CN107407156A - 包括具有安装有填充元件的凹面的毂部的叶盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机的风扇叶盘(11)，叶盘(11)包括毂部(12)，毂部由上游表面(16)和下游表面(17)界定，除此以外还由外周表面(14)和回转内周表面(15)界定，内周表面界定内开口，毂部(12)承载叶片(13)，每个叶片具有前缘(18)和后缘(19)，毂部(12)和叶片(13)形成一体式的组件。上游表面(16)和/或下游表面(17)偏移，沿旋转轴线(AX)位于叶片(13)的前缘(18)和后缘(19)之间，叶盘(11)包括安装在偏移表面上的填充元件(21)，填充元件(21)包括内定心圈套(22)、径向部(23)和外圈套(24)，内定心圈套接合在毂部的内表面(15)中，径向部靠在偏移表面上，外圈套延伸毂部的外周表面(15)。

Description

包括具有安装有填充元件的凹面的毂部的叶盘

技术领域

本发明涉及一种涡轮喷气式发动机的风扇叶盘，该叶盘为一体的叶片式的，换句话说，该叶盘包括形成单个不可分割的部件的毂部和叶片。

背景技术

类似图1所示的双转子涡轮喷气式发动机1包括进气管2，空气在通过风扇3的叶片被吸入之前进入该进气管中。在通过风扇区域后，空气被分离成中央芯部发动机流和围绕芯部发动机流的风扇流。

芯部发动机流随后通过定位成紧接着风扇3之后的低压压缩机4，而风扇流被迫使在尾部方向上通过围绕芯部发动机流吹出而直接产生附加推力。

芯部发动机流在到达发生燃烧的腔室7之前，在燃料注入和气化之后通过高压压缩机6。燃烧后，该芯部发动机流在被排出到发动机的尾端以产生推力之前在高压涡轮8中膨胀、随后在低压涡轮中膨胀，以驱动压缩和风扇级旋转。

每个涡轮和每个压缩机包括一系列的级，每个级包括一系列的叶片，叶片围绕发动机旋转轴径向地定向并且彼此均匀地隔开。沿纵向轴线AX延伸的该中心轴或转子承载有旋转涡轮元件和压缩机和风扇的旋转元件。

风扇叶片可以为附加至叶盘的元件，该叶盘被称为风扇叶盘，风扇叶盘例如通过花键连接首先被固定至发动机轴。在叶盘被附接之后，叶片从叶盘的前端插入，叶盘的前端接合在纵向槽中，纵向槽围绕叶盘的外周形成且被称为隔室。

在一体的叶盘风扇的情况下，一系列的风扇叶片通过毂部承载，形成与毂部不可分割的单个部件。这种一体的叶盘的对应于围绕轴线AX的角形扇段的一部分，在图2中示意性地示出。

本发明的目的是公开一种新的叶盘结构。

发明内容

为此，本发明的目的是一种风扇叶盘，风扇叶盘用于例如涡轮喷气发动机的涡轮机，该叶盘包括毂部，毂部由相对于在运行时经过叶盘的流的上游表面和下游表面以及外周表面和回转内周表面界定，内周表面界定毂部中的内开口，该毂部在外周表面上承载叶片，每个叶片具有前缘和后缘，毂部和叶片形成一体式组件，其中上游表面和/或下游表面偏移，沿旋转轴线位于叶片的前缘和后缘之间，叶盘包括安装在偏移表面上的填充元件，所述填充元件包括内定心圈套、径向部和外圈套，内定心圈套接合在毂部的内开口中，径向部靠在偏移表面上，外圈套以延续毂部的外周表面的方式延伸以延长该外周表面。

通过该设置，所述叶盘包括：毂部，该毂部致力于支撑叶片，叶片被优化成使这些叶片的机械强度最大化；以及附加的填充元件，填充元件延长毂部的圆筒形外表面，圆筒形外表面致力于引导已经经过叶片的气流。因此，毂部的形状和材料可以为叶片的机械强度具体优化，并且填充元件可以由具有低质量的不同尺寸的另一种材料制成。

