CN112189097B - 改进的涡轮机风扇盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种盘(40)，该盘能够支承风扇(2)的叶片(20)和平台(30)，并具有外表面(40a)，该外表面具有一系列用于接纳风扇叶片的凹槽(42)，和插设在凹槽(42)之间用于支承风扇平台(30)的齿(44)，盘的上游面(40b)，以及多个轴向突起(46)，这些突起围绕在盘(40)的上游面(40b)上的盘的轴线(A)径向设置，并且能够紧固到风扇的平台保持凸缘，与盘(40)的凹槽(42)相比，突起(46)朝向盘(40)的内部径向偏移，并且周向地设置在盘(40)的两个齿(44)之间。

Description

改进的涡轮机风扇盘

技术领域

本发明涉及航空涡轮机的一般领域，并且更精确地涉及航空涡轮机的风扇盘、包括风扇平台和盘的组件、以及包括该组件的风扇的领域。

背景技术

在涡轮机中，风扇的叶片平台必须提供若干功能。从空气动力学的角度来看，这些平台具有的主要功能是限定空气的气流。此外，它们还必须能够在尽可能小地变形的同时承受较大的力，并同时与承载它们的盘保持一体。

为了满足这些不同的要求，已经提出了某些构造，其中平台具有第一部分和第二部分，该第一部分允许限定气流并确保当马达旋转时平台的保持力，该第二部分允许限制第一部分在离心力的作用下的变形，并在发动机停止时将平台保持在适当的位置。

在现有解决方案中，平台可以呈具有二维气流壁的盒的形式，该二维气流壁在下游由鼓状件保持，而在上游由护罩保持，上游由护罩保持在风扇盘的齿上方实现(轴向和径向阻挡上游平台的护罩的一个凸缘)。

利用护罩在盘的齿上方进行的这种上游保持具有的缺点是施加高的轮毂比，该轮毂比是旋转轴线和叶片前缘与平台表面齐平的点之间测量到的半径与旋转轴线和前缘的最外点之间测量到的半径的比。此外，在护罩和盘之间的连接部处，这种上游保持易于引起在齿中和盘的承窝(alvéole)中的过应力。

为了优化风扇的性能，并且更广泛地优化涡轮机的性能，期望在风扇盘上具有施加到风扇叶片的平台的组件，该风扇盘具有尽可能低的轮毂比，同时限制了在齿和盘的承窝处的应力。

发明内容

一个实施例涉及一种能够支承风扇的叶片和平台的盘，并且包括：

-外表面，该外表面具有用于接纳风扇叶片的一系列凹槽和插设在凹槽之间以支承风扇平台的齿，

-盘的上游面；以及

-多个轴向突起，这些突起围绕在盘的上游面上的盘的轴线径向设置，并且能够紧固到风扇平台保持凸缘，相对于盘的凹槽，突起朝向盘的内部径向偏移，并且周向地设置在盘的两个齿之间。

术语“上游面”意指当将盘设置在风扇中时相对于空气流动方向的上游。

术语“轴向突起”意指为当将盘放置在风扇中时在空气流动方向上的轴向，或者沿盘的旋转轴线的轴向。

术语“径向偏移”意指朝向盘的内部、即朝向盘的旋转轴线的偏移。

当突起紧固到平台保持凸缘时，轴向突起相对于盘的凹槽朝向盘的内部径向偏移，并周向地设置在盘的两个齿之间，位于突起上的紧固区域因此相对于盘的齿径向和周向偏移。这具有的优点是当将例如平台保持凸缘的外部元件紧固到盘时，限制盘的齿处的应力。

此外，该紧固区域相对于盘的齿径向偏移，这具有的优点是释放在盘的齿的上游轴向端中的空间，例如允许机加工盘的齿。与已知的平台相比，这种机加工能允许改变由所述齿支承的平台的上游轴向端的形状，从而当将平台设置在风扇中时改变气流。因此，能够减小轮毂比，以便改善风扇的性能，并因此改善其中安装风扇的涡轮机的性能。

在某些实施例中，轴向突起是在盘的上游面上加工的突片，并且朝向盘的中心折起。

突片可具有垂直于盘的轴线的主要面，以及沿着盘的轴线的厚度，该厚度与主要面的尺寸相比较小。这些径向突起的形状具有易于制作的优点。

在某些实施例中，轴向突起的一个面包括开口，该开口的轴线平行于盘的轴线。

可以在突片的主要面上制作开口。它允许借助例如螺钉或螺栓将例如保持凸缘或护罩的外部元件紧固到盘。

在某些实施例中，在沿着盘的轴线的盘的上游侧视图中，每个轴向突起的开口的中心设置在穿过盘的中心和盘的凹槽底部的直线上，在该视图中，凹槽底部是凹槽中的位于距其位于其间的两个齿相等的距离处的点。

