CN100510349C - 装配燃气涡轮发动机的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种燃气涡轮发动机(16)的风扇组件(32)，包括：多个连接在一起的风扇叶片(40)，使所述风扇叶片排列成围绕一转子盘(74)延伸的一圆周排(52)，其中，每一个所述风扇叶片包括一个翼面，该翼面包括在前缘(42)和后缘(44)处连接在一起的第一侧壁和一第二侧壁并且每个所述风扇叶片在根部(46)和顶部(48)之间径向延伸；至少一个与所述多个风扇叶片顶部中的至少一个顶部连接，并围绕该转子盘沿圆周方向延伸的覆环(60)；和至少一排从所述至少一个覆环向外沿径向延伸的转子叶片(90)；每个所述转子叶片包括一个翼面，该翼面包括在前缘(92)和后缘(94)处连接在一起的一第一侧壁和一第二侧壁。

Description

装配燃气涡轮发动机的方法和装置
发明领域
本发明总的涉及燃气涡轮发动机；尤其涉及装配燃气涡轮发动机的风扇组件的方法和装置。
背景技术
飞机发动机设计的一个关键问题可能是推进系统的安装和与飞机系统的整体化。例如，称为推进系统的前面区域的推进系统前缘处的横截面面积对飞机系统的总的性能影响很大。具体地说，减小发动机的前面区域一般可使将该推进系统安装在机身或发动机舱中变得简单。另外，如果减小发动机的前面区域，则该发动机的总重量也减小。
在至少是一些已知的发动机内，风扇组件影响和/或决定该正面区域的尺寸。更具体地说，已知的风扇组件的尺寸作成可以达到预先确定的工作要求，例如，风扇入口半径比和/或单位流量。一般，该风扇入口半径比为一个机械约束因素，其中，从该风扇组件得到的气流输出直接与风扇组件的级的飞轮速度连接，并可能受到用于制造该风扇组件的材料的限制。相反，该风扇组件的单位流量可以受空气动力学约束的限制。
其他已知的发动机包括称为Flade的“叶片上的风扇”(fan-on-blade)，可使飞机系统的总的要求，例如商用超音速飞机的降低噪声和发动机至入口的气流兼容。在这些发动机中，由于这些下游级的入口半径比增加，因此，风扇叶片一般与该风扇组件的最后一级连接。虽然有利，但Flade的使用可能受到限制。更具体地说，因为发动机前面区域小的发动机的下游转子的顶部速度较高，因此不能将Flade用在发动机前面区域小的发动机中。
发明概述
在一个方面中，提供了装配燃气涡轮发动机的一种方法。该方法包括在一个圆盘中排成一排的多个风扇叶片，其中，每一个风扇叶片包括在前缘和后缘。第一个侧壁和第二个侧壁连接在一起的一个翼面，和其中每一个翼面在径向在一个根部和一个顶部之间延伸。该方法还包括使至少一个覆环与多排风扇叶片中的至少一排连接，使该覆环与在同一排风扇叶片内延伸的至少一个风扇叶片顶部连接。另外，还包括使至少一个风扇叶片顶部连接。另外，还包括使至少二排转子叶片与该覆环连接，使该转子叶片沿径向从该覆环伸出。另外，每一个转子叶片包括在前缘和后缘处，第一个侧壁和第二个侧壁连接在一起的一个翼面。
在另一个方面中，提供了燃气涡轮发动机的一个风扇组件。该风扇组件包括多个连接在一起的风扇叶片，使该风扇叶片排列在围绕一个转子盘延伸的圆周排中。每一个风扇叶片包括在前缘和后缘处，第一个侧壁和第二个侧壁连接在一起的一个翼面；并且每一个风扇叶片沿着径向在一个根部和一个顶部之间延伸。该风扇组件还包括至少一个覆环和至少一排转子叶片。该至少一个覆环与多个风扇叶片顶部中的至少一个顶部连接，并围绕着该转子盘在圆周方向延伸。该至少一排转子叶片在径向从该至少一个覆环向外伸出。每一个转子叶片包括在前缘和后缘处，第一个侧壁和第二个侧壁连接在一起的一个翼面。
在再一个方面中提供了一种燃气涡轮发动机。该发动机包括一个风扇叶片组件。该组件包括多个连接在一起的风扇叶片，使该风扇叶片排列在围绕着转子盘的一个圆周方向排中。每一个风扇叶片包括在前缘和后缘处，第一个侧壁和第二个侧壁连接在一起，并且每一个风扇叶片沿径向在一个根部和一个顶部之间延伸。该风扇组件还包括至少一个覆环。该覆环与多个风扇叶片顶部中的至少一个顶部连接，并围绕着该转子盘在圆周方向延伸。另外，该风扇叶片组件还包括至少二排转子叶片，该叶片沿径向从该至少一个覆环向外伸出。
每一个转子叶片包括在前缘和后缘处，第一个侧壁和第二个侧壁连接在一起的一个翼面。
附图简述
