CN105765167A - 包括轴衬套的涡轮机以及相关的衬套管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮机(30)，该涡轮机包括：压缩机级和涡轮级，每个级包括至少一个盘(42)；以及沿涡轮机的轴线(32)延伸的管状轴(31)衬套(33)，其中，衬套(33)包括至少一个突部(40)，该至少一个突部从衬套的外部径向表面(41)并且面向盘(42)延伸，突部(40)被设计成在衬套(33)绕涡轮机的轴线(32)旋转时与盘(42)接触。

Description

包括轴衬套的涡轮机以及相关的衬套管
技术领域
本发明涉及涡轮发动机领域。更具体地，本发明涉及包括围绕轴延伸的衬套的涡轮发动机。
背景技术
图1中示出了根据现有技术的涡轮发动机1。涡轮发动机1包括沿涡轮发动机的轴线3延伸的低压轴2，涡轮发动机的轴线3限定出低压轴2的旋转轴线。低压轴2相对于涡轮发动机1中的空气流的流动方向在上游处被连接至低压压缩机(未示出)，并在下游处被连接至驱动其旋转的低压涡轮(未示出)。
涡轮发动机1在上游处还包括围绕低压轴2同轴地定位的高压压缩机4。高压压缩机4是轴向离心式压缩机。
高压压缩机4包括形成路径的转子5和定子6，空气流动穿过该路径。转子5和定子6各自具有轴向部分(分别为7和8)，以及扩张部分(分别为9和10)。转子5的扩张部分9是叶轮。叶轮9包括盘11，盘11能绕涡轮发动机的轴线3旋转地移动。
固定轮叶12和旋转叶片13被定位在空气流动路径中。固定轮叶12被连接至定子6。旋转叶片13各自被连接至盘14。盘14被连接至转子5并且能绕涡轮发动机的轴线3旋转地移动。
涡轮发动机1在下游处还包括围绕低压轴2同轴地定位的高压涡轮15。高压涡轮15包括至少一个级，该至少一个级配备有能绕轴线3旋转地移动的盘16。高压涡轮15的盘16被连接至叶轮9的盘11，并因此被连接至转子5。
由于空气流动穿过高压压缩机4和高压涡轮15，低压轴2和转子5之间的回路(也被称为内轴回路)受到相当的升高温度的约束。
为降低内轴温度，传统的是安装穿过内轴的冷却回路17，以使从涡轮发动机1的外部带来的冷空气流动穿过内轴回路并增加转子5和低压轴2之间的温度梯度。
涡轮发动机1的传动轴(尤其是低压轴2)通过轴承被支撑并被引导，轴承容纳在轴承外壳中并在轴承外壳中被供给润滑油。
为提供用于轴承外壳的密封并避免润滑油蔓延到内轴回路中，传统的是通过被连接至内轴回路的增压回路18来控制轴承外壳中的压力。
通常，涡轮发动机1还包括管状衬套19，该管状衬套19沿涡轮发动机的轴线3沿低压轴2进行延伸。衬套19在上游处通过耳轴20被连接至高压压缩机4，并在下游处通过耳轴21被连接至高压涡轮15。
衬套19将穿过内轴回路的冷却回路17和用于轴承外壳的增压回路18隔开。因此，空气以不同的压力水平穿过衬套19和转子5之间的冷却回路17以及衬套19和低压轴2之间的增压回路18。因此，衬套19一方面能够维持低压轴2的热力工况，并且在另一方面能够确保轴承外壳的足够的增压。
在运转中，衬套19绕低压轴2的轴线3旋转，并沿与低压轴2的旋转方向相反的方向旋转。
在某些旋转速度下，衬套19会进入共振和振动。
当这些振动在涡轮发动机1的运行范围内发生时，这些振动会对涡轮发动机1构成相当大的损坏风险。
这尤其是小型的涡轮发动机1的情况，其中，衬套19的直径相比其长度较小，并且对于小型的涡轮发动机1而言，衬套19进入共振在涡轮发动机1的运行范围内发生。
发明内容
本发明的目的在于弥补上述的问题。
为此，根据本发明的目标，本发明具有一种涡轮发动机，该涡轮发动机包括压缩机级和涡轮级以及管状轴衬套，每个级包括能绕涡轮发动机的轴线旋转地移动的至少一个盘，该管状轴衬套沿涡轮发动机的轴线延伸，管状轴衬套包括至少一个突部，该至少一个突部从衬套的外部径向表面并面向压缩机级或涡轮级的盘延伸，突部被构造成在衬套绕涡轮发动机的轴线旋转时与盘接触。
这种涡轮发动机具有的优点在于限制由于衬套的振动引起的损坏风险。
