CN101846023B - 用于涡轮机的压缩空气启动器 - Google Patents

Abstract

用于涡轮机的空气启动器，包括：前壳体(12)、后壳体(14)、在前壳体后端与后壳体前端之间开通的环形排放流动路径(32)和排放流动路径(32)的柱形出口筛(44)，出口筛的前端和后端包括将前壳体(12)和后壳体(14)分别沿轴向保持到筛(44)的机构(48，52)，其中，至少所述将壳体之一(14)沿轴向保持到筛(44)的机构(52)能够实现筛(44)和此壳体(14)的相对旋转。

Description

用于涡轮机的压缩空气启动器

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机的空气启动器，所述涡轮机特别是用于例如飞机的涡轮机。

背景技术

涡轮机飞机引擎通常装备有空气启动器，其包括(从前向后)：空气入口导管、涡轮以及将通过例如附加齿轮箱(AGB)连接到这些引擎上的动力传送机构。

当被供应以压缩空气时，启动器涡轮将使动力传送机构旋转，动力传送机构进而将使涡轮机转子旋转，由此启动。

用于飞机引擎的空气启动器通常被设计为在地面启动这些引擎，而且还在引擎停转时在空中重新启动引擎。

因此，空气启动器的可靠性对飞机的安全而言是最重要的，而且有必要获得使用这些启动器的认证。

已知类型的空气启动器包括：包围其涡轮并固定到其空气入口导管的前壳体，和包围这些启动器的动力传送机构的后壳体。

这些启动器的前壳体的后端与其后壳体的前端沿轴向分开，以形成将供来自这些启动器的涡轮的空气流通过的排放流动路径的环形出口空间。

两个壳体通常通过穿过排放流动路径的臂而刚性连接。

而且，前壳体的后端和后壳体的前端通常通过柱形筛连接，柱形筛限制在止动时外来喷射物进入排放流动路径的风险和在操作过程中当发生事故时碎片被喷射出排放流动路径的风险。

启动器中的涡轮爆炸是很罕见的情况，其在理论上可能在涡轮转子空转或此涡轮的轴断裂之后发生。

在发生这种事故的情况下，碎片可能高速喷射到涡轮内并对包围此涡轮的前壳体产生冲击。

由于涡轮的旋转运动，这种碎片可能将径向力及切向力传送到前壳体，这可能产生传送到此前壳体的转矩，因而碎片可能破坏将此前壳体连接到后壳体的臂，并在出口筛固定到这些壳体的端部时可能破坏出口筛，从而导致启动器的这两个壳体之间的分离。

为避免启动器壳体分离的风险，已知解决方案包括：通过结构元件连接前壳体的后端和后壳体的前端，所述结构元件的制造材料能够耐受由于涡轮爆炸所致的应力，这些结构元件可能被置于从排放流动路径至出口筛附近的位置。

然而，这种类型的启动器具有缺点。所述结构元件必须由相对较重和/或相对较贵的材料制成。而且，在涡轮爆炸的情况下，这些结构元件可能将由于碎片在启动器前壳体上冲击所致的转矩传送到此启动器的后壳体，这可能会损坏涡轮机上的后壳体的附加机构。

发明内容

本发明的目的特别是针对这些问题提供简单、经济、高效的解决方案，以避免上述缺点。

特别地，其目的是使空气启动器的前壳体和后壳体分离的风险最小化，特别是在此启动器的涡轮爆炸的情况下。

另一目的是限制在这种涡轮爆炸之后传送到后壳体的力。

为实现上述目的，本发明提供一种用于涡轮机的空气启动器，其包括：涡轮，其由所述启动器的前壳体包围；涡轮动力传送机构，其由所述启动器的后壳体包围；所述前壳体与后壳体的刚性连接机构；排放流动路径，其被设计以运送来自所述涡轮的空气流，该排放流动路径在所述前壳体的后端与所述后壳体的前端之间开通，而且刚性连接机构穿过该排放流动路径；所述排放流动路径的出口筛，其围绕涡轮轴延伸，所述出口筛的前端和后端包括将所述前壳体和后壳体分别沿轴向保持到所述筛的机构，这些轴向保持机构被设计为至少防止所述前壳体与后壳体之间的相对分离，其中，至少所述将壳体之一沿轴向保持到所述筛的机构能够实现所述出口筛和壳体的相对旋转。

