CN102066696B - 涡轮机的结构框架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机的结构框架(52)，例如中间框架(52)或排放框架(81，87)，所述框架包括以下元件：至少两个共轴的环，即内环(60)和外环(62)；和连接各环(60，62)的径向臂，这些元件中的至少一个由通过栓接紧固在一起的多个部分构成。

Description

涡轮机的结构框架

技术领域

本发明涉及用于涡轮机的结构框架，特别是例如风扇框架、中间框架或排放框架，而且本发明还涉及包括这种类型框架的涡轮机。

背景技术

在涡轮机中，例如在飞机涡轮喷气发动机中，结构框架沿驱动轴线布置而强化涡轮机，以避免涡轮机变形，并由此更好地将冲力传递到涡轮机所紧固到的飞机上。举例来说，这样的结构框架是中间框架和排放框架。中间框架位于低压压缩机与高压压缩机之间，排放框架位于在燃烧室出口布置的涡轮机部分的下游。

这种类型的框架通常由至少两个共轴环(内环和外环)构成，内环限定用于使主空气流流动通过涡轮喷气发动机的流动通路的内侧，外环限定用于使副空气流在涡轮喷气发动机外侧流动的流动通路的外侧。内环和外环通过沿径向延伸穿过主、副空气流的臂连接在一起。中间环介于内、外环之间，其具有穿过其中的臂，且其限定用于主流的通路的外侧。

这些框架通常被制成为单一铸件。还已知的是，将内环、中间环和径向臂制成为单一件，然后将单一件的外环焊接到径向臂上。

然而，随着框架直径的增大，制造这种类型结构框架变得越来越复杂和昂贵。而且，在铸造之后，需要对外环的与臂的接合处执行冗长和复杂的机加工操作，以在这些接合处形成用于通过至径向臂中的功能的管状突出部。最后，得到的框架形成不能分开的单一件，由此使涡轮机的维护操作复杂化。

发明内容

本发明的具体目的在于：以简单、高效和便宜的方式避免这些缺点。

对此，本发明提供一种用于涡轮机的结构框架，例如为中间框架或排放框架，包括以下元件：至少两个共轴的内、外环，和连接各环的径向臂，所述框架的特征在于：至少一个所述环由多个柱形部分构成，所述柱形部分具有周向端，周向端包括径向法兰，所述径向法兰通过栓接紧固到所述径向臂的对应的径向法兰上。

根据本发明，结构框架的至少一个环由多个部分构成，由此使这些部分能够减小尺寸，因而使它们更易于被制成为铸件且确保所获得部分具有更好的冶金质量。结构框架可被拆卸，因为其由栓接组装，由此通过实现更换受损部分本身而简化维护操作并减少成本。

根据本发明的另一特征，结构框架还包括中间环，所述中间环布置在所述内、外环之间并且具有穿过其中的径向臂。所述中间环可通过多个通过栓接紧固在一起的元件构成。

每个径向臂还由将所述内环和中间环连接在一起的内部分和将所述中间环和外环连接在一起的外部分构成。

在本发明的实施例中，所述内环和中间环以及所述径向臂的内部分被制成为单一件。

根据本发明的另一特征，每个臂的外部分的径向内端包括：基底，其栓接到所述径向臂的内部分的外端处的对应基底。

每个臂的外部分的径向外端包括：底板，其沿周向延伸并包括用于通过功能的管状突出部，所述管状突出部与所述臂的外部分的内侧连通。

这样，用于通过功能的外突出部被并入臂中，这比现有技术提供的并入外单一件环中的突出部更简单。

每个底板的周向边缘包括相应的径向法兰，所述径向法兰栓接到所述外环的柱形部分的对应的径向法兰上。

所述内、外环和所述径向臂可由不同材料制成，这对于通过铸造获得的单一件结构框架是不可能的。使用不同材料可补偿由于在径向臂内、外部分上的螺栓和基底所致的额外重量。

所述内、外环和所述径向臂可使用不同技术制成，例如铸造、锻造和粉末冶金。在变例中，这些元件可由复合材料制成。

这种类型的由多个部分构成的结构框架特别适于具有大于110厘米(cm)的直径。

本发明还提供一种涡轮机，例如涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机，其特征在于：其包括如前所述的框架。