优选地，突部包括基部和接触部分，该基部从衬套的外部径向表面大体上径向地延伸，该接触部分从基部朝向突部的自由端部延伸，接触部分被构造成在衬套绕涡轮发动机的轴线旋转时弹性地变形并与盘接触。
更优选地，接触部分在毗连基部的区域中局部地变薄，其中，接触部分包括外表面，该外表面面向盘延伸并在突部的自由端部处形成第一接触区域，该第一接触区域被设计成在衬套的旋转速度的第一范围上与盘接触，并且其中，接触部分的外表面包括第一表面部分以及第二表面部分，该第一表面部分由第一接触区域限定，该第二表面部分在第一表面部分的延长部分中延伸并朝向盘径向地偏移以限定出顶尖部(peak)，所述顶尖部形成第二接触区域，该第二接触区域被设计成在衬套的旋转速度的第二范围上与盘接触。
根据本发明的一个实施例，突部的外表面包括保护涂层以限制突部上的磨损。
根据本发明的一个实施例，突部包括从衬套的外部径向表面大体上径向地延伸的基部，该基部被构造成在衬套绕轴线旋转并相对于所述轴线径向地变形时与盘接触。
根据本发明的一个实施例，接触部分相对于衬套大体上切线地延伸。根据一个变型，接触部分平行于涡轮发动机的轴线延伸。
根据本发明的一个实施例，衬套包括第一管，该第一管的一个端部与第二管的一个端部配合，突部从所述第一管的外部径向表面延伸至第一管的所述端部。
根据本发明的一个实施例，盘包括阶部，衬套的突部被构造成在衬套绕轴线旋转时与阶部接触。
有利地，本发明的前述的实施例能够被组合。
根据本发明的目标，本发明还具有沿轴线延伸的轴衬套，衬套的特征在于，该衬套包括自管的外部径向表面延伸的至少一个突部，并且，如前所述，突部被构造成在衬套绕所述轴线旋转时与涡轮发动机的压缩机级或涡轮级的盘接触。
附图说明
本发明的其它特征、目标和优点将通过以下的说明揭示，所述说明仅是示例性和非限制性的并且必须参照附图阅读，在附图中：
-图1(已描述)以纵向截面示意性地示出了包括现有技术的衬套的涡轮发动机的局部视图；
-图2以纵向截面示意性地示出了包括根据本发明实施例的衬套的涡轮发动机的局部视图；
-图2a示出了图2中所示的衬套的详细视图；
-图3示出了图2中所示的衬套的透视图；
-图4示出了图2中所示的衬套的突部的详细视图。
具体实施方式
图2以纵向截面示出了涡轮发动机30的局部视图，涡轮发动机30包括沿涡轮发动机的轴线32延伸的低压轴31，轴线32限定出低压轴31的旋转轴线。
涡轮发动机30还包括衬套33，衬套33沿涡轮发动机的轴线32围绕低压轴31延伸。
衬套33分为两部分。衬套33包括第一管34，第一管34的第一端部被连接至高压压缩机36的耳轴35。衬套33还包括第二管37，第二管37的第一端部被连接至高压涡轮39的耳轴38，第二管37的第二端部具有螺纹并与设置在第一管34的第二端部内部的互补螺纹配合。
衬套33包括自第一管34的外部径向表面41延伸的至少一个突部40。在图2中示出的示例中，突部40被定位在第一管34的第二端部处。
突部40面向盘42延伸，盘42被连接至高压压缩机36的叶轮43。叶轮43的盘42包括环形阶部44，环形阶部44平行于涡轮发动机的轴线32自叶轮43的盘42延伸。环形阶部44包括内表面，突部40面向该内表面延伸。突部40和阶部44具体在图2a中可见。
图3示出了衬套33的第一管34的透视图。衬套33包括定位在第一管34的整个圆周上的若干突部40。优选地，两个相邻的突部40之间的距离是恒定的。
图4以横向截面示出了衬套33的详细视图，其中呈现了突部40。
通常，突部40具有L形。突部40包括基部45，基部45相对于涡轮发动机的轴线32从外部径向表面41大体上径向地延伸到顶尖部46。突部40还包括从基部45延伸至突部40的自由端部48的接触部分47。
在图4中示出的示例中，接触部分47大体上平行于第一管34的圆周延伸。根据未示出的变型，接触部分47能够大体上平行于涡轮发动机的轴线32延伸。
接触部分47在与基部45相邻的区域中局部地变薄。接触部分47包括内表面49，内表面49面向第一管34的外部径向表面41，内表面49在接触部分47和基部45之间具有凹入形状，这使得能够增加接触部分47的可变形性。