本发明的另一个目的是如此限定的叶盘，其中填充元件的径向部包括彼此隔开的一系列的径向段，其中偏移表面包括在它的内周处的刺，该刺沿轴向方向突出以延长内周表面，径向部的每个径向段接合在两个刺之间，每个刺设置有内槽以相连地界定不连续的周向内槽并且设置有接合在该周向内槽中的锁定环以阻挡填充元件沿旋转轴线就位，装置被阻挡在首先偏移表面和其次环之间，径向部抵靠偏移表面，定心圈套的一个边缘抵靠环。

本发明的另一个目的是如此限定的叶盘，该叶盘包括至少一个锁定螺栓，锁定螺栓固定填充元件不进行旋转，该螺栓定位在两个连续的刺之间并且将它们联结在一起，该螺栓包括槽，槽沿在两个刺(螺栓被安装在两个刺之间)中的连续的槽延伸以容纳锁定环的对应的部分，该螺栓包括阻挡表面，当该螺栓就位时毂部的偏移表面抵靠阻挡表面，该阻挡表面包括径向槽，径向段的位于由该螺栓联结在一起的两个刺之间的一部分接合在该径向槽中以阻挡填充元件旋转，径向段包在螺栓处的偏移部，螺栓接合在偏移部中以沿径向方向阻挡该螺栓。

本发明的另一个目的是如此限定的叶盘，其中每个叶片包括它的前缘或它的后缘朝向旋转轴线的延长部，通过延长部叶片连接至毂部的偏移表面，以及其中外圈套包括一系列的凹口或槽口，当填充元件就位时，叶片的每个延长部安装在凹口或槽口中。

本发明的另一个目的是如上限定的叶盘，该叶盘包括沿外圈套的边缘的密封件，以确保外圈套和毂部之间的密封性，其中叶片由该毂部支撑。

本发明的另一个目的是如此限定的叶盘，其中毂部的上游表面偏移并且安装有填充元件。

本发明的另一个目的是如此限定的叶盘，其中毂部的下游表面偏移并且安装有填充元件。

本发明的另一个目的是一种涡轮机风扇，涡轮机风扇包括如此限定的叶盘。

本发明的另一个目的是一种涡轮喷气式的飞行器发动机，其包括如此限定的叶盘。

附图说明

图1是沿纵向剖面示出的涡轮喷气发动机的概述图；

图2是根据现有技术的叶盘的局部透视图，示出了包括两个叶片的该一体的叶盘的角形扇段；

图3是安装有根据本发明的填充元件的叶盘的局部侧剖视图；

图4是安装在根据本发明的叶盘上的填充元件的外圈套的局部视图；

图5是安装有根据本发明的填充元件的叶盘的下游表面的局部展开视图；

图6是处于根据本发明的填充元件的连接刺处的叶盘的局部纵向剖视图；

图7是处于根据本发明的填充元件的锁定螺栓处的叶盘的局部纵向剖视图；

图8是处于根据本发明的填充元件的径向部的径向段处的叶盘的局部纵向剖视图。

具体实施方式

在图3中部分地示出的被标记为标记11的根据本发明的叶盘包括对应于它的中心部的毂部或周缘12，毂部或周缘支撑一系列的叶片，该叶片中的一个叶片在图3中示出并被标记为13。

毂部12呈绕它的旋转轴线AX延伸的总体为环形的形状，毂部与多个安装在其上的叶片形成单个单元，换言之，形成从单个制造过程中得到的一体部件。

毂部12包括绕轴线AX的锥形外周表面14，每个叶片从锥形外周表面开始绕轴线AX彼此间隔。该毂部12还包括穿过内部的开口，该开口由回转内表面15界定，在这种情况下回转内表面是圆筒形的。

外周表面14在呈平表面环形状的上游表面16朝向轴线AX向上游径向地延伸，并且在同样呈平表面环形状的下游表面17朝向轴线AX向下游径向地延长。环的上游表面和下游表面以轴线AX为中心且定向为垂直于该轴线。

每个叶片包括前缘18和后缘19，前缘位于面向入射气流的上游侧，而后缘沿运行时穿过喷射流的气流的方向在前缘的下游。

毂部12的下游部是凹入的，使得下游表面21相对于叶片的前缘19沿轴线AX朝向中心区域偏移。因此，该偏移表面沿轴线AX位于叶片的前缘18和后缘19之间。每个叶片13通过它的基部连接至外周表面14，因此外周表面沿轴线AX比叶片短。因此，上游表面16和下游表面17隔开的距离小于叶片投射到轴线AX上的长度，该长度也被称为弦长。

