CN101046161A - 一种在涡轮机组的涡轮转子周围固定环状扇形体的设备 - Google Patents

一种在涡轮机组的涡轮转子周围固定环状扇形体的设备 Download PDF

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Abstract

一种用来在涡轮机组中涡轮(18)周围固定环状扇形体(20)的设备，每个环状扇形体在其上游端都有一个环形轮缘(44)，该轮缘能够通过一个环形锁定构件(50)固定到一个环形机匣横梁(48)上，并在其下游端有一个可以轴向顶在一个涡轮固定构件(38)上的部件，在横梁(48)严重磨损时，防止环状扇形体(20)的上游轮缘(44)与锁定构件(50)脱离。

Description

一种在涡轮机组的涡轮转子周围固定环状扇形体的设备
技术领域
本发明涉及一种在涡轮机组内的涡轮转子周围固定环状扇形体的设备，诸如航空涡轮喷气发动机，或者特别是涡轮螺旋桨发动机。
背景技术
一台涡轮机组涡轮包括几个级，每个级都包括一个导流叶片构件，该导流叶片构件是由涡轮机匣支撑的环形排列的固定叶片组成，另外还包括一个涡轮，安装在导流叶片构件的下游，可在环状扇形体形成的圆柱形或截头圆锥体形外壳内转动，而环状扇形体则环形端对端地固定在涡轮机匣上。
环状扇形体在其上游端包括环形轮缘，后者与环形机匣横梁的径向内环形槽相啮合，留有微小的轴向间隙，并通过C-断面环形锁定构件径向固定在该槽内，该锁定构件又在上游端轴向衔接在机匣横梁和环状扇形体的环形轮缘上。这些扇形体通过其环形轮缘的对接而分别轴向固定在机匣横梁槽的上游表面和下游表面。
环状扇形体的轮缘与机匣横梁和锁定构件成“去弯曲的”相对位置，也就是说，环状扇形体轮缘的曲线半径大于机匣横梁和锁定构件的曲线半径，从而可以使环状扇形体的轮缘以一定的径向预应力安装在横梁和锁定构件的槽的底部，这样，就限制了环状扇形体轮缘在槽内的轴向运动。
在运转时，环状扇形体和机匣的热膨胀变化使得这种径向预应力增加，而该预应力是应用在环状扇形体轮缘和机匣横梁之间的点接触区内。但是，这种预应力会因为环状扇形体轮缘和机匣在这些接触区域的摩擦而在一段时间内逐渐消失。当这个径向预应力为零时，环状扇形体的轮缘则会在机匣槽内轴向移动，使得机匣槽的上游和下游表面受到摩擦磨损。
当这种磨损超过一定值时，环状扇形体的轮缘就会在槽内向下游移动，与锁定构件出现脱离，导致环状扇形体向涡轮轴线方向倾斜，有可能造成环状扇形体和涡轮转子之间的接触风险，则很可能会损坏环状扇形体和转子。
发明专利内容
本发明的一个具体目的是提供解决上述问题的一种简单有效且经济的办法。
为此，本发明提出了一种在涡轮机组的涡轮周围固定环状扇形体的设备，每个环状扇形体包括一个截头圆锥体形壁，该壁支撑着固定到其内表明的耐磨材料块，另外，该壁在其上游端有一个环形轮缘，衔接在环形机匣横梁的径向内环形槽内并由C-断面环形锁定构件径向固定在该槽内，而C-断面环形锁定构件从上游轴向啮合在机匣横梁和环状扇形体环形轮缘上，其特征在于：每个环状扇形体在其下游端有一个部件，该部件固定到截头圆锥体形壁和环状扇形体耐磨材料块上，它能够轴向抵在涡轮的固定构件上，防止上游轮缘与锁定构件的壁的脱离，压紧件和固定构件之间的轴向间隙小于所述壁的上游轮缘的支撑表面在锁定构件上的轴向长度。
根据本发明，每个环状扇形体下游端提供的压紧部件就限制了环状扇形体上游轮缘可能缩回到机匣横梁槽内，防止了该轮缘与锁定构件的脱离。
即使在机匣横梁严重磨损情况下，环状扇形体被压在机匣横梁匹配面上的上游轮缘轴向固定在上游，同时又被压在固定构件上的部件轴向固定在下游。
压紧部件最好包括能够径向压在固定构件上的机构。
