CN105579670B - 涡轮发动机组件及其安装方法、包括该组件的涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组件，其包括：用于对涡轮发动机的叶片进行支撑的两个旋转对称部件(10，20)，两个部件围绕涡轮发动机轴线以同心方式一个在另一个内部地布置；以及系统(30)，该系统用于对部件(10，20)进行锁定以防止部件相对于所述轴线沿轴向方向和径向方向进行移动，该系统包括开口环(40)，该环包括U形横截面以适于接纳部件(10，20)的一个端部，该组件的特征在于，环(40)与部件(10，20)中的一个构造成使得环能够被互锁在部件上，并且，锁定系统(30)还包括用于将环相对于环所互锁于的部件的旋转进行阻止的构件。本发明还涉及一种用于对这种组件进行组装的方法。

Description

涡轮发动机组件及其安装方法、包括该组件的涡轮发动机

技术领域

本发明涉及一种组件，该组件使得能够锁定涡轮发动机的两个叶片支撑部件的相对移动，该两个叶片支撑部件例如为固定叶轮平台和叶片支撑环或者可动叶轮环和环托。

特别地，本发明适用于将用于分配涡轮发动机流量的叶轮平台锁定到该分配叶轮的支撑环。

背景技术

图5中示出了示例性涡轮发动机。

涡轮发动机1通常包括短舱，该短舱形成孔口，严格的来说，该孔口用于朝向发动机吸入确定的空气流量。通常，涡轮发动机包括一个或若干部分3，该部分用于将空气进行压缩以允许进入发动机中(通常为低压部分或高压部分)。因此，被压缩的空气可准许进入燃烧室5中，并在燃烧室5中燃烧之前与燃料混合。

然后，该燃烧室中的热燃烧气体在不同的发动机阶段中膨胀。第一膨胀立即在燃烧室的下游处的高压阶段6中完成，该高压阶段可接收处于最高温度的气体。当被引导穿过所谓的低压涡轮阶段7时，气体再次膨胀。

高压涡轮6或低压涡轮7通常包括一个或若干阶段，每个阶段包含固定涡轮叶片的排(也被称为分配器)，依次还包括移动涡轮叶片的排，该排形成转子。分配器通过环被连接在一起。分配器2使燃烧室处的气体以适当的角度和速度朝向移动涡轮叶片流动来进行转向，以便驱动这些移动叶片以及发动机的转子进行旋转。

每个分配器被分区，即形成若干分配器分区，该分配器分区首尾相连地绕涡轮发动机的纵向轴线X-X的圆周被定位。每个分配器分区包括相对于涡轮发动机的轴线X-X径向延伸的多个叶片，以便将径向内部环元件(或内部平台)与径向外部环元件(或外部平台)连接，它们一起形成了面对涡轮的可动叶片的环形叶脉。

在分配器的外部平台上安装有用于支撑分配器的环，该环是绕涡轮发动机的轴线的轴对称部件。

环和分配器需要被彼此固定。在这方面，可提供用于对沿轴向方向或径向方向(关于发动机的轴线)的相对移动进行阻止的构件。

文献FR 2 887 920中已知的是，锁定件以相似的方式应用在涡轮发动机的环托部分，该环托部分绕移动叶轮环进行延伸。

锁定件具有卡环扇段的形状，该卡环扇段具有U形的横截面，以便能够接纳环的下游端部以及分配器分区的下游端部，每个锁定件被紧固地安装在环上和环托上(即不存在任何间隙)，以便将它们保持成彼此固定。

然而，分别由于分配器上的空气流动力以及部件的热膨胀造成的这些部件中的过大的机械应力和热应力，因此，这种解决方案使得将分配器平台(即固定叶轮)锁定至用于支撑该分配器的环来说是不可换位的。

实际上，在锁定件被紧固在部件上的情况下，一方面锁定件和分配器之间没有间隙，另一方面环意味着部件中的应力由应用在锁定件上的显著的力体现，这可引起锁定件发生变形并快速地劣化。

