CN105793523B - 平衡式涡轮发动机部分以及涡轮发动机 - Google Patents

平衡式涡轮发动机部分以及涡轮发动机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种平衡式涡轮发动机部分。所述部分包括至少一个角扇段(21)，该至少一个角扇段被布置成形成以环轴线(C)为中心的平衡环(20)。所述角扇段(21)包括多个附接元件(30)，支承表面(5)具有与平衡环(20)匹配的形状，角扇段(21)与所述支承表面(5)邻接。所述部分还包括多个平衡配重(40)，该多个平衡配重各自被附接到角扇段(21)的相应的附接元件(30)，所述平衡配重中的至少一个还被用做用于将角扇段(21)附接到支承表面(5)的附接构件。本发明还涉及包括这种平衡式部分的涡轮发动机。

Description

平衡式涡轮发动机部分以及涡轮发动机
技术领域
本发明涉及涡轮机的领域以及平衡一些涡轮机部件的领域。
背景技术
按照定义，涡轮机具有以相对较高的速度旋转的零件。这些高的旋转速度能够引起一些涡轮机部件的显著的振动，其中，这些振动在短期或中期内会损坏所述部件。因此，有必要平衡所述部件，以便限制这些振动的振幅。
因此，已知的是在待平衡的这些涡轮机部件上提供平衡质量的紧固，该平衡质量的分布适于平衡所述部件。
为提供这种紧固，待平衡的涡轮机部件包括适于接纳螺母的卷曲凹槽，并且螺母能够被卷曲在该凹槽中。平衡质量采取平衡螺钉的形式，该平衡螺钉的质量通过改变长度而被适用。
在平衡这种涡轮机部件时，螺母首先以预先确定的角分布被逐一地卷曲在卷曲凹槽中。然后，螺钉被安装在不同的螺母上，螺钉中的每个的质量被适当地选择以平衡所述部件。
虽然卷曲凹槽中的这种螺母-平衡式螺钉分布系统能够使待平衡的涡轮机部件被准确地平衡，但是它具有若干缺点。实际上，将螺母卷曲的步骤必须是准确的并且需要适用的工具。因此，该步骤的实施较为冗长乏味，对待平衡的零件具有相当大的损坏风险并且对涡轮机的制造时间具有相当大的影响。而且，该同一系统尤其不适于维修操作。实际上，任何修理或螺母更换操作需要使整个涡轮机部件被移动至适合的工作间。
该问题尤其适于为涡轮机入口圆椎的涡轮机部件。实际上，该部件由铝制成，并因此在对用于紧固平衡螺钉的螺母进行卷曲和拆卸时具有较高的损坏风险。
发明内容
本发明旨在克服这些缺点。
因此，本发明的目的之一在于提供一种平衡式涡轮机部件，该平衡式涡轮机部件具有用于紧固平衡质量的系统，该平衡质量包括诸如为螺母的紧固件，本发明不需要为这些紧固件进行大量的卷曲(crimping)步骤来进行平衡。
本发明的另一目的在于提供一种待平衡的涡轮机部件，该待平衡的涡轮机部件具有用于紧固平衡质量的系统，平衡质量包括诸如为螺母的紧固件，所述系统能够使紧固件更加容易地相对于涡轮机部件朝向涡轮机部件进行定位。
为此，本发明涉及一种平衡式涡轮机部件，该平衡式涡轮机部件包括：
-至少一个角扇段(angular sector)，该至少一个角扇段被布置成形成以环轴线为中心的平衡环，所述角扇段包括多个紧固件，该多个紧固件各自适于紧固至少一个各自的平衡质量，所述紧固件各自包括螺纹轴线，所有的螺纹轴线大体上会聚在环轴线上的同一点处，
-支承表面，该支承表面具有与平衡环互补的形状，角扇段支承在所述支承表面上，
-多个平衡质量，该多个平衡质量各自被紧固到角扇段的相应的紧固件，平衡质量中的至少一个还充当用于将角扇段紧固到支承表面的紧固构件。
平衡环的这种角扇段使该角扇段的多个紧固件能够被一次定位。因此，这使得技术人员不得不以麻烦的方式单独地执行对这些相同紧固件进行定位的乏味的任务。对于由若干角扇段形成的平衡环来说，这是特别合适的，仅第一部段的准确定位是必须的，其它角扇段的定位的准确性通过将其相对于第一角扇段放置来实现。