因此，每个环状扇形体沿轴向方向和径向方向被固定在固定构件上。
根据本发明的另一个特性，压紧部件通过铜焊或电焊固定到壁的下游端和耐磨材料块上。
从经济角度考虑，压紧件最好在环状扇形体上，因为这可以避免在制作这些扇形体时改动模具。此外，根据本发明所提出的固定设备可以将环状扇形体联接到机匣横梁上，不会对机匣横梁造成磨损。
压紧件和固定构件之间的轴向间隙小于锁定构件上环状扇形体上游轮缘支撑表面的轴向长度。这样，就可以确保环状扇形体的最大缩回位置由固定构件上的部件的轴向压力来确定。所述压紧部件和固定构件之间的轴向间隙可在大约0.3到1.2mm之间。
在本发明的一个最佳实施方案中，压紧部件有一个F形状的断面，在沿下游方向延伸的圆柱体部分有两个轮缘，其中一个固定到环状扇形体的壁的径向内表面，另一个可以径向压在固定构件圆柱形轮缘的径向外表面上。
涡轮机组的固定构件最好由一个涡轮导流叶片构件组成，该构件位于环状扇形体的下游。
本发明还涉及一种包括至少一个如上所述设备的涡轮机组涡轮和一种涡轮机组，诸如航空涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机。
最后，本发明涉及一种涡轮机组的涡轮用的环状扇形体，其包括一个支撑耐磨材料块的截头圆锥体形壁，该耐磨材料块固定到壁的内表面上，该壁还在其上游端包括一个联接到机匣的轮缘，其特征在于：其在上游端有一个轴向和径向压紧件，该压紧件安装并固定到环状扇形体的壁和耐磨材料块上。
压紧件最好通过电焊或铜焊固定到耐磨材料块和环状扇形体的壁的下游端。
通过阅读下述说明，并结合附图和示例，可以更好的了解本发明，而且本发明的特性、详细优点等则更为清楚。但本发明并不限于这个示例。
附图说明
图1为根据已有技术固定环状扇形体的设备的轴向剖面部分示意图；
图2为根据本发明固定环状扇形体的设备的轴向剖面部分示意图。
具体实施方式
图1为涡轮10的部分示意图，示出了几个级，每个级包括一个由环形排列的固定叶片14形成的导流叶片构件12，13，这些固定叶片是通过涡轮机匣16支撑的，还包括一个转子18，安装在导流叶片构件12，13的下游，在环状扇形体20所形成的实际上呈截头圆锥体形壳体内转动，这些环状扇形体20是由涡轮的机匣16环形端对端支撑的。
导流叶片构件12，13包括一个旋转外壁22和旋转内壁(图中未示)，内外壁之间形成了涡轮内气流环形流动范围，而且，叶片14在内外壁之间径向延伸。导流叶片构件的固定机构包括至少一个外圆柱形轮缘24，面向上游方向，用来与面向机匣16下游方向的环形槽26相衔接。
涡轮轴(图中未示)所支撑的转子18包括一个外环28和一个内环(图中未示)，每个转子的外环28包括环状扇形体20在外部环绕的外环形加强筋，二者之间留有微小的间隙。
每个环状扇形体20都包括一个截头圆锥体形壁32和一个耐磨材料块34，后者采用铜焊和/或电焊固定到截头圆锥体形壁32的径向内表面上，该耐磨材料块34为蜂窝状，适合于在转子加强筋30产生摩擦磨损，将转子和环状扇形体20之间的径向间隙降到最小。
环状扇形体20的下游端与环形空间区域36内的上游端联接；所述环形空间区域一方面通过圆柱形轮缘38隔开，后者面向位于环状扇形体的下游的导流叶片构件13外壁22的上游方向，另一方面，由与该导流叶片构件联接的机匣的圆柱形轮缘39隔开。
环状扇形体20通过其壁32的径向向外压力在其下游端处径向地固定在机匣轮缘39的径向内圆柱形表面上，并通过耐磨材料块34的径向向内压力径向地固定在导流叶片构件圆柱形轮缘38的径向外圆柱形表面上。
每个环状扇形体的壁32在其下游端都有一个凸耳40，该凸耳沿下游方向轴向延伸，与下游导流叶片构件13的匹配腔室42啮合，防止环状扇形体20围绕涡轮轴线转动。
