CN105102788A - 具有可移除风扇叶片前缘整流器的毂盖组件 - Google Patents

Abstract

燃气涡轮发动机毂盖组件包括：毂盖，其至少部分地限定空气动力平滑表面；壳体，其至少部分地限定该空气动力平滑表面；和周向间隔开的可移除空气动力整流器，其绕壳体定位。配置在壳体中的周向间隔开的轴向延伸的槽道中的整流器柄部可附接至空气动力整流器。整流器可防护风扇叶片的径向延伸部分，该径向延伸部分包括叶片柄部的部分或叶片柄部的过渡区的部分。整流器柄部可配置在整流器和附接至整流器柄部的整流器根部之间且与它们单块地形成。整流器可由可注射热塑性塑料制成，且壳体可由金属制成。整流器柄部可从整流器向前末梢退后，并且整流器柄部可从整流器根部的根部向前末梢退后。

Description

具有可移除风扇叶片前缘整流器的毂盖组件

技术领域

本发明大体涉及用于燃气涡轮发动机风扇组件的毂盖(spinner)和风扇叶片，并且更具体地涉及具有在风扇叶片直接上游的整流器或隆起部的毂盖。

背景技术

航空器涡扇燃气涡轮发动机包括风扇组件，风扇组件具有从转子盘径向向外延伸的多个周向间隔开的风扇叶片。周围空气流在叶片之间被引导并加压，因而用于生成用于在飞行中驱动航空器的推力。风扇组件典型地包括多个周向间隔开的风扇叶片，它们各自具有布置于在转子盘或筒的周界或边沿中的互补、轴向延伸的燕尾沟槽或槽道中的燕尾根部。毂盖安装至风扇组件的前端部，以将平滑的空气流提供到风扇中，如由Forrester等人在2002年7月9日提交的题为“一件式毂盖”的在美国专利No.6,416,280所示出的，并且其通过引用而并入本文中。

一些毂盖是一件式毂盖，其直接附接至盘柱，并且一些毂盖是两件式毂盖，其具有：毂盖的上部分，其附接至从盘轴向向前延伸的凸缘；和毂盖的下部分，其附接至毂盖的上部分。毂盖的该上部分称为毂盖支撑件。

在图1和2中示出了与在现有技术中发现的毂盖支撑件相似的毂盖支撑件1，并且其包括沿着毂盖支撑件1的后部分4定位的周向间隔开的空气动力整流器2。空气动力整流器2设计为覆盖和防护发动机风扇中的各风扇叶片的前缘的径向部分(见图3-5)。此种整流器也称为隆起部。这些整流器已用在航空器燃气涡轮发动机中，例如在GE-90115B中。

将该3D特征、空气动力整流器2或隆起部附加至风扇叶片前面的毂盖支撑件1的圆锥表面9(或附接至一件式毂盖)允许风扇叶片剖面为流线型的，并且使得其是更空气动力的而不改变叶片柄部。整流器部分在叶片根部处将空气流引导至叶片前缘剖面的任一侧。周向间隔开的整流器或隆起部形成或加工在毂盖或毂盖支撑件1上。

为了使发动机更有效率，存在提高风扇叶片半径比(RR)的努力，风扇叶片半径比为内风扇流路直径/外流路直径的比率，且其指示多少空气流可行进穿过发动机。更小的半径比(RR)导致更大的流动区域和更好的性能。当通过降低风扇平台流路表面来使风扇半径比下降时，风扇叶片前缘剖面开始变得更大和陡起。可通过增大外风扇直径或使内流路和内流路直径更小而降低RR，这是优选的。增大整体风扇直径是较不合乎需要的，因为其增大阻力。

使低半径比设计最大化导致叶片LE剖面更加暴露于空气动力流路。该LE需要被保护，从而导致更大的整流器形状以便提供空气动力平滑度。这又导致复杂的加工的毂盖或毂盖支撑件，其具有在风扇叶片直接上游的大型3D空气动力整流器或隆起部。

非常期望避免毂盖或毂盖支撑件的昂贵且复杂的加工以至于提供在风扇叶片直接上游的较大的3D空气动力整流器或隆起部。

发明内容

燃气涡轮发动机毂盖组件包括：毂盖，其至少部分地限定空气动力平滑表面；毂盖壳体，其至少部分地限定该空气动力平滑表面；和周向间隔开的可移除空气动力整流器，其绕壳体定位；