而且，涡轮机是回转机器，环形状使得能够易于将角扇段放置并保持就位。因此，不需要与现有技术的平衡方法的情况一样进行大量的卷曲操作。这些不需要卷曲的放置并保持就位限制了涡轮机部件在进行平衡时的损坏风险。由于不需要逐一拉直(uncrimp)紧固件，还有利于同一涡轮机部件的维护操作。
角扇段的角度能够介于20°和360°之间。
紧固件中的每个的螺纹轴线能够相对于角扇段的径向方向形成最大角度，该最大角度小于50°，优选地，该最大角度小于30°，并且进一步优选地，该最大角度小于15°。
紧固件中的每个的螺纹轴线能够相对于角扇段大体径向地定向。
角扇段能够意在形成具有截头圆锥或圆筒形的回转形状的平衡环。
紧固件能够沿角扇段大体均匀地分布。
涡轮机部件能够是涡轮机入口圆椎。
这种涡轮机部件特别受益于这种构型，尤其是因为它能够由铝制成并因此能够在根据现有技术的方法进行平衡时具有严重的损坏风险。
本发明还涉及一种用于对包括支承表面的涡轮机部件进行平衡的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供至少一个根据本发明的角扇段，
-将角扇段带至支承在待平衡的涡轮机部件的支承表面上以形成平衡环，
-将至少一个平衡质量紧固在角扇段的紧固件中的一个上，以紧固角扇段并平衡所述涡轮机部件。
这种平衡方法能够提供一种平衡式涡轮机部件，这种平衡式涡轮机部件与根据现有技术的方法的平衡式涡轮机部件相比允许便利的维护操作。
本发明还涉及一种涡轮机，该涡轮机包括至少一个根据本发明的平衡式涡轮机部件。
相对于包括根据现有技术的方法的平衡式涡轮机部件的涡轮机，这种涡轮机对于平衡式涡轮机部件而言允许便利的维护操作。
附图说明
通过阅读示例性实施例的说明将更好地理解本发明，该示例性实施例通过仅说明而决非限制性的目的参照附图给出，在附图中：
-图1示出了涡轮机的入口圆椎，该入口圆椎配备有根据本发明的平衡环的角扇段，
-图2a和图2b分别示出了如图1所示的平衡环，以及形成这种平衡环的角扇段，
-图3示出了图1所示的入口圆椎的特写视图，该入口圆椎使环能够通过平衡螺钉紧固成所示出的，
-图4示出了图1所示的圆锥的横截面。
不同附图中的相同、相似或等价的部件具有相同的附图标记，以便于从一幅附图切换到另一附图。
附图中示出的不同部件不一定按相同比例绘制，以使附图更加易于理解。
具体实施方式
图1示出了配备有平衡环20的涡轮机入口圆椎1，平衡环20包括用于对相应的平衡螺钉40(图1中未示出)进行紧固的多个螺母30。
如图2a所示，这种平衡环20呈条的形式，该条的两个端部被接合在一起以具有大体圆形的横向的横截面。因此，平衡环20具有大体圆筒形的回转形状，该平衡环20的高度与螺母30的宽度具有相同的数量级。根据本发明的未被示出的其它可能性，平衡环20可具有除圆筒形形状以外的回转形状，诸如为截头圆锥形状。平衡环20以环轴线(C)为中心。
如图2b所示，平衡环20可由一个或多个角扇段21形成，该角扇段21具有介于20°和360°之间的角度。根据图2b中所示的优选的构型，优选地，平衡环20由具有等于180°的角度的两个角扇段21形成。
根据第一种可能性，在入口圆椎1上进行安装时，角扇段21没有用于将它们彼此组装的安装系统，并且因此，角扇段21适于通过简单的侧边安装(side by side mounting)而形成平衡环20。根据第二种可能性，角扇段21各自具有至少一个紧固构件，该至少一个紧固构件适于与直接相邻的角扇段的互补的紧固构件配合。根据该第二种可能性，将角扇段21组装以形成平衡环20能够在安装到入口圆椎1上之前或与组装到入口圆椎1上的同时发生。将在下文中描述的平衡方法适于第一种可能性，其中，角扇段21不包括将它们彼此组装的安装系统，并且因此，其中，平衡环20通过角扇段21的简单的侧边安装而形成。
如图3所示，平衡环20沿其周缘包括多个螺母定位件25。螺母定位件25沿平衡环20大体均匀地分布。
