CN110872957A - 用于涡轮机的具有锁定结构的弯曲型联接器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于涡轮机的联接器，特别是用于涡轮机的具有锁定结构的弯曲型联接器，该联接器包括第一盘和第二盘，第一盘和第二盘沿轴线附接并且主要分别从垂直于轴线的中间平面的第一侧和第二侧延伸，第一盘和第二盘分别设有第一齿和第二齿，第一齿和第二齿通过中间平面相互接合以形成弯曲连接件。根据本发明：多个第一齿各自包括朝向轴线突出同时从第二侧延伸的第一突起部；多个第二齿各自包括朝向旋转轴线突出同时从第一侧延伸的第二突起部；第一突起部沿轴线与第二突起部间隔开；至少一个阻挡构件被支撑在第一突起部和第二突起部上，以相对于第二元件轴向地阻挡第一元件。本发明还涉及包括这种联接器的涡轮以及包括这种涡轮的涡轮机。

Description

用于涡轮机的具有锁定结构的弯曲型联接器
技术领域
本发明涉及通过“弯曲(curvic)”型连接件将涡轮发动机或类似物(诸如，涡轮喷气发动机)中的两个旋转元件(诸如，承载叶片的盘)联接的联接器。
背景技术
在这种发动机中，外部空气在分离成中心主流和环绕主流的次级流之前进入进气管道以穿过包括一组旋转叶片的风扇。
接着，主流穿过高压压缩机，然后到达燃烧室，之后主流在相继穿过高压涡轮和低压涡轮时膨胀，然后在回收用于驱动风扇的能量并产生推力的同时排出。次级流部分直接由风扇向后推进，以产生推力。
为了能够回收能量，高压涡轮与高压压缩机旋转地连接以旋转地驱动高压压缩机，并且风扇与低压涡轮旋转地连接，通过低压涡轮旋转地驱动风扇，大部分推力由风扇产生。
这种发动机的压缩机或涡轮的部件通常包括由旋转元件形成的多个级，旋转元件彼此旋转地形成一体以围绕发动机的旋转轴线AX转动。
在该上下文中，图1示出了高压涡轮1，高压涡轮1包括部分2，部分2包括第一级3和相对于流的循环方向位于第一级的下游的第二级4。第一级3包括承载第一组叶片7的第一盘6，第二级包括承载第二组叶片9的第二盘8。由一组固定叶片12形成的分配器11插入第一组可动叶片与第二组可动叶片之间。每个盘包括中心开口并且在中心开口的外周上承载叶片。
如在该图1中可见的，第一盘6沿轴线AX附接到第二盘8，并且第二盘通过“弯曲联接器”型的连接件(也被称为犬齿连接件或梯形齿连接件)旋转地联接到该第一盘。
两个盘的在图2和图3中更为清晰的连接件包括由第一盘6承载的第一梯形齿13和由第二盘承载的第二梯形齿14，第一梯形齿13朝向第二盘8定向，而第二梯形齿14朝向第一盘6定向。
在图2和图3的情况下，第一盘和第二盘是分离的，同时彼此间隔开，这使得可以显示出第一盘和第二盘的齿部。当该结构处于如图1所示的工作状态时，由于盘施加抵靠彼此的事实，所以盘是联接的，第一齿根据榫槽型组件与第二齿接合，使得可以将扭矩从一个盘传输到另一个盘。
选择弯曲连接件型的联接器特别使得盘自身在运行时能够彼此独立地以旋转轴线为中心，同时有效地将扭矩从一个盘传输到另一个盘。该联接器还使得可以有助于转子的组装，其中，组成转子的盘形成转子一部分同时具有有限的体积。
然而，如果盘中的一个盘失去了该盘承载的叶片中的一个叶片，则该盘经受的轴向力变得不平衡，如图4示意性所示的那样。实际上，已失去一个或多个叶片的盘则倾向于相对于该盘的名义定向倾斜，这可能导致两个盘分离，如图5所示。盘在分离的情况下会进入超速状态，这会导致盘爆炸和/或使盘从发动机中飞出。
本发明的目的是提供一种解决方案，使得特别是在失去叶片的情况下可以避免弯曲型盘间连接件的分离。
发明内容
为此，本发明的主题是第一元件与第二元件之间的用于涡轮机的联接器，第一元件和第二元件围绕轴线延伸，同时沿轴线彼此接合，每个元件包括轴向延伸的齿以被轴向地接合在另一元件的相应凹部中，其特征在于，该联接器包括至少一个阻挡构件，该至少一个阻挡构件与由第一元件和第二元件的齿承载的阻挡装置配合，以相对于第二元件轴向地阻挡第一元件。
利用该解决方案可防止第一元件和第二元件沿轴向方向的分离，这对于避免在运行期间在这两个元件分离的情况下可能导致涡轮机转子损坏的超速现象是特别有效的。此外，阻挡装置的体积受到阻挡装置尽可能靠近联接齿部的事实的限制。