接触部分47还包括面向叶轮43的盘42延伸的外表面50。更确切地，外表面50面向叶轮43的盘42的环形阶部44的内表面延伸。接触部分47的外表面50在突部40的自由端部48处形成第一表面部分51。
接触部分47的外表面50包括第二表面部分52，第二表面部分52在第一表面部分51的延长部分中延伸。第二表面部分51朝向叶轮43的盘42径向地偏移以限定出顶尖部53。
第一表面部分51限定出第一接触区域A。第一接触区域A被设计成在衬套33的旋转速度的第一范围上与叶轮43的盘42接触。更确切地，第一接触区域A被设计成与叶轮43的盘42的环形阶部44的内表面接触。接触部分47的第一接触区域A在衬套33的旋转速度的第一范围上保持与叶轮43的盘42连续地接触。优选地，衬套33的旋转速度的第一范围涵盖了衬套33的接近于停止的低旋转速度。例如，衬套33的旋转速度的第一范围包括介于8000和12000转/分(每分钟转数)的旋转速度。
外表面50的顶尖部53形成第二接触区域B，第二接触区域B被设计成在衬套33的旋转速度的第二范围上与叶轮43的盘42接触。更确切地，第二接触区域B被设计成与叶轮43的盘42的环形阶部44的内表面接触。接触部分47的第二接触区域B在衬套33的旋转速度的第二范围上保持与叶轮43的盘42连续地接触。优选地，衬套33的旋转速度的第二范围包括衬套33的旋转速度的第一范围的最高旋转速度。因此，在衬套33的旋转速度的第二范围中，突部40同时在第一接触区域A和第二接触区域B处与叶轮43的盘42接触。例如，衬套33的旋转速度的第二范围包括介于12000和25000转/分之间的旋转速度。
基部45包括被定位在基部45的顶尖部46处的第三接触区域C，第三接触区域C被设计成在衬套33绕涡轮发动机的轴线32旋转并相对于所述轴线径向地变形时与叶轮43的盘42接触。当衬套33达到临界的旋转速度并开始振动时，或在突部40发生强烈的失衡、共振或破裂的情况下，衬套33会发生这种径向的变形。更确切地，第三接触区域C被设计成与叶轮43的盘42的环形阶部44的内表面接触。
只要衬套33被赋予绕涡轮发动机的轴线32的旋转运动，接触部分47就弹性地变形，突部40的自由端部48在衬套33的旋转的影响下沿叶轮43的盘42的方向上升，并且接触部分47的第一接触区域A与叶轮43的盘42接触。第一接触区域A和叶轮43的盘42之间的接触具有增加衬套33的临界旋转速度的值的作用。衬套33的临界旋转速度对应于衬套33进入共振并开始振动的旋转速度。
当衬套33的旋转速度增加并进入衬套33的旋转速度的第二范围时，接触部分47进一步变形直到接触区域B也与叶轮43的盘42接触。在第二接触区域B和叶轮43的盘42之间附加接触具有进一步增加衬套33的临界旋转速度的值的作用。
最后，如果突部40的第一接触区域A和第二接触区域B与叶轮43的盘42之间的接触不足以增加衬套33的临界旋转速度的值以使它们被移动至涡轮发动机30的运行范围之外并且衬套33进入共振并开始振动，突部40通过衬套33的径向变形被驱动、朝向叶轮43的盘42移动，并且基部45的第三接触区域C与叶轮43的盘42接触。第三接触区域C和叶轮43的盘42之间的接触具有限制衬套33的径向变形的作用并因此具有抑制振动的作用。
此外，如果接触部分47损坏并且衬套33进入共振并开始振动，衬套33相对于涡轮发动机的轴线32的径向变形还通过突部40的基部45来限制。
因此，突部40被构造成在衬套33绕涡轮发动机的轴线32旋转时与叶轮43的盘42接触。更确切地，突部40被构造成在衬套33绕涡轮发动机的轴线32旋转时仅与叶轮43的盘42接触。换句话说，当衬套33被中止时，突部40不与叶轮43的盘42接触，并且当衬套33具有绕涡轮发动机的轴线32的旋转运动时，突部40与叶轮43的盘42接触。
