CN108071491A - 用于冷却涡轮发动机的涡轮的连接组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连接组件，其包括一个在进气通道(155)和至少一个导管之间的空气分配壳体(15)，所述导管通过至少一个安装在壳体壁的孔(21)上的衬套(19)与壳体(15)相连。壳体的这种壁和衬套的内壁通过一个具有半径的圆角连接，所述半径在角扇区(273)上为最大值。本发明更特别地提供了用于涡轮发动机的涡轮中间隙控制系统的这种组件，其改进了每个导管与所述壳体的连接。

Description

用于冷却涡轮发动机的涡轮的连接组件
技术领域
本发明提供了一种用于连接至少一个导管与一个空气分配壳体的组件(以下不区分地被指定为空气分配壳体、或壳体，或分配壳体)。
本发明更特别地提供了用于涡轮发动机的涡轮中间隙控制系统的这种组件，其改进了每个导管与所述壳体的连接。
背景技术
在下文中，并且除非另有说明(诸如当涉及衬套时)：
—轴线或轴向意指平行于涡轮发动机的轴线，即这种涡轮发动机的旋转叶片所旋转围绕的轴线，
—径向意指与这种轴线成径向，
—上游和下游分别限定包括空气的气体的入口和出口，所述气体整体地在涡轮发动机中轴向地循环，
—内/内部和外/外部限定了相应的径向位置。
控制涡轮发动机的涡轮中间隙包括控制涡轮旋转叶片的端部与涡轮的固定外壳之间的距离，从而优化涡轮输出。
这种间隙控制主要包括以受控的方式喷射冷空气到外壳上，从而控制其膨胀。
空气通过多个导管输送到外壳，所述导管连接到空气分配壳体。
根据一个已知的实施例，在壳体的一个侧壁提供了每个导管与分配壳体的流体连接，其包括一个导管的一端连接到的衬套。钎焊通常在导管的端部和相关衬套之间提供紧密性。
这种连接组件是已知的，其包括衬套以及用于在壳体的进气通道和导管之间分配空气的(空气分配)壳体，所述组件的每个导管通过一个所述衬套与壳体连接，所述衬套安装在空气到达的壳体的第一壁的孔上。每个衬套都具有一个轴线，内壁沿所述轴线延伸，空气可在衬套中与所述内壁接触循环。
在WO2013001246中，在壳体的内部体积和每个导管之间的连接由内管提供，所述内管包括被布置在其圆柱壁中的通道，以及在壳体内体积中的用于空气循环的开口。此外，所涉及的每个侧壁都被这样设计，因此每个孔的边缘都朝壳体的内侧弯曲，从而形成内管所附接到的匹配衬套，例如通过钎焊。
在另一实施例中，衬套可被装配到壳体的孔内。
无论如何都出现了导管的空气供给问题，而到分配壳体的空气供给似乎是正确的。
已经注意到了压力损失。根据调查，这种压力损失源于导管和壳体之间的连接。
在现有的解决方案中，所述空气分配壳体的侧壁的孔的通过确实会导致压力损失，这降低了外壳的冷却效率。这可以通过如下的事实解释，由导管形成的冷却斜面是切向的，而分配壳体整体上是轴向的。在壳体和斜面之间的接口，因此形成的肘部容易导致空气的分离，这减少了空气通道截面。所产生的速度增加引起了巨大的压力损失，从而降低了斜面中的总压力。现在，这种压力对于有效地冷却外壳是有效的。事实上，斜面中总压力的降低对到外壳的气流速度具有负面影响。因此，外壳的传热系数也受到影响。
本发明具体地旨在使这种问题可能产生的风险最小化，并且更通常地旨在有助于外壳的冷却，这对于控制涡轮的旋转叶片端部和外壳之间的间隙必须有利。
发明内容
本发明由此提供了以上所公开的连接组件应该是这样的，使得壳体的所述第一壁和衬套的内壁可通过一个具有半径的圆角连接在一起，所述半径在所述内壁的至少一部分周边上变化。
这些衬套通常会是被装配在壳体的孔内的类型，匹配导管的一端接合到所涉及的衬套。
由于在衬套内壁的至少一部分周边上提供的圆角，这种内壁可在空气入口侧上不具有尖锐边缘。
此外，提供这种圆角，其圆周地“展开”，而不是具有圆周相同轮廓的圆角，可以通过来自外壳的空气射流对冷却质量的另一方面起作用。