本发明的主题还在于由此限定的联接器，其中：
-第一元件的多个齿各自包括第一保持表面；
-第二元件的多个齿各自包括第二保持表面；
-至少一个阻挡构件在第一保持表面与第二保持表面之间延伸，以相对于第二元件轴向地阻挡第一元件。
本发明的主题还在于由此限定的联接器，其中，第一保持表面和第二保持表面是平坦的并且与阻挡构件接触。
本发明的主题还在于由此限定的联接器，其中，每个保持表面由延长齿的突起部形成，并且其中，每个突起部具有指向轴线的径向定向的直线形状。
本发明的主题还在于由此限定的联接器，其中，阻挡构件是开口环。
本发明的主题还在于由此限定的联接器，其中，一部分第一齿和一部分第二齿没有突起部。
本发明的主题还在于由此限定的联接器，其中，阻挡构件包括圆柱形底部，该圆柱形底部通过接合在第一保持表面与第二保持表面之间的肋向外部延长。
本发明的主题还在于由此限定的联接器，其中，阻挡构件的圆柱形底部通过第一侧翼和第二侧翼轴向地延长，第一侧翼和第二侧翼分别通过第一圆柱形边缘和第二圆柱形边缘轴向地延长，该第一圆柱形边缘和该第二圆柱形边缘分别压靠在第一元件的第一圆柱形内表面上和第二元件的第二圆柱形内表面上。
本发明的主题还在于由此限定的联接器，其中，圆柱形边缘各自承载环形防漏密封件。
本发明的主题还在于包括涡轮，该涡轮包括由此限定的联接器。
本发明的主题还在于涡轮机，该涡轮机包括由此限定的涡轮。
附图说明
已描述的图1是已知的高压涡轮的一部分的截面图。
已描述的图2是已知的弯曲型连接件的一部分的透视图。
已描述的图3是已知的弯曲型连接件的一部分的示意性平面图。
已描述的图4是示出了在失去叶片的情况下已知的弯曲连接件中的力的不平衡分布的侧视图。
已描述的图5是示出了已知的弯曲连接件的分离的透视图。
图6是根据本发明的弯曲连接件的一部分的示意性平面图。
图7是根据本发明的弯曲连接件的示意性截面图。
图8是根据本发明的弯曲连接件的一部分的透视图。
图9是根据本发明的连接件的第二齿部的一部分的透视图。
图10是根据本发明的弯曲连接件的一半的透视图。
图11是根据本发明的连接件的第一齿部的带有替代阻挡构件的部分的透视图。
图12是根据本发明的连接件的局部截面图，该局部截面图示出了替代阻挡构件的截面。
图13是单独示出的替代构件的截面图。
具体实施方式
本发明的基本思想受益于弯曲连接件的齿部的交替重叠，以通过突出部来保持环状阻挡构件，该突出部径向地朝向轴线突出超过齿。
在图6中，根据本发明的弯曲型连接件16的一部分的示意性平面视图确保了第一盘17与第二盘18的联接，第一盘17和第二盘18围绕轴线AX转动，同时沿该轴线彼此附接。
第一盘17在第一盘的表面中的一个表面上承载第一齿部，该第一齿部沿着以轴线AX为中心的冠部延伸，所述第一齿部由有规律地间隔开的第一梯形齿19形成，第一梯形齿19朝向第二盘18定向。
第二盘18在第二盘的表面中的一个表面上承载第二齿部，该第二齿部沿着以轴线AX为中心的冠部延伸，所述第二齿部由有规律地间隔开并朝向第一盘17定向的第二梯形齿21形成。
第一盘17的每个齿19包括主梯形轮廓19a和突起部19b，主梯形轮廓19a轴向地定向并指向第二盘，突起部19b突出超过该主轮廓19a的一个端部同时朝向轴线AX延伸。以相同的方式，第二盘18的每个齿21包括主梯形轮廓21a和突起部21b，主梯形轮廓21a轴向地定向并指向第一盘，突起部21b突出超过该主轮廓的一个端部同时朝向轴线AX延伸。
通过将构成实际齿的主轮廓19a、21a装配在一起来确保第一盘17与第二盘18的旋转联接，并且当组件处于工作状态时，扭矩通过第一盘与第二盘的旋转联接从一个盘传输到另一个盘。因此，每个齿都被接合在由如下间隔界定的凹部中，该间隔将另一个盘的两个连续的齿分开。
每个第一突起部19b限定属于第一盘的第一齿19的梯形轮廓19a以及与第一齿19共有的圆柱形内表面22，第一突起部19b朝向轴线AX定向。以类似的方式，每个第二突起部21b限定属于第二盘的第二齿21的梯形轮廓21a以及与第二齿21共有的圆柱形内表面23，第二突起部21b朝向轴线AX定向。