图1为一个示例性的Flade发动机的示意图；
图2为图1所示的Flade发动机的一部分的示意图。
本发明详细说明
图1为具有一条轴向取向的发动机中心线轴线18的一个示例性“风扇在叶片”上或Flade发动机16的示意图。图2为Flade发动机16的一部分的示意图。发动机16包括一个Flade入口20和一个风扇入口22。在发动机工作过程中，发动机入口气流24通过该风扇入口进入。在该示例性实施例中，进入Flade入口20的气流24沿着Flade流26流动，并且进入该风扇入口22气流24沿着风扇流28流动。Flade流26和风扇流28由从风扇入口22向下游延伸的一个风扇壳体30隔开。该风扇流28和Flade流26通过风扇组件32。在该风扇组件32中，气流24被压缩并作为Flade排出气流34和风扇排出气流36向下游排出。排出气流34和36促使在动力发动机16上产生推力。
风扇组件32包括多个风扇叶片40。每一个风扇叶片40包括一个前缘42和一个后缘44，并且在径向在一个根部46和一个顶部48之间延伸。在该示例性实施例中，风扇叶片40排列成二级结构，使该风扇组件32包括具有第一排52的在圆周上隔开的风扇叶片40的第一风扇级50；和具有在圆周上隔开的第二排56的风扇叶片40的第二个风扇级54。第一和第二排52和56分别隔开一个轴向距离58。距离58选择成可以改变的，以便使该风扇组件32满足工作要求和便于减小分别在第一和第二排52和56之间气流22产生的尾流。
在该示例性实施例中，覆环60在第一级50内，沿圆周方向围绕着每一个风扇叶片顶部48延伸，并与该顶部连接。在一个实施例中，覆环60为与第一级50内的每一个风扇叶片顶部48连接的一个环形件。在另一个实施例中，风扇组件32包括多个顶部屏蔽的翼面，使该覆环60包括多个弧形件。每一个弧形件与至少一个风扇叶片顶部48连接，使该弧形件在圆周方向围绕着第一级50延伸。具体地是，每一个弧形件与其他弧形件相邻，以减少在Flade流26和风扇流28之间的空气转换量。覆环60放置在该风扇壳体30中形成的空腔62内，使该覆环60基本上与该风扇壳体30对准。在该示例性实施例中，该覆环60在上游侧64和下游侧66之间延伸，并包括在每一个相应的覆环侧64和66与该风扇壳体30之间延伸的多个密封件68。这样，该覆环60可防止气流从风扇流28流至Flade流26，或相反。
风扇组件的第一级50与第一根轴70可转动地连接，并由第一根轴70驱动；风扇组件的第二级54与第二根轴72可转动地连接，并由第二根轴驱动。第一和第二根轴70和72互相独立地工作，第一根轴70以和第二根轴72的第二回转速度不同的第一回转速度工作。因此，第一级50和第二级54具有不同的工作速度。在该示例性实施例中，第二根轴72的回转速度比第一根轴70快，因此，第二级54的回转速度比第一级50快。另外，在该示例性实施例中，第二根轴72的回转方向与第一根轴70相反。在另一个实施例中，第一级50和第二级54的回转速度和/或回转方向相同。
在该示例性实施例中，风扇流28在该风扇壳体30和转子轮毂74之间形成。另外，风扇流28的风扇入口半径比定义为入口轮毂半径78除以入口顶部半径76。其中，该入口顶部半径76相对于中心线轴线18和风扇叶片顶部48测量，而入口轮毂半径78相对于中心线轴线18和轮毂74与叶片根部46的交点测量。在该示例性实施例中，由于第二级54密度增加的需要，第一级风扇入口半径比比第二级风扇入口半径比小。在一个实施例中，第一级50的风扇入口半径比大约为0.1-0.3。在另一个实施例中，第一级风扇入口半径比大约为0.1-0.15。第一级风扇入口半径比选择得要改善每单位前面面积的流量和发动机16的总的性能，同时要满足总的发动机性能要求。因此，因为与其他已知的发动机比较风扇入口半径比减小，因此第一级50的回转速度和风扇叶片顶部的速度减小。另外，因为第一级50的回转速度减小，第一级50的压力比也减小。因此，为了满足发动机16的总的性能要求，第二级54的回转速度和风扇叶片顶部速度比第一级50的高。
在工作中，风扇流28通过该风扇入口22流动，并且向着该风扇壳体30和轮毂74之间的第一级50流动。当风扇流28穿过第一排50的风扇叶片40时，风扇流28的密度增加。然后，风扇流28穿过第二排56的风扇叶片40，使风扇流28的密度进一步增加。