当前壳体和后壳体的刚性连接机构发生破坏时，例如在启动器涡轮爆炸之后，将壳体沿轴向保持到筛的机构可保持启动器的整体性，同时防止传入前壳体的旋转力通过传入所述筛而被传送到后壳体并由此导致此筛的破坏或者损坏将启动器连接到涡轮机的机构。

通过允许前壳体相对于后壳体旋转，这样的旋转力可至少部分地消散，这可能是因为使用根据本发明的轴向保持机构所致。

根据本发明的启动器可更好地满足认证要求，同时比已知类型的启动器更轻更可靠。

优选地，将所述壳体沿轴向保持到筛的机构包括保持装置，所述保持装置连接到筛的对应端并面对所述壳体的沿轴向的止动元件延伸。

当前壳体和后壳体的刚性连接机构破坏时，筛的保持装置将保持与壳体止动元件支承接触，从而将此筛沿轴向保持到此壳体。

有利地，所述壳体在其面对所述排放流动路径的端部处包括沿径向向外延伸的环形壁，此环形壁可形成法兰，用于连接两个壳体的刚性连接机构。

在本发明第一实施例中，壳体的环形壁形成此壳体的止动元件。

优选地，所述出口筛包括两个大致环形的端部分，在这两个端部分之间布置有中间部分，在该中间部分中形成有供来自涡轮的空气流通过的开口。

筛的端部分的机械强度足以使其可将壳体沿轴向保持到筛上。

有利地，所述筛的至少一个端部分朝向启动器的内侧沿径向弯曲并形成所述保持装置。

所述筛的此端部分通过与所述壳体的所述止动元件支承接触而将壳体沿轴向保持到筛上。

在本发明第二实施例中，启动器包括环形部分，所述环形部分包括：固定到所述壳体的所述环形壁上的径向法兰；和朝向所述启动器的内侧沿径向延伸并且被布置为与所述壳体的所述环形壁分开一轴向距离以形成此壳体的所述止动元件的壁。

有利地，此环形部分的截面为U形，所述U形的开口面对所述启动器的内侧。

这样，上述环形部分限定一朝向启动器内侧开通的环形槽，所述壳体的环形端壁和所述保持装置可装配在所述环形槽中。如果可行，则此槽也可包含刚性连接机构的径向法兰。

在本发明第二实施例中，所述筛包括两个大致环形的端部分，在这两个端部分之间布置有中间部分，在所述中间部分中形成有供来自所述涡轮的空气流通过的开口，所述筛的至少一个所述端部分朝向所述启动器的外侧沿径向弯曲并形成所述保持装置。

于是，所述筛的此端部分可通过与形成所述壳体的止动元件的环形部分的所述侧壁支承接触而将所述壳体沿轴向保持到所述筛。

通常，有利地，所述筛的另一个端部分固定到另一所述壳体上。

这避免了在正常操作过程中所述筛相对于壳体的轴向移位，即使所述筛的保持装置未与对应壳体的止动元件接触，但延伸而与此止动元件相距一定轴向距离。

这样可使筛的制造公差增大，从而降低筛的制造成本。

优选地，所述筛的两个端部分通过臂相互连接，在所述臂之间形成前述开口。

有利地，所述筛由形成柱体一部分的至少两段形成，所述至少两段沿周向端对端地装配，以利于将所述筛组装到启动器上。

附图说明

在阅读以下结合附图而作为非限制性示例给出的描述之后，将可更好地理解本发明，而且本发明的其它细节、优点和特征将变得清楚，其中：

图1是根据本发明第一实施例的空气启动器的示意性侧视图；

图2是显示出图1中所示空气启动器的一部分的示意图的轴向截面；

图3是显示出根据本发明第二实施例的空气启动器的一部分的示意图的轴向截面。

在这些附图中，相同的附图标记用于表示相同或相似的元件。

具体实施方式

图1显示出按照本发明第一实施例的空气启动器，其被设计为装配在涡轮喷气飞机上。

这种启动器包括：空气入口导管10，围绕驱动涡轮的大致柱形的前壳体12，围绕动力传送机构的大致柱形的后壳体14，和将启动器附接到涡轮喷气飞机(未示出)并将启动器连接到此涡轮喷气机的附加齿轮箱的机构16。

