CN108138696B - 用于涡轮发动机的排气管和喷射锥体以及其组装工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞行器涡轮发动机模块(10)，包括排气管(14)和喷射锥体(12)。该管和锥体包括接合在一起的定心装置。本发明还涉及一种用于组装所述模块的定位和调整工具。

Description

用于涡轮发动机的排气管和喷射锥体以及其组装工具

技术领域

本发明主要涉及一种用于涡轮发动机的排气管和喷射锥体，尤其是用于飞行器的涡轮发动机的排气管和喷射锥体。本发明还涉及包括这两个系统的单元，以及用于组装该单元的工具和方法。

背景技术

现有技术主要包括文献WO-A2-2014/072643、WO-A2-2014/072626和FR-A-1 103224。

诸如涡轮风扇发动机的涡轮发动机典型地包括空气入口，该空气入口包括鼓风机，该鼓风机的输出气流分成穿过发动机并形成热流或主流的气流以及围绕发动机流动并形成冷流或二次流的气流。

典型地，发动机沿气流的方向从上游到下游包括至少一个压气机、燃烧室、至少一个涡轮以及喷射喷嘴，在喷射喷嘴中离开涡轮并形成主流的燃烧气体与二次流混合。

在下游端部处，涡轮发动机包括主流的喷射锥体或者甚至是主流-二次流混合的喷射锥体。该锥体具有延伸的形式，其中，该锥体的较大直径的上游端部被固定到涡轮发动机的元件，如壳体。

以典型的方式，排气管纵向地穿过喷射锥体。该管的功能是通过涡轮发动机的油分离器来提取并引导从油中排出的空气，并通过该管的下游端部将空气喷射到大气中，该管的下游端部基本上位于喷射锥体的下游端部的一处。

文献WO-A1-2011/117560描述了一种涡轮发动机排气管。

该排气管具有延伸的形式并且可以在纵向端部处包括与涡轮发动机的元件固定的装置。在这种情况下，排气管被悬挂在该元件上，这在动态应力期间由于保持原因而不令人满意。

此外，尽管喷射锥体具有非轴对称的形式，并且例如具有未对准的上游端部和下游端部，但是，包括管和锥体的组装单元是复杂的。管被预先安装在涡轮发动机上，并且一旦锥体被安装在涡轮发动机上，管就不能再被触及。除了与锥体形式有关的困难之外，由于部件的制造公差，管相对于锥体的相对位置会变化几毫米。

本发明提出了一种解决方案来以简单、有效且节约成本的方式解决上述问题中的至少一部分。

发明内容

本发明提出了一种用于飞行器的涡轮发动机的排气管，该管具有延伸的形式并且包括在纵向端部处与涡轮发动机的元件固定的装置，该管在其外周边处并且在距所述端部一距离处包括第一定心装置，该第一定心装置被构造成与涡轮发动机的喷射锥体的第二定心装置配合，所述喷射锥体被设计成被所述管穿过，其特征在于，所述第一定心装置由所述管的余量形成并且具有多边形周边形式的横截面并且包括一环形排的外支撑表面。

本发明还确保管在锥体内的定心和支撑。

根据本发明的管可包括如下的可相互分离或相互结合的特征中一个或多个：

-所述外支撑表面是平坦的，

-所述第一定心装置具有六边形周边形式的横截面。

本发明还涉及一种用于飞行器的涡轮发动机的喷射锥体，该锥体具有延伸的形式并且包括在纵向端部处与涡轮发动机的元件固定的装置，该锥体还在其内周边处并且在距所述端部一距离处包括第二定心装置，该第二定心装置被构造成与涡轮发动机的排气管的第一定心装置配合，所述排气管被设计成穿过所述锥体，该锥体在其内周边处包括至少一个环形加强件，所述第二定心装置以可拆卸的方式被固定到所述加强件，其特征在于，所述第二定心装置包括被构造成被径向地支撑在所述第一定心装置上的一环形排的突片。

