CN102227544A - 包括带有容纳质量体的盲孔的平衡系统的涡轮发动机风扇 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于飞机涡轮发动机的风扇(1)，所述风扇(1)包括进气口锥体，所述进气口锥体配有平衡系统，所述平衡系统配有多个质量体容纳孔(42)且还包括安装在所述容纳孔(42)之一中的至少一个平衡质量体(44)。根据本发明，所述平衡系统还包括附接装置(46、48)，所述附接装置施加压力从而使所述平衡装置(44)紧贴在质量体容纳孔(42)的底部上，所述质量体容纳孔在所述进气口锥体(20)中是盲孔以敞通至进气口锥体(20)的内部。

Description

包括带有容纳质量体的盲孔的平衡系统的涡轮发动机风扇

技术领域

本发明整体涉及涡轮发动机的风扇。更具体地说，本发明涉及风扇所装配的用于使涡轮发动机最终平衡的平衡系统。

本发明优选地应用于飞机的涡轮喷气发动机。

背景技术

在现有技术中，实际上已知如何用可感知地支撑定位质量块的环形平衡凸缘装配涡轮喷气发动机的风扇，以实现涡轮喷气发动机的最终平衡。

参考图1和图2，示出了现有技术中已知的传统实施例。

因此，在这些附图中，可以看到具有纵轴或旋转轴线2的风扇1，该纵轴还对应于相关联的涡轮喷气发动机的纵轴。该风扇包括：风扇盘4，其以轴线2为中心；以及风扇叶片6，其附接在风扇盘4上并沿以双箭头8表示的周向或切向彼此间隔开。

以这种方式，驱动叶片6随风扇盘4围绕旋转轴线2的一起旋转。叶片6还以已知的方式包括如下区段，该区段在两个在周向8上相继的叶片6之间形成有固定地附接在风扇盘4上的平台(未示出)，这些区段部分地限定出了供环形气流穿过风扇的叶片间表面，并且被称为涡轮喷气发动机的流道(vein)。该流动方向或该流道22的方向整体对应于气体在涡轮喷气发动机内流动的主方向，用箭头14来表示，并且还与风扇1的轴向接近。

此外，风扇1也配备有环形叶片保持装置16，可以借助该保持装置16在轴向14上将叶片6保持在上游。就该方面而言，应当注意的是，在整个说明书中，术语“上游”和“下游”是根据气体流动14在涡轮喷气发动机内的主方向认定的。

在风扇叶片6的上游，风扇1具有以轴线2为中心的进气口锥体20，并且进气口锥体20的大致锥形外表面19趋向于符合上述流道22。受驱动而与风扇盘4一起围绕轴线2旋转的锥体20可以制成一个部分或多个邻接的部分，例如从锥体的顶点延伸的上游部分20a以及与风扇叶片相邻的下游部分20b，如图1和图2所示。

下游部分20b也被称为后整流罩，除了具有限定出用于限制流道22的外表面19一部分的功能之外，还可以结合用于平衡涡轮喷气发动机的系统的额外功能。

该下游部分20b的确形成有围绕旋转轴线2与风扇盘4旋转地接合的环形平衡凸缘，该环形平衡凸缘配备有在周向上彼此间隔开的多个质量体容纳孔24。如所示实例，存在例如设置在平衡凸缘20b的径向外端上的36个通孔24。如图1和图2所示，在现有技术的实施例中，质量体容纳孔24由此在其径向外端处敞通至流道22。

在操作时，孔24均容纳螺旋状平衡质量体26，保持孔24的尺寸，从而相关联的质量体允许涡轮喷气发动机的平衡性最佳，以补偿剩余失衡。因此，以本领域技术人员已知的方式，根据期望质量体调整螺钉的轴长，这些螺钉以螺钉头取向为径向向外的方式容纳在其相关联孔中。

然而，即使该构造可以获得涡轮喷气发动机的最佳平衡，但也并不是没有任何缺点的。首先，这意味着，预示孔24敞通至流道22中的孔24的穿透特性需要这些孔中的每一个被平衡螺钉26封闭，以避免流道朝向进气口锥体20内部的泄漏。因此，这些约束造成平衡螺钉26的数目大，例如为36个，这就质量方面而言是极大的缺陷。

