CN114402121A - 用于涡轮机的组合件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮发动机的组合件，包括径向内轴杆(8)和径向外轴杆(7)、旋转联接构件(11、15)、轴向保持构件(22)和定心构件，所述轴杆(7、8)同轴且沿着轴线(X)延伸；所述旋转联接构件(11、15)用于旋转地联接所述内轴杆和外轴杆(7、8)；所述轴向保持构件(22)用于相对于所述外轴杆(7)轴向地保持所述内轴杆(8)；所述定心构件用于相对于所述外轴杆(7)定心所述内轴杆(8)，其特征在于，所述定心构件包括用于径向定心和轴向定位的垫片(14)，此垫片是截头圆锥形的且插入所述内轴杆(8)的截头圆锥形定心表面(13)与所述外轴杆(7)的对应截头圆锥形定心表面(10)之间。

Description

用于涡轮机的组合件
技术领域
本发明涉及一种用于例如飞机涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的涡轮机的组合件。
背景技术
以申请人名义的FR 3 066 552公开一种涡轮机，所述涡轮机围绕轴线延伸并具有：称为低压压缩机轴的轴杆；风扇，所述风扇具有通过花键可旋转地联接到所述轴杆的径向内部联接区；以及低压压缩机转子，所述低压压缩机转子具有通过花键可旋转地联接到所述轴杆的径向内部联接区。
每个所述联接区具有以轴杆的圆柱形部分为中心的圆柱形部件。另外，低压压缩机转子的联接区保持朝向下游轴向邻接轴杆端部止挡件。风扇的联接区保持朝向下游轴向邻接低压压缩机转子的联接区的上游端。螺母旋拧到轴杆的上游端上。此螺母对风扇的联接区的上游端施加轴向力。因此，两个联接区轴向地保持在螺母与轴杆端部止挡件之间。
结果证明，通过圆柱形定心部件难以确保联接区相对于低压压缩机轴的精确定心。这会导致不平衡，从而在操作过程中引起有害的振动现象。
为了改进此种定心，可以设想收缩配合联接区的圆柱形定心部件和低压压缩机轴。然而，此收缩配合难以在相关区域中执行，特别是考虑到收缩配合工具难以接近相关部件。另外，考虑到必须施加很大的力或扭矩来分离收缩配合部件，难以实施各种收缩配合元件的拆卸。
本发明旨在以简单、可靠且便宜的方式克服这些缺点。
发明内容
出于此目的，本发明涉及一种用于涡轮机的组合件，包括径向内轴杆和径向外轴杆、旋转联接构件、轴向保持构件和定心构件，所述轴杆同轴且沿着轴线延伸；旋转联接构件用于旋转地联接内轴杆和外轴杆；轴向保持构件用于相对于外轴杆轴向地保持内轴杆；定心构件用于相对于外轴杆定心内轴杆，其特征在于，所述定心构件包括插入内轴杆与外轴杆之间的截头圆锥形状的径向定心和轴向定位楔；用于相对于外轴杆定心内轴杆的构件，其特征在于，所述定心构件包括插入内轴杆的截头圆锥形定心表面与外轴杆的互补截头圆锥形定心表面之间的截头圆锥形径向定心和轴向定位楔。
定心表面和楔的截头圆锥形状允许内轴杆相对于外轴杆精确地定心。
可以根据内轴杆相对于外轴杆的尺寸以及轴向和径向定位来调整楔和/或对应截头圆锥形表面，以便确保两个轴杆不仅相对于彼此充分地居中，而且还相对于彼此很好地轴向定位。通过加工轴杆和/或楔的截头圆锥形表面，或通过适当地选择楔本身的尺寸，可以实现这种自适应。
此结构可以改进组合件在操作中的动态行为，以便尤其减少振动以及例如非同步模式的不希望的动态行为。
截头圆锥形表面可以朝向涡轮机的下游端张开。术语“上游”和“下游”是相对于通过涡轮机的气流定义的。
楔可以安装在内轴杆的上游端处。
定心构件可以包括从内轴杆径向向外形成的圆柱形定心表面，所述圆柱形定心表面与从外轴杆径向向内形成的互补圆柱形定心表面协作，所述圆柱形定心表面相对于截头圆锥形定心表面轴向轴向地偏移。
存在圆柱形定心表面可改进内轴杆和外轴杆相对于彼此的定心。
圆柱形定心表面可以相对于截头圆锥形定心表面向下游轴向地偏移。
圆柱形定心表面可以相对于所述轴杆的旋转联接构件向下游轴向地偏移。
楔可以是环形的。
楔可以是可剥离的，使得可以去除一些部件或截头圆锥形层以改变楔的尺寸，从而允许将楔尺寸调整到确保内轴杆和外轴杆相对于彼此的准确定心和轴向定位所需的尺寸。
楔可以具有至少一个主要轴向地延伸的狭槽。
在楔或所述表面不是完全截头圆锥形的情况下，存在狭槽允许楔变形以符合轴杆的截头圆锥形表面的实际形状。
狭槽的数目可以在1与20之间。
每个狭槽可以在楔的轴向尺寸的50％与90％之间的轴向尺寸上延伸。
