CN108884720B

CN108884720B - 航空涡轮发动机的叶片平台和风扇盘

Info

Publication number: CN108884720B
Application number: CN201780019114.2A
Authority: CN
Inventors: T·A·德盖拉德; A·B·M·博伊森
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2016-03-21
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2037-03-20
Also published as: RU2018136891A; CA3018448A1; JP7164435B2; EP3433469A1; CN108884720A; JP2019512639A; RU2018136891A3; FR3048997B1; EP3433469B1; US11021973B2; WO2017162975A1; RU2728547C2; FR3048997A1; BR112018069179A2; US20190055847A1

Abstract

本发明涉及一种平台(30)，适于插入风扇(2)的两个相邻叶片(20)之间，并包括流动通道壁(34)、底壁(36)以及轴向保持表面和径向保持表面。流动通道壁(34)限定来自风扇的气流用通道(2)，底壁(36)存在抵靠风扇盘(40)的主表面(36a)，并且轴向保持表面和径向保持表面布置在平台(30)的两个轴向端部处。布置在平台(30)的上游轴向端部处的径向保持表面(38)在底壁(36)抵靠盘(40)的方向上相对于底壁(36)的主表面(36a)径向偏移。

Description

航空涡轮发动机的叶片平台和风扇盘

技术领域

本发明涉及航空涡轮发动机的通用领域，并且更确切地说，涉及航空涡轮发动机的叶片平台和风扇盘的领域，涉及一种包括平台和盘的组件并涉及一种包括该组件的风扇。

背景技术

在涡轮发动机中，风扇的叶片平台需要执行若干功能。从空气动力学的观点来看，平台的主要功能是限定气流通道。平台还需要能够承受很大的力，同时变形尽可能小，并且同时保持固定于承载这些平台的盘。

为了满足这些不同要求，已经提出了某些构造，其中平台具有第一部分和第二部分，第一部分用于限定气流通道并且在发动机旋转时保持平台，第二部分用于限制第一部分在离心力的作用下的任何变形并且在发动机停止时将平台保持就位。

在现有的解决方案中，平台可以呈具有二维通道壁的盒的形式，该二维通道壁在下游由鼓筒保持并且在上游由护罩保持，其中，护罩的上游保持发生在风扇盘的齿上方(护罩的凸缘用于不仅在轴向上而且在径向上阻挡平台的上游端。

通过使用护罩在盘的齿上方执行的这种上游保持存在施加大轮毂比的缺点，其中，轮毂比是在旋转轴线和叶片的前缘与平台表面齐平的点之间测量到的半径除以在旋转轴线与前缘的最外点之间测量到的半径的比。此外，这种上游保持可能在盘的齿上和凹槽中产生过大应力，在该凹槽中，护罩和盘之间进行连接。

为了优化风扇的性能，并且更一般地说是涡轮发动机的性能，希望具有一种组件，该组件包括配装于风扇盘上的风扇叶片的平台，该风扇盘存在尽可能小的轮毂比，同时限制盘的齿和凹槽上的应力。

发明内容

实施例提供了一种平台，该平台适于插入风扇的两个相邻叶片之间并包括：

-通道壁，该通道壁用于限定风扇气流通道；

-底壁，该底壁具有用于抵靠风扇盘的主表面；以及

-平台，该平台具有布置在平台的两个轴向端部处的轴向保持表面和径向保持表面，其特征在于，布置在平台的上游轴向端部处的径向保持表面在底壁抵靠盘的方向上从底壁的主表面径向偏移。

术语“轴向”用于表示平台的最长方向，术语“径向”用于表示垂直于轴向方向和底壁主表面的方向。

术语“上游”用于表示当平台抵靠风扇盘时相对于气流方向的上游。

平台可以呈通过将通道壁和底壁组装在一起而形成的盒的形式。通道壁用于限定空气进入风扇的流动通道。底壁用于将通道壁保持就位并且还限制其在离心力的作用下的任何变形。底壁还具有可抵靠风扇盘的主表面。

