CN107849939A - 辐条安装布置 - Google Patents

Abstract

一种燃气涡轮发动机的涡轮中间框架具有结构环组件，该结构环组件包括外环、具有从其径向外表面延伸的多个有螺纹突起的内环，和将内环与外环相互连接的对应数量的结构辐条。每个辐条均具有螺纹接合在内环上的有螺纹突起中的相关联的一个中的径向内部有螺纹端部。

Description

辐条安装布置

相关专利申请

本申请要求于2015年7月24日提交的美国专利临时申请第62/196,360号和第62/196,330号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请大体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地，涉及辐条安装布置。

背景技术

已知使用结构辐条将载荷从轴承壳体传递到燃气涡轮发动机的外结构环。比如，可以在涡轮中间框架模块中找到这种辐条。每个辐条通常从外环径向地延伸通过气体路径中的支柱到达支撑轴承壳体的内环。通常，使用安装衬垫和带有垫片间隔件的多个螺栓来将每个辐条的内端附接到内环并且调整内环相对于外环的位置。机加工的衬垫/间隔件的使用增加了最终堆叠累积，增多了发动机部件数量并且增加了总体组装的复杂性。

发明内容

在一方面，提供一种使用辐条的径向内端部上的螺纹将辐条的内端部附接到内结构环的简单方式，所述螺纹用于与和所述内结构环一体化的对应的有螺纹突起螺纹接合。

根据另一方面，提供一种适于接收并支撑轴承壳体的内结构环，所述内结构环在其径向外表面上具有周向间隔分开的有螺纹突起，以便与相应辐条的径向内端部处的匹配螺纹螺纹接合。

根据另一方面，提供一种结构环组件，所述结构环组件包括外环、具有从其径向外表面延伸的多个有螺纹突起的内环、将内环与外环相互连接的对应数量的结构辐条，每个辐条均具有能够螺纹接合在内环上的有螺纹突起中的相关联的一个中的径向内部有螺纹端部。

根据另一方面，提供一种燃气涡轮发动机的涡轮中间框架，其包括：外环、内环，和将所述内环与所述外环在结构上相互连接的多个周向地间隔分开的辐条，所述辐条具有径向内部有螺纹端部和径向外端部，所述径向内部有螺纹端部能够螺纹接合到所述内环，且所述径向外端部定位成沿径向向外方向相对所述外环的径向内表面施加力，由此使所述辐条在所述内环与所述外环之间保持处于压缩状态。

根据另一方面，提供一种燃气涡轮发动机，其包括第一涡轮区段、第二涡轮区段，和轴向地位于所述第一涡轮区段与所述第二涡轮区段之间的涡轮中间框架，所述涡轮中间框架包括：外结构环、构造为支撑轴承的内结构环、将所述外结构环与所述内结构环在结构上相互连接的多个载荷承载辐条，每个载荷承载辐条具有径向内部有螺纹端部和径向外端部，所述径向内部有螺纹端部与一体地形成在所述内结构环中的匹配螺纹能够螺纹接合，且所述径向外端部安装成抵靠所述外结构环的径向内表面支承接触，由此使所述载荷承载辐条在所述内结构环与所述外结构环之间保持处于压缩状态。

根据又一大体方面，提供一种将用于在燃气涡轮发动机中使用的涡轮中间框架轴向地组装在第一涡轮区段和第二涡轮区段之间的方法，所述方法包括：使各个辐条的相应径向内部有螺纹端部与设置在内结构环的周边周围的周向地间隔分开的位置处的对应有螺纹部位能够螺纹接合；使所述内结构环相对于外结构环居中，其中居中包括通过以下方式调节所述辐条从所述内结构环径向向外突伸的长度：使所述辐条围绕它们相应的纵向轴线旋转直到所述辐条的相应径向外端部邻接所述外结构环的径向内表面并在其上施加径向向外的力；以及然后将所述辐条的径向外端部紧固到所述外结构环，以将所述辐条在所述内结构环与所述外结构环之间固定在压缩状态中。