根据本发明的锥体可包括如下的可相互分离或相互结合的特征中的一个或多个：

-锥体在其内周边处包括至少一个环形加强件，所述第二定心装置以可拆卸的方式被固定到所述加强件，

-所述突片由被固定到第二盘的第一盘承载，第三盘被插入并被挤压在所述第一盘和所述第二盘之间并且被固定到所述加强件，所述第一盘、第二盘和第三盘围绕所述锥体的纵向轴线延伸，

-所述第一盘和第二盘通过穿过所述第三盘的第一孔或槽的螺钉被固定在一起，并且所述第三盘通过穿过被插入在所述第三盘和所述加强件之间的所述第二盘的第二孔或槽的螺钉被固定到所述加强件，所述第一孔或槽和第二孔或槽被构造成具有的横向尺寸大于相应的所述螺钉的横向尺寸，以在一方面允许所述第一盘和第二盘之间在径向方向上的相对位移以及在另一方面允许所述第三盘和加强件之间在径向方向上的相对位移。

本发明还涉及一种飞行器的涡轮发动机的单元，该单元包括如上所述的管和锥体。

本发明还涉及一种涡轮发动机，尤其是飞行器的涡轮发动机，其特征在于，该涡轮发动机包括该单元。

本发明还涉及一种用于组装如上所述的单元的定位和调整工具，其特征在于，该定位和调整工具包括：

-第一环，该第一环被构造成被施加和固定到涡轮发动机的元件，并且还以有序的方式(换言之，第一环能够被固定到两个工件，但是当其被固定到一个工件时，其未被固定到另一工件)被施加和固定到直径比所述锥体更大的端部，所述第一环被构造成被所述管穿过，

-第二环，该第二环被构造成被所述管穿过并且被容纳在所述锥体中，

-环连接支柱，该环连接支柱在环之间延伸并且被固定到环，这些支柱被构造成被容纳在所述锥体中，以及

-第三环，该第三环被构造成被所述管穿过并且以可拆卸且有序的方式承载管状指状物，该管状指状物包括与所述管的第一定心装置基本上相同的第一定心装置，所述第三环通过允许调整所述第二环和第三环的轴线的未对准的装置而被固定到所述第二环。

有利地，所述第三环包括内圆柱形定心表面，该内圆柱形定心表面被构造成与所述指状物的外圆柱形表面配合，并且以有序的方式与管状套筒的外圆柱形表面配合，所述套筒优选地被分段，该套筒包括多边形且优选为六边形形式的横截面的内圆柱形表面，该横截面与所述管的所述第一定心装置的横截面互补。

最后，本发明涉及一种如上所述的单元的组装方法，该组装方法使用如上所述的工具，该组装方法包括以下步骤：

a)将所述管固定到涡轮发动机的第一元件并且将工具的所述第一环固定到涡轮发动机的第二元件，使得所述第二环和第三环被所述管穿过，所述第二环和第三环之间的所述固定装置未被拧紧，

b)将所述套筒安装在所述管周围以及所述第三环内，然后拧紧所述第二环和第三环之间的所述固定装置，所述第二环和第三环自身未被拧紧，

c)将所述工具从涡轮发动机的所述第一元件释放，将所述指状物固定到所述第三环，并将所述工具插入到所述锥体中，使得所述指状物与所述第二定心装置配合，所述指状物与所述第二定心装置面向所述锥体沿径向方向被空转地安装，然后将所述第一环固定到所述锥体，