与每个叶片13的基部接近的后缘部19因此沿轴线AX定位为超过毂部12的下游表面17。此外，每个后缘19在外周表面14的前面朝向轴线AX径向地延长，以朝向下游表面17延长叶片的下游部。

叶片13的下游部朝向轴线AX的延长部在图3中被表示为标记20。它们尤其避免了应力集中区的形成。

根据本发明的叶盘11配备有填充元件21，填充元件21被迫与下游表面17接触，并且填充元件的外表面沿毂部12的外周表面14的延长部延伸，以使该锥形表面14延长直至叶片13的后缘19，或甚至更进一步以填充在毂部12的背部的凹槽中。

该填充元件21包括内定心圈套22，该圈套22具有下述的边缘：该边缘由径向部23沿下游表面17延长直至外周表面14，延长至外锥形圈套24。

当填充元件就位时，如图所示，该内定心圈套22与毂部12的内圆筒部接合，沿内表面15延续以使填充元件相对于毂部定心。外锥形圈套24然后被定位成使得它的外表面26形成毂部12的外表面14的延续部。

在运行期间，经过叶片13之间的气流或空气射流因此在其位移过程中在内部首先由毂部12的本体的外锥形表面14、然后由填充元件的外圈套的外表面26界定。这两个外锥形表面14、26以一个延长另一个的方式延伸，以形成界定经过叶片之间的气流的连续的外表面。

从图4可以看出，外圈套24的上游边缘包括一系列的凹口或槽口标记27，每个凹口或槽口对应于叶片13中的一个。每个槽口27将围绕在圆筒形表面14下方延伸的叶片13的延伸部20，以便外圈套24的外表面26可以与它延长的表面14处于相同的水平。

因此，填充元件21通过将它从毂部12的背部接合而安装，以迫使它的部23与下游表面17接触，同时允许它绕轴线AX轻微枢转，以接合叶片13的延长部20，延长部20在缝隙或槽口27中相对于轴线AX倾斜。

以互补的方式，设置有密封件(未示出)，密封件插入在外圈套24的边缘和叶片13之间或它们的下延长部20和下游表面17之间，以防止外圈套24和毂部12之间经过气体。

密封件可以是单个总体上周向的密封件，该总体上周向的密封件沿外圈套的整个上游边缘延续且匹配该上游边缘的凹口形状，或者密封件是一系列的单独的密封件，每个单独的密封件在对应于外圈套24的凹口27的区域上延伸。

确保毂部12和外圈套之间的密封性的密封件或一系列的密封件可以填充在设置在这些部件之间的功能间隙中，以使叶片在随后被机械加载时具有一定程度的弯曲迁移率。作为一个数量级，由密封件填充的功能间隙的尺寸介于叶片的在叶片被凹口围绕的区域中的厚度的一半和两倍之间。

密封材料可以被选择为弹性的或粘弹性的以参与叶片吸收的能量耗散。在粘弹性材料的情况下，可以选择橡胶、硅、弹性体聚合物或环氧树脂，可以为单层的或为具有由不同材料组成的多个层的多层的。

通常，密封件形成在叶片与外圈套和下游表面之间的具有圆形或弧形的横截面的连接部。

如图5至图8示意性地示出的，填充元件21的内圈套22定心在承载在多个刺28的毂部12的内表面15上，刺28从下游表面17突出以形成的内表面15的延长部。多个刺28围绕轴线AX彼此均匀地隔开，每个刺28与对应的叶片13处于一直线上。

以互补的方式，每个刺28包括槽29，该槽29在垂直于轴线AX的平表面中延伸并且在内表面15朝向轴线AX开放。因此，不同的刺28的槽29共同界定了不连续的内槽，该内槽可保持图中以标记31示出的内周向环。该环的外边缘接合在这些槽29中，并且在这些槽中被阻挡到位，而该环的内边缘向内突出以形成止挡件，止挡件从内表面15突出并与定心环22承载的部件相接触。

以互补的方式，环31包括径向向外弯曲的端部32、33，每个端部与刺28的对应表面接触，以防止该环31相对于毂部12绕轴线AX旋转。从图5中可以看出，在环的端部之间有小的空间，使该端部承载在两个连续的刺的表面上。