因此，需要使系统具有增加的使用寿命，以使得能够阻塞具有外部分配器平台的分配器环。

发明内容

本发明的目的在于克服本文中的前述问题。

具体地，本发明的目的在于提出一种组件，该组件能够将涡轮发动机的两个叶片支撑部件以可靠的方式保持在一起，并具有较长的使用寿命。

本发明的另一目的在于提出一种易于安装的组件。

在这方面，本发明的目的是提供一种组件，其包括：

-涡轮发动机的两个叶轮支撑部件，这两个部件是轴对称的并且围绕涡轮机轴线以同心方式一个在另一个内部地定位，以及

-锁定系统，该锁定系统用于对部件进行锁定以防止部件关于所述轴线沿轴向方向和径向方向相对移动，锁定系统包括开口的卡环，该卡环具有U形横截面并适于接纳两个部件的端部，

该组件的特征在于，部件中的一个与卡环构造成使得使得卡环能够通过卡扣接合在部件上，

并且，锁定系统还包括用于阻止卡环相对于卡环通过卡扣所接合的部件旋转的旋转阻止构件。

有利但可选地，本发明进一步包括以下特征中的至少一个：

-内部部件是固定叶轮平台或叶轮环，而外部部件是固定叶片支撑环或环托。

-卡环的U形截面包括两个臂，这两个臂通过横杆被连接在一起以使得当卡环接纳部件的端部时每个臂面对部件中的一个，臂中的一个与面对该臂的部件具有卡扣齿,该卡扣齿适于进行配合以便使得卡环能够通过卡扣接合到该部件上。

