:至少一個環(huán)形肩部 (218、220)形成在傳動軸(208)的表面上，并且在下游軸向鄰接抵靠圓盤(56)的擋塊(212、 222) 〇9.根據(jù)權利要求8所述的風機，其特征在于:由圓柱形壁(212)的下游端和/或在截頭圓 錐形壁(210)內(nèi)延伸的徑向環(huán)形邊緣(222)形成擋塊(212、222)。10.根據(jù)權利要求8或9所述的風機，其特征在于:螺母(224)設置在軸(208)上游端外表 面的螺紋上，并且從上游方向形成在至少一個圓盤(56)擋塊上的軸向鄰接，以保持擋塊軸 向地夾緊在所述螺母和軸(208)的肩部(220)之間。11.根據(jù)權利要求10所述的風機，其特征在于:螺母(224)具有105mm和135mm之間，并且 優(yōu)選地115mm和12 .5mm之間的直徑。12.根據(jù)前述權利要求中任一權利要求所述的風機，其特征在于:圓盤(56)具有由凸肋 (140)的外端所形成的外界限和由圓盤的平衡輪廓的內(nèi)端所形成的內(nèi)界限，該外界限的直 徑在245mm和275mm之間，該內(nèi)界限的直徑在120mm和140mm之間。13.根據(jù)權利要求1至11中任一權利要求所述的風機，其特征在于:圓盤(56)具有由凸 肋(140)的外端所形成的外界限，該外界限的直徑在245mm和275mm之間，以及圓盤的溝槽 (58)具有在溝槽(58)底部和凸肋(140)頂部之間18_和22_之間數(shù)值的徑向尺寸。14.根據(jù)前述權利要求中任一權利要求所述的風機，其特征在于:具有1mm和3mm之間徑 向厚度的墊片(142)徑向地插置在所述葉片根部(138)之一和所述溝槽底部(58)之一之間。15.根據(jù)權利要求12至14中任一權利要求所述的風機，其特征在于:向下游打開的截頭 圓錐形的內(nèi)鉆孔形成圓盤(56)的平衡輪廓，其中該鉆孔的上游端形成圓盤的內(nèi)界限。16.根據(jù)前述權利要求中任一權利要求所述的風機，其特征在于:圓盤具有17和21個之 間的葉片，優(yōu)選地.18和20個之間的葉片。17.前述權利要求中任一權利要求所述的風機，其特征在于:圓盤由鈦合金制造，并且 更具體地由TA6V或TU7 (TA5CD4)合金制造。18.—種渦輪機，諸如噴氣發(fā)動機，其特征在于:它包括根據(jù)前述權利要求中任一權利 要求所述的風機。
【文檔編號】F01D5/34GK105992876SQ201480065284
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2014年11月26日
【發(fā)明人】勞倫特·雅布隆斯基, 菲利普·杰拉德·埃德蒙·喬利, 克里斯托弗·波德里根, 達米恩·墨爾樂, 哈維·波海爾
【申請人】斯奈克瑪