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      具有主動間隙控制的轉(zhuǎn)子葉片、旋轉(zhuǎn)組件及其操作方法與流程

      文檔序號:11447169閱讀:290來源:國知局
      具有主動間隙控制的轉(zhuǎn)子葉片、旋轉(zhuǎn)組件及其操作方法與流程

      本發(fā)明涉及一種用于飛機(jī)渦輪發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片、用于渦輪發(fā)動機(jī)的包括多個此種葉片的旋轉(zhuǎn)組件、用于操作這種旋轉(zhuǎn)組件的方法以及用于制造該種葉片的方法。



      背景技術(shù):

      優(yōu)選的渦輪發(fā)動機(jī)是飛機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)。

      文獻(xiàn)ep0708227公開了一種現(xiàn)有技術(shù),并且審查了與渦輪發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的密封有關(guān)的各種可能的問題。

      因此,為了確保飛機(jī)渦輪發(fā)動機(jī)的最大性能,必須使這種渦輪發(fā)動機(jī)的多個固定零件和旋轉(zhuǎn)零件之間的氣體泄漏最小。

      文獻(xiàn)ep2182174公開了一種間隙控制器,其中葉片的一端設(shè)置有固定密封件。與圍繞葉片的殼體連接的萬向節(jié)可以通過包括機(jī)械鉸接件的可移動機(jī)械連接器與固定密封件接觸。

      文獻(xiàn)de102004050739公開了一種渦輪發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片,該渦輪發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的一端通過能夠沿徑向平移運(yùn)動的機(jī)械連桿設(shè)置有與葉片頭部的區(qū)域相關(guān)聯(lián)的密封件。

      在本文獻(xiàn)中,如在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中,術(shù)語上游(am)和下游(av)被定義為使得上游沿著軸向定位在其中來自渦輪發(fā)動機(jī)的一般流動流所來自的一側(cè)上,下游沿著軸向定位在相同流流動到的一側(cè)上。并且術(shù)語“內(nèi)”和“外”相對于上述旋轉(zhuǎn)元件圍繞其旋轉(zhuǎn)的軸線(下面的軸線7)沿著徑向限定,“軸向”和“徑向”相對于相同的軸線7被限定。

      示意性地,沿著所述軸線和下游方向,飛機(jī)渦輪發(fā)動機(jī)通常具有風(fēng)扇、低壓壓縮機(jī)、高壓壓縮機(jī)、燃燒室和連續(xù)的高壓和低壓渦輪機(jī)。

      特別是,渦輪機(jī)各自包括固定零件或定子以及圍繞限定也設(shè)置有葉片的轉(zhuǎn)子的縱向中心軸線旋轉(zhuǎn)的零件。

      因此,眾所周知,圖1的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)或渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)的低壓渦輪機(jī)1包括幾個布置在殼體5內(nèi)部的渦輪機(jī)葉輪3,并圍繞渦輪發(fā)動機(jī)的中心軸線7旋轉(zhuǎn),該渦輪發(fā)動機(jī)在固定的噴嘴環(huán)9的下游設(shè)置有一系列固定葉片。各葉輪3包括在其外周設(shè)置有移動葉片13的盤11。

      如圖2最佳所示,其也示例了現(xiàn)有技術(shù),各盤11包括在其外周邊與凹槽或凹部25交替設(shè)置的齒23,其中葉片根部26沿著軸向接合并沿著徑向保持,該葉片從在來自燃燒室15的熱氣流的環(huán)形流動噴口27中的凹部25沿著徑向延伸。

      更具體地,各葉片體17從外側(cè)向內(nèi)沿著徑向包括葉片19、基本上垂直于葉片伸長軸線而延伸的平臺29和將該平臺連接到葉片根部26的柱31。葉片根部沿著徑向固定在凹部25中。平臺29沿著周向端部對端部排列設(shè)置,以便一起限定在渦輪機(jī)中循環(huán)的熱氣流動流的參考內(nèi)部極限。

      如以前在文獻(xiàn)ep0708227中所述,各葉片13可以由纖維織物制成,在在葉片外部的該纖維織物的一部分是刷子(或刷密封件)21。

      當(dāng)葉片6旋轉(zhuǎn)時,刷子21摩擦殼體5的軌道,該殼體圍繞葉片限定由一個或多個部分制成的固定的圓周包絡(luò)線。

      為了促進(jìn)如圖3中示意性所示的密封,由內(nèi)部地連接到殼體5的耐磨材料制成的一系列塊22可超過其外周邊沿著徑向面對刷密封件21。

      這里提出的本發(fā)明是一種替代方案,具體涉及使用可能難以在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)的刷子的這種已知的解決方案,更重要的是,在低壓渦輪機(jī)的情況下,熱應(yīng)力可能是額外的挑戰(zhàn)。事實(shí)上,必須考慮到刷子的耐溫性問題,對于該刷子,選擇材料是一個問題。