组件的示范实施例包括整流器柄部，其附接至空气动力整流器并配置在壳体中的周向间隔开的轴向延伸的槽道中。整流器柄部配置在空气动力整流器与附接至整流器柄部的整流器根部之间且与它们单块地形成。槽道从壳体的后端部或壳体后缘向前或向上游延伸。整流器根部沿壳体的径向外和内周围表面部分接合且卡住(trap)壳体，且外和内周围表面部分绕槽道周向地且轴向地向前或向上游延伸。整流器柄部从整流器的整流器向前端部或整流器向前末梢退后(setback)，且整流器柄部从整流器根部的根部向前端部或根部向前末梢。

整流器可由可注射热塑性塑料制成，且壳体可由金属制成。

毂盖组件的更特定的示范实施例包括附接至毂盖支撑件的毂盖，壳体为毂盖支撑件的环形支撑件壳体，支撑件至少部分地限定该空气动力平滑表面，并且周向间隔开的可移除空气动力整流器绕支撑件壳体定位。整流器柄部附接至空气动力整流器，并且整流器柄部配置在支撑件壳体中的周向间隔开的轴向延伸的槽道中。

毂盖组件可并入风扇组件中，该风扇组件包括：风扇转子盘或筒；一排周向间隔开的风扇叶片，其从风扇转子盘或筒径向向外延伸。各叶片包括弯曲翼型件区段，弯曲翼型件区段具有在轴向地间隔开的翼型件前缘和后缘之间延伸的翼型件压力侧和吸力侧。翼型件区段通过叶片柄部而附接至燕尾根部。

空气动力整流器可径向向外延伸，以覆盖和防护风扇叶片的径向延伸部分，该径向延伸部分可至少包括叶片柄部的部分或叶片柄部的过渡区的部分。

附图说明

在从结合附图进行的下列详细描述中说明本发明的前述方面和其他特征，其中：

图1是具有周向间隔开的整流器的航空器燃气涡轮发动机毂盖的现有技术毂盖支撑件的透视图例示。

图2是在图1中示出的毂盖支撑件和整流器的后端部的放大透视图例示。

图3是具有毂盖和毂盖支撑件的航空器涡扇燃气涡轮发动机的示范实施例的纵向部分剖视图和部分简图例示，该毂盖支撑件具有周向间隔开的可移除整流器。

图4是在图3中例示出的风扇区段中的防护风扇叶片前缘的可移除整流器的透视简图例示。

图5是在图3中示出的具有可移除整流器的毂盖支撑件的放大剖视图例示。

图6是在图5中示出的毂盖支撑件和可移除整流器的放大透视简图例示。

图7是在图6中的穿过7-7的可移除整流器的剖视例示。

具体实施方式

在图3和4中例示出示范航空器涡扇燃气涡轮发动机15，其绕发动机中心线轴线11界定且适当地设计以安装至航空器的翼或机身。发动机15以向下游的串联流体连通包括：风扇14、增压器或低压压缩机16、高压压缩机18、燃烧器21、高压涡轮(HPT)22和低压涡轮(LPT)24。HPT或高压涡轮22通过高压驱动轴23连结至高压压缩机18。LPT或低压涡轮24通过低压驱动轴25连结至风扇14和增压器或低压压缩机16二者。

在典型的操作中，空气26由风扇14加压，并且该空气的内部分被引导穿过进一步加压空气的低压压缩机16。加压空气然后流到进一步加压空气的高压压缩机18。加压空气在燃烧器21中与燃料混合以生成热燃烧气体28，该热燃烧气体28又向下游流动穿过HPT22和LPT24。能量在两个涡轮中取出以用于驱动风扇14、低压压缩机16和高压压缩机18。在风扇14正后方围绕增压器压缩机16的流分离件34包括尖锐的前缘32，前缘32将由风扇14加压的风扇空气26分离成被引导穿过增压器压缩机16的径向内流27和被引导穿过旁通管36的径向外流29。

围绕风扇14的风扇舱30由环形风扇框架32支撑。低压压缩机16适当地连结至风扇框架32前面的风扇14，布置在环形流分离件34的径向内侧，并且与风扇舱30的内表面径向向内地间隔，以在其间部分地限定环形风扇旁通管36。风扇框架32支撑舱30。风扇14是风扇组件12的一部分。