在该示例性实施例中，在第二排56的下游，发动机16包括一个分束器80。该分束器80将该风扇流28分成一个核心流82和一个旁通流84。更具体地说，该分束器80可将该风扇流28分开，以满足发动机关于推力和气流压力比的总的性能要求。
该风扇组件32还包括多个装Flade的转子叶片90。每一个装Flade的叶片90包括一个前缘92和一个后缘94，并且径向在一个根部96和一个顶部98之间延伸。在该示例性实施例中，叶片90排列成二级结构，使该风扇组件32包括具有第一排102的在圆周方向隔开的装Flade的、叶片90的第一个Flade级100，和具有第二排106的在圆周方向隔开的装Flade的叶片90的第二个Flade级104。在一个实施例中，第一级叶片顶部98的轴向长度108可以在发动机16内与多个Flade级连接(例如，但不限于第一和第二个Flade级100和104)。
在该示例性实施例中，在Flade级100和104内的每一个叶片90均在叶片根部96与覆环60连接，并沿径向从该覆环60向外伸出。在一个实施例中，每一个装Flade叶片90通过焊接方法(例如，但不限于感应焊接方法)与该覆环60连接。在另一个实施例中，Flade叶片90整体地与该覆环60一起形成。在该示例性实施例中，Flade级100和104与风扇组件的第一级50连接。在另一个实施例中，Flade级100和104内的每一个叶片90与风扇叶片40的另一级连接。在再一个实施例中，Flade级100和104与不是第一级50或第二级54的风扇叶片40的不同级连接。在再一个实施例中，风扇组件32包括多于或少于二个Flade级。另外，在该示例性实施例中，因为在第一级50内的叶片40的回转速度较低，可以选择Flade叶片90在叶片根部96和叶片顶部98之间延伸的径向高度110，以改善Flade流28的效率，同时减小超过顶部速度限制的危险。
在该示例性实施例中，风扇组件32包括一排112的在圆周方向隔开的，面积可变的入口导向叶片114。该入口导向叶片114位于第一个Flade级100的上游，并可使气流向装Flade的叶片90的第一级100流动。该入口导向叶片114计量进入Flade流26的气流容积，并将该气流导向第一个Flade级100。当气流通过第一个Flade级100时，该气流被压缩。从第一个Flade级排出的气流通过一排116的在圆周方向隔开的中间导向叶片118。该中间导向叶片改变气流的方向，以减小气流的回转速度分量。然后，该气流流向第二个Flade级104。当该气流流过第二个Flade级104时，该气流被压缩。从第二个Flade级104排出的气流通过一排120的在圆周方向隔开的出口导向叶片122。该出口导向叶片改变该气流的方向，并减小该气流的回转速度分量。然后，在排出以前，Flade流26通过下游的Flade导管124。因此，Flade流26增加高压气流的量，从而改善发动机16的总性能和/或增加共推力。
上述的Flade发动机包括直径小的风扇组件。该风扇组件包括与第一排风扇叶片连接的第一和第二排Flade。多级的Flade可增加发动机的压力气流的量。因此，可以减少要求风扇叶片产生的压力气流的量。结果，减少了该风扇组件的总的直径，从而减少了发动机的总重量，和使发动机更容易安装。
以上详细说明了风扇组件的示例性实施例。该风扇组件不是仅限于所述的具体实施例，而是每一个风扇组件的零件都可以与所述的其他零件独立地和分开地使用。例如，每一个风扇组件零件也可以与其他风扇组件零件综合使用。
虽然已针对各种具体实施例说明了本发明，但技术熟练的人知道，在权利要求书的精神和范围内，可对本发明进行改进。
零件清单
16         Flade发动机
18         发动机中心线轴线
20         Flade入口
22         风扇入口
24         气流
26         Flade流
28         风扇流
30         风扇壳体
32         风扇组件
34         Flade排出气流
36         风扇排出气流
40         风扇叶片
42         前缘
44         后缘
46         叶片根部
48         叶片顶部
50         第一个风扇级
52         第一排