d)面向所述锥体刚性地固定所述定心装置，以及

e)将所述锥体安装在所述管周围，使得所述第一定心装置和第二定心装置一起配合，然后将所述锥体固定到涡轮发动机的所述第一元件。

附图说明

通过阅读以下的非限制性的示例并参考附图的描述，本发明将被更好地理解，并且本发明的其他细节、特征和优点将变得显而易见，其中：

-图1是涡轮发动机的单元的轴向截面的示意图，该单元包括排气管和喷射锥体，

-图2是如图1中的涡轮发动机的单元的轴向截面的半示意图，

-图3是根据本发明的单元的透视图，

-图4至图6是图3中的单元的管和锥体的定心装置的透视图，

-图7至图10是图3中的单元的管和锥体的定心装置的轴向截面的示意图，并且某些是透视图，

-图11至图18是根据本发明的单元的组装工具的透视图，并且表示出组装方法的步骤，

-图19至图22是图11至图18中的工具的、被插入到喷射锥体中的调整装置的轴向截面的示意图，并且某些是透视图，以及

-图23是涡轮发动机的下游端部的透视图。

具体实施方式

首先参考图1和图2，其表示涡轮发动机的喷射单元或下游单元10，该喷射单元或下游单元包括围绕排气管14延伸的喷射锥体12。

锥体12具有轴线A的延伸形式，该锥体的较大直径的上游端部被固定到喷射单元的中间元件，该中间元件自身例如借助于环形凸缘16被固定到涡轮发动机的壳体。

排气管14沿着轴线A延伸并因此也具有延伸的形式。该排气管在其上游纵向端部处包括固定装置，例如凸缘18，该固定装置被固定到涡轮发动机的元件。

这种类型的技术具有一些缺点，并且本发明旨在至少部分地解决这些缺点，特别是由于定心装置和锥体内的管的下游端部的支撑而至少部分的解决这些缺点。

以下附图示出了本发明的一个实施例。

图3表示作为整体的单元110，它包括喷射锥体112和纵向地穿过该锥体的排气管114，并在喷射锥体的上游端部处包括固定凸缘116。

锥体112包括基本上为圆锥形或截头圆锥形的壁，该壁在这里由彼此纵向间隔开的一系列内部环形加强件118来加强。在所示的示例中，存在四个加强件。

这些加强件118中的位于锥体的下游端部旁边的加强件位于锥体的较小直径的下游端部的旁边，并且承载被设计成与管114的互补的定心装置130配合的定心装置120。

在图4至图10中被更好地示出的管的定心装置130包括一环形排的优选为平坦的外支撑表面132。在所示的示例中，定心装置130由管的余量形成并且具有多边形(优选为六边形)外围形式的横截面。可以设想的是，六边形的每侧限定出前述的支撑表面中的一个，前述的支撑表面在这里是围绕轴线A均匀分布的六个支撑表面。然后，在所示的示例中，定心装置130与管114一体形成。

承载定心装置120的锥体的加强件118包括相对于轴线A基本上径向延伸的扁平的环形壁。该壁具有比管114的外径更大的内径。加强件118包括一环形排的轴向螺纹孔122。

在所示的示例中，定心装置120包括三个盘124、126、128。

每个盘124、126、128被设计成被管114穿过，并具有比管114的外径更大的内径。

被称为上游盘或第一盘的盘124在管114的定心装置130的面132上承载一环形排的径向支撑突片134。突片134的数量优选地等于面132的数量，因此在本示例中有六个。

突片134以及盘124、126、128优选地由金属形成。每个突片134例如包括被折叠以基本上形成V的金属片元件。V的径向外臂例如通过焊接被施加并固定到盘124的上游面上，并且V的另一个径向内臂在下游折回以基本上平行于面132延伸并且能够通过支撑平面而与该面进行配合。

如附图中所示，盘124在其外周边处包括一环形排的沿轴向方向的通槽136。

盘124还包括一环形排的孔138，这些孔用于将盘124固定到盘128的螺钉140。孔138在这里被形成在突片134的径向外臂中。

被称为下游盘或第二盘的盘128具有一环形排的螺钉140孔，以及用于拧紧这些螺钉的板螺母或铆钉衬套142。

盘128在其外周边处还包括一环形排的沿轴向方向的通槽144。

被称为中间盘或第三盘的盘126具有第一环形排的螺钉140孔146以及第二环形排的用于螺钉150的孔148，螺钉150用于将盘126固定到上述加强件118并穿过孔122。

孔146位于盘126的轴线上的第一中心圆周C1上，并且孔148位于该轴线的第二中心圆周C2上，C2比C1大。

孔146的直径大于螺钉140的直径，使得在没有拧紧的螺钉的情况下，盘126可以在其平面中移动，该平面是相对于管的轴线基本上为径向的平面。这种自由度或空转的(idle)组装允许盘126相对于管114的位置并且因此允许锥体112相对于管114的位置能够被调整。

