CN117897550A - 飞行器涡轮发动机的转子轮的阻尼装置、飞行器涡轮发动机的转子轮、飞行器涡轮发动机以及用于制造阻尼装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于飞行器的涡轮发动机(1)的转子轮(8)的阻尼装置(40)，该阻尼装置包括两个支撑元件(41，42)和弹性构件(43)，弹性构件布置在两个支撑元件(41，42)之间，以使得支撑元件(41，42)能够在施加在这些支撑元件(41，42)上的外力和弹性构件(43)的压缩的作用下朝向彼此相对移动。该装置(40)旨在被布置在所述转子轮(8)的两个沿周向方向彼此跟随的叶片(21)之间，使得所述支撑元件(41)中的一个与这些叶片(21)中的一个的柄部(25)相对，而另一个支撑元件(42)与所述叶片(21)中的另一个的柄部(25)相对。支撑元件(41，42)中的每一个形成限定中空空间的壳体，弹性构件(43)的相应部分容纳在该中空空间中。本发明还涉及用于飞行器涡轮发动机(1)的转子轮(8)、飞行器的涡轮发动机(1)以及用于制造阻尼装置(40)的方法。

Description

飞行器涡轮发动机的转子轮的阻尼装置、飞行器涡轮发动机 的转子轮、飞行器涡轮发动机以及用于制造阻尼装置的方法

技术领域

本发明涉及用于飞行器推进单元的涡轮机领域。

背景技术

传统航空涡轮机的转子包括叶轮，每个叶轮由沿周向连续布置的多个叶片和盘形成。每个叶片包括接纳在相应凹部中的根部，凹部形成在盘的外周。

为了在涡轮机运行期间抑制这种叶轮的振动响应，已知在盘和叶片之间布置金属薄片构件，以通过这些构件和叶轮之间的干摩擦来消耗振动能量。

这种阻尼构件通常容置在如下腔体中，该腔体由两个相邻叶片的柄部周向地界定，在径向外侧由这些叶片的平台界定并且在径向内侧由盘的齿部界定。

在叶轮围绕径向轴线的旋转作用下，这种阻尼构件可以围绕径向轴线枢转，从而在轴向上游压靠界定腔体的叶片柄部中的一个，在轴向下游压靠限定腔体的另一个叶片柄部，这容易损坏柄部。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以减少周围部件的磨损的阻尼装置。

为此，本发明的一个目的是根据权利要求1的特征所述的用于飞行器涡轮机的叶轮的阻尼装置。

弹性构件使阻尼器能够变形，从而使得支撑元件能够相对移动并且消耗叶轮所承受的一些力。

因此，根据本发明的阻尼装置减少了施加到柄部上的切向力，或者更一般地减少了施加到与支撑元件发生接触的部件上的切向力，从而减少了它们的磨损，同时确保了良好的阻尼性能。

每个壳体优选地包括自由边缘、界定该壳体的中空空间的内表面、以及外表面，每个壳体的内表面和外表面由该壳体的自由边缘界定，该装置被设计成使得两个壳体的自由边缘彼此面对。

