CN112639276A - 旁通涡轮机 - Google Patents

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沃特·巴尔克
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Abstract

本发明涉及用于具有纵向轴线的涡轮机的组件，所述组件包括第一环形壁(24)，面板(38)围绕所述纵向轴线(A)布置并与所述第一环形壁(24)径向相对地延伸，从而形成气流的流动表面，每个面板(38)通过至少一个固定部件(72)固定到所述第一环形壁(24)，固定部件穿过所述面板(38)中的孔口并借助套筒和形成间隔件的螺柱固定到所述第一环形壁(24)。

Description

旁通涡轮机
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮机的组件，所述组件旨在界定环形空气流(尤其是二次环形空气流)的环形表面。
背景技术
图1表示具有纵向轴线A的旁通涡轮机10的上游部分，从上游AM到下游AV，所述上游部分包括上游风扇轮12、低压压缩机14和中间壳体16。通常，中间壳体16通过径向外环形凸缘连接到风扇壳体17，并通过其毂19处的径向内环形凸缘连接到高压压缩机(未示出)。传入的气流被环形喷口18分成一次气流和二次气流，所述一次气流进入低压压缩机14内部，所述二次气流在由一连串环形壁或环形壁元件径向向内定界的环形二次空气流20中围绕压缩机循环。
具体地说，能看到存在由第一环形壁24和第二环形壁26形成的环形护罩22。第二环形壁26承载定子轮叶28，所述定子轮叶设计成矫直从风扇轮12出来的气流。如图2所示，此环形护罩22包括环形台阶30，所述环形台阶径向向内延伸并通过第一环形壁24继续向下游延伸，所述第一环形壁基本上是圆柱形形状并且连接到径向环形凸缘32以用于栓接34到中间壳体16的环形凸缘36。将支撑矫直轮叶28的环形护罩22直接附接到中间壳体16能确保将定子轮叶28上的力很好地传输到提供涡轮机与航空器的部分机械连接的中间壳体16。
为了在中间壳体16处为环形二次空气流重建径向内环形空气流动表面，在中间壳体16的径向臂40之间一个接一个地周向并置多个面板38。每个面板38具有栓接到中间壳体16的下游端42和连接到第一环形壁24并从第二环形壁26向下游延伸的上游端44。因此，多个面板38与环形壁24径向相对地延伸。为了维持面板38的上游端44与第一环形壁24之间的间隔，已知在面板38的径向内面上制造若干凸台46。这些凸台46搁置在第一壁24的径向外面上。所述凸台各自由螺钉48从外部穿过，所述螺钉拧入铆接到环形壁的螺母50中。
这种固定方法实施起来极为可行，但存在与凸台46所需额外质量有关的很大困难。另外，金属面板38的实现也证明是相对较重的。
提出了一种解决方案，涉及用包括树脂浸渍碳纤维的复合材料制造面板38。在质量方面，这证明是积极有效的。然而，凸台46的实现会增加铺设时间。另外，由于在凸台46的任一点处必须控制用于热固处理的加热，因此实施较复杂，并且加热模具的开发也复杂。
因此，本发明旨在提供一种针对此问题的简单有效解决方案。
发明内容
本文件首先涉及一种用于具有纵向轴线的涡轮机的组件，所述组件包括第一环形壁，面板围绕所述纵向轴线布置并且与所述第一环形壁径向相对地延伸以形成用于气流的流动表面，每个面板通过至少一个紧固部件连接到所述第一环形壁，至少一个紧固部件穿过面板中的孔并附接到所述第一环形壁，其特征在于，套筒插入每个孔口中并且包括第一环形端部分，所述第一环形端部分施加于所述孔口的周边中与所述第一环形壁相对的面，固定部件将所述套筒的所述第一环形端部分夹持到所述孔口的外周，形成间隔件的螺柱包围所述套筒并且径向夹持在所述孔口的外周与所述第一环形壁之间。
因此，所提出的组件使得有可能产生无凸台的面板，所述凸台被替换为在结构上独立于面板的螺柱。所述螺柱确保面板远距离固定在第一环形壁上。因此，面板可由嵌入例如环氧树脂的热固性基质中的碳纤维复合材料制成。面板的设计则遵循标准且简单的制造工艺，无需引入复杂和耗时的多余厚度。
