CN105189937A - 涡轮机的涡轮环 - Google Patents

Abstract

一种涡轮机，特别是直升机的涡轮环，减少了其振动行为。根据本发明，该涡轮环包括基本圆柱形的支撑件(31)，以及形成一个冠部的一个或多个扇区(32)，该冠部被配置成提供气流截面，每个扇区(32)均通过一个固定装置(33a、33b)被紧固到该支撑件(31)上，其中该固定装置(33a)包括一个属于该支撑件(31)并朝该扇区(32)突出的固定部件(35)，以及一个属于该扇区(32)并朝该支撑件(31)突出的固定部件(34)，该支撑件(34)的和该扇区(35)的固定部件被配置成接合以将该扇区(32)紧固到该支撑件(31)上；该环还包括阻尼器装置(50)，该阻尼器装置设置在该固定装置(33a)中，并被径向限制在该扇区的一个部分(34e)与该支撑件的一个部分(31i)之间，以阻尼在该扇区(32)相对于该支撑件(31)的相对运动。

Description

涡轮机的涡轮环

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮发动机，特别是用于直升机的的涡轮环。

这种环可在任何类型的涡轮发动机中使用，用于减少能够出现在这种环内的振动行为。

背景技术

在传统的直升飞机涡轮发动机中，一种高压涡轮环通常包括被紧固到环支撑件的一圈扇区。如在图2中能够看到的，为此该扇区设置有适用于与该支撑件的钩配合的钩。

与空气流接触，该环扇区遭受来自空气动力流的压力，该压力具体由从上游和下游级的尾流所导致，并且这可能导致振动行为。特别是，在发动机的运行范围中，该扇区能够进入共振，一种能够导致由于振动疲劳的开裂的现象或导致过早磨损的现象。

现在，为了达到对这种振动行为的更好控制，一种改进的技术包括修改该扇区的特定形状。然而，在给定所施加的机械和气动压力的情况下，设计特定形状很复杂。

另一种很容易实施的已知解决方案包括在组装环时减少间隙。然而，在该扇区和该支撑件之间的径向夹持导致在紧固件钩上的额外机械应力，因此它们能够承受高水平的塑性变形，并且可能也开裂。此外，这种操作使安装环的过程更复杂，从而增加了生产和维护成本。

因此存在对涡轮机环、以及对涡轮发动机的真正需求，至少在某种程度上避免了对于上述已知结构固有的缺点。

发明内容

本发明提供了一种涡轮环，包括基本圆柱形的支撑件，以及形成一个圆圈的一个或多个扇区，所述圆圈被配置成限定一段空气通道，每个扇区通过附接装置被紧固到所述支撑件，其中所述附接装置包括一个属于所述支撑件并朝所述扇区突出的钩部，以及一个属于所述扇区并朝所述支撑件突出的钩部，所述支撑件的和所述扇区的钩部被配置成配合以将所述扇区紧固到所述支撑件；所述环进一步包括阻尼器装置，所述阻尼器装置设置在所述附接装置中并被径向地挤压在所述扇区的一部分以及所述支撑件的一部分之间，以阻尼在所述扇区和所述支撑件之间的相对运动；所述阻尼器装置在圆周方向中与所述支撑件的内表面以及与所述扇区的钩部的外表面交替地接触。

通过使用所述阻尼器装置，所述阻尼器装置保持在所述扇区的所述部分上的至少一个压力区域以及在所述支撑件的所述部分上的至少一个压力区域，在所述扇区和所述支撑件之间的相对运动被约束并且因此很小。此外，它们由所述扇区和/或所述支撑件在阻尼器装置上的摩擦被径向地阻尼。所述摩擦消散了所述扇区的能量，因此它不再积累，从而减少了所述扇区在运行范围上变得谐振的风险，从而大大地限制了由于振动疲劳的破坏。

此外，由于所述阻尼器装置弹性地约束在所述扇区和所述支撑件之间的相对运动，可以保持在所述扇区和所述支撑件之间的径向间隙，所述径向间隙对于限制作用于所述扇区和所述支撑件上的单循环疲劳类型的机械压力是足够的，从而增加它们的寿命。