布置在平台的两个轴向端部处的轴向保持表面和径向保持表面用于保持平台并且在盘移动时将平台相对于该平台所靠的盘保持就位。

布置在平台的上游轴向端部处的径向保持表面相对于底壁的主表面径向偏移。术语“径向偏移”用于表示在底壁抵靠盘的方向上的偏移。径向保持表面和底壁的主表面可以大致彼此平行。与已知平台相比，径向保持表面的这种偏移用于改变通道壁的上游轴向端部的形状，并因此改变平台的形状。例如，平台可以呈倾斜盒、即其上游端相对于底壁的主表面径向偏移的盒的形式。因此，平台形状的这种修改用于当平台布置在风扇中时改变气流通道，并进而减小轮毂比，以便提高风扇的性能，并由此提高风扇安装在其中的涡轮发动机的性能。

在某些实施例中，底壁具有倾斜表面，该倾斜表面相对于底壁的主表面倾斜并且以连续的方式将底壁的主表面与布置在平台的上游轴向端部处的径向保持表面相连。

由于布置在平台的上游轴向端部处的径向保持表面相对于底壁的主表面径向偏移，因此倾斜表面对应于底壁的用于补偿径向保持表面和底壁的主表面之间的偏移的区域。因此，可以理解的是，倾斜表面抵靠盘。布置在平台的上游轴向端部处的径向保持表面、倾斜表面和底壁的主表面可以是一体的并构成底壁。

该倾斜表面的存在使得平台的形状能够被修改和优化，以便减小轮毂比，由此改善风扇和涡轮发动机的性能。

在某些实施例中，倾斜表面是直线壁部分。

因此，直线壁部分将径向保持表面与底壁的主表面直线地相连，由此改变平台的上游轴向端部的形状，以便减小轮毂比。该直线壁部分存在具有简单且易于制造(例如，通过机加工)的形状的优点。

在某些实施例中，倾斜表面是曲线壁部分。

因此，曲线壁部分将径向保持表面与底壁的主表面逐渐地相连，由此改变平台的上游轴向端部的形状，以便减小轮毂比。该曲线壁部分存在的优点是，与直线壁部分不同，通过避免在倾斜表面和主表面之间的接合处存在任何不连续性而平滑从底壁的主表面的斜度变化，并由此减小在该接合处的应力。

在某些实施例中，倾斜表面和通道壁大致平行。

因此，平台的上游轴向端部呈现倾斜形状，倾斜表面和通道部分以相同的方式沿平台抵靠盘的方向径向倾斜。平台的上游轴向端部的这种形状使得能够减小轮毂比。

本公开还提供一种盘，该盘适用于支承风扇的平台和叶片并包括：

-外表面，该外表面存在一系列用于接纳风扇叶片的槽以及插入在槽之间以支撑风扇平台的齿；

-盘的上游面；以及

-多个轴向突起，该多个轴向突起围绕盘的轴线径向布置在盘的上游面上，并且适于紧固到风扇平台保持凸缘，该盘的特征在于，突起相对于盘的齿朝向盘的内侧径向偏移。

术语“上游面”用于表示当盘布置在风扇中时相对于气流方向的上游。

术语“轴向突起”用于表示当盘布置在风扇中时在气流方向上为轴向的突起。

术语“径向偏移”用于表示朝向盘的内侧、即朝向盘的旋转轴线的偏移。

盘可具有与其具有齿一样多的轴向突起。

每个轴向突起可以包括孔，使得轴向突起可以紧固到风扇平台保持凸缘，例如通过使用螺钉或螺栓。

由于轴向突起相对于盘的齿朝向盘的内侧径向偏移，当突起紧固到平台保持凸缘时，位于突起上的紧固区域因此相对于盘的齿径向偏移。这存在的优点是，限制了当外部元件(例如平台保持凸缘)紧固到盘时盘的齿上的应力。