事实上，已经表明的是，由于后者，假如先验地明确地半径最小，在衬套的周边区域(在所述区域圆角的半径趋于最大值)一定距离处绕所述轴线有角度地定位的至少一个并且优选地几个平凸耳，可将所考虑的斜面与外壳尽可能接近地定位，这必须有利于其冷却效率。
在每个衬套的外壁上提供这种平凸耳将额外地促进衬套在空气分配壳体上的定位。可明确地提供三个有角度地分离的平凸耳。这将可以以实用、可靠和快速的方式直观地检查衬套的正确定位。此外，这种解决方案将可以使用传统工具用于定位该衬套。
更具体地，可对于该方向提供两个相对的平凸耳，并且在该意义上可提供一个有角度地中间的平凸耳。
考虑到上述的技术领域，本发明的另一方面自然地涉及一种飞行器的涡轮发动机，其特征在于，它包括：
—如上所述的组件，所述组件包括几个所谓的导管和衬套，以及
—涡轮的外壳，在所述外壳的区域周围定位有所述空气分配壳体，其第二壁沿其延伸以与所述外壳的区域相邻。
当空气从壳体流动到衬套时，在方向改变时，空气分离、以及因此衬套中气道剖面减少的风险因此将通过在这种涡轮发动机上提供圆角的半径所限制，所述圆角的半径在朝进气通道被定向的所述内壁的周边的区域位置趋于最大值。压力损失将会受到限制。
并且，为了将所涉及的壳体的孔、衬套和导管与涡轮的外壳尽可能近地定位用于其冷却，如上所述，涡轮发动机可在另一方面为这样，使得衬套：
—被安装在壳体的孔上，从而与壳体的所述第二壁相邻，
—并且每个都具有设置有至少一个平凸耳的带周长的外壁，其在至少某些安装的衬套中将被定位，从而(直接)与壳体的所述第二壁相邻。
此外，如果额外或替代地，衬套在涡轮发动机上被安装在壳体的孔上，并且每个与所述内壁的周边区域的扇区一定距离处都具有几个绕所述轴线有角度地定位的周边平凸耳，在所述区域圆角的半径趋于最大值，以下将再次成为可能：
—促进衬套在空气分配壳体上的定位，
—增加衬套的可能方向，从而将一个平凸耳与壳体的所述第二壁相反地定位，其将可以减少要被冷却的衬套和外壳之间的距离，
—在衬套入口保存空气流的质量。
附图说明
如有需要，在参考附图的同时，阅读通过非限制性示例给出的以下描述后，将更好地理解本文所公开的解决方案的特征，并且其它细节和优点将显而易见，其中：
—图1是根据本发明，配备有空气分配壳体的飞行器涡轮发动机的涡轮的示意性纵截面；
—图2是图1所示元件的透视图中的外部局部视图；
—图3是空气分配壳体的逆向透视图的局部视图；
—并且图4、5分别是图2的线IV-IV线的截面，以及在此安装的衬套的相应前视图。
具体实施方式
图1示出了涡轮发动机10的低压涡轮发动机1，其包括沿涡轮发动机的轴线X步进的几个涡轮级。
每个级包括分配器2，该分配器2具有固定桨叶3并由涡轮的外壳4支撑，以及在分配器2下游安装的转子叶轮5，并具有旋转叶片6。
分配器2每个都包括由桨叶3径向地连接在一起的相应旋转的内外壁8。
叶片6在由环形扇区7形成的基本截短的罩壳中绕轴线X旋转，所述环形扇区由涡轮的外壳4端对端地圆周支撑。
转子叶片6与涡轮轴集成在一起，并且每个包括相应的外凸缘9和内凸缘。
内外旋转壁以及内外凸缘共同限定流入涡轮的气体的环形射流11。
为了控制在涡轮的旋转叶片6的外凸缘9的端部和固定外壳4之间的间隙，空气因此被喷射到外壳上，从而根据涡轮操作条件控制其扩展。
相对冷的空气通过多个导管13被供应到外壳4，所述导管连接到空气分配壳体15。
在此之前，空气通过进给管17到达壳体15。壳体15像增压室一样将空气分配到导管13。
导管13为穿孔管(图2中示出了一些孔130)。
每个导管13与壳体15在壳体的侧壁相连，其中之一151可以在图1、2中看出，图3中可见相反的一个153。
由进给管17提供的空气通过空气进入通道155进入壳体15，所述空气进入通道155设置在其侧壁中一个(所谓第一)壁中。
