CN114901919A - 用于涡轮发动机的涡轮超速脱离装置 - Google Patents

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帕斯卡尔·格雷戈里·卡萨利吉
尼库拉斯·克斯阿维厄·特拉皮厄
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Abstract

本发明涉及用于具有纵向轴线(A‑A)的涡轮机涡轮(10)的组件，其包括：‑涡轮的转子盘(12)，其以所述纵向轴线为中心；‑涡轮的轴(14)，其以所述纵向轴线为中心且由所述转子盘旋转；‑用于将扭矩从所述转子盘传输到所述轴的第一构件，所述转子盘通过旋拧到所述轴上的部件(22)在所述纵向轴线的方向上相对于所述轴平移固定；以及‑用于将扭矩从所述转子盘传输到所述旋拧部件的第二构件，其中所述旋拧部件的旋开方向在操作中与所述转子盘的旋转方向相同，且第二扭矩传输构件被配置成在第一扭矩传输构件停止将所述扭矩从所述转子盘传输到所述轴时将旋转的扭矩从所述转子盘传输到所述旋拧部件。

Description

用于涡轮发动机的涡轮超速脱离装置
技术领域
本发明涉及用于涡轮发动机涡轮的组件。
更确切地说，本发明涉及用于涡轮发动机涡轮的组件，其包括用于在超速的情况下使涡轮脱离的构件。
背景技术
在涡轮发动机中，风扇由涡轮驱动旋转，所述涡轮具有转子盘，所述转子盘配备有移动叶片且连接到低压压缩器。如果将风扇连接到涡轮的轴断裂，那么涡轮上的阻力扭矩突然消除，同时发动机气流继续将能量传输到转子盘。这会引起转子盘的速度不受控制地增加，且因此引起爆裂的风险，从而导致高能量流的释放。在此情况下，涡轮处于“超速”中。
EP1640564提出一种装置，其使用涡轮的下游移位来限制涡轮的超速。所述装置包括对布置在涡轮的下游定子叶片中的移动叶片的破坏的构件。然而，可借助于涡轮相对于其旋转轴的平移固定来防止转子盘的下游移位。因此，移动叶片不会被所述破坏构件损坏。因此，此类装置在限制超速方面缺乏有效性和可靠性。
发明内容
本发明的一个目的是确保涡轮在轴故障的情况下的下游移动，使得移动叶片的环形行与定子叶片的环形行接触，由此允许移动叶片的环形行被定子叶片的环形行破坏，因此减慢涡轮的速度。
本发明的另一目的是在轴故障的情况下以可靠且有效的方式限制涡轮的超速。
为此目的，本发明提出一种用于具有纵向轴线的涡轮发动机涡轮的组件，其包括：
-涡轮的转子盘，其以纵向轴线为中心，
-涡轮的轴，其以纵向轴线为中心且由转子盘驱动旋转，
-将扭矩从转子盘传输到轴的第一构件，其中转子盘通过所述轴上的旋拧部件在纵向轴线的方向上相对于所述轴平移锁定，以及
-将扭矩从转子盘传输到旋拧部件的第二构件，其中旋拧部件的旋开方向在操作中与转子盘的旋转方向相同，且传输扭矩的第二构件被配置成在传输扭矩的第一构件停止将扭矩从转子盘传输到轴时将旋转扭矩从转子盘传输到旋拧部件。
本发明的有利之处在于旋拧部件的旋开方向与旋转方向相同，使得当传输扭矩的第一构件停止将扭矩从转子盘传输到轴时，传输的第二构件使旋拧部件旋开。因此，涡轮不再在轴向方向上受到约束且可向后移动，由此导致其移动叶片相对于涡轮发动机的定子的破坏。这能防止涡轮超速，因为损坏的移动叶片不再提供能量。因此，本发明提供涡轮在从轴到转子盘的动力传输损失的情况下的可靠且有效的超速限制。
在一个实施例中，传输扭矩的第一构件可包括第一纵向齿条和第二纵向齿条，所述第一纵向齿条形成于轴上且围绕纵向轴线周向分布，所述第二纵向齿条与第一齿条接合且形成于转子盘的内环侧。
如果第一齿条和/或第二齿条断裂或受损，那么传输扭矩的第一构件可停止将扭矩从转子盘传输到轴。
传输扭矩的第二构件可包括环，所述环以纵向轴线为中心且包括与形成于旋拧部件中的凹槽协作的第一插销以及与形成于转子盘中的凹槽协作的第二插销。