所述阻尼器装置也可从其限制振动的次级对象释放所述扇区。在这种情况下，其形状可被更自由地选择：其形状从而能够被简化，从而导致成本降低，或者它相对于所述扇区的其他功能可被更有效地优化。

此外，所述阻尼器装置通过用作径向尺寸的引导件促进了在所述支撑件上组装，该引导件基本对应于在所述扇区和所述支撑件之间留下的间隙：所述扇区因此能够被挤压在所述阻尼器装置上，以确保它被准确地定位。这提高了定位精度和可重复性，从而导致在所述叶片末端的间隙上更好的控制，以及减少加工的不兼容。

这种结构，其中所述阻尼器装置在圆周方向中与所述支撑件的内表面和与所述扇区的钩部的外表面交替接触，确保了所述阻尼器装置能够简单地成形，由于它没有提供与所述支撑件的内表面和所述扇区的钩部的外表面连续和同时接触的任何需求。

在特定的实施例中，所述阻尼器装置也被配置成在所述支撑件的一部分上挤压所述扇区的一部分。在这种情况下，所述扇区的和所述支撑件的相对运动也可以被所述扇区在所述支撑件上的摩擦所阻尼。

在特定的实施例中，所述支撑件也通过类似于第一附接装置的第二附接装置被紧固；它设置有第二阻尼器装置，所述第二阻尼器装置设置在所述第二附接装置中并类似于第一阻尼器装置。

在特定的实施例中，所述阻尼器装置包括一个柔性叶片。该柔性叶片优选地为一种由金属板制成的元件。该柔性金属板很便宜，很容易成形，并且呈现适合于这种阻尼的刚度。

在特定的实施例中，所述阻尼器装置在所述扇区的所述部分和所述支撑件的所述部分之间在其整个长度上被径向地挤压。在这种情况下，在所述扇区上和在所述支撑件上施加的压力分布在所述扇区的整个长度上，并且此外阻尼在整个扇区上是均匀的。

在特定的实施例中，所述阻尼器装置在其整个长度上基本平滑，局部压痕的截面沿其长度分布。这些可特别地由球形凸出构成，例如通过冲压。

在其他实施例中，所述装置包括一个由波纹金属板制成的元件。

在特定的实施例中，所述阻尼器装置设置在所述扇区的钩部的外表面和所述支撑件的内表面之间。这种结构很容易组装，此外，在该结构中，这两个钩部彼此挤压，从而加强了所述扇区的紧固并改进其阻尼。

在其他实施例中，所述阻尼器装置设置在所述支撑件的钩部的内表面和所述扇区的外表面。

在特定的实施例中，所述阻尼器装置被至少局部地接收在一个在所述扇区的一部分中形成的凹槽中。通过该凹槽，可以在将其装配在所述支撑件上之前将所述阻尼器装置安装在所述扇区上，从而促进装配的过程。此外，这可以减少在所述扇区和所述支撑件之间的径向间隙。

在其他实施例中，所述阻尼器装置被至少局部地接收在一个在所述支撑件的一部分中形成的凹槽中。

在特定的实施例中，所述阻尼器装置包进所述支撑件的钩部的至少远端部分。所述阻尼器装置因此很容易被放置在适当位置并且即使没有扇区也保持在适当位置。

在特定的实施例中，所述阻尼器装置被配置以永久地保持，首先在所述支撑件的钩部的外表面上的至少一个压力区域和在其内表面上的压力区域，并且其次在所述扇区的钩部的内表面上的至少一个压力区域和/或在所述扇区的外表面上的压力区域。所述阻尼器装置从而被夹持在所述钩的端部周围，从而确保它被放置在适当位置并保持固定。