在所公开和示出的解决方案中，衬套19可以通过在壳体的侧壁151或153中设置的孔21连接导管13和壳体15。
每个衬套19都装配到壳体15的匹配孔21中，如图4所示。
并且相应导管13的一端安装在衬套19中，例如安装在相同地方，如图所示。钎焊可用于提供密封性。
每个衬套都具有一个具有内壁的通过通道190，在到达相关的孔21后，空气可与所述内壁接触地循环。
在图2、4中，箭头23示出了图4所涉及的从进气通道155到衬套19的空气循环的通常方向。在图4中，箭头25示出了在弯曲之后空气到达匹配孔21，然后到达衬套。
在壳体15伸长轴线X1和衬套的轴线(参考图4、5中衬套的轴线X2)之间的横截性诱导了，对于在衬套19入口空气循环的质量，壳体的第一壁(这里是151)通过圆角27与衬套的内壁191连接，所述圆角27具有一个在内壁191周边的至少一部分上变化的半径R。这种圆角是切向的。在图4中，在所涉及的位置，位于衬套19外侧的圆形的所产生弧的中心的位置已被标记为O。
这种圆角27将与轴线X2平行地在周边275的扇区273上提供一个与该周边上任何其它区域相比更大的外展深度(参见图4中的深度H1、H2、H3)。
与轴线X2平行地，这种外展深度由彼此垂直的要连接在一起的两个壁151和191之间设定的半径R所限定。圆角27的半径R可如下在孔21的周边上在最小半径和最大半径之间变化：
每个导管13然后有利地具有在12到26厘米之间的内径D，并且圆角27的半径R也会相应地从0.5cm到7cm变化。
最大半径R1可在90°和135°之间的角扇区上设定为恒定的(图3和5的附图标记273)，优选地角扇区为120°的数量级，10°以内偏差。最重要的深度H1然后将在该扇区中被设定。
事实上，为了使在该方向23中循环的空气(图2和4)在相应衬套的入口具有有限的分离风险地改变其朝横向方向25的路径，当进入孔21内时，圆角27的半径在对应于上述扇区273且朝进气通道155被定向的内壁周边的区域趋于最大值R1；例如参考图2和3中的方向230d，以及图4和5中描述顶部的圆角。
如图3所示，在壳体15上，衬套19以及因此其孔通常沿外壳4的一个区域以与通道155的不同距离基本对准。如图3所示，另外可以考虑的是，进气通道155和每个衬套19的孔21具有中心(分别为图中的155a和21a到21d)，相应的直线(图中的230a到230d)穿过所述中心，这示出了进气通道155的空气在多种方向中到达衬套19的孔21。上述方向23为其中之一。
对于已经提到的目的，并且考虑了壳体15以及空气的内部分配的这种设计，已经决定的是，每个圆角27的半径R在相应直线上居中的角扇区273上应该是最大值(R1)，朝空气来自的进气通道155打开，并且范围从90°到135°，如对于图3的两个衬套所示出的。在10°内偏差的120°的角扇区仍然是优选的。
半径R的最大值(R1)值可以在整个扇区273上保持不变。
为了被定位在壳体15上并且由壳体15支撑以及为了紧密，在其外壁29处，朝它们具有圆角的轴向端部，衬套19可每个都具有一个外周边缘31。
在距外展深度为最大值(H1)的周边275的扇区273的一定距离处，因此半径R是最大值(R1)并且可以是恒定值的角区域的一定距离处，外边缘31由绕着通道190的轴线X2有角度地定位的平凸耳33a、33b、33c(参见图3)截短。
第二优点将是另外地避免影响空气流动的效率，其由圆角所影响。事实上，在该扇区273，如果其中布置有一个平凸耳，圆角27的半径R1被截短(这是不合适的)。
对于该方向提供了两个直径相对的平凸耳33a、33c，并且为此意义一个有角度地中间平凸耳33b设置在其它两个之间。
事实上，当相对于其孔21定位衬套时，与其中半径R是最大值(R1)的角区域直径相反地定位的平凸耳33b更容易识别这种衬套绕轴线X2的角度方向。因此，衬套相对于由相应直线230a-230d具体化的最佳方向被良好地定位，并且半径R1被如此定向，以朝向进气口23。
