CN104919138A - 用于涡轮发动机的旋转部件的平衡螺钉、装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机的旋转部件(20)的平衡装置(22)，其包括刺穿有多个端口(25)的套圈(23)，穿过每个端口(25)的平衡螺钉(27、27’)，每个平衡螺钉(27、27’)包括主体(30)和头部(29)，每个平衡螺钉(27、27’)的头部(29)刺穿有凹槽(32)，该平衡螺钉(27、27’)为至少第一类型(27)的螺钉，该第一类型的螺钉(27)的凹槽(32)由驱动凹槽(33)形成，该驱动凹槽从附加凹槽(34)延伸。也公开了一种相关的平衡方法和螺钉。

Description

用于涡轮发动机的旋转部件的平衡螺钉、装置和方法

技术领域

本发明涉及一种涡轮机的进气整流罩的发动机平衡装置的平衡螺钉，以及一种用于涡轮机的进气整流罩的发动机平衡装置，以及一种包括这种平衡装置的涡轮机。本发明还涉及一种包括这种平衡装置的进气整流罩，以及使用这种平衡装置的平衡方法。

背景技术

一种飞机涡轮机的旋转进气整流罩10通常包括两个彼此附接的部件，如图1所示：

—被称为前锥体11的锥形前部件。前锥体11具有锥形尖形前端13，其中心在进气整流罩10的旋转轴线X上，其也对应于整个涡轮机的纵轴。前锥体11也具有相对于轴线X以环形形状径向延伸的后端14。

—被称为后套圈12的后部，其沿涡轮机的纵轴线X延伸并从前锥体11延伸。后套圈12具有相对于轴线X以环形形状径向延伸的前端15。通常，前锥体11和后套圈12通过螺栓16附接，该螺栓从前到后穿过前锥体11的后端14和后套圈12的前端15。

需要指出的是，相对于通过涡轮机的流体流的通常方向考虑术语“前’和“后’，从前到后由箭头100示意地表示。

以已知的方式，涡轮机包括所谓的主要模块，它们本身包括所谓的次级模块。该模块分布允许每个子元件一个简单的装配系统，而且允许通过模块化平衡的失衡分布。事实上，每个次级旋转模块被动态地平衡，以减少其失衡，从而限制对发动机一旦被装配的撞击。失衡是一种引起旋转部件的失衡的寄生质量。

然后，一旦被装配，涡轮机本身被平衡。通常，后套圈12具有分布在其外周上的36个孔17，其中螺母18被压接。压接螺母18能够接收所谓的平衡螺钉，该平衡螺钉能限制涡轮机的整体失衡。事实上，通过明智地选择被拧入到螺母18中的平衡螺钉的重量，涡轮机被平衡。

然而，在小型发动机中，通过插入不同长度和质量的平衡螺钉，很难进行发动机平衡功能。事实上，在小型发动机中，前锥体具有小直径，使得螺钉重心因此被定位为非常接近发动机轴线，这降低了它们的总体平衡能力。此外，该直径和减少的整体空间迫使减少所使用的螺钉数目，以及采用小直径螺纹直径的螺钉，其导致螺钉总质量的下降，以及因此总平衡能力的下降。此外，在小型发动机中，该平衡螺钉使涡轮机更重。

发明内容

本发明旨在通过提供一种平衡装置的平衡螺钉克服现有技术的缺点，所述平衡螺钉能使所述平衡装置在小型发动机中使用，所述小型发动机相对于现有技术在质量方面被优化。

为此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于涡轮机的平衡装置的平衡螺钉，所述平衡螺钉包括主体和头部，所述头部刺穿有凹槽，所述凹槽由驱动凹槽和附加凹槽形成，所述驱动凹槽具有底部，所述驱动凹槽的所述底部刺穿有所述附加的凹槽。