此外，由于该紧固区域相对于盘的齿径向偏移，因此这存在的优点是，释放了在盘的齿的上游轴向端部处的空间，例如，使得能够加工盘的齿。

在某些实施例中，轴向突起是在盘的上游面上加工的短柱(stud)。

它们可以呈立方体的形状，每个立方体具有在突起的上游面中轴向加工出的紧固孔。紧固孔可用于将外部元件(例如，保持凸缘或护罩)紧固到盘上，例如通过使用螺钉或螺栓。轴向突起还可包括在突起的外表面中径向加工出的相应插入孔。插入孔可以用于允许紧固元件插入，以将外部元件紧固到盘上。

在某些实施例中，盘的齿的上游轴向端部存在倒角表面。

倒角表面可以呈相对于盘的齿的主表面朝向盘的内侧倾斜的倾斜表面的形式。例如，倒角表面可以通过加工该盘的齿的上游轴向端部来制成。这种加工由于通过盘的上游面处的轴向突起的径向偏移可获得空间而成为可能。该倒角表面的存在具有的优点是：使得能够使盘的齿的形状适应于待抵靠齿的平台的形状，由此减小轮毂比，以改善风扇的性能。

本公开还提供一种组件，该组件包括盘和至少一个平台，该组件还包括至少一个上游保持凸缘，该上游保持凸缘用于轴向且径向地保持平台的上游端部，其中上游保持凸缘紧固在盘的上游面的突起上。

当保持凸缘紧固到盘时，与其中该表面位于盘的齿的同一水平面的已知系统相比，对应于盘的轴向突起上的凸缘的紧固区域的凸缘与盘之间的界面相对于盘的齿朝向盘的内侧径向偏移。该偏移用于限制在盘的齿和槽的上游轴向端部处的应力。此外，该界面的偏移用于释放在盘的每个齿的上游轴向端处的空间，从而提供加工齿、并因此改变平台的形状且由此减小轮毂比的更大可能性。

在某些实施例中，当平台抵靠盘的齿时，底壁的倾斜表面与盘的齿的倒角表面接触，并且倾斜表面与倒角表面平行。

由于保持凸缘和盘之间的界面朝向盘的内侧偏移，因此盘的齿可以更自由地加工。因此，齿的上游轴向端部可以存在适合于加工平台形状的倒角，其中倒角表面平行于平台的倾斜表面。这存在创建紧凑的组件的优点，在该组件中，平台通过紧固到盘的突起的保持凸缘保持抵靠盘的齿。

在某些实施例中，上游保持凸缘是护罩。

本公开还提供了一种涡轮发动机风扇，该涡轮发动机风扇包括根据本公开中描述的任何实施例的组件以及安装在盘的槽中的多个叶片。

附图说明

在阅读以下作为非限制实例给出的本发明的各种实施例的详细描述后能够更好地理解本发明及其优点。该描述参考各附图，附图中：

-图1是本发明的涡轮发动机的示意剖视图；

-图2是沿方向II观察的图1风扇的示意图；

-图3A和3B是本发明的平台的纵向剖视图；

-图4是本发明的盘的立体图；以及

-图5是本发明的包括保持凸缘、平台和盘的组件的纵向剖视图。

具体实施方式

在本公开中，术语“纵向”及其派生词是相对于所考虑的平台的主方向而定义的；术语“径向”、“内”、“外”及其派生词是相对于涡轮发动机的主轴线而定义的；最后，术语“上游”和“下游”是相对于通过涡轮发动机的流体的流动方向而定义的。此外，并且除非有相反的说明，否则在各图中相同的附图标记表示相同的特征。

图1是以轴线A为中心的本发明的双流涡轮喷气发动机1的示意性纵向剖视图。从上游到下游，双流涡轮喷气发动机1包括：风扇2、低压压缩机3、高压压缩机4、燃烧室5、高压涡轮6和低压涡轮7。