因此，该环31沿轴线AX阻挡填充元件21，刺28穿过填充元件的径向部23中的开口，以将环保持在它们的径向内表面。具体地，装置21首先通过与它的径向部23承载接触的表面17然后通过与内圈套22承载接触的环31沿轴线保持就位，在沿轴线AX的两个方向固定装置21。

因此，由于毂部12(填充元件被刚性固定到毂部)，填充元件被防止绕轴线AX旋转。

更具体地，构件21的径向部23包括围绕轴线AX的几个均匀隔开的径向段34，径向段34限定了开口，当填充元件就位时，刺穿过开口。每个径向段具有连接至内圈套22的内端部和连接至外圈套24的外端部。

径向段34的数量与刺28的数量完全相同，使得每个径向段34以在从该下游表面17突出的两个连续的刺28之间延伸的方式沿毂部12的下游表面17延续。

构成填充元件21的刚性组件的径向段34中的两个通过彼此围绕轴线AX以180°定位的两个螺栓被阻挡。有利地，可以选择以120°设置的三个螺栓或以90°设置的四个螺栓。如果以180°安装附加的物体以实现适当的平衡，也可以设置单个螺栓。

这些螺栓中的一个螺栓可以在图5、图7和图8上看到，并且被标记为36。该螺栓的形状类似于从表面17突出的每个刺28的形状，该螺栓的外部尺寸使得该螺栓接合在两个连续的刺28之间，以便该螺栓将这两个元件联结在一起，以形成具有这两个元件的连续的组件。

类似于每个刺28，该螺栓36包括下表面，当螺栓就位时，下表面以延续内表面15的方式延伸，该螺栓包括槽37，当螺栓就位时，槽37开放至该内表面且垂直于轴线AX延伸。螺栓36的槽37以延续在刺(该螺栓36安装在该刺之间)中的槽29的延伸，当组件就位时，环31也安装在该槽37中。

该螺栓36包括阻挡表面，阻挡表面承载接触毂部12的表面17，该阻挡表面包括当螺栓36就位时从轴线AX径向地延伸的槽，该槽的尺寸被设置成保持径向段34。

以与螺栓36中的槽互补的方式，接合在该槽中的径向段34具有位于螺栓36处的凹部38，当组件就位时，螺栓36接合在该凹部中以沿径向被阻挡。

从图8可以看出，阻挡螺栓36的径向段34中的凹部38对应于该径向部的平行于轴线AX测量的厚度的减少。

因此，当螺栓36通过接合在两个连续的刺之间就位时，径向段34接合在螺栓的槽中以阻挡填充元件相对于毂部12旋转，并且螺栓36接合在径向部的凹部38中以沿径向被阻挡。如已经被理解的，以互补的方式，环然后接合在螺栓的槽37中，以阻挡环，使环不能平行于轴线AX运动。

首先通过将填充元件21置于与毂部的下游表面17接触的位置、同时将定心环22接合在毂部中而使组件安装。然后可以安装两个阻挡螺栓，每个阻挡螺栓在连续的刺之间彼此关于轴线AX径向地相对。螺栓36通过将它相对于隔开两个连续的刺(它必须被安装在两个连续的刺之间)的空间定位并使它平行于轴线AX运动以将它接合在位于这两个连续的刺之间的径向段34的一部分上而就位。

一旦螺栓已经就位，可以将阻挡环31安装成接合在由刺和螺栓中的槽界定的内槽中，以使填充元件相对于毂部锁定就位。

根据本发明的填充元件具有令人满意的抗离心载荷的能力，因为它是围绕轴线AX延伸的单个回转部件。

由于填充元件通过内圈套定心在毂部上以及承载在毂部的下游表面上，填充元件相对于叶盘本体精确地定位，使得外圈套的外表面以延长的方式精确地延伸至毂部的外锥形表面。

环保持刺是从毂部突出的元件，这避免了形成毂部中可以产生应力集中区域的凹槽的必要。

由于设置在毂部和支撑在其上的叶片和外圈套之间的功能间隙，叶片具有所需的抵抗在背部的不同运行应力的柔韧性。

特别地，由于功能间隙改善了在鸟与叶片撞击接触的情况下所需的柔韧性，叶片的后缘的底部在它们的最接近轴线AX的部位是自由的。填充元件有利于叶片在这种力下的变形。

此外，在所有的附图中，本发明应用于包括偏移的下游表面的毂部，但它也同样适用于下述的毂部：其中上游表面偏移，填充元件然后被添加与毂部的上游表面接触，以沿上游方向延长毂部的外周表面。