具有实际上从所述驱动凹槽延伸的附加凹槽提供了一种较轻的平衡螺钉。事实上，所述螺钉的质量从而能够降低，而不修改它们的外部尺寸，这是有利的，因为用于接收螺钉的套圈的所有端口必须必要地被螺钉阻塞，即使这些螺钉的一些对于平衡不是有用的，因为这些端口导致流动。因此，对于不太重的涡轮机有利的是使螺钉具有很低质量。在这种情况下，螺纹头刺穿有凹槽，所述凹槽由驱动凹槽以及由从所述驱动凹槽延伸的附加凹槽形成。所述附加凹槽优选地具有圆柱体形状，以便于其制造。此外，所述附加凹槽优选地具有低于所述驱动凹槽的尺寸，使得插入在所述驱动凹槽中的成形工具在所述附加凹槽的限制下可紧靠在所述驱动凹槽的底部。

本发明的第二方面涉及一种涡轮机的旋转部件的平衡装置，其包括一个刺穿有多个端口的套圈，根据本发明第一方面的穿过每个端口的平衡螺钉。

根据本发明的平衡装置还能够包括以下单独地或根据任何技术上可能的组合进行的一个或多个特征。

有利地，所述平衡螺钉为至少第一和第二类型的，所述第一类型的螺钉的凹槽具有深度p1，所述第二类型的平衡螺钉具有凹槽深度p2，p2严格地低于p1，所述第二类型和所述第一类型的平衡螺钉径向地分布在所述套圈附近，以平衡所述旋转部件。

具有平衡装置，其中所述螺钉头部的凹槽深度不同以弥补失衡，提供了更多的可能性以平衡所述涡轮机，包括当涡轮机具有很小尺寸时。事实上，改变所述凹槽的深度允许质量以及所述平衡螺钉的重心位置的更大改变，其提供了更多可能性以平衡发动机，包括当该发动机具有减少的尺寸时。所述平衡螺钉的质量因此可被改变，而不改变它们的外部尺寸。

有利地，所述第一和第二类型的平衡螺钉包括驱动凹槽，所述驱动凹槽适用于接收成形工具。

所述第二类型的平衡螺钉的凹槽优选地对应于所述第二类型的平衡螺钉的驱动凹槽。因此，所述第二类型的平衡螺钉优选地具有最小的凹槽，其使它们具有更高质量。在这种情况下，对应于所述驱动凹槽的凹槽优选地具有适于旨在插入到所述驱动凹槽中的所述成形工具的形状。

根据一个实施方式：

—所述第一类型的平衡螺钉由具有第一密度m1的材料制成，

—所述第二类型的平衡螺钉由具有第二密度m2的材料制成，m2严格高于m1。

对于所述平衡螺钉使用不同的材料提供了更多的可能性以平衡所述旋转部件，这在所述套圈具有很小尺寸，以及通过修改所述平衡螺钉的外部尺寸限制了所述平衡能力的情况下是有利的。

有利地，所述第一类型的平衡螺钉由钛制成。

有利地，所述第二类型的平衡螺钉由钢制成。

根据一个实施方式：

—所述第一类型的螺钉具有长度l1；

—所述第二类型的螺钉具有长度l2，l2>l1。

这使得进一步提高了在所述第一类型的螺钉和所述第二类型的螺钉之间的质量变化。

所述平衡螺钉优选地具有能促进所述平衡螺钉的生产的圆柱形螺钉头部。此外，对于所述第二类型的平衡螺钉，这进一步提高了它们头部的质量。增加所述第二类型的螺钉头部的质量能使它们的重心朝所述螺钉的头部移动，从而远离发动机轴线移动，这能提高所述螺钉的平衡能力。

根据不同的实施方式：

—所述第一类型的每个平衡螺钉的所述头部具有至少等于所述平衡螺钉的总质量60％的质量；和/或

—所述第二类型的每个平衡螺钉的所述头部具有至少等于所述平衡螺钉的总质量40％的质量。

相对于所述螺钉的总重量具有相对重的头部能使所述螺钉的重心朝所述头部移动，这提高了所述螺钉的平衡能力。

更通常地，带有不同大螺钉头部的平衡螺钉可用于弥补所述螺钉主体的长度。因此，当空间被限制在所述套圈中并且因此，所述螺钉主体的尺寸受限制时，所述螺钉主体的尺寸可通过所述螺钉头部补偿。