两个壳体的自由边缘在这两个壳体的自由边缘之间限定了间隙，以至少在该装置没有受到外部应力时，并且优选在涡轮机操作的所有阶段，防止自由边缘发生相互接触。

自由边缘的这种布置一方面使得该装置在施加在壳体上的力的作用下通过弹性构件的压缩而变形，另一方面防止壳体的自由边缘与界定用于容纳该装置的腔体的柄部发生接触。

优选地，壳体中的每个壳体的外表面是光滑的。

换句话说，壳体中的每个壳体的外表面优选地没有脊部或突出部分。

在一个实施例中，壳体中的每个壳体的外表面包括侧部，该侧部旨在与所述叶片中的相应叶片的所述柄部相对地布置。

在一个实施例中，壳体中的每个壳体的外表面包括下部，该下部旨在与所述叶轮的盘的齿部相对地布置。

在一个实施例中，其中，壳体中的每个壳体的外表面包括侧部和下部，该下部优选地通过圆形边缘连接到侧部。

在一个实施例中，壳体中的每个壳体的外表面包括上部，该上部旨在与所述叶片中的相应叶片的平台相对地布置。

在一个实施例中，其中，壳体中的每个壳体的外表面包括侧部和上部，该上部优选地通过圆形边缘连接到侧部。

在一个实施例中，弹性构件包括第一材料，支撑元件包括不同于第一材料的第二材料。

第一材料可以是优选地包含聚氨酯或氟乙烷的弹性材料。

第二材料可以是优选地包含镍的金属合金。

这种金属合金提供了与叶轮的高摩擦系数，这增加了摩擦期间消耗振动能量的效率。

本发明的另一目的是一种用于飞行器涡轮机的叶轮，该叶轮围绕纵向轴线延伸并包括盘和叶片，盘形成齿部，齿部在齿部之间周向地限定凹部，叶片各自包括平台、柄部、以及容纳在凹部中的相应凹部中的根部，叶轮形成由所述叶片中的两个叶片的柄部周向界定的腔体，这两个叶片沿周向连续布置，腔体在径向内侧由在这两个叶片的根部之间周向延伸的齿部之一界定，并且在径向外侧由这两个叶片的平台界定，叶轮包括容置在腔体中的如上所述的阻尼装置。

本发明的另一目的是用于包括这种叶轮的涡轮机的压缩机和用于包括这种叶轮的涡轮机的涡轮。

本发明的另一目的是飞行器涡轮机，该飞行器涡轮机包括如上所述的压缩机和/或涡轮机和/或叶轮和/或阻尼装置。

根据另一方面，本发明的一个目的是用于制造如上所述的阻尼装置的方法。

在一个实施例中，该方法包括拉拔两个金属薄片以形成所述壳体的步骤。

根据一个实施例，该方法包括组装弹性构件和两个壳体或支撑元件的步骤。

组装步骤优选地包括冷粘合或热粘合操作。

这种组装方法简单且成本有效。

在阅读下面详细的非限制性描述之后，本发明的其他优点和特征将变得显而易见。

附图说明

以下详细描述参照附图，在附图中：

[图1]是涡轮风扇发动机的轴向横截面示意图；

[图2]是根据本发明的叶轮的角扇区的示意性透视图；

[图3]是图2所示的叶轮的一部分的示意性透视图和横截面；

[图4]是图2所示的叶轮的一部分的示意图，该部分包括根据本发明的阻尼器；

[图5]是图4所示的阻尼器的示意性透视图和分解图；

[图6]是图5所示的阻尼器的示意性透视图；

[图7]是图6所示的阻尼器的示意性透视图和横截面；

[图8]是图2所示的叶轮的一部分的示意性透视图和横截面，该部分包括图5所示的阻尼器；

[图9]是图2所示的叶轮的一部分的示意性透视图，该部分包括图5所示的阻尼器。

具体实施方式

图1示出了被设计成推进飞行器的低涵道比涡轮风扇发动机1。

涡轮风扇发动机1具有中心纵向轴线A1，涡轮风扇发动机的各种部件围绕该中心纵向轴线延伸。

在本说明书中，术语“上游”和“下游”是参照涡轮风扇发动机1中的主气流沿轴线A1的方向S1来限定的。

图1至图9包括限定轴向或纵向方向D1、径向方向D2、以及切向或周向方向D3的参照系，轴向或纵向方向对应于轴线A1的方向。

涡轮风扇发动机1从上游到下游包括形成气体发生器的低压压缩机2、高压压缩机3、燃烧室4、高压涡轮5以及低压涡轮6。

低压压缩机2和低压涡轮6形成低压本体。高压压缩机3和高压涡轮5形成高压本体。

以本身已知的方式，压缩机2和3以及涡轮5和6各自包括形成一个或多个级的转子和定子。一般来说，压缩机级从上游到下游包括带叶片的叶轮和扩散器，带叶片的叶轮吸入空气流并使空气流加速，扩散器被设计成用于矫正由此加速的气流，增加气流的压力。就其本身而言，涡轮级从上游到下游包括分配器和带叶片的叶轮，分配器被设计成使朝向叶轮的空气流加速以使叶轮旋转。