此外，即使螺钉26被设置在合适位置，如图1和图2清楚地示出，考虑到在质量体连接孔的径向外端处存在有凹部28，用于限定流道22的外表面19也不会具有完美的空气动力学型面。这些凹部28的底部由相关联的螺钉头形成，凹部28与表面19的大致锥形特性结合，大致从螺钉的径向上的布局延伸。在该空气动力学型面受凹部28的不利影响的情况下，进气口锥体上的气流明显不是最佳的。其结果是产生空气阻力，因此使得涡轮喷气发动机的性能降低。

发明内容

因此，本发明旨在至少部分地找出解决上述与现有技术实施例有关的缺点的方法。

于是，本发明的目的在于，首先，一种飞机涡轮发动机的风扇，所述风扇包括：涡轮发动机进气口锥体，其具有外表面，所述外表面倾向于符合所述涡轮发动机的流道；风扇盘以及安装在所述风扇盘上的风扇叶片，所述风扇叶片与所述风扇盘一起围绕所述风扇的旋转轴线旋转；所述风扇还包括围绕所述旋转轴线与所述风扇盘旋转地接合的平衡系统，所述平衡系统配有在周向上彼此间隔开的多个质量体容纳孔且还包括安装在所述容纳孔之一中的至少一个平衡质量体。根据本发明，所述平衡系统还包括附接装置，所述附接装置施加压力从而使所述平衡质量体紧贴在质量体容纳孔的底部上，所述质量体容纳孔在所述进气口锥体中制成为盲孔，以敞通至所述质量体容纳孔的内部。

根据本发明所述的风扇的显著之处在于，所述平衡质量体容纳孔不再敞通至所述涡轮发动机的流道，所述平衡质量体容纳孔被所述进气口锥体本身保持为实际上与所述流道隔离。换句话说，因此，所述锥体的空气动力学外表面相对于所述质量体容纳孔的底部沿径向布置在外部，因此，所述质量体容纳孔借助于所述锥体的外表面相对于所述流道隔离。

因此，所述质量体容纳孔被进气口锥体隔离，并且不再设置成所述进气口锥体中的通孔，上述事实有利地暗示着用于限定所述流道的外表面不再具有在上文结合现有技术的实施例所描述的质量体容纳凹部。因此，所述进气口锥体上的气流被优化，这整体地减小了空气阻力，从而提高涡轮发动机的性能。

此外，提供不敞通至所述流道的质量体容纳盲孔意味着不再需要在各个孔中容纳质量体，这与之前的实施例不同。因此，可选甚至优选的是，仅在出于该目的所提供的孔的一些中提供的质量体的平衡布置，从而优选地使平衡系统以及结合有该系统的风扇的质量显著减小。在特定条件下，甚至可以用容纳在一个孔中的单个质量体来实现该平衡。

优选地，提供如下设置：在操作期间，至少一个质量体附接孔甚至更优选地多个这些同样的孔不被占用。

此外，本发明的另一创造点在于，各个平衡质量体如何保持在其相关联的孔中。实际上，平衡质量体在出于该目的所设置的附接装置所施加的压力下紧贴在盲孔的底部上，并且其可以采用对于本领域技术人员而言合适的任何形状。优选地，这些附接装置安装在所述进气口锥体上。

就该方面而言，需要阐明的是，所述附接装置和与其协作的所述平衡质量体形成了平衡质量体组件。因此，形成所述组件的各个元件均对该组件的整体质量产生影响。然而，即使这是不同的情况，优选的是保证附接装置的质量对平衡系统的所有质量体组件而言都是相同的，于是这意味着只有平衡质量体对所述组件的整体质量产生影响。

优选地，所述附接装置包括形成螺帽的部分和旋入所述部分的压力螺钉，所述螺帽在所述压力螺钉的方向上保持在所述锥体上。因此，在该情况下，螺钉将对所述平衡质量体施加压力以使其紧贴在容纳盲孔的底部上。