可以考虑的是，所述第一类型的所有平衡螺钉彼此等同，以简化所述平衡装置的制造。

出于同样的原因，也可以考虑的是，所述第二类型的所有平衡螺钉彼此等同，以简化所述装置的制造。

在这种情况下，当在每个所述组内侧使用两组等同的平衡螺钉不足以弥补旋转机器的失衡时，所述平衡装置还可包括中间平衡螺钉，每个中间螺钉的质量在第一类型螺钉的质量和一个第二类型螺钉的质量之间。这些中间平衡螺钉能满足所有的平衡标准以及进行平衡的细微差别。

所述中间平衡螺钉例如可以是：

—由相同材料制成以及具有与所述第一类型的平衡螺钉相同的外部尺寸，但不包括超出它们驱动凹槽的任何附加凹槽的螺钉；

—具有等于第一类型的螺钉的尺寸但由一种密度高于所述第一类型的螺钉的材料的材料制成的螺钉；

—由与所述第一类型的螺钉相同的材料制成但具有较低尺寸的螺钉…

所述螺钉头部的尺寸特别地可改变，以平衡所述旋转部件。

本发明的第三方面涉及一种涡轮机的进气整流罩，其包括根据本发明第二方面的平衡装置。

本发明的第四方面涉及一种涡轮机，其包括根据本发明第二方面的平衡装置。

本发明的第五方面涉及一种用于平衡涡轮机的旋转部件的方法，所述涡轮机设置有根据发明第二方面的平衡装置，所述方法包括调节所述螺钉头部的凹槽深度以平衡所述旋转部件的步骤。

有利地，所述平衡方法进一步包括调节一个或多个以下参数以平衡所述旋转部件的步骤：

—每个所述螺钉头部的外部尺寸；

—所述螺钉头部的形状；

—所述平衡螺钉的材料。

所述方法还包括以下步骤：

—在所述套圈的每个端口插入所述第一类型的平衡螺钉的步骤；

—旋转所述旋转部件以检测失衡存在的步骤；

—在失衡检测的情况下，用所述第二类型的平衡螺钉和/或中间平衡螺钉替换一些所述第一类型的平衡螺钉以补偿失衡的步骤。

为此，所述方法可以包括调节所述第二类型的螺钉头部的和/或中间平衡螺钉头部的质量，以弥补所述旋转部件的失衡。

所述螺钉头部的质量特别地可被调节：

—通过在所述头部中制作不同深度的凹槽；

—通过增加所述头部的外部尺寸，特别地它的高度；

—通过修改所述头部的形状。因此，对于等值的整体空间，圆柱形螺钉头部将具有比六角螺钉头部更重的质量；

—通过修改所述头部的材料。

每个头部的质量变化可用于弥补所述螺钉主体质量的变化。事实上，所述螺钉主体的质量受所述套圈内侧的可用空间所限制。所述螺钉头部可用于以更多的可能性以平衡旋转机。

附图说明

在参考附图阅读以下的详细描述后，本发明的进一步特征和优点将显而易见，该附图描述了：

—图1，现有技术的涡轮机的进气整流罩的截面视图；

—图2，根据本发明一个实施方式的涡轮机的进气整流罩的透视图；

—图3，图2的进气整流罩的截面视图；

—图4，图2的进气整流罩的一部分的放大截面视图；

—图5，图2的进气整流罩的一部分的另一截面视图；

—图6，图2的进气整流罩的另一部分的另一截面视图；

—图7，图2的进气整流罩的一个螺钉的截面视图；

—图8，图2的进气整流罩的另一螺钉的截面视图。

为了清晰起见，相同或相似的元件在全部附图中具有相同的附图标记。

具体实施方式

图2和4至6表示一种涡轮机的进气整流罩20，其包括根据本发明一个实施方式的平衡装置。

该进气整流罩20包括一个设置有平衡装置22的锥体21。平衡装置22包括套圈23。套圈23在这种情况下具有锥形形状。在该实施方式中，套圈23由锥体21的后部形成。然而，在图3的实施方式中，套圈23由具有旋转对称性并被连接到锥体21的附加部件24形成。

套圈23刺穿有端口25，该端口径向地分布在套圈23的整个外周上。在该实施方式中，套圈23刺穿有二十个端口25。然而，端口的数量特别地取决于套圈23的直径以及所需的平衡精度。