在其他实施例中，所述阻尼器装置包进所述扇区的钩部的至少远端部分。

在特定的实施例中，所述阻尼器装置为都沿着由所述扇区形成的环的圆周连续地延伸的单件。然而，它可被一个被布置在所述装置的方位角平面中的间隙所中断。

在其他实施例中，所述阻尼器装置被划分为都沿着由所述扇区形成的圆圈的圆周彼此跟随的多个截面。

在特定的实施例中，所述阻尼器装置的一个截面与每个扇区相关联。

在其他实施例中，所述阻尼器装置的每个截面与多个扇区相关联。

在特定的实施例中，所述阻尼器装置也被配置成在所述支撑件和所述扇区之间提供密封。例如，它可以是编织垫。

在特定的实施例中，所述阻尼器装置被固定到所述扇区或到所述支撑件。该固定优选地由焊接执行。

本说明书还提供了一种涡轮发动机，包括根据任一上述实施例的至少一个环。

在特定的实施例中，所述涡轮发动机是直升机涡轮轴发动机。所述环被装配到所连接的涡轮和/或到所述自由涡轮。

在特定的实施例中，所述涡轮发动机是飞机涡轮喷气发动机。

在阅读对所提出的环和涡轮发动机的实施例的以下详细描述后，上述特征和优点以及其他显而易见。该详细描述参考附图。

附图说明

附图是图解性的并首先寻求说明本发明的原理。

在附图中，在图与图之间，使用相同的附图符号标记相同的元件(或元件部分)。此外，属于不同实施例但具有类似功能的元件(或元件部分)通过增加100、200等……的数字符号标记。

图1是直升机涡轮轴发动机的一种示例的整体视图。

图2是涡轮环的第一示例的截面透视图。

图3是图2环的轴向截面视图。

图4示出了图2环的一种变型。

图5是图2环的另一变型的截面透视图。

图6A示出了阻尼器装置的一种变型。

图6B是设置有图6A的阻尼器装置的图2环的径向截面视图。

图7A示出了阻尼器装置的另一变型。

图7B是设置有图7A的阻尼器装置的图2环的径向截面视图。

图8A是该环的第二实施例的轴向截面视图。

图8B和8C是图8A环的变型的轴向截面视图。

图9是该环的第三实施例的轴向截面视图。

具体实施方式

为了使本发明更具体，以下参考附图详细地描述涡轮环的示例。应该记住的是，本发明并不局限于这些实施例。

图1示出了一种涡轮发动机10，具体为直升机涡轮轴发动机。以传统的方式，涡轮轴发动机10包括压缩机11、气体发生器12，以及二者相连和自由的涡轮13和14，二者也被称为由离开燃烧室12的燃烧气体流驱动旋转的高压涡轮和低压涡轮。自由涡轮14包括被紧固到轴15的一端的涡轮机叶轮14a。轴15的另一端具有一个与中间齿轮17啮合的主齿轮16。该中间齿轮17与输出齿轮18啮合。中间齿轮17和输出齿轮18为形成涡轮发动机10的减速齿轮箱的部分的齿轮。输出齿轮18被连接到输出轴19，用于连接到直升机的主齿轮箱(未示出)。所连接的涡轮13具有一个经由传动轴20被连接到压缩机11的涡轮轮13a。所连接的涡轮13也装配有一个限定空气流通道并且面对涡轮轮13a的叶片的涡轮环30。

图2示出了这种涡轮环30的第一实施例。它通常包括一个形成该涡轮13的壳体的整体部分的大致圆柱形的环支撑件31，以及被紧固到该环支撑件31上的一圈环扇区32，以限定通过该涡轮13的气流通道。

如在图3中可更清楚地看到的那样，每个环扇区32通过使用附接装置33a和33b被紧固到该环支撑件31：在每个附接装置33a、33b中，扇区32的钩34朝支撑件31延伸，以与朝环扇区32延伸的支撑件31的钩35配合。扇区32的这些钩34中的每一个因此具有径向部分34a和切向部分34b，二者一起都沿着每个扇区32连续地延伸。支撑件31的每个钩35也具有径向部分35a和切向部分35b，二者一起以连续方式都沿着支撑件31的圆周而周向延伸。

在该第一实施例中，扇区32的钩34设置有各自的肋41，该肋从钩34的外表面34e至少局部地与钩34的径向部分34a成一直线地突出。该肋41用于在钩34的外表面34e和支撑件31的内表面31i之间提供径向间隙，以使阻尼器50可放置到位。