空气入口导管10将被连接到可置于机上或地面的高压空气源。

附接和连接机构16被设计为将动力传送机构与涡轮喷气机转子在旋转时相互固定，并将启动器固定到涡轮喷气飞机上。

在操作过程中，以公知的方式，供应到涡轮的高压空气流使此涡轮的叶轮旋转，此叶轮进而使得通过连接机构16连接到涡轮喷气飞机转子的动力传送机构旋转。

前壳体12和后壳体14的相互面对的端沿轴向相互分开，以形成环形出口空间18，来自涡轮的空气可通过该环形出口空间18排出。

如图2中所示，涡轮的叶轮20被涡轮罩22包围，涡轮罩22被设置为紧邻由叶轮20支撑的叶片24的尖端，从而引导高压空气流通入涡轮。

罩22自身被保持环26包围，当此涡轮爆炸时，保持环26将以公知的方式吸收朝向涡轮外喷射的任何碎片的所有或一些冲击能量。

启动器包括两个共轴的环形封套28和30，封套28和30分别限定流动路径32的内侧和外侧，流动路径32用于来自涡轮的空气流，其通常被称为排放流动路径。

所述环形封套28和30在其后端处包括相应的径向环形法兰34和36。所述径向环形法兰34和36通过栓接到分别在后壳体14的前端和前壳体12的后端形成的径向环形法兰38和40而被固定，使得排放流动路径32开通到在壳体12和14的这些端之间形成的环形出口空间18中。

环形封套28和30的截面从前端朝向后端变宽，而且这些封套弯曲以将空气流从排放流动路径32的入口至其出口沿径向向外引离。

环形封套28和30通过径向臂42相互连接，径向臂42由铝制成并穿过排放流动路径32。在图1和2所示的示例中，这些壁42与环形封套28和30被制成为单一件。

臂42在前壳体12与后壳体14之间形成刚性连接，由此保持启动器在正常操作过程中的整体性。

而且，排放流动路径32由大致柱形的出口筛44保护，出口筛44围绕涡轮轴45从前壳体12的后端延伸直至后壳体14的前端。

此筛44被设计以防止在止动时外来喷射物进入排放流动路径，并限制在操作过程中任何碎片被喷射出启动器的风险(特别是在涡轮爆炸时)。

出口筛44包括其中具有开口的中间部分46，用于将两个大致环形的部分(即，分别为前部分和后部分)相互连接。

出口筛44由具有良好机械强度和良好耐高温性能的材料制成，例如由“Hastelloy X”(注册商标)制成。这种筛通过沿周向端对端地安装的两个柱形部分形成，以利于将筛组装到启动器上。

出口筛44的前端部分朝向启动器内侧沿径向弯曲，并形成径向法兰48，用于将筛44附接到环形封套30和前壳体12的对应的径向法兰36和40。为了实现这一目的，前壳体12的法兰40和筛44的法兰48通过围绕启动器轴线均匀分布的螺栓50而分别与法兰36的前面和后面保持固定接触。

筛44的后端部分也朝向启动器的内侧沿径向弯曲，且此后端部分位于后壳体14的径向法兰38的后端之后，并与此法兰相距短的轴向距离而没有固定到此法兰。此后端部分形成径向壁52，径向壁52形成将筛44沿轴向保持到后壳体14的保持装置，这将在下文中更清楚描述。径向壁52的径向内端朝向启动器的后端弯曲，并形成提高此径向壁52的机械强度的突出部53。