另外，每个紧固件的夹持力通过每个衬套的第一环形端部分进入孔的外周、进入螺柱并传输到第一环形壁。因此，当面板由上文所指示的复合材料制成时，力在孔周围和螺柱中呈环形均匀分布，从而使提出的紧固件具有良好的机械强度和良好的使用寿命。
另一特征是，每个衬套可包含第二环形端部分，所述第二环形端部分与第一环形端部分相对并且与螺柱的对应表面径向相对地布置，以将螺柱保持在面板上。
此组件还确保每个螺柱径向锁定在套筒与面板之间。因此，可使螺柱与面板成一体，这可通过使螺柱和衬套预布置在每个孔处以用于固定到第一环形壁来操控。
另外，衬套可包含用于接合第一环形端部分和第二环形端部分的圆柱形部分。
套筒的第二环形端部分的壁厚可小于圆柱形部分的壁厚，从而允许用于保持螺柱的第二环形端部分的压合变形。壁厚意指构成套筒的任一部分的壁的径向尺寸。因此，为进行套筒的组装，套筒最初包括第一环形端部分、圆柱形部分和圆柱形的第二环形端部分。然后可将套筒插入面板中的孔中，在套筒周围安装螺柱，最后通过压合使第二环形端部分变形，使得确保螺柱保持在面板上。因此配备有螺柱和套筒的面板可很容易地处理并放置成与第一环形壁相对。
根据另一特性，套筒的每个第一环形端部分形成截头圆锥形裙缘，所述截头圆锥形裙缘施加于面板的孔的周界的截头圆锥形部件。以此方式，当紧固件包含头部时，此头部可容纳在由孔外周的截头圆锥形部件形成的径向向内凹部中，并避免突出到环形空气流中。
另外，面板的孔外周的截头圆锥形部件通过圆柱形环形边沿延伸，所述圆柱形环形边沿的自由端布置在离螺柱的一定距离处，面板外周的截头圆锥形圆锥形部分被夹持在衬套的第一环形端部件与螺柱之间。
以此方式，确保螺柱与面板之间是在孔的外周而不是在径向柱体的自由端处接触。因此，通过夹持截头圆锥形部件的螺柱部分完成夹持力的传输。
套筒的第一环形端部分和第二环形端部分可各自形成大致截头圆锥形形状的裙缘。
衬套和螺柱可安装成在相对于面板径向平移时具有游隙L，L约为十分之一毫米。
另外，上文所描述的组件可包括由布置在第二环形壁下游的第一环形壁形成并通过径向环形台阶连接到所述第二环形壁的环形护罩，每个面板围绕纵向轴线布置并在环形护罩的第二上游环形壁的下游延伸部中延伸，从而界定环形气流的流动表面。
本文件还涉及一种包括组件的双流式涡轮机，其中第二环形壁承载径向向外延伸的定子轮叶，第一环形壁附接到中间壳体，每个面板的下游端也固定到所述中间壳体，第二环形壁和面板径向向内界定二次气流的环形流动路径。
另外，每个面板可周向布置在中间壳体的径向臂之间。
当参考附图阅读作为非限制性示例的以下描述时，将更好地理解本发明，并且将发现本发明的其它细节、特性和优势。
附图说明
-图1是先前所述的涡轮机的上游部分的示意性轴向截面图；
-图2是先前所述的图1中的虚线所划定的区域的较大比例尺视图；
-图3是根据本发明的装置的示意性透视图；
-图4是如图3所示的面板到第一环形壁的附接的示意性横截面图，其中紧固件不可见；
-图5是如图3所示的面板到第一环形壁的附接的示意性横截面图，其中紧固件可见；
-图6是类似于图4的示意性横截面透视图；
-图7是在根据本发明的组件中安装于面板上的套筒的示意性截面图，套筒压合在螺柱上；
-图8是在根据本发明的组件中安装于面板上的套筒的示意性截面图，套筒未压合在螺柱上；
具体实施方式
首先参考图3，其表示根据本发明的旨在安装于涡轮机10中的组件。更具体地说，图3表示中间壳体16，其为涡轮机10的结构部分并用于通过吊架将推力从涡轮机10传输到航空器。
此中间壳体16包括从中延伸出径向臂40的内环形内护罩(未示出)，径向臂在其径向外端连接到外环形护罩52。在实践中，内环形护罩外部被面板38覆盖，每个面板周向插置在中间壳体16的两个径向臂40之间。每个面板38具有在其下游部分中形成的开口或狭槽54，用于使来自环形一次空气流的空气通过，这对于本领域技术人员来说众所周知。
上游环形护罩22允许对定子叶片28的支撑，定子叶片用于矫直从上游风扇12排出的空气，如参考图1所描述。此环形护罩22包括通过径向环形台阶30连接到第二上游环形壁26的第一下游环形壁24。第二上游环形壁26包括在纵向方向A上呈长方形的开口56，并且用于固定对气流进行矫直的定子轮叶28的基板58横跨每个开口。第一环形下游壁24的下游端栓接34到中间壳体16的内环形护罩。