所述狭槽可以具有在楔的一个轴向端处轴向开放的第一端以及轴向位于楔的轴向端之间的第二端。
因此，第二端不开放。
狭槽例如在楔的扩口端，例如下游端开放。
狭槽的第二端可以具有直径大于狭槽的横向尺寸的圆形孔口。
换句话说，由狭槽的第二端处的圆形孔口形成的圆形区比狭槽宽，这使得可以更好地分配应力且避免可能导致楔内的裂纹或开裂的应力集中效应。此圆形区也称为排放区。
轴向保持构件可以包括至少一个螺母，所述螺母旋拧到内轴杆的螺纹部分上或外轴杆的螺纹部分上并且分别轴向地邻接外轴杆或内轴杆的轴向端部止挡表面。
因此，螺母被设计成防止内轴杆相对于外轴杆在第一轴向方向上例如从上游到下游的轴向移位。可以通过任何合适构件防止内轴杆相对于外轴杆在第二相反的方向上，例如从下游到上游的轴向移位。螺纹部分可以形成于内轴杆的内表面上。
支承表面可以由外轴杆的环形径向表面形成。截头圆锥形表面相对于轴线的角度可以在1°与45°之间。内轴杆和外轴杆的旋转联接构件可以包括花键。
本发明还涉及一种涡轮机，其相对于气流在涡轮机内的方向从上游到下游包括风扇、高压压缩机、低压压缩机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮，低压涡轮旋转地联接到第一轴杆，风扇旋转地联接到第二轴杆，其特征在于，所述涡轮机包括前述类型的组合件，其中第一轴杆形成内轴杆且第二轴杆形成外轴杆，或相反。
风扇可以经由齿轮箱直接地或间接地联接到第二轴杆。
本发明还涉及一种包括上述类型的涡轮机的飞机。
附图说明
[图1]是根据本发明的涡轮机的示意性半个视图，
[图2]是根据本发明的一个实施例的组合件的部分的半个轴向截面图，
[图3]是根据本发明的一个实施例的楔的透视图。
具体实施方式
图1示出X轴涡轮机1的一般结构。所述结构在气流在涡轮机1内的方向上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(未示出)、高压涡轮5和低压涡轮6。高压压缩机4和高压涡轮5经由高压轴连接且一起形成高压外壳。低压压缩机3和低压涡轮6也旋转地联接。
此外，如可以在图2中看出，低压压缩机3的转子具有轴杆7并且低压涡轮6的转子具有轴杆8。这些轴杆7、8同轴且经由齿轮箱(例如，行星齿轮箱)连接到风扇。
具体来说，图2示出低压涡轮6的轴杆8和低压压缩机2的轴杆7的组合件。
低压压缩机3轴杆7径向向外或围绕低压涡轮轴杆8延伸。
低压压缩机3轴杆7或外轴杆7的径向内表面在图2中所示的区域中且从上游到下游具有环形径向肩部9、向下游张开的截头圆锥形表面10、具有花键的旋转联接区11和圆柱形定心区域12。圆柱形区域12的直径小于旋转联接区11的直径，旋转联接区11的直径又小于截头圆锥区域10的最小直径。
低压涡轮6轴杆8或内轴杆8的径向外表面在图2中所示的区域中且从上游到下游具有截头圆锥形表面13，其向下游张开且借助于截头圆锥形楔14与外轴杆7的截头圆锥形表面10协作；旋转联接区，其包括与外轴杆7的联接区的花键11协作的花键15；以及圆柱形定心区16，其与外轴杆7的圆柱形区12协作。
内轴杆7和外轴杆8的花键11、15确保所述轴杆7、8的旋转联接。内轴杆7和外轴杆8的圆柱形区12、16具有大致相同的直径，从而可以提供少量间隙以用于安装(如果需要)。
截头圆锥形楔14径向地插入内轴杆7和外轴杆8的截头圆锥形表面10、13之间。
截头圆锥形表面10、13和楔16相对于轴线X的角度a可以在1°与45°之间。
定心表面10、13和楔14的截头圆锥形状允许内轴杆相对于外轴杆7精确地定心。
可以根据内轴杆8相对于外轴杆的尺寸以及轴向和径向定位来调整楔14和/或对应截头圆锥形表面10、13，以便确保两个轴杆7、8不仅相对于彼此充分地居中，而且还相对于彼此很好地轴向定位。通过加工轴杆7、8和/或楔14的截头圆锥形表面10、13，或通过适当地选择楔本身的尺寸，可以实现这种自适应。
此结构可以改进组合件在操作中的动态行为，以便具体来说减小振动。
如在图3中所说明，楔14具有在楔14的轴向维度的一部分上方轴向地延伸的狭槽7。狭槽7的数目等于三，但是可以根据需要改变。
在楔14或所述表面10、13不是完全截头圆锥形的情况下，存在狭槽7允许楔14变形以符合轴杆7、8的截头圆锥形表面10、13的实际形状。
每个狭槽17具有在楔14的下游端19轴向开放的第一端18以及轴向地位于楔14的轴向端19、21之间的不开放的第二端20。