槽136、114具有与孔146类似的功能，其尺寸和位置被设置成允许螺钉150穿过并且在一方面允许盘124、128之间的在前述的径向平面中的相对位移，在另一方面允许盘126和加强件118之间的在前述的径向平面中的相对位移。

螺钉140的头部可以被施加在盘124的上游面上。螺钉150的头部可以被施加在盘126的上游面上并且可以被拧入到被支撑在加固件124的下游面上的螺母152中，或者被拧入到被安装在加强件的孔122中的板螺母或铆钉衬套中。

可以理解的是，盘124和128通过螺钉140被固定在一起。盘126被插入在盘124、128之间并且通过螺钉150被固定到加强件124并且因此被固定到锥体112。

即使在锥体112具有非轴对称的形式的情况下，通过突片134与管的面132的配合，管114被定心并且以最佳的方式被支撑在锥体内。通过定心装置120而允许管的轴线相对于锥体的下游端部未对准，该定心装置在螺钉140、150被拧紧之前能够被定位在径向平面中，使得所有的突片134被支撑在面132上。然后，螺钉140、150的拧紧允许将锥体和管的相对位置被固定就位。

图11至图22示出了用于将该单元组装到涡轮发动机上的工具以及组装方法的步骤。

工具160主要包括：

-第一环162，该第一环被构造成被施加和固定到喷射单元的中间元件，并且还以有序的方式被施加和固定到锥体的较大直径的端部，该中间元件自身被固定到涡轮发动机的壳体，该第一环被构造成被管穿过，

-第二环164，该第二环被构造成被管穿过并被容纳在锥体中，

-连接盘的支柱166，支柱在盘之间延伸并被固定到盘上，这些支柱被构造成被容纳在锥体中，以及

-第三环168，该第三环被构造成被管穿过并且以可拆卸且有序的方式承载管状指状物170，该管状指状物包括与管的定心装置130基本上相同的定心装置130’，通过允许对第二环和第三环的轴线的未对准进行调整的装置，该第三环被固定到第二环。

第一环162在这里由基本径向的平坦的壁形成。它包括一环形排的用于螺钉的孔172以固定到喷射模块的中间元件，或者固定在锥体的下游端部(例如在其环形凸缘处)。它还包括用于固定支柱166的螺钉的孔。

支柱166在这里由横截面为U形的杆形成，其纵向端部分别被固定到环162、164上。支柱166围绕轴线A均匀地分布并且在所示的示例中的数量为六个。它们被内接到截头圆锥表面并且能够在锥体112中与环164、168接合。

环164包括第一环形排的孔174，这些孔在这里呈椭圆形。这些孔在杆的U形截面的开口处位于杆的纵向延伸部分中。

环164还包括一环形排的沿轴向方向的通槽176，这些槽位于环的外周边处。

环164还包括第二环形排的孔，以用于由第三环168承载的螺钉178。如上所述，这些孔的直径大于螺钉178的直径，使得环168能够在拧紧螺钉178之前在径向平面中相对于环164移动。

该环168包括内圆柱形定心表面180，该内圆柱形定心表面被构造成与指状物170的外圆柱形表面182(图15)配合并且以有序的方式与管状壳体186(图12至图14)的外圆柱形表面184配合。

如上所述，指状物170是管状的并且包括在这里处于上游的、用于承载面182的纵向部分，以及在这里处于下游的、用于在外六边形外围部分处承载定心装置130’的纵向部分。指状物170在其下游端部处包括环形螺钉188，环形螺钉将凸缘保持在环128中。还应理解的是，指状物170通过螺钉188被固定到环128，并且指状物相对于环126的径向位置能通过螺钉178进行调整。

壳体186在这里被分段并且包括两个壳半部，这两个壳半部的接合平面包含壳体的纵向轴线。壳体186在其外周边处包括外圆柱形表面184，并且在其内周边处具有与定心装置130、130’的横截面互补的多边形(优选六边形)形式的表面。壳体在其下游端部处还包括环形套环190。