第一插销允许旋拧部件在环由转子盘旋转通过第二插销时旋转，例如，当传输扭矩的第一构件停止将扭矩从转子盘传输到轴时。
在一个实施例中，第一齿条与第二齿条之间的周向间隙可小于第二插销与转子盘之间的周向间隙和第一插销与旋拧部件之间的周向间隙的总和。
因此，从转子盘到轴的旋转传输是有利的，且当传输的第一构件能够将旋转从转子盘传输到轴时，旋拧部件不旋转。
在一个实施例中，环可包括环形区段，其中第一插销在上游延伸且第二插销布置在第一插销的下游。
另外，第一插销和第二插销中的至少一个可包括用于连接到环形区段的凹入圆形部分。这允许环的较好机械强度。
第二插销可主要在纵向轴线的方向上延伸。第二插销可在纵向轴线的方向上向下游延伸。
第二插销可主要在垂直于纵向轴线的径向方向上延伸。
第二插销的数目可大于转子盘中的凹槽的数目。
第一插销的数目可大于旋拧部件中的凹槽的数目。
插销的数目大于凹槽的数目在一方面有助于将环与转子盘紧密装配，且在另一方面有助于将环与旋拧部件紧密装配。
第二插销的数目可小于第一插销的数目。
环可以不同方式安装。举例来说，环可围绕旋拧部件安装。环可以通过安装在旋拧部件中的凹槽中的弹性挡圈在下游方向上平移锁定。
在一个实施例中，可紧靠着旋拧部件的下游提供环形空间。环形空间的纵向尺寸可大于或等于连接到转子盘的移动叶片与紧靠着涡轮下游的定子叶片之间的纵向距离。
因此，涡轮可以向后移动得足够远，以使定子叶片与连接到转子盘的叶片接触。
轴可连接到涡轮发动机的低压压缩器。
根据另一方面，本发明提出一种涡轮，例如低压涡轮，其包括上述组件。
在一个实施例中，涡轮可围绕纵向轴线延伸，且包括定子和可旋转地安装在定子中的转子。转子可包括如上所述的组件，其中环可通过安装在旋拧部件中的凹槽中的弹性挡圈在下游平移锁定。
环形空间可紧靠着旋拧部件的下游布置，其中所述环形空间的纵向尺寸大于或等于连接到转子盘的移动叶片与紧靠着移动叶片的下游定位的定子叶片之间的纵向距离。
根据另一方面，本发明提出涡轮发动机，例如飞行器涡轮喷气发动机，其配备有上述组件。
附图说明
图1示出了涡轮发动机的涡轮的部分截面视图。
图2示出了根据本发明的组件的第一实例的部分截面视图。
图3示出了根据本发明的组件的第一实例的透视图。
图4中的a图和b图分别示出了根据本发明的环的第一实例和根据本发明的环的第二实例。
图5示出了根据本发明的配备有图4中的a图的环的组件的实例。
图6示出了根据本发明的配备有图4中的b图的环的组件的实例。
具体实施方式
参考图1到3，涡轮10包括连接到固定壳体20的多个定子叶片24，和连接到可围绕纵向旋转轴线A-A旋转的转子盘12的多个移动叶片26。定子叶片24中的每一个配备有凸出突起部28，所述突起部面向内部平台的上游且经塑形以在移动叶片26接触突起部时剪切所述移动叶片。确切地说，突起部28是弯曲的，其中叶片24的凸出表面面向上游。
转子盘12被布置成使涡轮10的轴14旋转。举例来说，轴14可连接到配备有涡轮10的涡轮发动机的低压压缩器。转子盘12包括围绕轴14布置的环形区段，且包括在内侧上(即，径向朝内定向)围绕旋转轴线A-A周向分布的齿条16。齿条16在转子盘12的内侧的纵向部分上延伸。轴14包括在其外侧上的齿条18，所述齿条围绕旋转轴线A-A周向分布且与转子盘12的齿条16接合以用于将扭矩从转子盘传输到轴14。齿条18在轴14的纵向部分上延伸。
转子盘12在旋转轴线A-A的方向上由螺母22平移固持，所述螺母旋拧到轴14上且抵靠着转子盘12的凸缘30。螺母22安装在轴14上，其方式为使得螺母的旋开方向与涡轮10的旋转方向相同。为此目的，在轴14中提供螺纹以确保此旋开方向。