-外部部件和面对该部件的臂设置有卡扣齿。

-用于阻止旋转的构件包括：

o钩，其被定位在卡环的缺口处并适于接纳两个部件的端部，钩在沿着部件中的一个延伸的臂上包括形成容置部的通孔，以及

o用于附接钩的销，销穿过钩的臂延伸所沿着的部件，所述销被接纳在钩的容置部中。

-钩还包括贯通槽，贯通槽邻近于容置部并在钩的一侧敞开以便使得销能够通过槽插入到容置部中。

-槽具有朝向容置部进行会聚的边缘以便防止销在被插入到容置部后发生脱离。

-钩还包括邻近于容置部的腔，以使得钩能够在销插入到容置部中时发生弹性形变。

-腔具有的宽度小于销的宽度。

-钩的臂沿着外部部件延伸，并且销穿过该部件。

本发明的目的还在于一种包括这种组件的涡轮发动机。

本发明的目的还在于一种用于安装这种组件的方法，该方法包括以下步骤：

-以同心方式一个在另一个内部地安装两个轴对称部件，

-安放开口卡环，并通过卡扣将卡环接合在部件中的一个上，以及

-将用于对卡环相对于部件的旋转进行阻止的旋转阻止构件进行定位。

有利但可选地，在该安装方法的期间，用于对旋转阻止构件进行定位的步骤包括以下步骤：

-穿过部件中的一个定位防旋转销，以及

-将钩定位在卡环的缺口处，以便接纳两个部件的端部，并将钩朝向部件移动，以便将销逐渐地接合到槽中并随后接合到钩的容置部中。

附图说明

通过阅读下文中的详细说明，并参照以非限定性示例给出的附图，本发明的其他特征、目的和优点将变得更加清晰，在附图中：

-图1a和图1b示出了根据一个实施例的组件分别在部件上的卡扣齿处以及卡环的旋转阻止构件处的横截面视图。

-图1c示出了根据另一实施例的组件在卡扣齿处的横截面视图。

-图1d示出了根据另一实施例的组件在卡扣齿处的横截面视图。

-图2a示出了叶片支撑环的局部透视图，该叶片支撑环可以是图1a和图1b所示组件的一部分。

-图2b示出了用于对部件进行锁定的卡环的局部主视图。

-图3a至图3c是根据本发明的实施例的组件处于不同视角的视图。

-图3d示出了用于对卡环的旋转进行阻止的钩。

-图4示意性地示出了用于将根据本发明的组件进行安装的方法的主要步骤。

-已描述的图5是涡轮发动机的截面视图，例如根据本发明的组件可被应用在该涡轮发动机上。

具体实施方式

参考图3a，示出了组件100，组件100包括用于对涡轮发动机的叶轮进行支撑的两个部件，这两个部件是轴对称的，并且围绕涡轮发动机的轴线X-X(图5中可见)以同轴的方式一个在另一个内部地定位。

用于对涡轮发动机的叶轮进行支撑的部件，是指：

-在例如为用于分配流量的叶轮的固定叶轮的情况下：将叶轮的叶片连接在一起的外部叶轮平台，或围绕该平台定位的叶片支撑环，或进一步地为围绕该环定位的叶轮环托。

-在例如为压缩机叶轮的可动叶轮的情况下：围绕叶轮的环或围绕该环定位的环托。

因此，组件100包括两个叶片支撑部件，一个径向内部部件10以及围绕第一部件定位的径向外部部件20。

根据一个优选的实施例，内部部件10是涡轮发动机的固定叶轮平台，例如流量分配叶轮(也称为分配器)，而外部部分20是固定叶片支撑环。

根据一个替代性实施例，内部部件10是可动叶轮环，而外部部件20是环托。

根据另一个替代性实施例，内部部件10是固定叶片支撑环，而外部部件20是环托。

在图1a和图1b中，示出了第一种情况下的组件100。内部部件10是叶轮平台，叶轮平台的一个叶片A被示出。平台10包括相对于空气流的上游扰流件11和下游扰流件12，空气流由图中的箭头F示出。上游扰流件11和下游扰流件12分别形成平台的上游端部和下游端部。

用于对叶轮进行支撑的环20包括在其上游端部处的U形钩21以及在其下游端部处的边缘22，U形钩21用于接纳平台的上游扰流件11，边缘22朝向轴线延伸并能够将平台的下游扰流件保持为轴向地朝向下游部分。

边缘22设置有凹口23，该凹口适于能够在环20定位在平台上的期间使得下游扰流件12的角部在该凹口中进行枢转。因此，该支撑环可绕平台进行枢转(枢轴处于下游扰流件处)，并且该支撑环将在钩21处接纳上游扰流件。一旦环在平台10上就位，钩21和上游扰流件11之间的轴向间隙便来自于此。

此外，如在图中可见的，在边缘22处，下游扰流件11没有被径向保持。

当内部部件10是可动叶轮环且外部部件20是环托的情况下，参照图1c，环托20包括下游周向边缘22，下游周向边缘22被定位成面对叶轮环10的下游周向边缘12。

所述边缘上的突起部13能够防止环托关于叶轮环10朝向上游部分发生位移。然而，在与下游方向相反的方向以及径向方向中，环托20和叶轮环10的相对移动不会被阻止。

因此，组件100包括用于对部件进行锁定的系统30以防止其轴向和径向的相对移动(相对于涡轮发动机的轴线)。

如在图2b和图3a至图3c中所示，该系统30包括具有U形截面的卡环40，该卡环40包括两个平行的臂41、42，两个平行的臂41、42通过横杆43在一个端部处被连接在一起。

横杆43的长度可限定出两个臂之间的距离，该距离足以用于接纳两个部件10、20的一个端部。在部件分别是叶轮平台和支撑环的情况下，如图1a和图1b所示，卡环可接纳平台的下游扰流件12以及环的边缘22，从而使卡环的内臂41面对下游扰流件12的内表面，并使得卡环的外臂42面对环的外表面。