图2是沿方向II观察的图1风扇2的示意图。风扇2具有风扇盘40，风扇盘40具有形成在其外周界上的多个槽42。这些槽42是直线形的，并且它们全部都沿着盘40从上游轴向延伸到下游。它们也围绕盘40的轴线A规则地分布。以这种方式，每个槽42与相邻的槽协配以限定齿44，齿44同样全部都沿着盘40从上游延伸到下游。以等同的方式，槽42限定在两个相邻齿44之间。

风扇2还具有多个曲线轮廓的叶片20(图2中仅示出了四个叶片20)。每个叶片20具有根部20a，该根部20a安装在风扇盘40的相应槽42中。为此，叶片20的根部20a可以具有圣诞树形状或燕尾形状，以匹配槽42的形状。

最后，风扇2具有配装在其上的多个平台30，每个平台30安装在两个相邻风扇叶片20之间的间隙中，在其根部20a附近，以便限定进入风扇2的环形空气入口通道的内侧，该通道的外侧由风扇壳体限定。

图1和2还示出了内半径RI和外半径RE。内半径RI对应于旋转轴线A和叶片20的前缘与平台30的表面齐平的点之间测量到的半径。外半径RE对应于旋转轴线A和叶片20的前缘的最外点之间测量到的半径。这两个半径RI和RE是用于计算轮毂比RI/RE的半径，将借助于本发明的组件(特别是通过减小内半径RI)来减小轮毂比RI/RE。换句话说，减小轮毂比、特别是通过作用在内半径RI上，相当于使空气动力学空气入口通道尽可能地靠近风扇盘切换(shifting)。

图3A和3B是平台30的纵向剖视图。本发明的平台30包括通道壁34、底壁36以及布置在平台30的两个轴向端部处的径向保持表面38和轴向保持表面39。由通道壁34和壁36形成的组件形成构成平台30的盒32。底壁由主表面36a和倾斜表面36b构成。倾斜表面36b将主表面36a与保持表面38连续地相连，使得位于平台的上游轴向端部处的保持表面38相对于主表面36a径向偏移。在图3A的示例中，倾斜表面36b是直线壁部分。在图3B的示例中，倾斜表面36b是曲线壁部分。

图4是具有外表面40a和上游面40b的风扇盘的立体图。外表面40a存在一系列槽42，每个槽42适于容纳风扇叶片20的根部20a，其中，齿44插入槽42之间并且适于支承风扇平台30。每个齿44具有主齿表面44a和倒角表面44b。倒角表面44b例如通过加工齿44的上游轴向端部制成，使得倒角表面44b的形状与平台30的倾斜表面36b的形状相同。因此，当平台30抵靠齿44时，平台的主表面36a与齿44a的主表面接触，并且平台的倾斜表面36b与齿的倒角表面44b接触，如图5所示。

此外，在盘40的上游面40b上，盘40具有多个轴向突起46，这些轴向突起46可以呈立方体的形状并且围绕轴线A以规则的间隔沿周向设置。轴向突起46的数量可以等于齿44的数量，每个突起46与相应的齿44径向对齐。此外，每个轴向突起46相对于相应的齿44朝向盘的内侧、即朝向轴线A径向偏移。例如，轴线A和突起46的外表面46a之间的距离可以短于轴线A和槽42之间的距离。

每个轴向突起46可具有在其上游面46b中的紧固孔460b，该紧固孔460b适于接纳紧固装置49，例如螺钉或螺栓。每个轴向突起46还可以包括在其外表面46a中的插入孔460a，插入孔460a适于接纳紧固元件47，例如包括攻丝孔的插入件。因此，上游保持凸缘50、例如护罩可以紧固到轴向突起46，例如通过将紧固装置49插入穿过凸缘52中的孔和突起中的紧固孔460b，紧固装置49然后被紧固到(例如螺纹紧固到)紧固元件47，紧固元件47经由突起的插入孔460a插入。利用紧固到盘40的保持凸缘50，凸缘50的顶表面54则用于为平台30提供径向保持。