长形开口54切入出口筛44的中间部分46中，而且这些开口54通过将此筛44的端部分相互连接的筛44的臂56而相互分离。

如果此启动器的涡轮爆炸，则出口筛44使所述壳体和启动器保持相互固定。

在这样的事故中，来自叶轮20的碎片可能沿径向喷射并导致对涡轮罩22和保持环26的严重冲击，从而以与叶轮20旋转方向58相同的方向(图1)将旋转力施加于前壳体12。

这些旋转力之大可足以破坏在前壳体12与后壳体14之间形成刚性连接的臂42。然后，由于涡轮中气体冲压而被施加以沿向前方向轴向力的启动器前壳体12向前移动，直到筛44的后端的径向壁52与后壳体14的前端的径向法兰38接触，由此将此后壳体14沿轴向保持到此筛44上。

通过筛的径向壁52将后壳体14沿轴向保持到出口筛44，使得前壳体12和筛44可相对于后壳体14自由旋转。这样，使在前壳体12上的旋转力可被消散，而不破坏筛44的臂56，也不会传送到后壳体14和启动器的附接和连接机构16。

在前述示例中，在正常操作过程中，为出口筛44提供轴向保持的径向壁52延伸而与后壳体的径向法兰38相距一轴向距离，而不会接触此法兰38，除非在启动器涡轮爆炸之后前壳体12向前移位的时候。由于筛44的前端部分固定到前壳体并由此防止筛在正常操作过程中相对于壳体沿轴向移位，因而不必使径向壁52与后壳体的径向法兰38持续接触。因此，筛44的制造公差可增大，从而降低此筛的制造成本。

作为变例，如果需要，则径向壁52可与法兰38持续接触。

而且，如果不采用附接径向法兰48，则筛44可包括第二径向壁，第二径向壁在筛的前端处提供轴向保持，并从前壳体12的法兰40向前延伸。然而，为了防止筛44在正常操作过程中轴向移位，在这种情况下，优选保持此筛的两个径向壁分别与壳体12和14的对应法兰40和38持续接触。

在另一变例中，出口筛44可在其端部处包括两个环形肋以替代径向壁，所述肋分别形成在筛44的前部分和后部分的径向环形内表面上，这些肋被接合在分别形成于前壳体12的后端和后壳体14的前端处的两个形状互补的槽中，从而以类似于前述的方式将这些壳体沿轴向保持到筛44。

图3显示出根据本发明第二实施例的空气启动器。

这种启动器包括用于所述排放流动路径32的出口筛60，出口筛60类似于前述启动器的出口筛44，但其与筛44的不同之处在于，筛60的后端部分朝向启动器的外侧沿径向弯曲，从而形成从此启动器的后壳体14的径向法兰38向前延伸的径向壁62。

这种启动器包括U形环形部分64，该环形部分64朝向启动器内侧沿径向打开，并固定到限定排放流动路径32内侧的环形封套28的法兰34上，且固定到后壳体14的前端的法兰38上。

环形部分64具有：后径向壁66，其通过螺栓(图3中未示出)或类似工具被固定到后壳体14的法兰38上；和前径向壁68，其延伸而与封套28的法兰34相距一轴向距离，从而形成径向环形槽70。

出口筛60的后端的径向壁62在环形部分64的环形槽70中自由延伸，使得此壁62形成将出口筛60沿轴向保持到环形部分64的前径向壁68，并由此保持到固定于此环形部分64的后壳体14上的装置。

例如，环形部分64由沿周向端对端地安装的两个环段形成。

通过类似于在前文中参照本发明第一实施例所述的方式，筛60的前端部分也向外弯曲，并形成径向法兰48，用于将此筛60附接到环形封套30和前壳体12的相应的径向法兰。

筛44或筛60的具有开口46的中间部分的形状可不同于前述，这也在本发明的框架以内。例如，此中间部分可由以格构交错或布置的杆或臂形成。所述筛也可由多于一个零件制成并由相互固定的元件构成，例如，通过两个环形端机构和以端部固定到这些环形机构的杆制成。