在图1所示的示例中，低压压缩机2包括七级，高压压缩机3包括四级，高压涡轮5包括一级，低压涡轮6包括两级。当然，在不脱离本发明范围的情况下，气体发生器的模块中的每个模块可以具有不同数量的级。

在图1中，低压压缩机2的第一级的叶轮和扩散器分别标有附图标记8和9。该压缩机2的第二级的叶轮标有附图标记10，第三级的叶轮标有附图标记11。

下面的描述通过示例并以非限制性的方式涉及图1所示的低压压缩机2的第一级的叶轮8。

当然，下面描述的叶轮可以形成压缩机2的另一个叶轮(例如叶轮10或11)，或者形成图1所示的涡轮风扇发动机1的另一个模块的叶轮(例如高压压缩机3)，或者，甚至形成除了图1所示的叶轮以外的涡轮机的叶轮。下面的描述经必要修改后适用于这些不同的应用。

图2和图3示出了叶轮8的角扇区。

以本身已知的方式，叶轮8包括盘20和叶片21——叶片中的两个叶片如图2和图3所示——这两个叶片由盘20支撑并在周向方向D3上并排布置。

为此，盘20在其外周具有齿部22，齿部在齿部之间周向地限定叶片容置凹部。在该示例中，每个凹部在基本上平行于轴线A1的方向上延伸，以形成从上游到下游穿过盘20的开口。

每个叶片21沿径向从内到外包括根部24、柄部25、平台26和末端27，末端形成叶片21的空气动力学部分(参见图3)。在该示例中，每个叶片21的根部24具有称为“冷杉树状”或“球茎状”的外部形状，使根部能够插入盘的具有相应形状的一个凹部中。

因此，每个叶片21通过将其根部24插入相应的一个凹部中而安装在盘20上。

图2和图3所示的沿周向连续布置的两个叶片21与盘20一起界定出一腔体。该腔体由这两个叶片21的柄部25周向地界定，在径向内侧由在这两个叶片21的根部24之间周向延伸的齿部22界定，并在径向外侧由这两个叶片21的平台26界定。