在图1c中，在叶轮环10被环托20围绕的情况下，卡环可接纳两个部件的下游周向边缘12、22，内臂41可面对环的下游边缘12的内表面，而外臂42可面对环托的下游边缘22的外表面。

此外，卡环40构造成使得能够通过卡扣而安装在两个部件中的一个上。

有利地，卡环40和部件中的一个(优选为外部部件20)构造成使得能够通过卡扣而配合在一起。在这方面，它们包括互补的卡扣齿44、24，即每个部件的卡扣齿的长度相等并以恒定的角形间隔分布，而且一个部件的两个卡扣齿24、44之间的角形间隔对应于或大于另一部件的一个卡扣齿44、24的长度。

根据优选的实施例，如图1a、图1c、图2b和图3a所示，卡扣齿44是卡环42的外臂42的突起部，该突起部向内突起，即朝向卡环的旋转轴线突起。

另一方面，外部部件20包括在其外表面上的卡扣齿24，该卡扣齿24沿与部件的旋转轴线相反的方向径向延伸。

因此，卡环可通过卡扣并通过接纳两个部件的端部而被安装在两个部件10、20上，从而能够确保对两个部件10、20沿其径向方向相对于彼此的移动(由于内部部件10是通过卡环抵靠外部部件而被保持的)进行阻止，并且能够对它们的轴向相对移动进行阻止，这是由于卡扣齿44和卡环的横杆43可使得外部部件20不能进行任何轴向运动。

此外，通过卡环的卡扣而安装在两个部件上使得卡环和部件10、20之间能够存在间隙，因此，该间隙可允许部件主要由于所涉及到的热应力而导致的膨胀，不会减少它们的使用寿命。

此外，不进行紧密配合意味着卡环不会对显著的机械应力进行支撑。这使得卡环的尺寸能够减小，并因此减小了卡环的大小和质量，从而减轻了其中安装有部件10、20的涡轮发动机的组件的质量。

根据图1d中示出的替代性实施例，内部部件10可包括卡扣齿，该卡扣齿定位在其径向内表面上并径向地延伸。而卡环40包括在其内臂41上的卡扣齿44，并且该齿向外突起。

有利地，卡环40是开口的，即，其延伸越过小于360°的角度扇区，但有利地，该角度扇区大于350°。卡环40的缺口45还能够在热应力(thermal constraints)的情况下使部件进行膨胀而不损坏卡环或目前的部件。

用于对部件进行锁定的系统30还包括用于对卡环40相对于两个部件10、20的旋转进行阻止的构件50。有利地，该旋转阻止构件被定位在卡环40的缺口45处。

如图1b和图3a至图3c所示，旋转阻止构件50包括钩51，其适于接纳两个部件10、20的端部。在两个部件是固定叶轮平台10和支撑环20的情况下，端部是之前的下游扰流件12的端部以及边缘22的端部。

在两个部件是可动叶轮环10和环托的情况下，端部是它们的下游周向边缘12、22。

具体地，钩51包括臂52，臂52沿部件10、20中的一个进行延伸，有利地，臂52沿外部部件20延伸。臂52包括通孔53，该通孔53形成用于销59的容置部，销59沿臂的延伸方向延伸并穿过部件中提供的孔(未示出)。

有利地，孔53具有与销59的截面相同的形状，有利地，其形状为圆形。

当卡环40通过卡扣被安装在部件上时，其被定位成使得卡扣齿24、44面对彼此，并且因此，卡环可实现其径向和轴向的止动作用。

在该位置中，钩51安装在缺口45处以用于接纳两个部件，并且销59被插入至钩的容置部53中，从而将卡环40的钩的角位置保持为恒定。这样的结果是，由于钩51占据在卡环的缺口45中，因此卡环不能围绕部件10、20进行枢转直到卡扣齿不再面对彼此并且卡环40可被移走为止。