优选地，所述质量体容纳孔敞通至以所述旋转轴线为中心的凹槽的底部，并且所述凹槽分别具有两个侧壁，所述侧壁位于所述底部的任一侧并形成为构成用于将所述螺帽保持在所述凹槽中的装置。

优选地，所述凹槽沿径向向内敞开，也可以选择性地沿径向或任何其它方向敞开。

优选地，所述平衡质量体具有呈球形部分形状的端部，所述端部与所述容纳孔的底部的形状匹配，所述平衡质量体紧贴在所述容纳孔中。在该情况下，可以保证平衡质量体的良好保持性，于是平衡质量体的另一端与附接装置协作，即优选与压力螺钉协作。呈锥形部分形状的质量体端部也是可行的，也设置为与所述容纳孔的底部的形状匹配，所述平衡质量体紧贴在所述容纳孔中。

优选地，所述锥体以铝或铝合金制成。在该情况下，应该注意到，所述压力螺钉将不会与所述锥体直接接触，而是经由相关联的平衡质量体施加压力，这降低了锥体劣化的风险。

优选地，所述进气口锥体由上游部分构成，所述上游部分固定地安装在形成罩的下游部分上，并且所述平衡系统嵌入到形成罩的所述下游部分中。

优选地，所述进气口锥体包括固定地附加在所述风扇盘上的环形附接凸缘，甚至所述环形附接凸缘还可以固定地附加在所述风扇的旋转块件的任何其它元件上，而不会脱离本发明的范围。

优选地，所述风扇还包括用于保持所述风扇叶片的环，这些叶片借助所述环可以相对于所述风扇盘保持在轴向上，所述保持环与所述风扇盘旋转地接合，还优选地与锥体的所述环形附接凸缘旋转地接合。

优选地，所述进气口锥体以一个或多个部件向下游延伸至所述风扇叶片。如上所述，可以在上游部分和下游部分处制造进气口锥体，所述上游部分从所述锥体的顶点延伸，所述下游部分与所述风扇叶片相邻，于是其好处在于例如根据这些部分所遇到的机械/热应力的水平独立地优化这些部分的可能性。

最后，本发明的目的还在于一种包括上述风扇的飞机涡轮发动机，所述涡轮发动机优选地是涡轮喷气发动机。

下面将以非限制性的方式描述本发明的其它优点和特征。

附图说明

下面将参考附图进行描述，其中：

所描述的图1示出了根据从现有技术得知的通常实施例的涡轮喷气发动机的风扇部分的纵向剖视图；

所描述的图2示出了图1所示风扇的局部透视图；

图3示出了根据本发明优选实施例的待配备用于涡轮喷气发动机的风扇的后整流罩的透视图；

图4示出沿着线IV-IV截取的图3所示的后整流罩的一部分的纵向剖视图；

图5是图3的后整流罩的内部的一部分的透视图；以及

图6是图5所示整流罩的局部放大图，主要示出了与用于容纳平衡系统的孔之一协作的平衡质量体组件，其中后整流罩配有该平衡系统。

具体实施方式

参考图3至图6，可以看到根据本发明优选实施例的用于飞机涡轮喷气发动机的风扇1的一部分。更具体地说，该部分是进气口锥体的下游部分20b，又称为后整流罩，并且其不仅实现了对用于限制流道22的外表面19的一部分进行限定的功能，而且还用于支撑涡轮喷气发动机的平衡系统。

风扇1的其它元件没有示出其中的一部分或仅示出了其它的一部分，但是对于该优选实施例而言，应该理解为与参考示出现有技术的图1和图2中的部分相同或相似。此外，在这些附图中，带有相同附图标记的元件对应于相同或相似的元件。

该后整流罩20b优选地制成为铝质或铝合金质的单个部件，从而包括用于附接至进气口锥体的下游部分处的上游端，而后整流罩的下游端期望与风扇叶片延伸的远端平齐。此外，如在上文所述的现有技术中，罩20b具有在附图中标示为40的环形连接凸缘。沿径向向内延伸的凸缘40固定地安装在风扇盘4上以在围绕纵轴2旋转时牢固地紧固在风扇盘4上。这以标准的方式实施，例如用穿过两个凸缘的螺栓。就该方面而言，与图1和图2所示的现有技术类似，这两种凸缘可以布置在用于保持风扇叶片的环16的任一侧，这些叶片可以利用环16相对于风扇盘4沿轴向保持。此处，环16附接至锥体的凸缘40且附接至盘4，从而使其在旋转期间与这些元件均相互依赖，因此，环16位于罩20b的内部从而将其与流道22隔离。