由于盘40和保持凸缘50之间的紧固区域位于轴向突起46处，这使得能够在风扇运转时限制施加在诸如盘的齿44和槽42的上游轴向端部的敏感表面上的应力。此外，与已知结构相比，由于盘40和保持凸缘50之间的这种界面相对于盘的齿径向偏移，这使得能够减小在盘的齿的上游轴向端处的空间。因此能够更自由地修改齿44的上游轴向端部，并进而修改平台30的上游轴向端部，并由此减小轮毂比，以便优化风扇的性能，并进而优化风扇安装在其中的涡轮发动机的性能。通过举例的方式，图5示出了平台30，其中盒32具有由于盘40的倒角表面44b和平台30的倾斜表面36b而朝向盘40的内部倾斜的形状。

尽管本发明参考具体实施例进行描述，但显然可以对这些实施例进行修改和改变而不超出由权利要求限定的本发明的总体范围。特别地，所示和/或所述的各种实施例的个别特征可以在另外的实施例中组合。因此，说明书和附图应该被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims

1.一种平台(30)，所述平台适于插入风扇(2)的两个相邻叶片(20)之间，所述平台包括：

-通道壁(34)，所述通道壁用于限定风扇气流通道；

-底壁(36)，所述底壁具有用于抵靠风扇盘(40)的主表面(36a)；

所述平台(30)具有布置在所述平台(30)的上游轴向端部和下游轴向端部处的轴向保持表面和径向保持表面，布置在所述平台(30)的所述上游轴向端部处的所述径向保持表面(38)在所述底壁(36)抵靠所述风扇盘(40)的方向上从所述底壁(36)的所述主表面(36a)径向偏移；所述平台的特征在于，所述底壁(36)具有倾斜表面(36b)，所述倾斜表面(36b)相对于所述底壁(36)的所述主表面(36a)倾斜并且以连续的方式将所述底壁(36)的所述主表面(36a)与设置在所述平台(30)的所述上游轴向端部处的所述径向保持表面(38)相连，所述倾斜表面(36b)构造成抵靠所述风扇盘(40)的齿(44)的倒角表面(44b)。

2.根据权利要求1所述的平台(30)，其特征在于，所述倾斜表面(36b)是直线壁部分。

3.根据权利要求1所述的平台(30)，其特征在于，所述倾斜表面(36b)是曲线壁部分。

4.根据权利要求1所述的平台(30)，其特征在于，所述倾斜表面(36b)和所述通道壁(34)大致平行。

5.一种组件，所述组件包括至少一个根据权利要求1所述的平台(30)和风扇盘(40)，所述风扇盘包括：

-外表面，所述外表面存在一系列用于接纳风扇叶片的槽以及插入所述槽之间以支撑所述风扇平台的齿；

-所述风扇盘的上游面；以及

-多个轴向突起，所述多个轴向突起围绕所述风扇盘的轴线A径向布置在所述风扇盘的所述上游面上，并且适于紧固到风扇平台保持凸缘，所述突起相对于所述风扇盘的所述齿朝向所述风扇盘的内侧径向偏移，其中，所述风扇盘的所述齿的上游轴向端部存在倒角表面，并且其中，当所述平台(30)抵靠所述风扇盘(40)的齿(44)时，所述底壁(36)的所述倾斜表面(36b)与所述风扇盘的所述齿(44)的所述倒角表面(44b)接触，并且所述倾斜表面(36b)与所述倒角表面(44b)平行，

所述组件还包括至少一个用于轴向和径向地保持所述平台(30)的上游端部的上游保持凸缘(50)，其中所述上游保持凸缘(50)紧固在所述风扇盘(40)的所述上游面(40b)的轴向突起(46)上。

6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述轴向突起(46)是在所述风扇盘的所述上游面(40b)上加工的短柱。

7.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述上游保持凸缘(50)为护罩。

8.一种涡轮发动机风扇(2)，包括根据权利要求5所述的组件以及安装在所述风扇盘(40)的所述槽(42)中的多个叶片(20)。