附图说明

现在参考附图，附图中：

图1是燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；

图2是涡轮中间框架模块的等距视图；

图3是涡轮中间框架模块的另一等距视图，但其中省略了一体式支柱-叶片壳体以更好地示出在内结构环和外结构环之间延伸的结构辐条；

图4是放大的等距视图，其示出辐条的能够螺纹接合在从内结构环的径向外表面延伸的有螺纹突起中的内端；

图5是示出辐条的能够螺纹接合在内结构环上的有螺纹突起中的径向内端部的横截面视图。

图6是示出辐条中的一个与外结构环之间的螺栓连接的分解等距视图；和

图7是示出图6中所示的螺栓连接的防旋转特征的等距视图。

具体实施方式

图1示出优选地设置为用于在亚音速飞机中使用的类型的涡轮风扇式燃气涡轮发动机10，其大体包括串行流动连通的风扇12，通过该风扇12推动周围空气；用于对空气加压的多级压缩机14；燃烧器16，在该燃烧器16中压缩空气与燃料混合并被点燃以便生成热燃烧气体的环形流；以及用于从燃烧气体提取能量的涡轮区段18。

图2示出涡轮区段18的一部分。更具体地，图2示出涡轮中间框架模块20，其适于轴向地安装在第一涡轮区段和第二涡轮区段之间。涡轮中间框架模块20包括适于接收和支撑轴承壳体23（参见图5）的内结构环22，该轴承壳体23相应地适于支撑发动机10的主轴。如图5中所示，轴承壳体23可以借助于螺栓25可拆卸地安装于内环。现在同时参考图2和图3，能够看到的是，内结构环22由外结构环24借助于多个周向分布的辐条26（在所示实施例中为6个）在结构上支撑。除了将载荷从内环22传递到外环24之外，辐条26还被用于使内环22且因此使轴承壳体23相对于外环24居中。

每个辐条26可以径向地延伸通过“浮动地”安装在内结构环22和外结构环24之间的非结构一体式支柱-叶片壳体28（图2）的中空支柱27（图5），以便在两个轴向邻近的涡轮级之间导引燃烧气体。壳体28具有径向外气体路径壁28a和径向内气体路径壁28b（图5），其间限定涡轮区段18的气体路径的一部分。根据所示实施例，壳体28不起结构作用。即来自轴承壳体23的载荷不经由一体式支柱-叶片壳体28传递至外壳体24。而是载荷被传递通过辐条26，辐条26由一体式支柱-叶片壳体28的中空支柱27屏蔽免受热燃烧气体的影响。在这样的布置中，辐条能够被称为冷辐条。

如图3至图5中最佳地示出的，每个辐条26在其径向内端部处与一体地形成在内环22上的有螺纹突起30能够螺纹接合。根据所示示例，辐条的径向内端部处的外螺纹与内部有螺纹突起30的匹配螺纹接合，该内部有螺纹突起30从内环22的径向外表面径向向外突伸。应注意的是，有螺纹突起30能够从内环22的径向内周向表面延伸，并且因此不限于被设置在内环的径向外表面上。突起能够被设置在内环上的各种径向/周向位置处。而且，应理解的是，内螺纹能够被设置在辐条上并且外螺纹能够被设置在突起上。而且，内环22上的每个有螺纹部位也能够采用各种合适的构造来提供所需的螺纹长度。

辐条26上的螺纹可以与辐条的车削操作同时地被机加工。内环22可以被铸造、机加工或以其它方式合适地以在其径向外表面或内表面之一上具有周向地间隔分开的有螺纹突起的简单环的形式被制成。

上述布置提供了一种将辐条26可调节地附接到支撑轴承壳体23的内环22的简单且有效的方式。不需要额外的紧固件或附接零件。其提供紧凑的设计，从而允许改进的空气动力学气体路径（存在额外的径向空间可用于修改内部气体路径壁28a和外部气体路径壁28b）。辐条内端与内环22之间的螺纹连接减少了失准的积聚，并且相比于带有衬垫、螺栓和垫片间隔件的常规辐条安装布置简化了轴承壳体居中过程。