在由环162、164、168和支柱166形成的布置件被插入锥体中时，工具还可以包括锥体的支撑框架192，如在图16至图18中可见。

该框架192包括四个基本上竖直的支撑件194，支撑件支撑两个或三个基本上水平的环196，这些环被设计成通过类似于衬垫198的支撑装置来支撑和保持锥体。如在附图中可见的，锥体被安装在框架192中，使得其纵向轴线基本上竖直地延伸。衬垫被支撑在锥体的外截头圆锥表面上。

现在将参照图11至图22来描述图23的单元110的组装和工具160的使用。

由环162、164和168以及支柱166形成的布置件被预先组装，环164、168的固定螺钉178未被拧紧。

管114通过其下游凸缘被固定到涡轮发动机的元件，然后工具的环162被固定到涡轮发动机的中间元件(图11)。然后管穿过工具的环164、168。

如图11至图13所示，壳体186被插入在管和环168之间，并且更确切地，壳体被插入在管的定心装置130和环168的内圆柱形表面180之间。

该操作使得环168能够相对于管被正确地定位，这意味着环168被定心在管中。然后将环164、168的固定螺钉178拧紧以将它们固定在该相对位置。

然后壳体186被移除(图14)。然后工具160可以与涡轮发动机分离。它用于对定心装置130’相对于其上必须固定有锥体的涡轮发动机的喷射模块的中间元件的相对位置进行定位。如图15所示，指状物170被固定至环168。

如图16所示，锥体112被布置在框架192中，然后调整工具160被容纳在锥体中，直到指状物170与定心装置120的突片134配合并且环162被支撑在下游端部或锥体的凸缘上(图17和图18)。该工具也可以固定至锥体。

指状物170与突片134的配合允许对应于管的最佳定心位置的精确的相对位置被承载(charge)到突片上。因此，容易理解的是，该工具充当定位的装置，但也可以调整这两个系统之间的相对位置。

然后，盘的固定螺钉140、150可以如上所述地被拧紧，以将盘并且因此将定心突片134相对于锥体的相对位置固定就位。为此，操作者可以通过工具160的孔口174和槽176来接近螺钉140、150的头部。

因此，工具160从能被固定到涡轮发动机的锥体上拆下并移除。锥体围绕管被安装，使得定心装置120、130相互配合，然后锥体通过其上游凸缘被固定到涡轮发动机的喷射单元的中间元件(图23)。

Claims (12)

1.用于飞行器的涡轮发动机的排气管(114)，所述排气管具有延伸的形式并且包括在纵向端部处与所述涡轮发动机的元件固定的固定装置(116)，所述排气管在其外周边处并且在距所述纵向端部一距离处包括第一定心装置(130)，所述第一定心装置被构造成与所述涡轮发动机的喷射锥体(112)的第二定心装置(120)配合，所述喷射锥体(112)设计成被所述排气管穿过，其特征在于，所述第一定心装置(130)由所述排气管的余量形成并且具有多边形周边形式的横截面并且包括一环形范围的外支撑表面(132)。

2.根据权利要求1所述的排气管(114)，其特征在于，所述外支撑表面(132)是平坦的。

3.根据权利要求1或2所述的排气管(114)，其特征在于，所述第一定心装置(130)具有六边形周边形式的横截面。

4.用于飞行器的涡轮发动机的喷射锥体(112)，所述喷射锥体具有延伸的形式并且包括在纵向端部处与涡轮发动机的元件固定的固定装置，所述喷射锥体还在其内周边处并且在距所述纵向端部一距离处包括第二定心装置(120)，所述第二定心装置被构造成与所述涡轮发动机的排气管(114)的第一定心装置(130)配合，所述排气管(114)被设计成穿过所述喷射锥体，所述喷射锥体在其内周边处包括至少一个环形加强件(118)，所述第二定心装置(120)以可拆卸的方式被固定到所述环形加强件，其特征在于，所述第二定心装置(120)包括被构造成被径向地支撑在所述第一定心装置(130)上的一环形排的突片(134)。

5.根据权利要求4所述的喷射锥体(112)，其特征在于，所述突片(134)由被固定到第二盘(128)的第一盘(124)承载，第三盘(126)被插入并被挤压在所述第一盘和所述第二盘之间并且被固定到所述环形加强件，所述第一盘、所述第二盘和所述第三盘围绕所述喷射锥体的纵向轴线延伸。