螺母定位件25中的每个包括通孔28以及用于安装螺母30的系统，通孔28适于经由通孔28穿过平衡螺钉40的杆，用于安装螺母30的系统适于通过旋转地锁定螺母30而将螺母30安装。
安装系统包括平衡环20的形成螺母支撑件的部分26。该部分26呈平衡环20的侧部扩大部的形式，使得平衡环20在该部分26处具有的宽度大于螺母30的宽度。因此，平衡环20适于在部分26上形成的每个螺母定位件25处支撑螺母30。每个部分26具有两个侧部延伸部27，两个侧部延伸部27从部分26朝向平衡环20内部的部分、然后朝向彼此径向地延伸。因此，这些侧部延伸部27具有L形的侧部横截面，这使得当螺母30被放置在平衡环20的相应的部分26上时能够对螺母30进行支撑。
安装系统还包括适于形成止挡件的两个突出部(outgrowths)29，两个突出部29均在相应的部分25的两侧上朝向平衡环20内部延伸。突出部29能够例如由突部构成，突部通过设置在平衡环20中的切口(cutout)而形成，一旦螺母30被放置就位，突部就通过冲压被弯曲以形成突出部29。
因此，一旦螺母30被提供在环的相应的定位件中时，它通过具有两个侧部延伸部27和两个突出部29的安装系统被保持就位，两个侧部延伸部27将螺母30旋转地锁定，两个突出部29沿平衡环20的周缘方向将螺母30保持就位。有利地，例如通过将形成突出部的突部整平，至少一个突出部29能够是能缩回的。这能够将保持就位的相应的螺母30解锁，并使螺母沿周缘方向移动以使螺母从侧部延伸部27脱离并远离平衡环20拉动螺母。因此，这种安装系统使螺母30能够能拆卸地安装在平衡环20上，并且有助于满足与安装相关的安全要求地将螺母30保持在涡轮机上。
如图3所示，螺母30中的每个包括压板32，压板32适于与安装系统配合并包括贯穿开孔，该贯穿开孔用于使平衡螺钉40的杆41经由其穿过。开孔被设置在压板32上，使得当螺母30被安装在平衡环20的定位件上时，开孔对应于定位件25的通孔28。压板32包括第一表面和第二表面，当螺母被定位在安装系统上时，第一表面支承在环部分上，第二表面具有能够贴靠在侧部延伸部27的L形侧部截面上的侧边缘。
压板32的贯穿开孔通过衬套31来延伸，衬套31从压板32的第二表面大体上垂直地延伸。衬套31是中空圆筒形回转形状的螺纹衬套。因此，衬套31的与螺母的螺纹轴线F相对应的螺纹轴线F被定向成大致垂直于压板32所延伸的平面。
因此，由于螺母30的这种构型，当螺母30被安装在平衡环20的定位件上时，螺母30的螺纹轴线F相对于平衡环径向地定向。如图2a所示，当所有的定位件25被螺母30所占据时，螺母30的螺纹轴线F会聚在平衡环20的环轴线C上的同一点P处。
螺母30中的每个形成螺纹紧固件，该螺纹紧固件适于对平衡螺钉40(即，平衡质量)进行紧固。
涡轮机入口圆椎1形成涡轮机的待平衡的部件。为了允许通过平衡环20来获得平衡，入口圆椎1包括内部支承表面5，如在由图4所例示的横截面视图中示出的。支承表面5具有与平衡环20互补的形状。入口圆椎1在该支承表面5处还包括多个开口6，该多个开口6将入口圆椎1的外部与支承表面5连通。这些开口6的数量以及它们沿支承表面5的布置适于与环20的通孔的数量以及布置相匹配。
这种入口圆椎1的平衡能够通过平衡方法而形成，所述平衡方法包括以下步骤：
-以支承在入口圆椎1的支承表面5上的方式放置第一角扇段21，通孔28被各自定位成面向入口圆椎1的支承表面5的开口6，
-安装至少一个平衡螺钉40，以便限定出该第一角扇段21的定位，平衡螺钉40的杆41穿过开口6并被拧紧在所述角扇段21的相应的螺母30中，
-将另一角扇段相对于第一角扇段21定位在入口圆椎1的支承表面5上，
-安装至少一个第二平衡螺钉40，以紧固第二角扇段，
-安装其它的平衡螺钉40，这些其它的平衡螺钉40的质量被选择以对入口圆椎1进行平衡。