如图6和图7中最佳地示出的，每个辐条26可以在其径向外端部处螺栓连接到外结构环24。在每个组装点处，在外环24的径向外表面中限定用于接收垫圈32的座31。垫圈32可以具有扁平本体，并且该扁平本体带有限定在其中以便单个地接收相应的螺栓36或等效的有螺纹紧固件（在所示的示例中为4个）的周向地间隔分开的孔34。对应的细长安装槽38被限定在座31的底部中，以便接收螺栓36。每个槽38容许与在辐条26的径向外端部处限定在安装凸缘或头部42中的孔的环形阵列中的至少一个对应的有螺纹孔40对齐。因此，垫圈32定位在其相关联的座31中，使得限定在其中的孔34与辐条26的安装凸缘的对应孔40对齐或对准。在垫圈32中的孔34已经与辐条26的安装凸缘中的对应孔40适当地角度上对齐之后，螺栓36被拧紧以将辐条26牢固地连结到外结构环24的径向内周向表面。

如图6和图7中所示，垫圈32可在每个孔34处设置有一对防旋转突片42。根据所示实施例，每对防旋转突片42包括在垫圈32的内径上的第一突片42a和在垫圈32的外径上的面向相对方向的第二突片42b。如图7中所示，每对第一突片42a和第二突片42b均可弯折出垫圈32的平面与相关联的螺栓36的头部接合，以明确地锁定所述头部防止其旋转。在所示实施例中，每对防旋转突片42均可与相关联的螺栓36的六角头部的相对侧接合。这有效地防止螺栓36的松动。虽然已经示出可变形或可弯折的突片，但应理解的是，也能够使用任何合适类型的锁定突片。

参照图6，能够看出的是，垫圈的外围部分可变形成设置在垫圈座30的周边周围的一个位置处的防旋转凹口或卡抓部46。根据一个实施例，在所有螺栓36均已被拧紧并且用突片42锁定在恰当位置之后，垫圈32的外围部分能够被冲压至防旋转卡抓部46内。这防止垫圈32相对于外壳体24旋转运动，从而锁定辐条26以防止其围绕其纵向轴线旋转。

在涡轮中间框架的组装期间，通过根据螺纹方向使辐条26围绕其相应的轴线沿顺时针方向或逆时针方向旋转来调节辐条26在有螺纹突起30中的螺纹接合，使得辐条26的径向外端部牢固地邻接外环24的径向内周向表面。每个辐条均如此旋转，以便调节从内环22径向向外突伸的辐条的部分的长度。辐条没有螺纹，直到所有辐条的径向外端部一致地邻接外环的内表面。调节辐条的长度，使得每个辐条相对外环的内表面施加指向径向向外方向的力。这些力应当遍及整个环是一致的。一旦所有辐条均已被适当地调节以共同使内环相对于外环居中，那么螺栓36就能够从外环的外侧与在辐条的径向外端部处在辐条的头部中限定的对应有螺纹孔螺纹接合。

本领域技术人员将认识到的是，辐条26在径向内环22和外环24之间以压缩状态被安装。即，如上文所述，在发动机组装期间，载荷承载辐条36被预加应力成压缩状态。因此，在辐条26的径向内端部和外端部处的螺纹上总是维持压缩作用。这有助于防止辐条的两端处的螺纹连接的松动。在发动机操作期间，当辐条26暴露于热时，辐条往往膨胀，由此进一步增加螺纹上的压力，并且因此防止松动。构建预加应力成压缩状态的辐条的优点有2方面：1）组装预应力的量得以最小化，从而促进组装，并且当在发动机操作期间辐条热膨胀时，它们将对抗内环和外环起作用，由此增加辐条中的压缩载荷。如果在张力中组装辐条，则在发动机操作期间预应力张力的水平将被热地减小，并且因此螺纹连接遭受松动。这能够导致轴承偏离中央的问题。如根据前述内容能够认识到的，这些问题可以通过在压缩状态中组装辐条来克服。发动机操作将仅增加压缩的量，由此进一步防止螺纹连接的松动。

以上描述仅意在是示例性的，并且本领域技术人员将认识到的是，可以在不背离所公开的本发明的范围的情况下对所描述的实施例做出改变。根据对本公开的审视，落入本发明的范围内的任何修改对于本领域技术人员而言都将是显而易见的，并且此类修改旨在落入所附权利要求内。

Claims (19)