在图4呈现的示例中，接触部分47的外表面50包括保护涂层，该保护涂层被设计成防止突部40在第一接触区域A、第二接触区域B和第三接触区域C与叶轮43的盘42之间的接触期间发生摩擦。
作为一个变型，突部40被定位成面向高压压缩机36的盘54或高压涡轮39的盘55中的一个，并且突部40被构造成与它所面向的盘54或55接触。与突部40接触的盘54或55还可包括与叶轮43的盘42的环形阶部44相似的辅助阶部。

Claims (10)

1.一种涡轮发动机(30)，包括：
-压缩机级和涡轮级，每个级包括能绕所述涡轮发动机的轴线(32)旋转地移动的至少一个盘(42)，以及
-管状轴(31)衬套(33)，所述管状轴(31)衬套(33)围绕所述轴沿所述涡轮发动机的轴线(32)延伸，
所述涡轮发动机的特征在于，所述衬套(33)包括至少一个突部(40)，所述至少一个突部(40)从所述衬套的外部径向表面(41)并且面向所述压缩机级或所述涡轮级的盘(42)延伸，所述突部(40)被构造成在所述衬套(33)绕所述涡轮发动机的轴线(32)旋转时与所述盘(42)接触。
2.根据权利要求1所述的涡轮发动机(30)，其中，所述突部(40)包括基部(45)和接触部分(47)，所述基部(45)从所述衬套的外部径向表面(41)大体上径向地延伸，所述接触部分(47)从所述基部(45)朝向所述突部的自由端部(48)延伸，所述接触部分(47)被构造成在所述衬套(33)绕所述涡轮发动机的轴线(32)旋转时弹性地变形并与所述盘(42)接触。
3.根据权利要求2所述的涡轮发动机(30)，其中，所述接触部分(47)在毗连所述基部(45)的区域中局部地变薄，其中，所述接触部分(47)包括外表面(50)，所述外表面(50)面向所述盘(42)延伸并在所述突部(40)的自由端部(48)处形成第一接触区域(A)，所述第一接触区域(A)被设计成在所述衬套(33)的旋转速度的第一范围上与所述盘(42)接触，并且其中，所述接触部分(47)的外表面(50)包括第一表面部分(51)以及第二表面部分(52)，所述第一表面部分(51)由所述第一接触区域(A)限定，所述第二表面部分(52)在所述第一表面部分的延长部分中延伸并朝向所述盘(42)径向地偏移以限定出顶尖部(53)，所述顶尖部形成第二接触区域(B)，所述第二接触区域(B)被设计成在所述衬套的旋转速度的第二范围上与所述盘(42)接触。
4.根据权利要求3所述的涡轮发动机(30)，其中，所述突部(40)的外表面(50)包括保护涂层。
5.根据权利要求1至4中一项所述的涡轮发动机(30)，其中，所述突部(40)包括从所述衬套(33)的外部径向表面(41)大体上径向地延伸的基部(45)，所述基部被构造成在所述衬套(33)绕所述轴线(32)旋转并相对于所述轴线径向地变形时与所述盘(42)接触。
6.根据权利要求2至5中一项所述的涡轮发动机(30)，其中，所述接触部分(47)相对于所述衬套(33)大体上切线地延伸。
7.根据权利要求2至5中一项所述的涡轮发动机(30)，其中，所述接触部分(47)平行于所述涡轮发动机的轴线(32)延伸。
8.根据权利要求1至7中一项所述的涡轮发动机(30)，其中，所述衬套(33)包括第一管(34)，所述第一管(34)的一个端部与第二管(37)的一个端部配合，所述突部(40)从所述第一管的外部径向表面(41)延伸至所述第一管(34)的所述端部。
9.根据权利要求1至8中一项所述的涡轮发动机(30)，其中，所述盘(42)包括阶部(44)，所述衬套(33)的突部(40)被构造成在所述衬套(33)绕所述轴线(32)旋转时与所述阶部接触。
10.一种涡轮发动机(30)的轴(31)衬套(33)的管，所述衬套(33)沿轴线(32)延伸，所述衬套的特征在于，所述衬套包括自所述管的外部径向表面(41)延伸的至少一个突部(40)，并且，所述突部(40)被构造成在所述衬套(33)绕所述轴线(32)旋转时与涡轮发动机的压缩机级或涡轮级的盘(42)接触。
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