阻尼器50是柔性叶片，优选由金属板制成，在该轴向截面中大致为V型：截面中的该形状沿着阻尼器50的长度基本上都是恒定的。该阻尼器因此被挤压在扇区32的钩34的内表面34e和该支撑件31的内表面31i之间，以首先经由其中央区域在钩34上施加压力，其次经由其两端在支撑件31上施加压力。

可通过调节厚度、长度以及更通常地该阻尼器的形状调节该阻尼器50的刚度。特别是，在该例中，使用具有约0.2毫米(mm)厚度的金属板制造该阻尼器。其材料也可被选定作为所需刚度的函数。具体地，该金属板可由铬镍铁合金718制成。

如图2中能够看到的，在该示例中，除了被布置在阻尼器50的方位角平面中的间隙之外，每个附接装置33a、33b的阻尼器50为一个都沿着环支撑件31连续地延伸的单件，以更容易地在涡轮13中放置就位。然而，在其他示例中，阻尼器都沿着环支撑件可以是连续的，而不包括间隙。

第一实施例的许多变型是可能的。例如，在图4的变型中，凹槽42在环扇区32的钩34的外表面34e中成形。这种凹槽42用于容纳阻尼器52。然而，凹槽42的深度浅于阻尼器52的高度，使得阻尼器52在钩34的外表面34e之外突出：阻尼器52因此被挤压在支撑件31和扇区32的钩34之间。

此外，图4示出了通常可以将阻尼器52安装在一个相对于图3中的阻尼器50相反向上的位置：在这种情况下，阻尼器52经由其中心区域在支撑件31的内表面31i上施加压力，同时经由其两端32在扇区32的钩34上施加压力。

图5示出了环30的第一实施例的另一变型。在该变型中，阻尼器54不是单件，而是由扇区组成：具体地，阻尼器54的划分设计为与环扇区32的划分相对应，使得阻尼器扇区54与每个扇区32相关联。然而，阻尼器54自然地可以某些其他方式被划分。

图6A和图6B示出了涡轮环30的第一实施例的另一变型。不像图3的实施例，阻尼器56不在其整个长度上成形。在该变型中，阻尼器56为柔性叶片，优选由金属板制成，除了在以常规方式在其平滑表面上形成的压痕57之外，其在其整个长度上基本上是平滑的。如在图6B中能够看到的，阻尼器56被配置，使得其外表面压靠环支撑件31的内表面31i，而压痕57的内端压靠环扇区32的钩33的外表面33e，使得阻尼器装置56与支撑件31的内表面31i以及与环扇区32的钩33的外表面33e沿周向交替地接触。

图7A和7B示出了涡轮环30的第一实施例的最后变型。在该变型中，阻尼器58为具有波动的波纹板，该波动使阻尼器58能够沿其周向与支撑件31的内表面31i以及环扇区32的钩33的外表面34e交替地接触。

图8A示出了涡轮环130的第二实施例。在该第二实施例中，阻尼器160为柔性叶片，优选由金属板制成，其在该轴向截面平面中基本为U形，在该支撑件131的钩135的远端部分周围，即在钩135的切向部分135b的端部接合。阻尼器160因此具有一个压靠钩135的远端表面的平面部分161，阻尼器160的两个分支从该平面部分延伸。在第一部分162中，这两个分支朝彼此延伸，以夹在钩135的远端部分上，在其之后，在第二部分163中，这两个分支彼此远离地延伸，以首先压靠钩134的切向部分134b的内表面134i，其次压靠环扇区132的外表面132e。在该示例中，阻尼器160的两个分支是对称的。

图8B示出了涡轮环130的第二实施例的一种变型。在该变型中，为了获得不同的刚度，阻尼器160的内分支长于其外分支。因此，该内分支的第二扇区163比图8A的变型更向下游地压靠环扇区132的外表面132e。

图8C示出了涡轮环130的第二实施例的另一变型。在该变型中，阻尼器160的内分支具有一个压靠钩135的内表面135i的锥形第一部分162，但不具有一个压靠环扇区132的外表面132e的第二部分。