如在图4和5中可见，每个面板38的上游端附接到上游环形护罩22的第一环形壁24，并在第二环形壁26的下游延伸部中延伸，以重建二次空气流的径向内环形流动表面。
为此目的，有必要将每个面板38布置在离第一环形壁24的预定距离处。当面板由嵌入环氧树脂等热固性树脂基质中的碳纤维复合材料制成时，这可能很难实现。
本发明提出借助根据特定配置布置的套筒60和螺柱62将每个面板38固定到第一径向环形壁24，从而实现良好的力传输。
因此，每个面板38包括多个孔64，多个孔的外周具有基本上呈截头圆锥形形状的部分66，部分径向向外张开，并在其径向内端通过具有基本上径向的轴线的圆柱形环形边沿68延伸。孔64的外周的截头圆锥形部件66使得有可能容纳例如螺钉48的紧固装置72的头部70，使得头部不会突出到环形二次空气流20中。
中间套筒60安装在每个孔64中，并且包括布置在套筒60的径向外端处的第一环形端部分74以及布置成与第一环形端部分74相对且因此在涡轮机中径向布置在套筒60内端处的位置的第二环形端部分76。实施例中存在的第一环形端部分74和第二环形端部分76在图4到8中分别表示径向朝向外部和径向朝向内部加宽的截头圆锥形裙缘78、80的形状。端为环形的第一部分74和端为环形的第二部分76通过圆柱形环形部分82彼此连接。可看出，套筒60的第二环形端部分76的壁厚e1小于圆柱形部分82的壁厚e2，从而允许用于保持螺柱62的第二环形端部分76的压合变形。这种厚度差异在示出压合前的套筒60的图8中以及示出压合后的套筒60的图7中看得最清楚。
套筒60的第一环形端部分74施加于孔64外周的径向外面66a，更准确地说，施加于孔64外周的截头圆锥形部件66的径向外面66a。
在每个孔64处，螺柱62安装在套筒60周围并径向位于面板38与第一径向环形壁24之间。此螺柱62被套筒60穿过，并通过此套筒与面板38保持一体。此螺柱62包括径向外环形面84，径向外环形面的形状与面板38的孔64的外周的截头圆锥形部件66的径向内面66b基本上互补。在当前情况下，螺柱62的此径向外环形面84具有截头圆锥形形状，并且横截面径向向外增大。可看出，螺柱62具有包围套筒60并接收孔64外周的圆柱形边沿88的环形凹部或扩孔86。孔64外周的圆柱形边沿68的自由端布置成与凹部的底部90相隔一定距离，即，不与底部接触，使得螺柱62在孔64外周上的支撑在螺柱62的径向外环形面84处，而不是在孔64外周的圆柱形边沿88的自由端处。螺柱62包括施加于上游环形护罩22的第一环形壁24的径向外面的基本平坦的环形表面92。
如在图4、5和7中清楚可见，套筒60的第二截头圆锥形裙缘80与螺柱62的对应环形表面81(此处也是截头圆锥形形状)径向相对地布置，从而确保将螺柱62径向保持在面板38上。以此方式，有可能将套筒60和螺柱62预安装在面板38上，方法是使这三个部分彼此成一体，以允许简单地处理面板38。
如图8所示，安装套筒60，以使得其第一截头圆锥形裙缘78搁置在孔64外周的截头圆锥形部件66的径向外面上，套筒60的第二环形部分76则具有将套筒60引入面板38的孔64中所必要的基本圆柱形形状。然后，将螺柱62安装在套筒60周围，并且将第二环形部分76压合以形成如上文所描述的截头圆锥形裙缘80。
截头圆锥形的第二裙缘80可呈现大致60°的角开口。第一截头圆锥形裙缘78的角开口(其可约为100°到130°(图4、5和7))可高于第二截头圆锥形裙缘80的角开口。
更具体地说，将套筒60安装和压合在螺柱62上，其方式为使得当螺柱接触面板38的截头圆锥形壁66的径向内面时，套筒在径向方向上相对于面板38具有约为十分之一毫米的空隙。这在套筒60压合后会限制施加在面板38上的机械应力，特别在面板38的孔64周围以及螺柱62上的机械应力。在实践中，以使得第二环形部分76或截头圆锥形裙缘80与螺柱的环形表面81之间具有环形空间的方式进行压合(图7)。
当面板38配备有套筒60和螺柱62时，其径向安装在第一环形壁24的对面，并且螺钉48插入套筒60中，螺钉的头部70搁置在第一截头圆锥形裙缘78上，其相对端拧入压合在第一环形壁24上的螺母50中(图5)。