因此，这两个元件16、34可以共用旋转风扇块件上的同一附接装置38。

如图3所示，可以保证锥体20也遮盖了用于保持风扇叶片的环16，无论环16是否与凸缘34制成单个部件，也可以接受该可能性。

本发明的一个特性在于如下事实：风扇配备的平衡系统用于保证涡轮喷气发动机的最终平衡并且布置在锥体的内部，更具体地说布置在下游部分20b的内部空间41中以与流道22隔开。

更具体地说，该系统具有多个制成在罩20b中的质量体容纳孔42，这些孔42是盲孔并且敞通至由该罩限定的内部空间，同时优选地取向为沿着风扇的径向。

保持这种特定布置，以使质量体容纳孔42与贴合罩20b的流道22隔离，即，质量体容纳孔42不敞通至流道22中，也与流道22隔开。

除了包括在罩20b的厚度方向上沿周向彼此间隔开的孔42之外，平衡系统还包括至少一个与孔42之一协作的平衡质量体组件。因此，这些质量体组件中的一个或多个分别与质量体孔42相关联地安装在后整流罩20b上，其数目取决于需要的平衡。本发明的一个优点在于通过不占用一个或多个孔42以获得质量的增加来优先保持建立涡轮喷气发动机的最终平衡的可能性。在该情况下，考虑到这些孔保持与流道22隔离，尤其通过沿径向向外偏移的外表面19与流道22隔离，不将没有容纳任何质量体的孔封闭不会使流道22产生任何泄漏问题。

各个质量体组件包括：平衡质量体44，其容纳在与该组件相关联的孔42中；以及附接装置，其与罩协作并向质量体42施加压力，以使其紧贴在孔42的底部上。

在该优选实施例中，附接装置优选包括形成螺母的板46以及螺旋到螺母中的压力螺钉48，以与容纳其施加了压力的质量体44的孔42同轴。

为了相对于罩20b保持板46，在径向压力方向上，该罩配有以轴线2为中心的凹槽50，容纳孔42敞通至该凹槽的底部52。凹槽50沿径向向内敞开，因此其底部52沿相同方向取向。板46不仅受底部52限制，而且受设置于后者的任一侧处的两个侧壁54限制。这些壁54形成为用于保持板46的装置，从而产生使凹槽的开口缩小的突部，例如呈隆起部56的形式。

因此，如图6所示，各个板46可以在凹口58处优选地借助该板朝向的径向移动插入到凹槽50中，凹口58因此设置在侧壁54中。接下来，板通过在环形狭槽中滑动而沿周向在凹槽中移动，环形狭槽限制在底部52与保持隆起部56之间，该移动在板46位于面向其相关联的容纳孔42的位置时被停止。

通过紧固穿过板46的螺钉48，可以使预先安装的平衡装置紧贴在孔42的底部上，该螺钉的径向外端优选地通过直接接触质量体而对该质量体施加压力。通过作用，板46自身将紧贴在保持隆起部56上，从而保证组件在涡轮喷气发动机操作期间不会松开。

如上所述，仅仅特定孔42可以配有平衡质量体组件，其它孔未被占用。优选地，对应所采用的所有质量体组件，板46和螺钉48采用相同的形状和质量，因此仅质量体44对质量体组件的整体质量产生影响。如所示的实例，可以看出，如图4和图5所示的组件的质量体44比如图6所示的组件的质量体44小。

无论情况怎样，优选地保证每个质量体44的径向外端呈现球形部分44a，球形部分44a与孔42的底部的匹配形状接触。在所述的优选实施例中，每个孔实际上包括具有符合质量体的球形部分44a的球形部分的底部，球形部分并不构成整个底部。实际上，这里的底部配备有例如锥形的死区60，该死区60构成了球形部分的连续性，而且在质量块紧贴孔42的底部时没有被质量块44所填充。