      還考慮了預(yù)測兩個接觸零件之間的磨損和計劃維護(hù)的問題。

      關(guān)于文獻(xiàn)ep2182174和de102004050739,還考慮了以下內(nèi)容:

      易于安裝葉片,

      在實(shí)施和/或維護(hù)方面應(yīng)用是實(shí)用的解決方案。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      這就是為什么本發(fā)明提供了一種發(fā)動機(jī)葉片,該葉片包括局部地限定在徑向外端處設(shè)置有葉片頭部的葉片的主體,并且還包括至少一個密封元件,該密封元件通過一個機(jī)械連桿與葉片頭部的區(qū)域連接,該機(jī)械連桿能夠在靜止位置和活動位置之間移動,其中該密封元件沿著徑向從葉片頭部突出,該可移動機(jī)械連桿包括密封件。

      因此,在過大的徑向力的情況下,密封元件將能夠脫出,從而避免其接觸和/或損壞密封元件本身的材料的任何不適當(dāng)?shù)哪p。

      包括優(yōu)選地自由的樞轉(zhuǎn)連桿的可移動機(jī)械連桿將能夠進(jìn)行“自我調(diào)節(jié)”,無論葉片是繞軸線7旋轉(zhuǎn)還是靜止。

      為了有利于和確保這種葉片的生產(chǎn),推薦葉片頭部限定根部,這些根部整合在所制造的葉片中,或者連接并固定至其。以已知的方式,根部是一種圍繞葉片的外端形成邊緣的小平臺。因?yàn)樗鼈兺ǔ@一套葉片沿著周向并排放置,因此根部一起限定了通過葉片之間的氣體流動流的外部邊界,該葉片的根部連接到驅(qū)動這種葉片的中心盤。

      還為了幫助控制接觸零件之間的磨損并因此進(jìn)行維護(hù),還建議移動的密封元件應(yīng)由復(fù)合材料制成。

      在結(jié)構(gòu)上,還建議,對于所述可移動機(jī)械連桿:

      密封元件應(yīng)具有基部并且葉片頭部具有突出部,

      基部和突出部中的一個應(yīng)當(dāng)限定凹形碗,其中突出部和基部中的另一個的外部凸形將被接合。

      因此,提供了在平移和聯(lián)合中的固定。

      為了有利于密封元件基部的基部的整體和固體制造,建議該密封元件基部應(yīng)該具有外部凸形,外部凸形然后可移動地接合到葉片頭部的凹形碗中。

      再次以結(jié)構(gòu)說明,所述凹形碗優(yōu)選地具有開口,其中所述外部凸形將被接合,該開口的邊緣相對于所述葉片頭部限定用于所述外部密封元件的移動性的鄰接部分。關(guān)于渦輪發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)組件也在此涉及,建議其應(yīng)包括:

      轉(zhuǎn)子盤,所述轉(zhuǎn)子盤安裝成使得其能夠圍繞發(fā)動機(jī)的縱向軸線旋轉(zhuǎn)并且在其外周上具有凹槽,

      如上所述的一系列轉(zhuǎn)子葉片,每個轉(zhuǎn)子葉片都連接到轉(zhuǎn)子盤,以及

      固定殼體,所述固定殼體設(shè)置有例如由耐磨材料制成的圍繞葉片密封元件的接觸塊,這些元件可相對接觸塊移動,而不一定彎曲。

      根據(jù)密封元件/葉片頭部的期望的移動性,在每個轉(zhuǎn)子葉片上,該密封元件或各密封元件優(yōu)選可相對于葉片頭部至少沿著基本上橫向于軸線的軸線移動,轉(zhuǎn)子盤可圍繞該軸線旋轉(zhuǎn)地安裝。

      關(guān)于本發(fā)明的一個方面進(jìn)一步涉及的這種旋轉(zhuǎn)組件的操作方法,有利地設(shè)置的是,所述可移動的密封元件均將僅以葉片的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度與接觸塊接觸。

      而且,另外或不除此之外,所述可移動密封元件應(yīng)當(dāng)有利地可變地傾斜,而不必相對于接觸塊彎曲,

      基于所述葉片旋轉(zhuǎn)速度、所述葉片中的至少一個的溫度和所述塊體內(nèi)部固定到其的殼體的冷卻中的至少一個,和/或

      根據(jù)耐磨材料的磨損,該耐磨材料將比制成密封元件的材料柔軟。

      關(guān)于上述類型的轉(zhuǎn)子葉片的制造,在本申請中建議如下:

      轉(zhuǎn)子葉片應(yīng)通過使凹形碗橫向于葉片的縱向軸線定向來提供,

      各密封元件應(yīng)分開制造,以及

      凹形碗和外部凸形應(yīng)通過滑動接合在一起。

      這種滑動有利地是自由的,使得優(yōu)選通過抵靠相鄰葉片來獲得最終鎖定的固定。

      附圖說明

      應(yīng)當(dāng)更好地理解本發(fā)明,并且在參照附圖的同時在閱讀通過非限制性示例給出的以下描述時,本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見,其中:

      涉及現(xiàn)有技術(shù)的圖1、圖2和圖3因此分別是低壓渦輪機(jī)的軸向截面示意性半視圖、各通過它們的下端接合到一個轉(zhuǎn)子盤的凹部中的葉片的立體圖以及如ep0708227中公開的刷密封件的前視圖;

      圖4是根據(jù)本發(fā)明的葉片頂部的截面的軸向局部示意圖,該葉片與然后靜止的固定低壓渦輪機(jī)殼體的有關(guān)部分相對;

      圖5是與圖4相同的區(qū)域的局部立體圖,其中渦輪旋轉(zhuǎn);

      圖6和7是與圖4相同的視圖,但渦輪分別以中等速度和最高速度旋轉(zhuǎn);以及

      圖8是可替代實(shí)施例。

      具體實(shí)施方式

      根據(jù)本發(fā)明,如上所述,在此公布的方案因此需要以另一方案來替換圖1和3的實(shí)施例中的刷密封件,該另一方案不使用如ep0708227中提到的復(fù)合材料來制造各葉片。

      圖4和下文示意性地示出了這種方案的可能的實(shí)施例。與前面附圖中相同的元件在仍然使用相同的附圖標(biāo)記,但葉片的修改部分具有增加一百的附圖標(biāo)記。因此,葉片13變?yōu)?30,其可以代替圖1中的葉片,并且各葉片關(guān)于它們的內(nèi)部部分如圖2中示意性地進(jìn)行設(shè)計。

      除了它可以是金屬的,例如鍛造或鑄造的事實(shí)外,各轉(zhuǎn)子葉片130,當(dāng)然繞軸線7旋轉(zhuǎn),均包括主體170,該主體170局部地限定葉片190,葉片190在徑向外端處設(shè)置有葉片頭部33,即,該端部適于(整體地或附加地)設(shè)置有至少一個密封元件39。

      優(yōu)選地,各葉片頭部33將由根部330限定或包括根部330,更具體地可以在圖5中看到其可能的圖示。

      因此,存在一個小平臺,其限定了在所考慮的葉片的徑向外端處的一個邊緣。

      通常,所有這些根部330形成一圍繞輻射葉片190的環(huán),并將環(huán)形流動流27向外引導(dǎo)。

      在下面的描述中,已經(jīng)結(jié)合圖4至圖7所示的實(shí)施例而不限制地考慮了這樣的根部存在于各葉片上。

      因此,在其根部的徑向外端之外,各葉片130包括至少一個,這里是兩個的密封元件,其中所述密封元件39延伸,使得所考慮的外部密封元件的自由端可以或多或少地從根部沿著徑向向外間隔開,如比較圖4、6和7時所看到的那樣。

      具體說,這種能力在這里由至少一個,這里是兩個的可移動的機(jī)械連桿37提供,所述機(jī)械連桿37設(shè)置在根部的至少一個區(qū)域35,這里是兩個區(qū)域35,與密封元件39之間。

      因此,通過經(jīng)由其可移動的機(jī)械連桿37改變密封元件39的特定徑向位置,可以在每個根部330與由耐磨材料制成的塊22所考慮的優(yōu)選示例中限定的相對殼體或外殼的軌道之間適應(yīng)周邊密封件。

      預(yù)測兩個接觸零件之間的磨損以及計劃維修的問題也將不再是一個問題,如圖所示,各可移動的機(jī)械連桿37均包括一密封件,該密封件通過樞轉(zhuǎn)在過度力的情況下使所涉及的密封元件39縮回。

      在圖4至圖6的優(yōu)選實(shí)施例中,各可移動的機(jī)械連桿37因此包括一銷密封件,各機(jī)械連桿分別圍繞基本上橫向于軸線7的軸線41a,41b可旋轉(zhuǎn)地安裝。

      此外,為了在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)所述可移動的機(jī)械連桿或各可移動的機(jī)械連桿,特別推薦如圖6和8中所示的結(jié)構(gòu):

      -密封元件39應(yīng)當(dāng)具有基部39a,根部330在其外表面33b上具有突出部33a,

      -基部和突出部中的一個應(yīng)限定一凹形的碗43,突出部和基部中的另一個的外部的凸形45接合于該碗43中。

      另外,也為了確保良好的機(jī)械強(qiáng)度和容易的制造和維修,推薦各密封元件39均應(yīng)替代地具有如圖4至圖7的實(shí)施例中所示的外部凸起的基部39a,該外部凸起的基部39a可移動地接合到根部330的凹形的碗43中。