换言之，每个轴向突起的开口的中心与凹槽底部径向对准。当将盘设置在风扇中时，盘的齿的端部是承受高的机械应力的位置。从沿着盘的轴线的盘的上游侧视图中，这种设置因此允许优化每个突起相对于两个齿的孔的中心的周向间距，其中，在其位于其间的机械应力是高的。因此，与将突起与齿对准的情况相比，可以在机械应力较小的区域中进行护罩或套环到轴向突起的紧固。当将盘设置在风扇中时，盘内的应力分布因此得到了优化，从而可以限制或避免局部过应力的存在。

在某些实施例中，盘的半径是盘的中心与凹槽底部之间的部段，盘的中心与轴向突起的开口的中心之间的距离小于盘的半径的95％，较佳地小于盘的半径的90％，更佳地小于盘的半径的80％。

将轴向突起的开口的中心更靠近盘的中心移动的事实允许当将其设置在风扇中时，使护罩和盘之间的紧固点与更多机械应力的区域间隔开。

在某些实施例中，轴向突起沿着盘的周缘以规则的间隔设置在盘的上游面上。当将护罩紧固到它时，这允许机械应力均匀分布在盘的上游面上。

在某些实施例中，轴向突起的数量等于盘的凹槽的数量的一半。

较佳地，轴向突起以规则的间隔分布，以便与每隔一个凹槽的底部径向对准。因此，当将护罩紧固到盘时，与为每个凹槽设置轴向突起相比，在盘和护罩之间需要一半的连接装置。这允许减少组装步骤的数量和必要的连接件的数量。因此能够限制组装的时间和成本。

本公开还涉及一种组件，该组件包括根据前述实施例中任一项所述的盘、至少一个平台和至少一个上游保持凸缘，以确保平台的上游轴向端的轴向和径向保持，其中上游保持凸缘紧固到盘的上游面的轴向突起。

当保持凸缘紧固到盘时，对应于将凸缘紧固到盘的轴向突起的区域的凸缘和盘之间的界面相对于盘的凹槽朝向盘的内部径向偏移，并且周向地插设在盘的两个齿之间，这与其中该界面位于盘的齿处的已知系统不同。该偏移允许将应力限制在齿的上游轴向端处。此外，该界面的偏移允许释放在盘的齿的上游轴向端处的空间，从而提供了加工齿的更好的可能性，并因此改变了平台的形状，从而降低了轮毂比。

在某些实施例中，上游保持凸缘是护罩。

本公开还涉及了一种涡轮机风扇，该涡轮机风扇包括根据本公开中描述的实施例的任一个的组件以及安装在盘的凹槽中的多个叶片。

附图说明

通过阅读以下作为非限制示例给出的本发明的不同实施例的详细描述后，将更好地理解本发明及其优点。该描述参考各附图的所附页面，附图中：

-图1是根据本发明的涡轮机的示意性剖视图，

-图2是图1的风扇在方向II上的示意图，

-图3是根据本发明的盘的立体图，

-图4是根据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平台的主要方向定义的；术语“径向的”、“内部的”、“外部的”及其派生词就其部分是相对于盘的轴线定义的，该轴线对应于涡轮机的主要轴线；最后，术语“上游”和“下游”是相对于通过涡轮机的流体的流动方向定义的。另外，除非另外指出，否则不同附图中的相同附图标记表示相同的特征。

图1示出了根据本发明的对中在轴线A上的双流式涡轮喷气发动机1的示意性纵向剖视图。它从上游到下游包括：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示出了在方向II上的图1的风扇2的示意图。风扇2包括风扇盘40，其中，在风扇盘40的外周中形成有多个凹槽42。这些凹槽42是直线形的，并且沿整个盘40从上游轴向地延伸到下游。另外，它们还规则地全部围绕盘40的轴线A分布。这样，每个凹槽42与其相邻的凹槽一起限定了齿44，该齿也沿着整个盘40从上游轴向延伸到下游。等效地，在两个相邻的齿44之间限定了凹槽42。

风扇2还包括具有曲线轮廓的多个叶片20(在图2中仅示出四个叶片20)。每个叶片20具有根部20a，该根部20a安装在风扇盘40的相应凹槽42中。为此，叶片20的根部20a可具有适于凹槽42的几何形状的松树或燕尾形状。

最后，风扇2包括多个施加的平台30，每个平台30在其根部20a附近安装在两个相邻的风扇叶片20之间的间隔中，以便在内侧上限定风扇2中的环形进气流，该气流是由风扇壳体在外部限定的。

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就其部分对应于旋转轴线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、RE是计算轮毂比RI/RE中使用的半径。减小内半径RI的事实允许减小该轮毂比。换言之，通过特别地作用在内半径RI上来减小轮毂比，等于使空气动力学进气流尽可能近地靠近风扇盘。

图3示出了包括外表面40a和上游表面40b的风扇盘的立体图。外表面40a具有一系列凹槽42，风扇叶片20的根部20a可容纳在凹槽42中，并且齿44插设在凹槽42之间，能够支承风扇平台30。每个齿44可包括主齿表面44a和在其上游轴向端处的锥形表面44b。