如在图6和图7中可见的，每个第一突起部19b形成第一平坦的保持表面19c，并且第一平坦的保持表面19c垂直于轴线AX且转向第一盘17，并且以类似的方式，每个第二突起部21b形成第二平坦的保持表面21c，并且第二平坦的保持表面21c垂直于轴线AX且转向第二盘18。
第一保持表面19c和第二保持表面21c以交替的方式布置在垂直于轴线AX的中间平面PM的两侧上。该中间平面PM对应于平均联接平面：第一盘17基本上位于平面PM的第一侧C1，并且第二盘基本上位于平面PM的与第一侧相对的第一侧C2。平面19c均在位于第二侧C2的区域中延伸，并且平面21c均在位于第一侧C1的区域中延伸。
第一梯形轮廓穿过中间平面PM，使得第一保持表面19c从第二侧C2延伸。并且以类似的方式，第二梯形轮廓21a穿过中间平面PM，使得第二保持表面21c从第一侧C1延伸。
第一保持平面19c与第二保持平面21c沿轴线AX间隔开，以在第一保持平面与第二保持平面之间界定出周向槽，周向槽的底部由圆柱形内表面22和23构成。该槽接纳阻挡构件24，在附图的示例中，阻挡构件24是使得可以将连接件锁定的环形带。
如在图8和图9中明显可见的，每个第一突起部19b具有直线形状并且朝向轴线AX径向地延伸，并且以类似的方式，每个第二突起部21b具有直线形状并且朝向轴线AX径向地延伸。
当如图8和图10那样安装组件时，带24在以交错排列的方式布置的第一突起部与第二突起部之间延伸。因此，带24轴向地插入第一保持平面19c与第二保持平面21c之间，以沿轴线AX相对彼此阻挡第一保持平面和第二保持平面，同时与第一保持平面和第二保持平面一起形成抵抗第一盘的相对于第二盘的任何移开的锁定结构。
带24一方面也由内表面22和23径向地阻挡，带24被支撑在内表面22和23上，并且内表面22和23通过离心作用抵抗带的径向扩展。
因此，由带24和突起部19b、21b构成的组件形成弯曲连接件的稳定锁定结构，该稳定锁定结构阻止该组件的在被拆卸以例如用于发动机的维护操作或替代地用于发动机的安装时的轴向分离。
在附图的示例中，每个齿设有突起部，但是只有齿的一部分(例如二分之一的齿或三分之一的齿)可以设有这种突起部。实际上，连接件包括至少使三个第一齿延长的三个第一突起部和使三个第二齿延长的三个第二突起部。
一旦第一盘17抵靠第二盘18，以使第一齿部与第二齿部接合，操作者就将带24的一个端部接合在由突起部19b、21b界定出的环形槽中，并且操作者将该带径向地推入该槽中，直到该带整体容纳在该槽中。
阻挡构件24在此具有呈矩形截面的开口环的大体形状，同时具有彼此相距稍远的两个端部。
该带24有利地由具有适当柔性的材料制成，以使操作者能够将带径向地收紧和松开，从而使带接合在突起部之间。
在附图的示例中，阻挡构件是接合在由保持表面界定的槽中的单个环形带。根据本发明的连接件还可由多个阻挡构件阻挡，每个阻挡构件将被定位在多个第一保持表面与第二保持表面之间。
然后，这些阻挡构件周向地一个接一个地定位于由保持表面界定的槽中，同时通过由保持表面施加的支撑和通过发动机运行时的离心作用而被保持。这些阻挡构件可以呈带的多个互补部分的形式，当多个互补部分就位时，多个互补部分的端部彼此连接或间隔开。
使用一个或多个整体形成内部带(该内部带轴向地插入突起部之间)的阻挡构件的事实确保了盘保持使自身彼此独立地以轴线AX为中心的可能性，同时保证盘不会分离。
在图11和图12所示的替代方案中，阻挡构件24具有不是矩形而是近似对应于字母W的形状的截面，以形成密封件，该密封件阻止流体穿过当第一齿与第二齿彼此接合时存在于第一齿与第二齿之间的间隙。这种间隙出现在图12中，标记为IN。
如在图12中可见的，替代构件24包括由通过两个侧翼延长的底部所承载的冠形中心肋，每个侧翼由边缘或翼缘终止。
中心肋26具有平坦的冠形形状，该平坦的冠形形状具有矩形截面，在安装组件时该中心肋在中间平面PM中延伸，并且中心肋26从呈圆柱形壁的形式的底部27径向向外突出，同时位于该底部27的长度中间处，该组件与轴线AX同轴。
限定构件24的内表面的底部27延伸超过第一侧C1的一半，并且延伸超过第二侧C2的一半。该底部27通过第一锥形侧翼28从第一侧C1延长，第一锥形侧翼28自身通过第一圆柱形边缘29或翼缘延长，第一圆柱形边缘29或翼缘支撑在第一盘17的第一圆柱形内表面22上，并且第一齿19从第一圆柱形内表面22离开。