参照图4，风扇组件12包括风扇转子盘17(或筒)，周向间隔开的风扇叶片20的单个轴向定位的排19从该风扇转子盘17(或筒)径向向外地延伸。风扇叶片20中的各个具有弯曲翼型件区段56，弯曲翼型件区段56具有在图5中示出的翼型件压力和吸力侧55、57，该翼型件压力和吸力侧55、57分别在轴向地间隔开的翼型件前缘和后缘LE和TE之间轴向地延伸。翼型件区段56通过叶片柄部59附接至燕尾根部58。叶片柄部59包括过渡区60，且在翼型件区段56与燕尾根部58之间延伸。

风扇转子盘17在本文中示出为具有边沿62的多孔盘，边沿62通过绕中心线轴线11界定的对应数量的连接板68附接至具有孔66的多个盘毂64。连接板通道61在连接板68之间轴向地延伸，并在边沿62与毂64之间径向地延伸。毂盖组件98附接至盘17。在本文中示出的毂盖组件98的示范实施例包括附接至盘17的毂盖100。

在本文中示出的毂盖组件98的示范实施例包括用第一螺栓108附接至毂盖支撑件106的毂盖100。毂盖支撑件106用第二螺栓110附接至盘17。如在本文中的示例性实施例中示出的毂盖100是环形的并且具有基本上圆锥的形状。毂盖100包括环形毂盖壳体111。在图5和6中进一步示出的毂盖支撑件106包括环形支撑件壳体112，该环形支撑件壳体112与毂盖100和毂盖壳体111一起提供具有空气动力平滑表面114的毂盖组件，风扇空气26在该空气动力平滑表面114上流入风扇叶片20中。如果毂盖组件98不包括毂盖支撑件106，那么周向间隔开的可移除空气动力整流器122绕支撑件壳体112或毂盖壳体111定位。

参照图4-7，周向间隔开的空气动力可移除整流器122沿毂盖支撑件106的后部分124定位。空气动力整流器122用于覆盖和防护叶片柄部59的径向延伸部分125。在空气动力整流器122的更特定的实施例中，叶片柄部59的径向延伸部分125包括叶片柄部59的过渡区60。整流器还可称为隆起部。空气动力整流器122附接至整流器柄部128，整流器柄部128又附接至整流器根部130。整流器柄部128布置在空气动力整流器122与整流器根部130之间，并且优选地与它们一体且单块地形成。

参照图6和7，毂盖支撑件106的支撑件壳体112中的周向间隔开的轴向地延伸的槽道131从支撑件壳体112的后端部或壳体后缘132向前或向上游延伸。可移除整流器122的整流器柄部128布置在槽道131中。整流器柄部128从整流器122的整流器向前端部或整流器向前末梢134退后整流器退后距离136。整流器柄部128也从整流器根部130的根部向前端部或根部向前末梢140退后根部退后距离144。因而，当可移除整流器122安装至毂盖支撑件106时，整流器122和整流器根部130沿环形支撑件壳体112的径向外和内周围表面部分150、152接合且卡住环形支撑件壳体112，该环形支撑件壳体112绕槽道131周向地且轴向地向前或向上游延伸。

整流器122可以可移除地通过整流器柄部以外的机构附接在壳体中的槽道中。例如，整流器122可通过螺栓或螺钉可移除地附接至壳体。

整流器122优选地靠着环形支撑件壳体112的外周围表面部分150平齐地配合且接合其，但不粘结至其。注意，环形支撑件壳体112的外周围表面部分150是空气动力平滑表面114的一部分，风扇空气26在空气动力平滑表面114上流到风扇叶片20中。可选地，整流器122可粘结至环形支撑件壳体112的外周围表面部分150。在本文中示出的整流器122的示范实施例包括三角形截面，并且径向高度H从整流器向前末梢134向后或向下游增加至整流器后端部151。整流器122包括整流器压力和吸力侧155、157，它们可分别与风扇叶片20的弯曲翼型件区段56的凹入地和凸出地弯曲的翼型件压力和吸力侧55、57一致地凹入地和凸出地弯曲。

毂盖组件的备选实施例包括直接附接至盘的毂盖，并且周向间隔开的轴向延伸的槽道布置在毂盖中且从毂盖的后端部向前或向上游延伸。可移除整流器通过布置在槽道中的整流器柄部而安装至毂盖。整流器柄部128从整流器的整流器向前端部或整流器向前末梢退后整流器退后距离。整流器和整流器根部沿绕槽道周向地且轴向地向前或向上游延伸的毂盖的径向外和内周围表面部分接合且卡住毂盖。