上述的方法涉及平衡环20，该平衡环20由两个角扇段形成，该两个角扇段在定位到入口圆椎上时被组装。当然，这种方法的步骤完全能适于包括单个角扇段的平衡环，或完全能适于由在被安装到入口圆椎上之前已组装的角扇段形成的平衡环。因此，这种适于的方法包括如下的在先步骤：直接通过360°的角扇段或者通过将角扇段21互相组装以形成平衡环20而提供平衡环20。在该同样的方法中，放置角扇段的步骤由放置平衡环20的步骤以及定位另一部段的步骤来替代，并且不安装第二平衡螺钉，因为它们不再是必要的。
在上述的平衡方法中，平衡环20包括两个180°的角扇段，然而，它能够在不背离本发明的范围的情况下包括不同数量的角扇段。因此，例如，平衡环能够包括单个360°的角扇段、四个各自为90°的角扇段、或甚至3个角扇段(两个为90°，并且另一个为180°)。
在上述的实施例中，螺母被紧固至平衡环。根据这种可能性，螺母的更换需要将螺母从平衡环上完全移除，或者如可能的情况，螺母的更换需要将螺母从包括它的角扇段上完全移除。然而，在不背离本发明范围的情况下，可构思的是，例如通过提供用于将螺母压板能拆卸地卡扣配合在环上的构件，将部分或所有的螺母能拆卸地安装在环上。

Claims (9)

1.一种平衡式涡轮机部件，其特征在于，所述平衡式涡轮机部件包括：
-至少一个角扇段(21)，所述至少一个角扇段(21)被布置成形成以环轴线(C)为中心的平衡环(20)，所述角扇段(21)包括多个紧固件(30)，所述多个紧固件(30)各自适于紧固至少一个各自的平衡质量(40)，所述紧固件各自包括螺纹轴线(F)，所有的螺纹轴线(F)会聚在所述环轴线(C)上的同一点(P)处，
-支承表面(5)，所述支承表面(5)具有与所述平衡环(20)互补的形状，所述角扇段(21)支承在所述支承表面(5)上，
-多个平衡质量(40)，所述多个平衡质量(40)各自被紧固到所述角扇段(21)的相应的紧固件(30)上，所述平衡质量中的至少一个还充当用于将所述角扇段(21)紧固到所述支承表面(5)的紧固构件。
2.根据权利要求1所述的平衡式涡轮机部件，其中，所述角扇段(21)的角度介于20°和360°之间。
3.根据权利要求1所述的平衡式涡轮机部件，其中，所述紧固件中的每个的螺纹轴线相对于所述角扇段(21)径向地定向。
4.根据权利要求1所述的平衡式涡轮机部件，其中，每个紧固件通过侧部延伸部(27)被保持就位，所述侧部延伸部(27)通过折叠而被卷曲。
5.根据权利要求1所述的平衡式涡轮机部件，其中，所述平衡环具有圆筒形或截头圆锥形的回转形状。
6.根据权利要求1所述的平衡式涡轮机部件，其中，所述紧固件沿所述角扇段均匀地分布。
7.根据权利要求1所述的平衡式涡轮机部件，其中，所述涡轮机部件是涡轮机入口圆椎。
8.一种用于对包括支承表面的涡轮机部件进行平衡的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供至少一个角扇段(21)以用于形成以环轴线(C)为中心的平衡环(20)，所述角扇段(21)包括多个紧固件(30)，所述多个紧固件(30)各自适于紧固至少一个各自的平衡质量(40)，所述紧固件各自包括螺纹轴线(F)，所有的螺纹轴线(F)会聚在所述环轴线(C)上的同一点(P)处，
-将所述角扇段(21)带至支承在待平衡的所述涡轮机部件的支承表面(5)上以形成平衡环(20)，
-将至少一个平衡质量紧固在所述角扇段(21)的紧固件中的一个上，以紧固所述角扇段(21)并平衡所述涡轮机部件，使得所述至少一个平衡质量还充当用于将所述角扇段(21)紧固到所述支承表面(5)的紧固构件。
9.一种涡轮机，其特征在于，所述涡轮机包括至少一个根据权利要求1所述的平衡式涡轮机部件。
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