Claims (9)

1.风扇叶盘(11)，所述风扇叶盘(11)用于例如涡轮喷气发动机的涡轮机，该叶盘(11)包括毂部(12)，所述毂部(12)由相对于在运行时经过所述叶盘的流而言的上游表面(16)和下游表面(17)以及外周表面(14)和回转内周表面(15)界定，所述内周表面(15)限定所述毂部(12)中的内开口，该毂部(12)在所述外周表面(14)上承载叶片(13)，每个叶片(13)具有前缘(18)和后缘(19)，所述毂部(12)和叶片(13)形成一体式的组件，其中，所述上游表面(16)和/或所述下游表面(17)偏移，沿旋转轴线(AX)位于所述叶片(13)的前缘(18)和后缘(19)之间，所述叶盘(11)包括安装在偏移表面上的填充元件(21)，所述填充元件(21)包括内定心圈套(22)、径向部(23)和外圈套(24)，所述内定心圈套(22)接合在所述毂部的内开口(15)中，所述径向部(23)靠在所述偏移表面上，所述外圈套(24)以延续所述毂部的外周表面(14)的方式延伸以延长该外周表面。

2.根据权利要求1所述的叶盘，其中，所述填充元件(21)的径向部(23)包括彼此隔开的一系列的径向段(34)，其中，所述偏移表面(17)包括在它的内周上的刺(28)，所述刺(28)沿轴向方向突出以延长所述内周表面(15)，所述径向部(23)的每个径向段(34)接合在两个刺(28)之间，每个刺(28)设置有内槽(29)以相连地界定不连续的轴向内槽并设置有接合在该周向内槽中的锁定环(31)以阻挡所述填充元件(21)沿所述旋转轴线(AX)就位，所述装置被阻挡在首先所述偏移表面(17)和其次所述环(31)之间，所述径向部(23)抵靠所述偏移表面(17)，所述定心圈套(22)的一个边缘抵靠所述环(31)。

3.根据权利要求2所述的叶盘，包括至少一个锁定螺栓(36)，所述锁定螺栓(36)固定所述填充元件(21)不进行旋转，该螺栓(36)定位在两个连续的刺(28)之间且将所述两个连续的刺联结在一起，该螺栓(36)包括槽(37)，所述槽(37)沿在两个刺(36)中的连续的槽(29)延伸以容纳所述锁定环(31)的对应部分，所述螺栓安装在所述两个刺(36)之间，该螺栓(36)包括阻挡表面，当该螺栓(36)就位时所述毂部(12)的偏移表面抵靠所述阻挡表面，该阻挡表面包括径向槽，所述径向段(34)的位于由该螺栓联结在一起的两个刺(28)之间的一部分接合在所述径向槽中以阻挡所述填充元件(21)旋转，所述径向段包括在所述螺栓(36)处的偏移部，所述螺栓接合在所述偏移部中以沿径向方向阻挡该螺栓(36)。

4.根据前述权利要求中一项所述的叶盘，其中，每个叶片(13)包括它的前缘(18)或它的后缘(19)朝向所述旋转轴线(AX)的延长部，通过所述延长部所述叶片连接至所述毂部(12)的偏移表面，以及其中，所述外圈套(24)包括一系列的凹口或槽口(27)，当所述填充元件(21)就位时，所述叶片(13)的每个延长部(20)安装在所述凹口或槽口(27)中。

5.根据权利要求4所述的叶盘，包括沿所述外圈套(24)的边缘的密封件，以确保所述外圈套(24)和所述毂部(12)之间的密封性，其中所述叶片(13)由该毂部支撑。

6.根据前述权利要求中一项所述的叶盘，其中，所述毂部(12)的上游表面偏移并且安装有所述填充元件(21)。

7.根据前述权利要求中一项所述的叶盘，其中，所述毂部(12)的下游表面偏移并且安装有所述填充元件(21)。

8.涡轮机风扇，所述涡轮机风扇包括根据前述权利要求中一项所述的叶盘。

9.涡轮喷气式飞行器发动机，包括根据前述权利要求中一项所述的叶盘。