每个平衡装置还包括螺母26，螺母26被压接在一个端口25中。被压接螺母26能够接收所谓的平衡螺钉27、27’，以减少或者甚至消除涡轮机的失衡。

为此，第一类型的平衡螺钉27首先插入在每个端口25中以及拧入在每个螺母中。

然后旋转该涡轮机，以检测可能的失衡的存在。

如果检测到失衡，一些第一类型的螺钉27然后用第二类型的平衡螺钉27’替换，以减少失衡。第一类型27和第二类型27’的平衡螺钉径向地分布在套圈周围，以降低涡轮机的失衡。在该示例性实施方式中，五个第一类型的螺钉27已被五个第二类型的螺钉27’所替代，然而，第一类型和第二类型螺钉的径向分布和相应数目取决于失衡。

第二类型的平衡螺钉27’具有高于第一类型的螺钉27的质量。

在图7中更精确地表示了第一类型的螺钉27。

第一类型的平衡螺钉27沿参考轴31延伸。第一类型的平衡螺钉27优选地由钛制成。第一类型的平衡螺钉27包括头部29和主体30。第一类型的平衡螺钉27的主体30包括在其外部表面上的螺纹35，该螺纹能使第一类型的平衡螺钉27拧入在螺母26中。第一类型的螺钉30的主体30具有足以能够完全拧入在螺母26中的长度l1。然而，长度l1被优选地选择，使得主体30不从螺母26伸出太多，从而使得涡轮机不被制成太重。第一类型的螺钉的头部29刺穿有凹槽32。凹槽32由驱动凹槽33以及由位于驱动凹槽33的轴向延伸部中的附加凹槽34所形成。驱动凹槽33具有底部40，该底部刺穿有附加的凹槽34。驱动凹槽33能够接收能使螺钉拧入在对应的螺母26中的成形工具。为此，驱动凹槽33优选地具有六角形的横截面。该附加凹槽34优选地具有圆柱形状，以有利于其加工。除此之外，它优选地具有相对于参考轴31的横向尺寸，该横向尺寸小于驱动凹槽33的横向尺寸，使得插入在驱动凹槽33中的成形工具31在驱动凹槽33和附加凹槽34之间的界限抵靠底部40。根据螺钉以及更精确地该螺钉头部的所需质量调节凹槽32的深度p1。以同样方式，根据螺钉以及更精确地该螺钉头部的所需质量调节附加凹槽的横向尺寸。头部29优选地为圆柱形，以便于其制造。

根据它们必须具有以平衡涡轮机的质量修改第一类型的螺钉27的尺寸。因此，可以首先修改该第一类型的螺钉27的主体30的长度l1。该头部29的质量也可被修改以实现所需的平衡。为此，头部29的尺寸，特别地它的高度l3可被特别地修改。凹槽32的深度p1，以及它的形状也可以修改。也可以考虑修改头部29的形状。

在图8中更精确地表示了第二类型的螺钉27’。

第二类型的平衡螺钉27’代替一些第一类型的平衡螺钉27，以降低涡轮机的失衡。

第二类型的平衡螺钉27’优选地由钢制成。第二类型的平衡螺钉27’也沿参考轴31’延伸，并且它还具有头部29’和主体30’。第二类型的平衡螺钉27’的主体30’还包括在其外部表面上的螺纹35’，该螺纹能使第二类型的平衡螺钉27’拧入在螺母26中。主体30’优选地具有长度l2，该长度l2大于第一类型的平衡螺钉27的主体30的长度l1。头部29’刺穿有凹槽32’。该凹槽32’在该示例性实施方式中由成形工具33’形成。在该实施方式中，凹槽32’的延伸不超越驱动凹槽33’。因此，在该示例中，凹槽32’的深度p2对应于驱动凹槽33’的深度。深度p2因此小于深度p1。第二类型的平衡螺钉27’的凹槽32’因此在该实施方式中最小，以使头部的质量以及因此螺钉平衡能力最大化。同样，头部优选地为圆柱形，以使它的质量最大化。