6.根据权利要求5所述的喷射锥体(112)，其特征在于，所述第一盘(124) 和所述第二盘(128)通过穿过所述第三盘(126)的第一孔(146)的第一螺钉(140)被固定在一起，并且所述第三盘通过穿过被插入在所述第三盘和所述环形加强件之间的所述第二盘的第二孔(144)的第二螺钉(150)被固定到所述环形加强件(118)，所述第一孔的横向尺寸大于所述第一螺钉的横向尺寸，以及所述第二孔的横向尺寸大于所述第二螺钉的横向尺寸，以在一方面允许所述第一盘和所述第二盘之间在径向方向上的相对位移以及在另一方面允许所述第三盘和所述环形加强件之间在径向方向上的相对位移。

7.一种飞行器的涡轮发动机的单元(110)，所述单元包括根据权利要求1至3中任一项所述的排气管(114)以及根据权利要求4至6中任一项所述的喷射锥体(112)。

8.用于组装根据权利要求7所述的单元(110)的定位和调整工具(160)，其特征在于，所述定位和调整工具包括：

-第一环(162)，所述第一环被构造成被施加和固定到所述涡轮发动机的元件，并且还以有序的方式被施加和固定到所述喷射锥体(112)的较大直径的端部，所述第一环被构造成被所述排气管穿过，

-第二环(164)，所述第二环被构造成被所述排气管穿过并且被容纳在所述喷射锥体中，

-环连接支柱(166)，所述环连接支柱在所述第一环和所述第二环之间延伸并且被固定到所述第一环和所述第二环，这些支柱被构造成被容纳在所述喷射锥体中，以及

-第三环(168)，所述第三环被构造成被所述排气管穿过并且以可拆卸且有序的方式承载管状指状物(170)，所述管状指状物包括与所述排气管(114)的第一定心装置(130)大致相同的第三定心装置(130’)，所述第三环通过允许调整所述第二环和所述第三环的轴线的未对准的装置而被固定到所述第二环。

9.根据权利要求8所述的定位和调整工具(160)，其特征在于，所述第三环(168)包括内圆柱形定心表面(180)，所述内圆柱形定心表面被构造成与所述管状指状物的第一外圆柱形表面(182)配合，并且以有序的方式与管状壳体(186)的第二外圆柱形表面(184)配合，所述管状壳体包括多边形形式的横截面的内圆柱形表面，所述横截面与所述排气管(114)的所述第一定心装置(130)的横截面互补。

10.根据权利要求9所述的定位和调整工具(160)，其特征在于，所述管状壳体为分段的。

11.根据权利要求9所述的定位和调整工具(160)，其特征在于，所述内圆柱形表面的横截面为六边形形式。

12.根据权利要求7所述的单元(110)的组装方法，所述组装方法借助于根据权利要求9所述的定位和调整工具(160)，所述组装方法包括以下步骤：

a)将所述排气管(114)固定到涡轮发动机的第一元件并且将所述定位和调整工具的第一环(162)固定到所述涡轮发动机的第二元件，使得所述定位和调整工具的第二环(164)和第三环(168)被所述排气管穿过，所述第二环和所述第三环之间的所述固定装置未被拧紧，

b)将管状壳体(186)安装在所述排气管周围以及所述第三环内，所述第二环和所述第三环之间的所述固定装置未被拧紧，

c)将所述定位和调整工具从所述涡轮发动机的所述第一元件拆下，将所述管状指状物(170)固定到所述第三环，并将所述定位和调整工具插入喷射锥体(112)中，使得所述管状指状物与所述第二定心装置(120)配合，所述管状指状物与所述第二定心装置相对于所述喷射锥体沿径向方向被空转地安装，然后将所述第一环固定到所述喷射锥体，

d)相对于所述喷射锥体刚性地固定所述第二定心装置(120)，以及

e)将所述喷射锥体安装在所述排气管周围，使得所述第一定心装置(130)和所述第二定心装置(120)一起配合，然后将所述喷射锥体固定到所述涡轮发动机的所述第一元件。

Images