在风扇叶片前面的周向间隔开的空气动力可移除整流器允许叶片剖面为流线型的，并且使其更加空气动力而不改变风扇叶片柄部的过渡区。整流器在叶片根部处将空气流引导至叶片前缘剖面的任一侧。如果叶片设计稍后在设计和开发项目中改变，那么可移除整流器可易于匹配至不同的叶片轮廓。毂盖或毂盖支撑件上的可移除整流器或空气动力隆起部可由与毂盖或毂盖支撑件不同的材料形成。可移除整流器允许整流器的增大的高度，而不增加将它们加工到毂盖或毂盖支撑件中的成本。

减少的加工可带来更低的废品率。可移除整流器允许使用具有改善的性能的更复杂的空气动力形状。更困难的是在毂盖和毂盖支撑件中加工这些空气动力地改善的且更大的整流器。如果被加工，那么它们可比如果是可分离的且由更轻的材料形成时更重。典型地，毂盖和毂盖支撑件并且在整流器或隆起部中加工，由实心金属形成。可移除整流器可由可注射的热塑性塑料形成，该热塑性塑料可节省重量并且为可更换的件(如果在现场发现过量腐蚀)。可移除整流器可在现场更换，尤其是如果在现场发现过量腐蚀。

本发明已以示例性方式描述。应当理解的是，使用的用语意图本质为描述而非限制的词语。尽管已经在本文中描述了本发明的被认定为优选和示范的实施例，但根据本文中的教导，本发明的其他更改对于本领域专业人员应是显而易见的，并且因此去往在所附权利要求中保护落入本发明的真正的精神和范围内的所有这些更改。

因此，期望通过美国专利特许证保护的是在下述权利要求中限定和区别的本发明。

Claims (31)

1.一种燃气涡轮发动机毂盖组件，其包括：

毂盖，

所述毂盖至少部分地限定空气动力平滑表面，

毂盖壳体，其至少部分地限定所述空气动力平滑表面，和

周向间隔开的可移除空气动力整流器，其绕所述壳体定位。

2.根据权利要求1所述的毂盖组件，其特征在于，还包括整流器柄部，所述整流器柄部附接至所述空气动力整流器，并且所述整流器柄部配置在所述壳体中的周向间隔开的轴向延伸的槽道中。

3.根据权利要求2所述的毂盖组件，其特征在于，还包括所述整流器柄部，所述整流器柄部配置在所述空气动力整流器与附接至所述整流器柄部的整流器根部之间，并且与它们单块地形成。

4.根据权利要求3所述的毂盖组件，其特征在于，还包括从所述壳体的后端部或壳体前缘向前或向上游延伸的所述槽道。

5.根据权利要求4所述的毂盖组件，其特征在于，还包括沿所述壳体的径向外和内周围表面部分接合且卡住所述壳体的所述整流器根部，并且所述外和内周围表面部分绕所述槽道周向地且轴向地向前或向上游延伸。

6.根据权利要求5所述的毂盖组件，其特征在于，还包括从所述整流器的整流器向前端部或整流器向前末梢退后的所述整流器柄部。

7.根据权利要求6所述的毂盖组件，其特征在于，还包括从所述整流器根部的根部向前端部或根部向前末梢退后的所述整流器柄部。

8.根据权利要求3所述的毂盖组件，其特征在于，还包括由可注射热塑性塑料制成的所述整流器和由金属制成的所述壳体。

9.根据权利要求1所述的毂盖组件，其特征在于，还包括：

所述毂盖，其附接至毂盖支撑件，

所述壳体，其为所述毂盖支撑件的环形支撑件壳体，

所述支撑件，其至少部分地限定所述空气动力平滑表面，和

所述周向间隔开的可移除空气动力整流器，其绕所述支撑件壳体定位。

10.根据权利要求9所述的毂盖组件，其特征在于，还包括整流器柄部，所述整流器柄部附接至所述空气动力整流器且所述整流器柄部配置在所述支撑件壳体中的周向间隔开的轴向延伸的槽道中。

11.根据权利要求10所述的毂盖组件，其特征在于，还包括所述整流器柄部，所述整流器柄部配置在所述空气动力整流器与附接至所述整流器柄部的整流器根部之间，并且与它们单块地形成。