每个狭槽17可以在楔14的轴向尺寸的50％与90％之间的轴向尺寸上延伸。
狭槽17的第二端20是圆形的且具有大于狭槽17的宽度I或横向尺寸的一半的曲率半径，宽度或横向尺寸沿着楔14的圆周方向截取。
形成于狭槽17的第二端20处的圆形区比狭槽17宽，这可以更均匀地分配应力且避免可能导致楔14内的裂纹或开裂的应力集中效应。此圆形区20也称为排放区。
螺母22旋拧到内轴杆8的上游端的螺纹部分23上。螺纹部分23形成于内轴杆8的径向内表面上。螺母22的上游端24径向延伸且支承在外轴杆7的径向肩部9上。
因此，螺母22被设计成防止内轴杆8相对于外轴杆7在第一轴向方向上例如从上游到下游的轴向移位。可以通过任何合适构件，例如通过外轴杆7上的内轴杆8的轴向端部止挡件防止内轴杆8相对于外轴杆7在第二相反方向上例如从下游到上游的轴向移位。

Claims (10)

1.一种用于围绕轴线(X)延伸的涡轮机的组合件，所述组合件包括径向内轴杆(8)和径向外轴杆(7)、旋转联接构件(11、15)、轴向保持构件(22)和定心构件，所述轴杆(7、8)同轴且沿着所述轴线(X)延伸；所述旋转联接构件(11、15)用于旋转地联接所述内轴杆和外轴杆(7、8)；所述轴向保持构件(22)用于相对于所述外轴杆(7)轴向地保持所述内轴杆(8)；所述定心构件用于相对于所述外轴杆(7)定心所述内轴杆(8)，其特征在于，所述定心构件包括插入所述内轴杆(8)的截头圆锥形定心表面(13)与所述外轴杆(7)的互补截头圆锥形定心表面(10)之间的截头圆锥形径向定心和轴向定位楔(14)。
2.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述定心构件包括从所述内轴杆(8)径向向外形成的圆柱形定心表面(16)，所述圆柱形定心表面(16)与从所述外轴杆(7)径向向内形成的互补圆柱形定心表面(12)协作，所述圆柱形定心表面(16、12)相对于所述截头圆锥形定心表面(10、13)轴向地偏移。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的组合件，其特征在于，所述楔(14)是环形的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合件，其特征在于，所述楔(14)具有至少一个主要轴向延伸的狭槽(17)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的组合件，其特征在于，所述狭槽(17)包括在所述楔(14)的轴向端(19)的水平面处轴向开放的第一端(18)，以及轴向地位于所述楔(14)的所述轴向端(19、21)之间的第二端(20)。
6.根据权利要求5所述的组合件，其特征在于，所述狭槽(17)的所述第二端(20)具有直径大于所述狭槽的横向尺寸的圆形孔口。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的组合件，其特征在于，轴向保持构件包括至少一个螺母(22)，所述至少一个螺母旋拧到所述内轴杆(8)的螺纹部分(23)上或所述外轴杆(7)的螺纹部分上并且轴向地分别支承在所述外轴杆(7)或所述内轴杆(8)的轴向端部止挡表面(9)上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的组合件，其特征在于，所述截头圆锥形表面(10、13)相对于所述轴线(X)的角度在1°与45°之间。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的组合件，其特征在于，所述内轴杆和外轴杆的所述旋转联接构件(11、15)的角度具有花键。
10.一种涡轮机(1)，所述涡轮机相对于涡轮机内的气流方向从上游到下游包括风扇(2)、高压压缩机(3)、低压压缩机(4)、燃烧室、高压涡轮(5)和低压涡轮(6)，所述低压涡轮(5)可旋转地联接到第一轴杆，所述风扇(2)可旋转地联接到第二轴杆，其特征在于，所述涡轮机包括根据权利要求1至9中任一项所述的组合件，并且其中，所述第一轴杆形成所述组合件的内轴杆(8)且所述第二轴杆形成所述组合件的外轴杆(7)，反之亦然。
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