以类似的方式，该底部27通过第二锥形侧翼31在第二侧C2上延长，第二锥形侧翼31自身通过圆柱形边缘32或翼缘延长，圆柱形边缘32或翼缘支撑在第二盘18的第二圆柱形内表面23上，第二齿21从第二圆柱形内表面23离开。
图11至图13的替代方案的阻挡构件24具有围绕轴线AX的回转形状，并且当就位观察阻挡构件时，也就是说，当阻挡构件被接合在连接件中以阻挡连接件时，该阻挡构件24相对于平面PM是对称的。阻挡构件24还具有开口环的大致形状，该开口环具有的柔性足以使阻挡构件能够安装。
第一圆柱形边缘29包括也是圆柱形的外表面，该外表面设有槽，在槽中安装有第一O形环33。以类似的方式，第二圆柱形边缘32在其圆柱形外表面上包括槽口，在该槽口中安装有第二O形环34。
由于这些密封件33、34，当阻挡构件24就位时，阻挡构件通过以防漏密封的方式覆盖彼此接合的齿部19和21来建立第一盘17的内表面22到第二盘18的内表面23的防漏密封连续性。在这些条件下，空气不再能够穿过位于齿的头部的间隙IN。
该替代构件24的安装类似于图8和图9的阻挡构件的安装：一旦两个盘17和18已被附接，操作者就会抓住构件24，同时将构件24拉近他以暂时减少构件24的外直径。然后操作者将该构件24安置在平面PM的水平处，接着将构件24的中心肋26接合在第一齿19与第二齿21之间，直到承载密封件33和34的边缘29和32在该构件24的整个圆周上支撑在内表面22和23上。

Claims (11)

1.用于涡轮机的联接器，所述联接器为第一元件(17)与第二元件(18)之间的联接器，所述第一元件和所述第二元件围绕轴线(AX)延伸，同时沿所述轴线(AX)彼此接合，每个元件(17，18)包括轴向延伸的齿(19，21)以被轴向地接合在另一元件的相应凹部中，其特征在于，所述联接器包括至少一个阻挡构件(24)，所述至少一个阻挡构件与由所述第一元件和所述第二元件(17，18)的齿(19，21)承载的阻挡装置配合，以相对于所述第二元件(18)轴向地阻挡所述第一元件(17)。
2.根据权利要求1所述联接器，其中：
-所述第一元件(17)的多个齿(19)各自包括第一保持表面(19c)；
-所述第二元件(18)的多个齿(21)各自包括第二保持表面(21c)；
-所述至少一个阻挡构件在所述第一保持表面与所述第二保持表面(19c，21c)之间延伸，以相对于所述第二元件(18)轴向地阻挡所述第一元件(17)。
3.根据权利要求2所述的联接器，其中，所述第一保持表面(19c)和所述第二保持表面(21c)是平坦的并且与所述阻挡构件(24)接触。
4.根据权利要求2所述的联接器，其中，每个保持表面(19c，21c)由使齿(19，21)延长的突起部(19b，21b)形成，并且其中，每个突起部(19b，21b)具有指向所述轴线(AX)的径向定向的直线形状。
5.根据权利要求3所述的联接器，其中，所述阻挡构件(24)是开口环。
6.根据权利要求3所述的联接器，其中，所述第一齿和所述第二齿(19，21)中的一部分齿没有突起部。
7.根据权利要求3所述的联接器，其中，所述阻挡构件(24)包括圆柱形底部(27)，所述圆柱形底部通过接合在所述第一保持表面与所述第二保持表面(19c，21c)之间的肋(26)向外部延长。
8.根据权利要求7所述的联接器，其中，所述阻挡构件(24)的圆柱形底部(27)通过第一侧部和第二侧部(28，31)轴向地延长，所述第一侧部和所述第二侧部分别通过第一圆柱形边缘和第二圆柱形边缘(29，32)轴向地延长，该第一圆柱形边缘和该第二圆柱形边缘(29，32)分别压靠在所述第一元件和所述第二元件(17，18)的相应的第一圆柱形内表面和第二圆柱形内表面(22，23)上。
9.根据权利要求8所述的联接器，其中，所述圆柱形边缘(29，32)各自承载环形防漏密封件(33，34)。
10.涡轮，所述涡轮包括根据权利要求1所述的联接器。
11.涡轮机，所述涡轮机包括根据权利要求10所述的涡轮。
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