12.根据权利要求11所述的毂盖组件，其特征在于，还包括从所述支撑件壳体的后端部或壳体前缘向前或向上游延伸的所述槽道。

13.根据权利要求12所述的毂盖组件，其特征在于，还包括：

所述整流器根部，其沿所述支撑件壳体的径向外和内周围表面部分接合和卡住所述支撑件壳体；

所述外和内周围表面部分，其绕所述槽道周向地且轴向地向前或向上游延伸；和

所述整流器柄部，其从所述整流器的整流器向前端部或整流器向前末梢退后。

14.根据权利要求11所述的毂盖组件，其特征在于，还包括由可注射热塑性塑料制成的所述整流器和由金属制成的所述壳体。

15.一种风扇组件，其包括：

风扇转子盘或筒，

一排周向间隔开的风扇叶片，其从所述风扇转子盘或筒径向向外延伸，

所述风扇叶片中的各个包括弯曲翼型件区段，所述弯曲翼型件区段具有在轴向地间隔开的翼型件前缘和后缘之间延伸的翼型件压力侧和吸力侧，

所述翼型件区段通过叶片柄部而附接至燕尾根部，

燃气涡轮发动机毂盖组件，其包括毂盖，

所述毂盖至少部分地限定空气动力平滑表面，

壳体，其至少部分地限定所述空气动力平滑表面，和

周向间隔开的可移除空气动力整流器，其绕所述壳体定位。

16.根据权利要求15所述的风扇组件，其特征在于，还包括整流器柄部，所述整流器柄部附接至所述空气动力整流器且所述整流器柄部配置在所述壳体中的周向间隔开的轴向延伸的槽道中。

17.根据权利要求16所述的风扇组件，其特征在于，还包括所述空气动力整流器，所述空气动力整流器径向向外延伸，以覆盖和防护所述风扇叶片的径向延伸部分。

18.根据权利要求17所述的风扇组件，其特征在于，还包括所述径向延伸部分，所述径向延伸部分至少包括所述叶片柄部的部分。

19.根据权利要求18所述的风扇组件，其特征在于，还包括所述径向延伸部分，至少所述叶片柄部的过渡区的部分。

20.根据权利要求17所述的风扇组件，其特征在于，还包括所述整流器柄部，所述整流器柄部配置在所述空气动力整流器与附接至所述整流器柄部的整流器根部之间，并且与它们单块地形成。

21.根据权利要求20所述的风扇组件，其特征在于，还包括所述槽道，所述槽道从所述壳体的后端部或壳体后缘向前或向上游延伸。

22.根据权利要求21所述的风扇组件，其特征在于，还包括沿所述壳体的径向外和内周围表面部分接合且卡住所述壳体的所述整流器根部，且所述外和内周围表面部分绕所述槽道周向地且轴向地向前或向上游延伸。

23.根据权利要求22所述的风扇组件，其特征在于，还包括从所述整流器的整流器向前端部或整流器向前末梢退后的所述整流器柄部。

24.根据权利要求23所述的风扇组件，其特征在于，还包括从所述整流器根部的根部向前端部或根部向前末梢退后的所述整流器柄部。

25.根据权利要求20所述的风扇组件，其特征在于，还包括由可注射热塑性塑料制成的所述整流器和由金属制成的所述壳体。

26.根据权利要求15所述的风扇组件，其特征在于，还包括：

所述毂盖，其附接至毂盖支撑件，

所述壳体，其为所述毂盖的环形支撑件壳体，

所述壳体为所述毂盖支撑件的环形支撑件壳体，

所述支撑件，其至少部分地限定所述空气动力平滑表面，和

所述周向间隔开的可移除空气动力整流器，其绕所述支撑件壳体定位。

27.根据权利要求26所述的风扇组件，其特征在于，还包括整流器柄部，所述整流器柄部附接至所述空气动力整流器，且所述整流器柄部配置在所述支撑件壳体中的周向间隔开的轴向延伸的槽道中。

28.根据权利要求27所述的风扇组件，其特征在于，还包括所述整流器柄部，所述整流器柄部配置在所述空气动力整流器与附接至所述整流器柄部的整流器根部之间，且与它们单块地形成。

29.根据权利要求28所述的风扇组件，其特征在于，还包括所述槽道，所述槽道从所述支撑件壳体的后端部或壳体后缘向前或向上游延伸。

30.根据权利要求29所述的风扇组件，其特征在于，还包括：

所述整流器根部，其沿所述支撑件壳体的径向外和内周围表面部分接合和卡住所述支撑件壳体，

所述外和内周围表面部分，其绕所述槽道周向地且轴向地向前或向上游延伸，和

所述整流器柄部，其从所述整流器的整流器向前端部或整流器向前末梢退后。

31.根据权利要求28所述的风扇组件，其特征在于，还包括由可注射热塑性塑料制成的所述整流器和由金属制成的所述支撑件壳体。