总体而言，如果此启动器的涡轮爆炸，则本发明能够保持空气启动器的整体性，并由此满足相应的认证要求，而同时使这种启动器的重量减轻并增加其可靠性。

Claims (13)

1.一种用于涡轮机的空气启动器，包括：

涡轮，其由所述启动器的前壳体(12)包围；

涡轮动力传送机构，其由所述启动器的后壳体(14)包围；

所述前壳体(12)与所述后壳体(14)的刚性连接机构(42)；

排放流动路径(32)，其被设计以运送来自所述涡轮的空气流，该流动路径在所述前壳体(12)的后端与所述后壳体(14)的前端之间开通，而且该流动路径被所述刚性连接机构(42)穿过；和

所述排放流动路径(32)的出口筛(44，60)，其围绕涡轮轴(45)延伸，其中所述筛(44，60)的前端包括将所述前壳体(12)沿轴向保持到所述筛(44，60)的第一机构(48)，所述筛(44，60)的后端包括将所述后壳体(14)沿轴向保持到所述筛(44，60)的第二机构(52，62)，用于将所述壳体(12，14)沿轴向保持到所述筛(44，60)的所述第一和第二机构被设计为至少防止所述前壳体(12)与所述后壳体(14)之间的相对分离，

其特征在于，用于将所述壳体沿轴向保持到所述筛(44，60)的所述第一和第二机构中的至少一个(52，62)能够实现所述筛(44，60)和对应壳体(14)的相对旋转。

2.如权利要求1所述的空气启动器，其中，用于将所述壳体(12，14)沿轴向保持到所述筛(44，60)的所述第一和第二机构中的所述至少一个包括保持装置(52，62)，所述保持装置连接到所述筛(44，60)的对应端并面对对应壳体(14)的沿轴向的止动元件(38，68)。

3.如权利要求2所述的空气启动器，其中，所述对应壳体(14)在其面对所述排放流动路径(32)的端处包括沿径向向外延伸的环形壁(38)。

4.如权利要求3所述的空气启动器，其中，所述对应壳体(14)的所述环形壁(38)形成用于附接所述刚性连接机构的法兰。

5.如权利要求3或4所述的空气启动器，其中，所述对应壳体(14)的所述环形壁(38)形成所述壳体(14)的所述止动元件。

6.如权利要求2所述的空气启动器，其中，所述筛(44)包括两个大致环形的端部分(48，52)，在这两个端部分之间布置有中间部分(46)，在所述中间部分中形成有供来自所述涡轮的空气流通过的开口(54)。

7.如权利要求6所述的空气启动器，其中，所述筛(44)的至少一个所述端部分朝向所述启动器的内侧沿径向弯曲并形成所述保持装置(52)。

8.如权利要求3所述的空气启动器，包括环形部分(64)，所述环形部分包括：固定到所述对应壳体(14)的所述环形壁(38)上的径向法兰(66)；和朝向所述启动器的内侧沿径向延伸并且被布置为与所述对应壳体(14)的所述环形壁(38)分开一轴向距离从而形成所述对应壳体(14)的所述止动元件的壁(68)。

9.如权利要求8所述的空气启动器，其中，所述环形部分(64)的截面为U形，所述U形的开口面对所述启动器的内侧。

10.如权利要求8所述的空气启动器，其中，所述筛(60)包括两个大致环形的端部分(48，62)，在这两个端部分之间布置有一中间部分(46)，在所述中间部分中形成有供来自所述涡轮的空气流通过的开口，所述筛(60)的至少一个所述端部分朝向所述启动器的外侧沿径向弯曲并形成所述保持装置(62)。

11.如权利要求7或10所述的空气启动器，其中，所述筛(44，60)的其它端部分(48)固定到另一所述壳体(12)。

12.如权利要求6或10所述的空气启动器，其中，所述筛(44，60)的所述两个端部分(48，52，62)通过臂(56)相互连接，在所述臂之间形成开口(54)。

13.如权利要求1所述的空气启动器，其中，所述筛(44，60)由形成柱体一部分的至少两段形成，所述至少两段沿周向端对端地装配。

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