在图3a和图3d中可更具体地看到，钩51还包括与容置部53相邻的并在钩的一侧上进行开口的贯通槽54。以这种方式，销可滑动地插入至槽中直到其到达容置部53中为止。

优选地，槽具有朝向容置部会聚的边缘，容置部自身具有的直径大于槽在其与容置部邻接的端部处的边缘之间的距离，以使得：一旦销通过槽中的位移被插入到容置部中就不能再出来。

这就要求钩在销59穿过槽54时在槽54的边缘处发生轻微的变形，以允许销通过。

随后，有利地，钩51包括腔55，腔55优选为通腔并邻近于容置部，优选地，该腔55关于容置部与槽相对，从而使得钩51在销59插入到容置部53中时发生弹性变形。

有利地，腔55具有的宽度小于容置部53的直径，以防止在销被插入到容置部53中后从容置部53移动到腔55。

用于对前述的组件100进行安装的方法1000的主要步骤将参照图4进行描述。

在第一步骤1100期间，两个叶轮支撑部件10、20以同轴的方式一个在另一个内部地定位。部件以本领域技术人员已知的方式装配在一起以用于获得分别在图1a、图1b所示的一种情况下的布置以及在图1c所示的另一种情况下的布置。

然后卡环40通过卡扣被定位1200在部件上。为此，通过使卡环的卡扣齿相对于部件中的一个的卡扣齿24偏移开，并通过将卡环40接合到部件中以便部件的端部被接纳在卡环的臂41、42之间，卡环40可被安放1210。

接下来，将卡环40相对于部件10、20进行枢转1220，使得卡环的卡扣齿将面对部件的卡扣齿24(例如外部部件20的卡扣齿)，并且因此，卡环形成了部件轴向位移的抵接件。

最后，在步骤1300期间，对用于使卡环相对于部件的旋转进行阻止的构件50进行定位。

为此，优选地，提供了钩51，钩51包括邻近于容置部53的槽54。防旋转销59穿过部件中的一个进行接合1310，并且钩51被带至1320缺口处，从而使得钩51对部件的端部进行接纳，并且使得销59被接纳在槽中。钩51逐渐移动以使得销59在槽中移动直到它到达容置部53。

有利地，销59被槽的会聚边缘阻塞在容置部中。

因此，已提出的组件使得能够对涡轮发动机的两个叶片支撑部件的轴向移动和径向移动进行锁定，从而使其具有较长的使用寿命并且易于安装。

Claims (12)

1.一种涡轮发动机的组件(100)，包括：

-涡轮发动机的两个叶片支撑部件，所述两个叶片支撑部件是轴对称的并且围绕涡轮发动机轴线以同心方式一个在另一个内部地定位，由此使得所述两个叶片支撑部件包括内部部件(10)和外部部件(20)，以及

-锁定系统(30)，所述锁定系统(30)用于对所述两个叶片支撑部件进行锁定以防止所述两个叶片支撑部件关于所述轴线沿轴向方向和径向方向相对平移，所述锁定系统包括开口的卡环(40)，所述卡环(40)具有U形横截面并适于接纳所述两个叶片支撑部件的端部，所述卡环(40)的U形截面包括两个臂(41，42)，所述两个臂(41，42)通过横杆(43)被连接在一起以使得当所述卡环接纳所述两个叶片支撑部件的端部时每个臂(41，42)面对所述两个叶片支撑部件中的一个，

所述组件的特征在于，所述卡环的两个臂中的一个臂(42)与所述两个叶片支撑部件中面对该一个臂的一个叶片支撑部件具有卡扣齿(44，24)，所述卡扣齿(44，24)适于进行配合以便使得所述卡环(40)能够通过卡扣接合在所述两个叶片支撑部件上，在此期间：

所述卡环与所述两个叶片支撑部件接合使得所述两个叶片支撑部件的端部被接纳在所述卡环的两个臂(41，42)之间，所述卡环的卡扣齿相对于所述两个叶片支撑部件中面对该一个臂的一个叶片支撑部件的卡扣齿(24)是偏移的，