本发明还提供用于涡轮机的结构框架的元件，包括：共轴的环和将所述环相连的径向臂，所述元件的特征在于，它们包括通过栓接紧固在一起的部分。

附图说明

通过阅读以下参照附图利用非限制性示例进行的描述，本发明可被更好地理解，本发明的其它细节、优点和特征将显现，其中：

图1是旁路涡轮机的示意性轴向截面；

图2是从本发明的中间框架结构的上游所见的示意性立体图；

图3是图2中所示区域III的示意性放大立体图；

图4是本发明的排放框架结构的示意性截面图；

图5是排放框架结构变形实施例的局部截面示意图。

具体实施方式

图1显示出旁路涡轮机10，其包括：包围涡轮喷气发动机14的柱形的机罩12；和安装在涡轮喷气发动机14上游的风扇轮16，所述涡轮喷气发动机从上游至下游主要包括：低压压缩机18、中间框架20、高压压缩机22、燃烧室24、涡轮26和排放框架28。

在操作中，由涡轮26驱动的风扇轮16吸入空气流，其中空气流分为：穿过涡轮喷气发动机14的主空气流(箭头A)；和沿机罩12内的风扇导管30朝向涡轮喷气发动机14的后部并围绕其流动的副空气流(箭头B)。

风扇导管30由两个共轴的大致柱形的壁(分别为内壁32和外壁34)构成。

中间框架20和排放框架28是用于强化涡轮机以限制其在操作中变形的结构框架。中间框架20和排放框架28均包括成对的共轴环，即内环36、38和外环40、42，它们相互叠套设置并通过径向臂44、46连接在一起。中间框架20的外环40的下游端连接到风扇导管30的外壁34，风扇导管30本身连接到排放框架28的外环42的上游端。

中间框架20和排放框架28均具有布置在其内环36、38与外环40、42之间的相应的中间环48、50，其中径向臂44、46穿过中间环。中间框架20和排放框架28的径向臂的内部分位于主空气流(箭头A)中，而其外部分位于副空气流(箭头B)中。

中间框架20和排放框架28的内环36、38和中间环48、50分别限定主空气流(箭头A)的流动通路的内侧和外侧。结构框架20、28的外环40、42限定副空气流(箭头B)的流动通路的外侧。

在现有技术中，结构框架通常被制成为单一铸件，其被发现随直径增大而越来越复杂和昂贵。

本发明使得能够通过以下事实弥补前述缺点：结构框架的至少一个部件元件，即内环36、38、中间环48、50、和外环40、42、以及径向臂44、46中的至少一个，由通过栓接组装到一起的多个部分构成。

图2和3显示出由多个部分构成的结构中间框架52。径向臂均由两个部分构成，它们包括相应的内部分54，内部分54具有的外端穿过中间环58并连接到相应的外部分56。每个臂的内部分54使内环60连接到中间环58，而其外部分56使中间环58连接到外环62。

每个径向臂的外部分56在其内端处包括周向基底64，周向基底64沿径向栓接到在臂的内部分54的外端处的周向基底66上。每个外部分56在其外端处包括底板68，底板68的周向端包括径向法兰70。

外环62由朝向涡轮机外侧开放的通道部分的多个柱形部分72构成。这些柱形部分72在它们的周向端处具有径向法兰74(图3)。

柱形部分72的一个周向端处的径向法兰74通过栓接紧固到径向臂的外部分56的底板68的径向法兰70上，柱形部分72的另一周向端通过栓接紧固到相邻臂的外部分56的底板68的周向端。由紧固到底板68的柱形部分72构成的组件构成外环62。

每个底板68包括具有口78的管状突出部76，口78与径向臂的外部分56的内部连通并为油管或电缆提供通路。

中间环58在其上游端和下游端处具有沿径向向外延伸的壁80和82。柱形整流板(未示出)安装在两个连续的径向臂的内部分54的外端之间的这些径向壁80、82上，以向内形成风扇导管30的内壁。

内环60、径向臂的内部分54以及中间环58和径向臂80、82被制成为单一件。

图4是结构排放框架81的示意图，其中内环60、中间环58以及径向臂的内部分54形成为单一件。外环83也被制成为单一件。以与图2和3中所示结构中间框架52类似的方式，每个径向臂的外部分84的内端具有基底64，基底64栓接到臂的内部分54的外端处的基底66上。每个臂的外部分84的外端还具有沿径向栓接到外环83的底板86。如图2和3所示，用于通过功能的突出部形成在底板86上并穿过外环83，突出部可简单地实现并用于针对流过突出部中的口的油确保良好密封。