如果轴14或轴14与转子盘14之间的连接出现故障，那么存在涡轮10将由于来自上游燃烧室的热气体驱动叶片旋转而不可控制地超速的风险。为了限制超速，定子叶片24的凸出突起部28被布置成剪切且羽化移动叶片26以减少或甚至消除涡轮10所接收到的能量。这些突起部形成于叶片的前边缘处。更确切地说，每一叶片的前边缘因此包括凸出表面。
为了确保突起部28接触移动叶片24，涡轮包含配置成在对轴14造成损坏的情况下旋开螺母22的环32，由此在旋转轴线A-A的方向上平移释放转子盘12。
环32为环形的且布置在螺母22与转子盘12之间。环32包括第一插销34，所述第一插销围绕旋转轴线A-A周向分布且与提供于轴14中的凹槽接合。环32还包括第二插销36，所述第二插销围绕旋转轴线A-A周向分布且与提供于转子盘12中的凹槽接合。
当轴14出现故障或齿条16和18彼此脱离时，环32将转子盘12的旋转传输到螺母22。因此，螺母22通过涡轮10的旋转旋开，从而在平移时释放涡轮10。涡轮10沿着旋转轴线A-A向下游移动，使得移动叶片26被移动叶片26下游的定子叶片24的突起部28切断。
涡轮10包括螺母22下游的空间，所述空间的长度大于定子叶片24的突起部28与移动叶片26之间的距离。举例来说，所述空间的长度可大于或等于所述距离的两倍。
转子盘12的齿条16与轴14的齿条18之间的周向间隙可小于第二插销36与转子盘12之间的周向间隙和第一插销34与螺母22之间的周向间隙的总和。
另外，环形弹性挡圈38在环32的下游布置于提供于螺母22中的位置中且在径向方向上突出远离螺母22。弹性挡圈38使环32在旋转轴线A-A的方向上保持平移固定。
图4中的a图和图5展示可安装于图1到3中的涡轮10中的环100的实施例的第一实例。环100包括环形区段102，例如，所述环形区段的半径大于螺母22的外半径。环100一方面包括第一插销104且另一方面包括第二插销106。第一插销104在旋转轴线A-A的方向上从环形区段102向上游延伸且与螺母22中提供的凹槽接合。类似地，第二插销106在旋转轴线A-A的方向上从环形区段102向下游延伸且与转子盘12中提供的凹槽接合。
第一插销104的数目小于螺母22中的凹槽的数目，并且第二插销106的数目小于转子盘12中的凹槽的数目。这使得一方面将环100装配到转子盘12中，且另一方面将所述环装配到螺母22中更容易。举例来说，螺母22中的凹槽的数目可等于或大于第一插销104的数目的两倍。转子盘12中的凹槽的数目可为第二插销106的数目的两倍。另外，第一插销104的数目可小于第二插销106的数目。
第一插销104中的每一个具有与环形区段102的圆形连接。类似地，第二插销106中的每一个具有与环形区段102的圆形连接。这改进了环32的机械强度。
此外，环100具有由环形区段102承载且由第一插销10限界的环形肩部108，所述肩部108在上游抵靠在螺母22的环形肩部上。
环100可由与螺母22和/或转子盘12的材料相同的材料制成。
图4中的b图和图6展示可安装于图1到3中的涡轮10中的环200的实施例的第二实例。环200包括环形区段202，例如，所述环形区段的半径大于螺母22的外半径。环200一方面包括第一插销204且另一方面包括第二插销206。第一插销204在旋转轴线A-A的方向上延伸且与螺母22中提供的凹槽接合。类似地，第二插销206在旋转轴线A-A的方向上延伸且与转子盘12中提供的凹槽接合。
第一插销204的数目小于螺母22中的凹槽的数目，并且第二插销206的数目小于转子盘12中的凹槽的数目。这使得一方面将环200装配到转子盘12中，且另一方面将所述环装配到螺母22中更容易。举例来说，螺母22中的凹槽的数目可等于或大于第一插销204的数目的两倍。转子盘12中的凹槽的数目可为第二插销206的数目的两倍。另外，第一插销204的数目可小于第二插销206的数目。