      各基部39a優(yōu)選徑向向外通過具有葉片形狀的部分39b延伸,所述部分39b適于在其自由端處與圓形扇形件一起接靠與相鄰其的軌道相對的面22a,在該優(yōu)選例子中其屬于所涉及的塊22。

      為了促進(jìn)密封運(yùn)動,或者更通常地,為了確保外部的密封元件39相對于根部330的移動性,匹配的凹形的碗43應(yīng)優(yōu)選具有一開口47,外部的凸形45將接合在該開口47中。

      各開口47的邊緣可以相對于根部330沿著橫向限定外部密封元件39的鄰接部分,例如圖6中的49a,49b。

      如圖4至圖6中所示,轉(zhuǎn)子葉片130的各根部330優(yōu)選包括兩個外部密封元件39,一個在上游,另一個在下游,從而形成雙重屏障。

      為了結(jié)合亮度、機(jī)械強(qiáng)度以及易于制造和維修,還建議每個密封元件39應(yīng)由例如陶瓷基復(fù)合物或cmc的復(fù)合材料制成。

      這種方案將更具體地并與上述現(xiàn)有技術(shù)中的刷21的方案相反,使得密封元件39可相對于由耐磨材料制成的塊22移動,而不一定彎曲,上述移動性不必須引起彎曲。

      當(dāng)靜止時,如圖4中所示,密封元件39所顯示的元件通過重力抵靠它們的一個鄰接部分49a,49b上。

      相反,當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,匹配的密封元件39進(jìn)一步沿著徑向提升,如圖6,7中所示。

      下游鄰接部分49b也可以如此定位,使得匹配的密封元件39不能超過徑向方向51,使得其在轉(zhuǎn)子正在旋轉(zhuǎn)時總是阻止氣體沿著下游方向在該區(qū)域中流動。

      作為該操作的一部分,所述可移動的密封元件39將根據(jù)葉片130的旋轉(zhuǎn)速度,優(yōu)選相對于主體170,特別是相對于所涉及的根部330傾斜,同樣不必彎曲,特別是相對于由耐磨材料制成的所考慮的塊22變化地。

      在這方面,圖5,6中顯示,相對于圖4的靜止位置,當(dāng)渦輪以中等速度旋轉(zhuǎn)時(圖6),而不是以較高速度旋轉(zhuǎn)(圖7),特別是以滿額定速度(假定密封塊22處于良好狀態(tài))旋轉(zhuǎn)時,可移動的密封元件39于是在操作位置相對于徑向軸線51更向外傾斜。這是由于所發(fā)生的不均勻膨脹,以及隨后在根部33與密封塊22之間發(fā)生的徑向近似。還應(yīng)注意,葉片頭部與匹配的耐磨環(huán)之間的由塊22的圓周布置限定的距離將取決于葉片的旋轉(zhuǎn)速度,但經(jīng)由或多或少的燃料的噴射和/或高負(fù)荷的持續(xù)時間和/或渦輪高轉(zhuǎn)速也取決于其他的操作條件,例如預(yù)期的發(fā)動機(jī)功率輸出。

      因此,圖7中的上述距離比圖6中的距離短,因此該可移動的密封元件39在圖6中比在圖7中更傾斜于徑向方向51。

      而且,相同的移動的密封元件39將根據(jù)耐磨材料的磨損而相對于密封塊22可變地傾斜,同樣不必彎曲。下游鄰接部分49b的位置使得匹配的密封元件39將不能超過有關(guān)的徑向方向51。

      作為圖4至7的實(shí)施例的替代方案,圖8顯示一(非優(yōu)選的)方案,其中:

      -密封元件39具有基部39a,根部330在其外表面33b上具有一突出部33a,

      -該基部限定一凹形的碗43,根部的突出部33a的外部凸形45接合在該碗43中。

      現(xiàn)在討論關(guān)于接合的密封元件39,特別是對于所示的銷密封件的安裝將通過配合滑動各密封元件(軸線41a,41b)獲得,這如在燕尾安裝的情況下符合樞轉(zhuǎn)(優(yōu)選自由地旋轉(zhuǎn))所需的微小間隙。優(yōu)選通過所考慮的密封元件接靠相鄰的葉片而獲得滑動鎖定,如在圖5中可以理解的那樣。

      關(guān)于可以制造各接觸塊22的耐磨材料,其優(yōu)選由比密封元件39的材料更軟的材料制成。這些可以由陶瓷基質(zhì)復(fù)合物或cmc制成,具有與上面提到的相同的優(yōu)點(diǎn)。

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