环状扇形体20的截头圆锥体形壁32在其上游端有面向上游方向的圆柱形轮缘44，这些轮缘与机匣16的环形横梁48的径向内环形槽46相啮合，留出微小轴向间隙。这些轮缘44通过C-断面开口环构成的锁定构件50径向固定在该槽内，锁定构件在上游与机匣环形横梁48和环状扇形体的上游轮缘44衔接。
锁定构件50包括两个圆柱形壁52和54；这两个壁沿下游方向延伸，分别径向向外和径向向内，在其上游端通过一个径向壁56联接在一起，并分别压在横梁48的径向外圆柱形表面和扇形体20的圆柱形轮缘44上。
在所示示例中，位于环状扇形体20上游的导流叶片构件12外壁22径向环形轮缘58上形成的锁定构件径向壁56的轴向压力防止了锁定构件50沿上游方向轴向移动。
锁定构件50和横梁48的曲率半径小于环状扇形体20轮缘44的曲率半径，从而以一定的径向预压力将环状扇形体的轮缘44安装到横梁的槽46内，这些环状扇形体分别局部压在槽的底部和锁定构件的径向内支臂54上。
在发动机运转时，环状扇形体20的轮缘44轴向振动，与横梁的槽46的上游和下游端面产生摩擦磨损。
当槽46的下游表面磨损严重时(如图中虚线60所示)，轮缘46就会在沿下游方向移动时在锁定构件的径向内支臂54上滑动并脱离锁定构件，这种情况特别会损坏环状扇形体的耐磨材料块34，因为后者与转子18的环形加强筋30接触。
由于压紧件安装并固定到每个扇形体的下游端，所以本发明提供了解决上述问题的一个简单方案。
在图2所示的本发明的一个实施方案中，压紧件70带有一个F形状的断面，并在圆柱体部分包括两个轮缘72和74，面向下游方向，分别径向向外和径向向内；这两个轮缘在其上游端通过一个径向壁76联接在一起。
外轮缘72的径向外表面通过电焊或铜焊压装并固定到环状扇形体的壁32的径向内表面的下游端部分，而径向壁76则通过铜焊或电焊压装并固定到环状扇形体20的耐磨材料块34的径向表面上。
每个环状扇形体通过部件70的内轮缘74的径向压力在其下游端径向固定到下游导流叶片构件的圆柱形轮缘38上，并通过其壁32的径向压力径向固定到机匣16的圆柱形轮缘39的径向内表面上。
参照图1，环状扇形体如上所述径向固定到其上游端，而沿部件的径向壁76下游方向作用在下游导流叶片构件13圆柱形轮缘38上游端上的轴向压力，将环状扇形体径向固定在其下游端。
部件70的径向壁76通过轴向间隙78与导流叶片构件13的圆柱形轮缘38相隔开，该轴向间隙小于环状扇形体轮缘44压在锁定构件50上的轴向长度80，这样，如果横梁的槽46的下游表面严重磨损时，部件70的径向壁76就径向地压在导流叶片构件的圆柱形轮缘38上，限制了环状扇形体的轮缘在槽内可能出现的缩回现象，防止其与锁定构件脱开。轴向间隙例如可以在大约0.3到1.2mm之间。
只要机匣横梁48不磨损或轻微磨损时，环状扇形体20就轴向固定在机匣16上，如图1所示，也就是说，通过环状扇形体的轮缘44轴向地分别压在横梁的槽的上游和下游表面上而使得环状扇形体轴向固定。
当面向槽的上游方向的表面严重磨损或甚至完全消失时(如图中虚线82所示)，环状扇形体20就被作用在下游导流叶片构件圆柱形轮缘38上的部件70径向壁76的轴向压力而顺下游方向轴向固定。
部件70可以安装并固定到已有技术的现有环状扇形体的下游端。这样，就足以消除环状扇形体耐磨材料块34的下游端部分，并固定到环状扇形体上，而不用通过铜焊或电焊一个轴向和径向压紧件70。
作为另外一种形式，压紧件可以只包括一个压在导流叶片构件上游轮缘38上的轴向机构，环状扇形体可以通过该上游轮缘上的耐磨材料块34的轴向压力而在其下游端被径向向内固定，如已有技术中所采用的那样。