第一插销204中的每一个具有与环形区段102的圆形连接。类似地，第二插销106中的每一个具有与环形区段202的圆形连接。这改进了环32的机械强度。

Claims (11)

1.用于具有纵向轴线(A-A)的涡轮发动机涡轮(10)的组件，其包括：
-涡轮的转子盘(12)，其以所述纵向轴线为中心，
-涡轮的轴(14)，其以所述纵向轴线为中心且由所述转子盘驱动旋转，
-用于将扭矩从所述转子盘(12)传输到所述轴(14)的第一构件，其中所述转子盘(12)通过旋拧到所述轴(14)上的旋拧部件(22)在所述纵向轴线的方向上相对于所述轴(14)平移锁定，以及
-将扭矩从所述转子盘(12)传输到所述旋拧部件(22)的第二构件，其中所述旋拧部件(22)的旋开方向在操作中与所述转子盘(12)的旋转方向相同，且传输扭矩的第二构件被配置成在传输扭矩的第一构件停止将扭矩从所述转子盘(12)传输到所述轴(14)时将扭矩从所述转子盘(12)传输到所述旋拧部件(22)。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，传输扭矩的第一构件包括第一纵向齿条(18)和第二纵向齿条(16)，所述第一纵向齿条形成于所述轴(14)上且围绕所述纵向轴线(A-A)周向分布，所述第二纵向齿条与第一齿条接合且形成于所述转子盘(12)的内环侧中。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，传输扭矩的第二构件包括环(32、100、200)，所述环以所述纵向轴线(A-A)为中心且包括与形成于所述旋拧部件(22)中的凹槽协作的第一插销(34、104、204)以及与形成于所述转子盘(12)中的凹槽协作的第二插销(36、106、206)。
4.根据权利要求2和3所述的组件，其特征在于，第一齿条(18)与第二齿条(16)之间的周向间隙小于所述第二插销(36)与所述转子盘(12)之间的周向间隙和所述第一插销(34)与所述旋拧部件(22)之间的周向间隙的总和。
5.根据权利要求3或4所述的组件，其特征在于，所述环(100、200)包括环形区段(102、202)，所述第一插销(104、204)在上游延伸且所述第二插销(106、206)布置在所述第一插销的下游，所述第一插销和所述第二插销中的至少一个包括用于连接到所述环形区段的凹入圆形部分。
6.根据权利要求3到5中任一项所述的组件，其特征在于，所述第二插销(106)主要在所述纵向轴线(A-A)的方向上延伸，或主要在垂直于所述纵向轴线(A-A)的径向方向上延伸。
7.根据权利要求3到6中任一项所述的组件，其特征在于，第二插销(36、106、206)的数目小于第一插销(34、104、204)的数目。
8.根据权利要求3到7中任一项所述的组件，其特征在于，所述环(32、100、200)围绕所述旋拧部件(22)安装。
9.涡轮，其围绕纵向轴线(A-A)延伸，所述涡轮包括定子和可旋转地安装在所述定子中的转子，其中所述转子包括根据权利要求3到8中任一项所述的组件，其中所述环(22)通过安装在所述旋拧部件(22)中的凹槽中的弹性挡圈(38)平移锁定于下游中。
10.根据权利要求9所述的涡轮，其特征在于，环形空间紧靠着所述旋拧部件(22)的下游布置，其中所述环形空间的纵向尺寸大于或等于连接到所述转子盘(12)的移动叶片(26)与紧靠着所述移动叶片(26)的下游定位的定子叶片(24)之间的纵向距离。
11.涡轮发动机，例如飞行器涡轮喷气发动机，其特征在于，其配备有根据权利要求1到8中任一项所述的组件或配备有根据权利要求9或10所述的涡轮。
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