结构排放框架87的另一变形实施例显示在图5中。在此图中，内环、中间环和外环由多个柱形部分88、90、92构成，柱形部分88、90、92具有包括径向法兰94、96、98的周向端。每个径向臂100被制成为单一件，并包括：分别在其内、外端处的内底板102和外底板104，以及中间底板106，中间底板106在从臂100内端沿臂100长度的路径的约1/3处定位。内底板102、中间底板106和外底板104在其周向端处具有径向法兰108、110、112，用于紧固到内环、中间环和外环的柱形部分88、90、92的径向法兰94、96、98上。

图中所示的结构框架可具有由不同材料制成的内环、中间环和外环以及径向臂，由此可补偿由于增加栓接紧固件所致的重量增大。内环、中间环和外环以及径向臂的各部分同样可由不同材料制成。

结构框架的部件元件和这些部件元件的各部分可通过各种不同的技术制成，例如铸造、锻造和粉末冶金；或者其可由复合材料制成。

本发明对于涡轮机特别有利，其中结构框架具有大于约110cm的直径。

本发明还可确保：铸造仅用于制造小尺寸的工件，例如柱形部分或者由一个或两个部分构成的径向臂。本发明还可在维护操作的过程中简单地拆卸结构框架，这是因为其各部分通过栓接组装在一起。

用于通过功能的突出部76被并入径向臂的外部分56、84的底板68、86中，且不再如现有技术中那样处于外环中，由此使它们更简单地制成，避免冗长和复杂的机加工步骤。

在不超出本发明范围的情况下可设计其它结构框架的实施例。特别地，可组合图2和5的实施例以形成结构框架，其具有由多个柱形部分88、90、92构成的内环、中间环和外环，以及径向臂，每个径向臂包括两个部分，即内部分54和外部分56。

内环和中间环以及径向臂的内部分被制成单一件，所述单一件被紧固到与外环整体形成的径向臂的外部分上。

在本发明的另一变化中，中间环可与与其整体形成的径向臂制成单一件，而内环与外环栓接到径向臂的内、外端。

在本发明的又一变化中，中间环和外环可与径向臂制成单一件，此单一件栓接到一单件的内环上。

本发明不限于具有如图所示中间环的各实施例。结构框架可仅具有两个环，即内环和外环，二者通过径向臂相连，如在特定排放框架中的情况。在此情况下，外环直接连接到涡轮框架上，并限定主空气流的流动通路的外侧。

Claims (7)

1.一种用于涡轮机的结构框架(52)，包括以下元件：至少两个共轴的内、外环(60，62)，和连接各环(60，62)的径向臂，其特征在于：至少一个所述环(58，60，62)由多个柱形部分(72)构成，所述柱形部分(72)具有周向端并且包括第一径向法兰(74)，所述第一径向法兰(74)通过栓接紧固到所述径向臂的对应的第二径向法兰(70)上；

该框架还包括中间环(58)，所述中间环(58)布置在所述内、外环(60，62)之间并且具有穿过其中的径向臂；

所述中间环(58)由多个通过栓接紧固在一起的元件构成；

每个径向臂由将所述内环与中间环(60，58)连接在一起的内部分(54)和将所述中间环与外环(58，62)连接在一起的外部分(56)构成；

每个径向臂的外部分(56)的径向外端包括沿周向延伸的底板(68)，每个底板(68)的周向边缘包括相应的第二径向法兰(70)，所述第二径向法兰(70)检接到所述外环(62)的柱形部分(72)的对应的第一径向法兰(74)上。

2.根据权利要求1所述的框架，其特征在于：所述内环和中间环(60，58)以及所述径向臂的内部分(54)被制成为单一件。

3.根据权利要求1或2所述的框架，其特征在于：每个径向臂的外部分(56)的径向内端包括：基底(64)，其栓接到所述径向臂的内部分(54)的外端处的对应基底(66)上。

4.根据权利要求1或2所述的框架，其特征在于：所述内、外环(60，62)和所述径向臂由不同材料制成。

5.根据权利要求1或2所述的框架，其特征在于：所述内、外环(60，62)和所述径向臂使用铸造、锻造或粉末冶金制成。

6.根据权利要求1或2所述的框架，其特征在于：其具有大于110cm的直径。

7.一种涡轮机，其特征在于：其包括根据前述权利要求中任一项所述的框架(52，81)。