Claims (11)

1.一种在涡轮机组的涡轮周围固定环状扇形体(20)的设备，每个环状扇形体(20)包括一个截头圆锥体形壁(32)，该壁支持着固定到其内表面上的耐磨材料块(34)，另外，该壁还在其上游端包括一个环形轮缘(44)，该环形轮缘在环形机匣横梁(48)的径向内环形槽内衔接，并由C-断面环形锁定构件(50)径向固定在该槽内，C-断面环形锁定构件在上游轴向联接在机匣横梁和环状扇形体环形轮缘上，其特征在于：每个环状扇形体(20)在其下游端包括一个部件(70)，该部件安装并固定到环状扇形体的截头圆锥体形壁(32)和耐磨材料块上，该部件能够轴向抵在涡轮的固定构件上，防止截头圆锥体形壁的上游轮缘(44)脱离锁定构件，压紧件和固定构件之间的轴向间隙小于锁定构件(50)的截头圆锥体形壁(32)上游轮缘(44)支撑表面的轴向长度(80)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：压紧件(70)包括径向压在固定构件上的机构。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：压紧件(70)通过铜焊或电焊固定到壁(32)的下游端和耐磨材料块上。
4.根据上述权利要求中任一权利所述的设备，其特征在于：压紧件(70)和固定构件之间的轴向间隙大约在0.3到1.2mm之间。
5.根据上述权利要求中任一权利所述的设备，其特征在于：压紧件(70)带有F形断面。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：压紧件(70)在沿下游方向延伸的圆柱体部分内有两个轮缘(72，74)，其中一个轮缘(72)固定到环状扇形体(20)的壁(32)的径向内表面上，另一个轮缘可以径向压在固定构件圆柱形轮缘(38)的径向外表面。
7.根据上述权利要求中任一权利所述的设备，其特征在于：固定构件是涡轮导流叶片构件(13)的组成部分。
8.一种涡轮机组，诸如航空涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机，其包括上述权利要求中任一权利所述的至少一个设备。
9.一种涡轮机组涡轮用的环状扇形体(20)，其包括支撑耐磨材料块(34)的截头圆锥体形壁(32)，耐磨材料块固定到其表面，另外，其还在上游端包括一个用于连接到机匣(16)的轮缘(44)，其特征在于：其在下游端包括一个轴向和径向压紧件(70)，该压紧件安装并固定到环状扇形体的壁和耐磨材料块上。
10.根据权利要求9所述的环状扇形体(20)，其特征在于：所述压紧件(70)通过电焊或铜焊固定到环状扇形体耐磨材料块和壁(32)的下游端上。
11.一种涡轮机组涡轮，其特征在于：其包括了权利要求1到7中任一权利要求所述的至少一台设备。
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