可以根据它们必须具有以平衡涡轮机的质量修改第二类型的螺钉27’的尺寸。因此，可以首先修改该第二类型的螺钉27’的主体30’的长度l2。然而，该长度l2被套圈内侧的空间所限制。因此，有利的是修改头部29’的质量以获得所需的平衡。为此，头部29’的尺寸，特别地它的高度l4可被特别地修改。凹槽的深度p2，以及它的形状也可以被修改。也可以考虑修改头部29’的形状。

除此之外，在该示例性实施方式中，所有第一类型的平衡螺钉27都彼此等同，以及所述第二类型的平衡螺钉27’都彼此等同。然而，也可以考虑使用彼此不同的第一类型的平衡螺钉27和/或彼此不同的第二类型的平衡螺钉27’。

此外，如果这两种类型螺钉的使用不足以平衡涡轮机的失衡，以及根据所需平衡精度，可以使用中间螺钉，该中间螺钉具有在第一类型螺钉27和第二类型螺钉27’之间的质量。

自然地，本发明并不限于参考附图所描述的实施方式，并且可以考虑替代物，而不背离本发明的范围。因此，可以根据要被平衡的失衡修改螺钉的径向分布。其它材料也可用于制造平衡螺钉。

Claims (11)

1.一种用于涡轮机的平衡装置的平衡螺钉(27、27’)，所述平衡螺钉包括主体(30、30’)和头部(29、29’)，所述头部(29、29’)刺穿有凹槽(32、32’)，其特征在于，所述凹槽(32)由驱动凹槽(33)以及附加凹槽(34)形成，所述驱动凹槽(33)具有底部(40)，所述驱动凹槽(33)的所述底部(40)刺穿有所述附加凹槽(34)。

2.一种用于涡轮机的旋转部件(20)的平衡装置(22)，该平衡装置包括刺穿有多个端口(25)的套圈(23)，穿过每个端口(25)的根据权利要求1的平衡螺钉(27、27’)。

3.根据权利要求2所述的平衡装置，其中，所述平衡螺钉为至少第一和第二类型，所述第一类型的螺钉(27)的凹槽(32)具有深度p1，所述第二类型的螺钉(27’)的凹槽具有深度p2，p2严格地小于p1，所述第二类型(27’)和所述第一类型(27)的平衡螺钉径向地分布在所述套圈(23)的周围，以平衡所述旋转部件(20)。

4.根据权利要求3所述的平衡装置，其中：

—所述第一类型的平衡螺钉(27)由具有第一密度m1的材料制成，

—所述第二类型的平衡螺钉(27’)由具有第二密度m2的材料制成，m2严格地大于m1。

5.根据权利要求4所述的平衡装置(22)，其中：

—所述第一类型的平衡螺钉(27)由钛制成；

—所述第二类型的平衡螺钉(27’)由钢制成。

6.根据权利要求3到5之一所述的平衡装置，其中：

—所述第一类型的螺钉(27)具有长度l1；

—所述第二类型的螺钉(27’)具有长度l2，l2>l1。

7.根据权利要求2到6之一所述的平衡装置，其中，所述平衡螺钉(27、27’)具有圆柱形螺钉头部(29’)。

8.根据权利要求3到7之一所述的平衡装置，其中：

—所述第一类型的每个平衡螺钉(27)的所述头部(29)具有至少等于所述平衡螺钉(27)的总质量60％的质量；和/或

—所述第二类型的每个平衡螺钉(27’)的所述头部(29’)具有至少等于所述平衡螺钉(27’)的总质量40％的质量。

9.根据权利要求2到8之一所述的平衡装置(22)，该平衡装置进一步包括附加平衡螺钉，每个附加螺钉的质量位于一个第一类型的螺钉(27)的质量和一个第二类型的螺钉(27’)的质量之间。

10.一种用于涡轮机的旋转部件(20)的平衡方法，所述涡轮机设置有根据权利要求2到9之一所述的平衡装置(22)，所述方法包括调节所述凹槽(32、32’)的深度以平衡所述旋转部件(20)的步骤。

11.根据权利要求10所述的平衡方法，该方法进一步包括调节一个或多个以下参数来平衡所述旋转部件(20)的步骤：

—每个所述头部(29，29’)的外部尺寸(d1、l3、d2、l4)；

—所述螺钉头部(29、29’)的形状；

—所述平衡螺钉(27、27’)的材料。