至于在扇区273和平凸耳33b之间的另外两个呈角度地中间平凸耳33a、33c，它们可更特别地用于有角度地移动衬套，对于其定位，由于它们彼此直径相反地定位。
此外，这种平凸耳可以使用传统工具(诸如钳子)来定位该衬套。
最终，这种平凸耳可以使导管13径向地更接近外壳4定位。
事实上，可以指出的是，当比较图2和3时，空气分配壳体15的细长横向(所谓的第二)壁157整体地沿外壳4延伸，与因此被覆盖的该外壳的区域(或部分)(直接)相邻，因此离开导管13的通道130的空气被与其尽可能接近地吹到外壳4上。
壳体15的横向壁157整体上伸长与轴线X基本平行。
至少一个平凸耳，这里平凸耳33b被提供从而与扇区273直径相反地有角度定位，因此导管13尽可能地接近外壳4。
图3因此示出了，随着衬套19被安装在孔21上，它们与壳体15的第二横向壁157直接相邻，一个平凸耳(事实上33c)朝壁157被定向，从而减少壁157和所考虑衬套之间的距离。

Claims (8)

1.一种连接组件，包括衬套(19)以及用于在壳体的进气通道(155)和导管(13)之间分配空气的壳体(15)，所述组件的每个导管与壳体(15)通过一个所述衬套(19)连接，所述衬套被安装在壳体的第一壁(151、153)的孔(21)上，所述衬套(19)具有轴线(X2)，内壁(191)沿所述轴线延伸，空气可与所述内壁接触地在衬套中循环，其特征在于，壳体的所述第一壁(151、153)和衬套的内壁(191)通过一个具有半径(R)的圆角(27)连接在一起，所述半径在所述内壁(191)的至少一部分的周边(275)上变化。
2.根据权利要求1所述的连接组件，其中，所述衬套(12)具有外壁，所述外壁在距周边的区域(273)一定距离处具有几个绕所述轴线(X2)被有角度地定位的平凸耳(33a、33b、33c)，在所述区域，圆角(27)的半径(R)趋于最大值(R1)。
3.根据权利要求1或2所述的连接组件，其中：
—每个衬套(19)的进气通道(155)和孔(21)具有中心(155a、21a…)，相应直线(230…230c…)穿过所述中心，并且
—每个圆角(27)的半径(R)在相应直线上居中的角扇区(273)为最大值(R1)，该角扇区朝空气来自的进气通道(155)打开，并且范围从90°到135°。
4.根据前述权利要求之一所述的连接组件，其中，每个导管(13)具有在12cm到26cm之间的内径(D)，并且圆角(27)的半径(R)从0.5cm到7cm变化。
5.飞行器的涡轮发动机，其特征在于，它包括：
—包括几个导管(13)和衬套(19)的根据权利要求1的连接组件，以及
—涡轮发动机的涡轮外壳(4)，在其区域附近被定位有用于分配空气的壳体(15)，其第二壁(157)沿其延伸以与外壳(4)的所述区域相邻。
6.根据权利要求5所述的涡轮发动机，其中，圆角(27)的半径(R)在朝进气通道(155)被定向的所述内壁(191)周边的区域(273)的位置趋于最大值(R1)。
7.根据权利要求5或6所述的涡轮发动机，其中，衬套(19)被安装在壳体的孔(21)中，从而与壳体(15)的所述第二壁(157)相邻，并且单独地具有在周长上设置有至少一个平凸耳(33a、33b、33c)的外壁，所述平凸耳至少在一些安装的衬套上与壳体(15)的所述第二壁相邻地定位，从而与涡轮的外壳(4)尽可能接近地定位所涉及壳体的孔(21)、衬套(19)和导管(13)。
8.根据权利要求5所述的涡轮发动机，其中，衬套(19)被安装在壳体(15)的孔(21)上，其每个在距周边的所述区域(273)一定距离处在周长上具有绕所述轴线(X2)有角度地定位的几个平凸耳。
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