1.一种燃气涡轮发动机的涡轮中间框架，其包括：外环、内环和将所述内环与所述外环在结构上相互连接的多个周向间隔分开的辐条，所述辐条具有径向内部有螺纹端部和径向外端部，所述径向内部有螺纹端部能够螺纹接合到所述内环，且所述径向外端部定位成沿径向向外方向相对所述外环的径向内表面施加力，由此保持所述辐条在所述内环与所述外环之间处于压缩状态。

2.根据权利要求1所述的涡轮中间框架，其特征在于，有螺纹紧固件延伸穿过所述外环与所述辐条的径向外端部螺纹接合。

3.根据权利要求2所述的涡轮中间框架，其特征在于，所述有螺纹紧固件包括螺栓，其能够与限定在所述辐条的径向外端部中的有螺纹孔螺纹接合。

4.根据权利要求1所述的涡轮中间框架，其特征在于，所述辐条中的每个在其径向外端部处具有与所述外环的径向内表面支承接触的凸缘，至少两个孔被限定在所述凸缘中，所述孔与限定为通过所述外环的槽对准以便接收紧固件。

5.根据权利要求1所述的涡轮中间框架，其特征在于，周向间隔分开的突起一体地形成在所述内环上，并且其中在所述突起中形成螺纹以便与所述辐条接合。

6.根据权利要求5所述的涡轮中间框架，其特征在于，所述突起从所述内环的径向外表面径向向外延伸。

7.根据权利要求1所述的涡轮中间框架，其特征在于，所述辐条与在所述内环上一体地形成的螺纹能够螺纹接合。

8.一种燃气涡轮发动机，其包括第一涡轮区段、第二涡轮区段和轴向地位于所述第一涡轮区段与所述第二涡轮区段之间的涡轮中间框架，所述涡轮中间框架包括：外结构环、构造为支撑轴承的内结构环、将所述外结构环与所述内结构环在结构上相互连接的多个载荷承载辐条，每个载荷承载辐条均具有径向内部有螺纹端部和径向外端部，所述径向内部有螺纹端部能够与一体地形成在所述内结构环中的匹配螺纹螺纹接合，所述径向外端部安装成相对所述外结构环的径向内表面支承接触，由此保持所述载荷承载辐条在所述内结构环与所述外结构环之间处于压缩状态。

9.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述载荷承载辐条中的每个沿径向向外方向相对所述外结构环的径向内表面施加力。

10.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，有螺纹紧固件延伸穿过所述外结构环与所述载荷承载辐条的径向外端部螺纹接合。

11.根据权利要求10所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述有螺纹紧固件包括螺栓，其能够螺纹接合在限定在所述载荷承载辐条的径向外端部中的有螺纹孔中。

12.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述载荷承载辐条中的每个在其径向外端部处具有与所述外结构环的径向内表面支承接触的凸缘，至少两个孔被限定在所述凸缘中，所述孔与限定为通过所述外结构环的对应槽对准以便接收紧固件。

13.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，周向间隔分开的突起一体地形成在所述内结构环上，并且其中所述匹配螺纹形成在所述突起中。

14.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述突起从所述内结构环的径向外表面径向向外延伸。

15.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述匹配螺纹与所述内结构环一体化。

16.一种将用于在燃气涡轮发动机中使用的涡轮中间框架轴向地组装在第一涡轮区段和第二涡轮区段之间的方法，所述方法包括：使各个辐条的相应径向内部有螺纹端部与设置在内结构环的周边周围的周向地间隔分开的位置处的对应有螺纹部位能够螺纹接合；使所述内结构环相对于外结构环居中，其中居中包括通过以下方式调节所述辐条从所述内结构环径向向外突伸的长度：使所述辐条围绕它们的相应纵向轴线旋转直到所述辐条的相应径向外端部邻接所述外结构环的径向内表面并在其上施加径向向外的力；以及然后将所述辐条的径向外端部紧固于所述外结构环，以使所述辐条在所述内结构环与所述外结构环之间固定在压缩状态中。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，紧固包括将每个辐条螺栓连接到所述外结构环。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，调整所述长度包括从所述内结构环部分地退解所述辐条。

19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，能够螺纹接合包括使所述辐条在所述有螺纹部位中的每个处与一体地形成在所述内结构环上的有螺纹突起能够螺纹接合。