图7包含多个箭头F1、F2、F3，它们表示施加在面板38上的夹持力，可见夹持力穿过并分布在孔64外周的整个截头圆锥形部件66上，然后穿过衬垫62的截头圆锥形表面84，然后传输到第一环形壁24。
套筒60可由金属材料制成，并且销62可由热固性树脂制成。

Claims (11)

1.用于具有纵向轴线(A)的涡轮机(10)的组件，其包括第一环形壁(24)，面板(38)围绕所述纵向轴线(A)布置并与所述第一环形壁(24)径向相对地延伸，从而形成气流的流动表面，每个面板(38)通过至少一个固定部件(72)固定到所述第一环形壁(24)，固定部件穿过所述面板(38)中的孔口(64)并固定到所述第一环形壁(24)，其特征在于，衬套(60)插入每个孔口(64)中并且包括第一环形端部分(74)，所述第一环形端部分施加于所述孔口(64)的外周的与所述第一环形壁(24)相对的面(66a)，固定部件(72)将所述套筒(60)的所述第一环形端部分(74)夹持到所述孔口(64)的外周，形成间隔件的螺柱(62)包围所述套筒(60)并被径向夹持在所述孔口(64)的外周与所述第一环形壁(24)之间。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，每个衬套(60)包括第二环形端部分(76)，第二环形端部分与第一环形端部分(74)相对并且与所述螺柱(62)的对应表面(84)径向相对地布置以将所述螺柱(62)保持在所述面板(38)上。
3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，衬套(60)包括用于接合第一环形端部分(74)和第二环形端部分(76)的圆柱形部分(82)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其特征在于，衬套(60)的每个第一环形部分(74)形成截头圆锥形裙缘(78)，所述截头圆锥形裙缘施加于所述面板(38)的所述孔(64)的外周的截头圆锥形部件(66)。
5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述面板(38)的所述孔(64)的外周的所述截头圆锥形部件(66)通过圆柱形环形边沿(68)延伸，所述圆柱形环形边沿的自由端布置在离所述螺柱(62)的一定距离处，所述面板(38)的外周的所述截头圆锥形部件(66)被夹持在所述衬套(60)的所述第一环形端部件(74)与所述螺柱(62)之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，套筒(60)的第一环形端部分(74)和第二环形端部分(76)形成基本截头圆锥形裙缘(78、80)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述衬套(60)和所述螺柱(62)安装成在相对于所述面板径向平移时具有游隙，此游隙约为十分之一毫米。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的组件，其特征在于，所述面板(38)由复合材料制成，所述复合材料包括嵌入例如环氧树脂的热固性基质中的碳纤维。
9.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述组件包括环形护罩(22)，所述环形护罩由布置在第二环形壁(26)下游的第一环形壁(24)形成并通过径向环形台阶(30)连接到所述第二环形壁，每个面板(38)围绕纵向轴线(A)布置并在所述环形护罩(22)的第二上游环形壁(26)的下游延伸部中延伸，从而界定环形气流的流动表面。
10.旁通涡轮机(10)，其包括根据权利要求9所述的组件，其中第二环形壁(26)承载径向向外延伸的定子轮叶(28)，第一环形壁(24)固定到中间壳体(16)，每个面板(38)的下游端也固定到所述中间壳体，所述第二环形壁(26)和所述面板(38)径向向内界定二次气流的环形流动路径(20)。
11.根据权利要求10所述的涡轮机(10)，其特征在于，每个面板(38)周向布置在所述中间壳体(16)的径向臂(40)之间。
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