根据在预定位置处的最佳最终平衡的期望质量，保持各个平衡质量体44的形状。优选地，每个质量体44包括至少球形部分44a，对于图4和图5所示的质量体44而言也是如此，并且每个质量体44可以通过筒形部分44b沿径向朝向内侧延伸，对于图6所示的质量体44而言也是如此。在该最后的构造中，优选地具有圆形截面的筒形部分44b最多延伸至孔的开口，该开口对应于板46的容纳凹槽50。

当然，本领域的技术人员可以对已经描述的本发明进行各种变型，仅作为非限制性实例。

Claims (14)

1.一种用于飞机涡轮发动机的风扇(1)，包括：

涡轮发动机进气口锥体(20)，其具有外表面(19)，所述外表面倾向于符合所述涡轮发动机的流道(22)；风扇盘(4)；和安装在所述风扇盘上的风扇叶片(6)，所述风扇叶片与所述风扇盘一起围绕所述风扇的旋转轴线(2)旋转，所述风扇还包括围绕所述旋转轴线(2)与所述风扇盘(4)旋转地接合的平衡系统，所述平衡系统配有在周向上彼此间隔开的多个质量体容纳孔(42)且还包括安装在所述容纳孔(42)之一中的至少一个平衡质量体(44)，其特征在于，

所述平衡系统还包括附接装置(46、48)，所述附接装置施加压力从而使所述平衡装置体(44)紧贴在质量体容纳孔(42)的底部上，所述质量体容纳孔在所述进气口锥体(20)中是盲孔以敞通至所述进气口锥体(20)的内部。

2.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，

所述附接装置和与其协作的所述平衡质量体形成平衡质量体组件。

3.根据权利要求2所述的风扇，其特征在于，

所述附接装置包括形成螺帽(46)的部分和旋入所述部分的压力螺钉(48)，所述螺帽在所述压力螺钉的方向上保持在所述锥体中。

4.根据权利要求3所述的风扇，其特征在于，

所述质量体容纳孔(42)敞通至以所述旋转轴线(2)为中心的凹槽(50)的底部，并且所述凹槽在其底部(52)的任一侧上分别具有两个侧壁(54)，所述侧壁形成为构成用于将所述螺帽(46)保持在所述凹槽中的装置。

5.根据权利要求4所述的风扇，其特征在于，

所述凹槽(50)沿径向向内敞开。

6.根据上述权利要求中任一项所述的风扇，其特征在于，

所述平衡质量体(44)具有呈球形部分形状的端部，所述端部与所述容纳孔的底部的形状匹配，所述平衡质量体紧贴在所述容纳孔中。

7.根据上述权利要求中任一项所述的风扇，其特征在于，

所述进气口锥体(20)以铝或铝合金制成。

8.根据上述权利要求中任一项所述的风扇，其特征在于，

所述进气口锥体(20)由上游部分(20a)构成，所述上游部分固定地安装在形成罩的下游部分(20b)上，并且所述平衡系统嵌入到形成罩的所述下游部分中。

9.根据上述权利要求中任一项所述的风扇，其特征在于，

在操作期间，至少一个所述质量体容纳孔(42)是未占用的。

10.根据上述权利要求中任一项所述的风扇，其特征在于，

所述进气口锥体包括固定地附接在所述风扇盘(4)上的环形附接凸缘(40)。

11.根据上述权利要求中任一项所述的风扇，其特征在于，

所述风扇还包括用于保持所述风扇叶片的环(16)，这些叶片(6)借助所述环(16)可以相对于所述风扇盘(4)保持在轴向上，所述保持环(16)与所述风扇盘(4)旋转地接合。

12.根据上述权利要求中任一项所述的风扇，其特征在于，

所述进气口锥体(20)向下游延伸至所述风扇叶片(6)。

13.一种用于飞机的涡轮发动机，所述涡轮发动机包括根据上述权利要求中任一项所述的风扇(1)。

14.根据权利要求13所述的用于飞机的涡轮发动机，其特征在于，

所述涡轮发动机是涡轮喷气发动机。

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