然后所述卡环相对于所述两个叶片支撑部件被枢转，使得所述卡环的卡扣齿(44)将面对所述两个叶片支撑部件中面对该一个臂的一个叶片支撑部件的卡扣齿(24)，并且所述卡环由此形成所述两个叶片支撑部件中面对该一个臂的一个叶片支撑部件的轴向平移抵接件，

并且，所述锁定系统(30)还包括用于对所述卡环(40)相对于卡环(40)通过卡扣所接合的所述两个叶片支撑部件的旋转进行阻止的旋转阻止构件(50)。

2.根据权利要求1所述的组件(100)，其中，所述内部部件(10)是固定叶轮平台或叶轮环，而所述外部部件(20)是固定叶片支撑环或环托。

3.根据权利要求1所述的组件(100)，其中，所述外部部件(20)和面对该外部部件的臂(42)设置有卡扣齿(24，44)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的组件(100)，其中，所述旋转阻止构件(50)包括：

-钩(51)，其被定位在所述卡环(40)的缺口(45)处，并且适于接纳所述两个叶片支撑部件的端部，所述钩(51)在沿着所述两个叶片支撑部件中的一个叶片支撑部件延伸的臂(52)上包括形成容置部(53)的通孔，以及

-用于附接所述钩的销(59)，所述销(59)穿过所述钩的臂(52)延伸所沿着的所述两个叶片支撑部件中的一个叶片支撑部件，所述销(59)被接纳在所述钩(51)的容置部(53)中。

5.根据权利要求4所述的组件(100)，其中，所述钩(51)还包括贯通槽(54)，所述贯通槽(54)邻近于所述容置部(53)并在所述钩(51)的一侧敞开以使得所述销能够穿过所述贯通槽(54)被插入到所述容置部中。

6.根据权利要求5所述的组件(100)，其中，所述贯通槽(54)具有朝向所述容置部(53)会聚的边缘以防止所述销(59)在被插入到所述容置部(53)后发生脱离。

7.根据权利要求4所述的组件(100)，其中，所述钩(51)还包括邻近于所述容置部的腔(55)，以使得所述钩(51)能够在所述销(59)插入到所述容置部(53)中时发生弹性形变。

8.根据前一权利要求所述的组件(100)，其中，所述腔(55)具有的宽度小于所述销(59)的宽度。

9.根据权利要求4所述的组件(100)，其中，所述钩(51)的臂(52)沿着所述外部部件(20)延伸并且所述销(59)穿过该外部部件(20)。

10.一种涡轮发动机(1)，包括根据前述权利要求中任一项所述的组件。

11.一种用于对根据权利要求1至9中任一项所述的组件(100)进行安装的方法(1000)，包括以下步骤：

-以同心方式一个在另一个内部地安装(1100)轴对称的两个叶片支撑部件，

-安放(1200)开口卡环(40)，并通过卡扣将所述卡环接合在所述两个叶片支撑部件中的一个叶片支撑部件上，以及

-定位(1300)用于阻止所述卡环(40)相对于所述两个叶片支撑部件中的所述一个叶片支撑部件旋转的旋转阻止构件(50)。

12.根据前一权利要求所述的方法(1000)，所述方法用于对根据权利要求5或6所述的组件(100)进行安装，其中用于定位所述旋转阻止构件(50)的步骤包括以下步骤：

-定位穿过所述两个叶片支撑部件中的一个叶片支撑部件的用于防旋转的销(59)，以及

-将钩(51)定位在所述卡环(40)的缺口(45)处，以便接纳所述两个叶片支撑部件的端部，并将所述钩(51)朝向所述两个叶片支撑部件移动，以便将所述销(59)逐渐地接合到所述贯通槽(54)中并随后接合到所述钩(51)的容置部(53)中。