54         第二个风扇级
54         第二级
56         第二排
58         距离
60         覆环
62         空腔
64         上游侧
66         下游侧
68         密封件
70         第一根轴
72         第二根轴
74         轮毂
76     入口顶部半径
78     入口轮毂半径
80     分束器
82     核心流
84     旁通流
90     Flade叶片
92     前缘
94     后缘
96     叶片根部
98     叶片顶部
100    第一个Flade级
102    第一排
104    第二个Flade级
106    第二排
108    长度
110    径向高度
112    排
114    入口导向叶片
116    排
118    中间导向叶片
120    排
122    出口导向叶片
124    Flade导管

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机(16)的风扇组件(32)，所述风扇组件包括：
多个连接在一起的风扇叶片(40)，使所述风扇叶片排列成围绕一转子盘(74)延伸的一圆周排(52)，其中，每一个所述的风扇叶片包括一个翼面，该翼面包括在前缘(42)和后缘(44)处连接在一起的一第一侧壁和一第二侧壁，并且每一个所述风扇叶片在根部(46)和顶部(48)之间径向延伸；
至少一个覆环(60)，该覆环与所述多个风扇叶片顶部中的至少一个顶部连接，并围绕该转子盘沿圆周方向延伸；和
从所述至少一个覆环径向向外延伸的至少第一排转子叶片(90)和第二排转子叶片(90)，所述第一排转子叶片定位在所述第二排转子叶片上游，且每一个所述转子叶片包括具有在前缘(92)和后缘(94)处连接在一起的一第一侧壁和一第二侧壁的一个翼面。
2.如权利要求1所述的风扇组件(32)，其特征为，所述至少一个覆环(60)包括围绕所述多个叶片顶部(48)的每一个顶部沿圆周方向延伸的一个环形件。
3.如权利要求1所述的风扇组件(32)，其特征为，使所述多个风扇叶片(40)排列成第一排(52)风扇叶片和第二排(56)风扇叶片。
4.如权利要求3所述的风扇组件(32)，其特征为，所述第一排(52)风扇叶片(40)具有第一回转速度，而所述第二排(56)风扇叶片的第二回转速度与该第一回转速度不同。
5.如权利要求3所述的风扇叶片(32)，其特征为，所述至少一个覆环(60)围绕所述第一排(52)风扇叶片(40)沿圆周方向延伸。
6.如权利要求5所述的风扇组件(32)，其特征为，还包括连接在所述第一排(102)和第二排(104)转子叶片(90)之间的一圆周排定子(118)。
7.一种燃气涡轮发动机(16)，包括：
一个风扇叶片组件(32)，该组件包括多个连接在一起的风扇叶片(40)，使所述风扇叶片排列成围绕一转子盘(74)延伸的一圆周排(52)，其中，每一个所述风扇叶片包括一个翼面，该翼面包括在前缘(42)和后缘(44)处连接在一起的第一侧壁和一第二侧壁并且每个所述风扇叶片在根部(46)和顶部(48)之间径向延伸；至少一个与所述多个风扇叶片顶部中的至少一个顶部连接，并围绕该转子盘沿圆周方向延伸的覆环(60)；和从所述至少一个覆环向外沿径向延伸的至少第一排转子叶片(90)和第二排转子叶片(90)，其中所述第一排转子叶片定位在所述第二排转子叶片上游，且；每个所述转子叶片包括一个翼面，该翼面包括在前缘(92)和后缘(94)处连接在一起的一第一侧壁和一第二侧壁。
8.如权利要求7所述的燃气涡轮发动机(16)，其特征为，所述至少一个覆环(60)包括围绕着每个所述多个叶片顶部(48)沿圆周方向延伸的一个环形件。
9.如权利要求7所述的燃气涡轮发动机(16)，其特征为，使所述多个风扇叶片(40)排列成第一排(52)风扇叶片和第二排(56)风扇叶片。
10.如权利要求9所述的燃气涡轮发动机(16)，其特征为，所述至少一个覆环(60)围绕所述第一排(52)风扇叶片(40)沿圆周方向延伸。
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