此外，盘40在其上游面40b上包括多个轴向突起46，这些轴向突起具有舌片的形状并且围绕轴线A以规则的间隔周向地设置。例如，可以通过机加工盘的上游表面40b，例如在盘的干部上来制作这些突起。轴向突起46的数量可以等于凹槽42的数量的一半，每个突起46与相应的凹槽42径向对准。换言之，每个突起46周向插设在盘40的两个齿44之间。此外，每个轴向突起46相对于相应的凹槽42朝向盘的内部、即朝向轴线A径向偏移。

每个轴向突起46可在其上游面46b上包括紧固开口46a，以允许插入紧固装置49，例如螺钉或螺栓。因此，可以例如通过将紧固装置49穿过突起的紧固开口46a和凸缘开口52插入，而在轴向突起46处进行例如护罩的上游保持凸缘50的附连，然后，将紧固装置49例如通过螺栓紧固到轴向突起46。将保持凸缘50紧固到盘40，然后凸缘50的上表面54允许确保位于平台30的上游轴向端处的保持表面32的径向保持。

盘40和保持凸缘50之间的紧固区域位于轴向突起46处，因此更靠近盘的中心，这允许将风扇操作期间施加的应力限制在敏感表面处，比如齿44的上游轴向端处。此外，与已知结构相比，盘40和保持凸缘50之间的该界面相对于盘中的凹槽径向偏移，可以省略通常允许将护罩紧固到盘齿的上游端的悬臂44c。这允许在盘的齿44的上游轴向端处释放空间。还可能更自由地修改齿44的上游轴向端，并因此例如通过在平台30的上游端上方设置倾斜壁34来更自由地修改平台30的上游轴向端，该倾斜壁34与齿44的锥形表面44b接触。因此，能够减小轮毂比，以便优化风扇的性能，从而优化其中安装风扇的涡轮机的性能。

尽管已经参考具体实施例描述了本发明的机器，但是显而易见的是，能够在不脱离权利要求所限定的本发明的总体范围的情况下对这些示例进行修改和改变。特别地，可以将图示/提到的实施例的各个特征组合到另外的实施例中。因此，应当以说明性而非限制性的意义来考虑说明书和附图。

Claims (11)

1.一种盘（40），所述盘构造成支承风扇（2）的平台（30）和叶片（20），并且包括：

- 外表面（40a），所述外表面具有用于接纳风扇叶片（20）的一系列凹槽（42）和插设在所述凹槽（42）之间以支承所述风扇的平台（30）的齿（44）；

- 所述盘的上游面（40b）；

- 环形轴向突起，所述环形轴向突起围绕在所述盘（40）的所述上游面（40b）上的所述盘（40）的轴线（A）径向设置；以及

- 多个径向突起（46），所述径向突起围绕所述轴线（A）径向设置，并且从所述环形轴向突起的上游面朝向所述盘（40）的中心延伸，并且构造成紧固到风扇平台保持凸缘（50），相对于所述盘（40）的所述凹槽（42），所述径向突起（46）朝向所述盘（40）的内部径向偏移，并且周向地设置在所述盘（40）的两个连续的齿（44）之间，所述径向突起的数量等于所述盘（40）的所述凹槽（42）的数量的一半。

2.根据权利要求1所述的盘（40），其特征在于，所述径向突起（46）是在所述盘的上游面（40b）上加工并朝向所述盘的中心折起的突片。

3.根据权利要求1或2所述的盘，其特征在于，所述径向突起的一个面包括开口，所述开口的轴线平行于所述盘的轴线（A）。

4.根据权利要求3所述的盘，其特征在于，在沿着所述盘的轴线（A）的盘的上游侧视图中，每个径向突起的开口的中心设置在穿过所述盘的中心和所述盘的凹槽底部的直线上，在该视图中，凹槽底部是所述凹槽中的位于距其位于其间的两个齿相等的距离处的点。

5.根据权利要求4所述的盘，其特征在于，所述盘的半径是所述盘的中心与凹槽底部之间的部段，所述盘的中心与所述径向突起的所述开口的中心之间的距离小于所述盘的半径的95％。

6.根据权利要求5所述的盘，其特征在于，所述盘的中心与所述径向突起的所述开口的中心之间的距离小于所述盘的半径的90％。

7.根据权利要求6所述的盘，其特征在于，所述盘的中心与所述径向突起的所述开口的中心之间的距离小于所述盘的半径的80％。

8.根据权利要求1所述的盘，其特征在于，所述径向突起（46）沿所述盘（40）的周缘以规则的间隔设置在所述盘的所述上游面（40b）上。

9.一种保持组件，包括根据权利要求1所述的盘（40）、至少一个平台（30）以及至少一个上游保持凸缘（50），以确保所述平台（30）的上游轴向端的轴向和径向保持，其中，所述上游保持凸缘（50）紧固到所述盘（40）的所述上游面（40b）的所述径向突起（46）。

10.根据权利要求9所述的保持组件，其特征在于，所述上游保持凸缘（50）是借助螺栓紧固到每个径向突起（46）的护罩。

11.一种涡轮机风扇（2），包括根据权利要求9或10所述的保持组件，以及安装在所述盘（40）的所述凹槽（42）中的多个叶片（20）。

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