图9示出了涡轮环230的第三实施例。在该第三实施例中，阻尼器260为柔性叶片，优选由金属板制成，其在该轴向截面平面中基本为L形，在该环扇区232的钩234的远端部分周围接合。阻尼器260具有平面部分261，该平面部分压靠环支撑件231的钩235的径向部分235a，具有大致切向的分支由此延伸。在第一部分262中，该分支朝内侧延伸，以压靠扇区232的钩234的外表面234e，然后在第二部分263中，该分支朝外侧以的延伸方式压靠支撑件231的内表面231i。最后，该分支被径向向内地折叠，以成直角地压靠钩234的外表面234i。扇区232的钩部234因此压靠支撑件231的钩部235。

经由非限制性实施例给出在本说明书中所描述的实施例，并且本领域技术人员根据本说明书能够很容易地修改这些实施例或设想其他的，同时保持在本发明的范围内。

特别是，所描述的所有实施例与涡轮发动机的所连接涡轮相关联，然而该教导也能够被应用到自由涡轮机。同样，该教导能够直接地换位到涡轮喷气发动机的领域。

此外，这些实施例的不同特征能够单独地或能够彼此结合地使用。当它们结合时，这些特征可如上所述或以其他方式相结合，本发明不限于在本说明书中所描述的具体描述。特别地，除非相反地指明，参考任一实施例描述的一个特征可以与某一其他实施例类似的方式应用。

Claims (10)

1.一种涡轮环，包括：

基本圆柱形的支撑件(31)；以及

形成一个圆圈的一个或多个扇区(32)，所述圆圈被配置成限定一段空气通道，每个扇区(32)均通过附接装置(33a、33b)被紧固到所述支撑件(31)上；

其中所述附接装置(33a)包括一个属于所述支撑件(31)并朝所述扇区(32)突出的钩部(35)，以及一个属于所述扇区(32)并朝所述支撑件(31)突出的钩部(34)，所述支撑件的和所述扇区(34、35)的钩部设置为相配合，以将所述扇区(32)紧固到所述支撑件(31)上；

其特征在于，所述环还包括阻尼器装置(50)，所述阻尼器装置设置在所述附接装置(33a)中，并被径向地压在所述扇区的一个部分(34e)与所述支撑件的一个部分(31i)之间，以阻尼在所述扇区(32)与所述支撑件(31)之间的相对运动；以及，

所述阻尼器装置(56)沿圆周方向与所述支撑件(31)的内表面以及与所述扇区(32)的钩部的外表面交替地接触。

2.根据权利要求1所述的环，其特征在于，所述阻尼器装置包括一个柔性叶片(50)，优选一由金属板制成的元件。

3.根据权利要求1或2所述的环，其特征在于，所述阻尼器装置(50)在其整个长度上被沿径向压在该扇区的所述部分(34e)与该支撑件的所述部分(31i)之间。

4.根据权利要求1到3中任何一项所述的环，其特征在于，所述阻尼器装置(50)设置在所述扇区(32)的钩部(34)的外表面(34e)与所述支撑件(31)的内表面(31i)之间。

5.根据权利要求1到4中任何一项所述的环，其特征在于，所述阻尼器装置(52)被至少局部地容纳在一个在所述扇区(32)的一个部分(34e)中形成的凹槽(42)中。

6.根据权利要求1到3中任何一项所述的环，其特征在于，所述阻尼器装置(160)包进所述支撑件(131)的钩部(135)的至少远端部分。

7.根据权利要求6所述的环，其特征在于，所述阻尼器装置(160)设置为永久地保持，首先在所述支撑件(131)的钩部(135)的外表面上的至少一个压力区域和在其内表面上的压力区域，其次在所述扇区(132)的钩部(134)的内表面(134i)上的至少一个压力区域和/或在所述扇区(132)的外表面(132e)上的压力区域。

8.根据权利要求1到3中任何一项所述的环，其特征在于，所述阻尼器装置(260)包进所述扇区(232)的钩部(234)的至少远端部分。

9.根据权利要求1到8中任何一项所述的环，其特征在于，所述阻尼器装置(54)被划分为都沿着由所述扇区(32)形成的圆圈的圆周前后排列的多个截面，一个截面优选与各扇区(32)相关联。

10.一种涡轮发动机，包括至少一个根据前叙权利要求中任何一项所述的环(30)。