沿周向连续布置的每对叶片21界定类似的腔体。下面的描述涉及图2和图3所示的在两个叶片21之间延伸的腔体，并经必要修改后适用于其他腔体中的每个腔体。

参照图3和图4，盘20的每个齿部22在齿部22的下游端部形成径向向外突出的凸耳32，从而形成盘20的下游表面。

图4示出了保持环33，该保持环安置在由叶轮8的盘20的齿部22形成的下游表面上。

环33通过连接装置34固定到盘上，在该示例中，连接装置34形成螺栓，每个螺栓穿过凸耳32中相应一个凸耳的孔。

环33具有径向尺寸，使环33能够轴向封闭由叶轮8的盘20形成的下游叶片容置凹部，从而形成用于叶片21的下游轴向止动件。

在该示例中，环33由轴环的上游端部形成，轴环与图1所示的压缩机2的第二级的叶轮10的盘成一体。

在该示例中，另一个环形止动构件(未示出)安装在盘20的上游，以形成叶片21的上游轴向止动件。

本发明更具体地涉及一种阻尼装置40(也被称为阻尼器)，该阻尼装置被设计成容置在上述腔体中，以在涡轮风扇发动机1的操作期间抑制叶轮8的振动响应。

图5至图7示出了根据本发明的阻尼器40，图4、图8和图9示出了阻尼器在腔体中相对于叶轮8的其他部分的相对位置。

图5至图7中的参照系D1-D2-D3示出了阻尼器40在被容置在腔体中时的相对位置。

参照图5，阻尼器40包括三个部分41、42和43，部分41和42形成支撑元件，部分43形成弹性构件。

在该示例中，支撑元件41和42各自由厚度小于或等于1mm的镍金属薄片形成，该镍金属薄片被冲压以形成中空空间。

支撑元件41包括内表面50和外表面51，内表面和外表面在它们之间限定形成该支撑元件41的金属薄片的厚度。

支撑元件41形成自由边缘52，该自由边缘界定内表面50和外表面51，并限定闭合曲线。

从几何角度来看，内表面50和外表面51是不可展开的表面。

支撑元件41的内表面50界定由该部分形成的所述中空空间。

参照图5至图7，支撑元件41形成侧部54、下部55、上部56、下游部57和上游部58。下部55、上部56、下游部57和上游部58各由自由边缘52的相应部分界定。

支撑元件41被设计成使得外表面51是光滑的。

特别地，下部55、上部56、下游部57和上游部58通过在外表面51上形成圆形边缘的平滑过渡部彼此连接并连接到侧部54。

在该示例中，下部55和上部56彼此相对延伸，并且相对于侧部基本垂直。

支撑元件41的自由边缘52在该情况下在平行于方向D1和D2的平面中延伸。

支撑元件41和42彼此对称，使得刚才描述的内容经必要修改后适用于支撑元件42。

在该示例中，弹性构件43由例如聚氨酯或氟乙烷的材料制成。

如图5至图7所示，弹性构件43布置在支撑元件41和42之间，使得弹性构件43的一部分容置在由支撑元件41形成的中空空间中，而弹性构件43的另一部分容置在由支撑元件42形成的中空空间中，使得支撑元件41的自由边缘52与支撑元件42的自由边缘相对，从而在支撑元件41的自由边缘52与支撑元件42的自由边缘之间限定间隙X1(见图7)。

因此，支撑元件41和42中的每个支撑元件形成壳体或半壳体，该壳体或半壳体限定容置弹性构件43的相应部分的中空空间。

在该示例中，使用冷粘合或热粘合类型的方法将弹性构件43固定到支撑元件41和42中的每个支撑元件的侧部54的内表面50。

支撑元件41和42的自由边缘52之间的间隙X1使得这些部分在施加在这些部分的侧部54上的外力和弹性构件43的相应压缩的作用下朝向彼此相对移动。

参照图8，阻尼器40容置在叶轮8的前述腔体中，使得：

支撑元件41的侧部54与第一叶片21的界定该腔体的柄部25相对地布置，并且支撑元件42的侧部与第二叶片21的界定该腔体的柄部25相对地延伸，

支撑元件41和42中的每个支撑元件的下部55与界定该腔体的齿部22相对地布置(也参见图4和图9)，

支撑元件41的上部56与所述第一叶片21的平台26相对地布置，并且支撑元件42的上部与所述第二叶片21的平台26相对地布置。

因此，根据本发明的阻尼器40减少了在涡轮风扇发动机1的操作期间与阻尼器发生接触的柄部25的磨损。

当然，这种阻尼器40可以布置在由叶轮8或另一叶轮的多对相邻叶片21形成的腔体中的每个腔体中。

此外，支撑元件41、42和弹性构件43可以具有与上述几何形状不同的几何形状，特别地，这取决于用于容置阻尼器40的腔体的几何形状。

Claims (9)

1.用于飞行器涡轮机(1)的叶轮(8)的阻尼装置(40)，其特征在于，所述阻尼装置包括两个支撑元件(41，42)和弹性构件(43)，所述弹性构件布置在所述两个支撑元件(41，42)之间，以使得所述支撑元件(41，42)能够在施加在这些支撑元件(41，42)上的外力和所述弹性构件(43)的压缩的作用下朝向彼此相对移动，该装置(40)旨在布置在所述叶轮(8)的沿周向连续布置的两个叶片(21)之间，使得所述支撑元件中的一个支撑元件(41)与这些叶片(21)中的一个叶片的柄部(25)相对，而另一个支撑元件(42)与所述叶片(21)中的另一个叶片的柄部(25)相对，并且所述支撑元件(41，42)中的每个支撑元件形成限定中空空间的壳体，所述弹性构件(43)的相应部分容置在所述中空空间中。

2.根据权利要求1所述的装置(40)，其中，每个壳体(41，42)包括自由边缘(52)、界定该壳体(41，42)的中空空间的内表面(50)、以及外表面(51)，每个壳体(41，42)的内表面(50)和外表面(51)由该壳体的自由边缘(52)界定，所述装置(40)被设计成使得两个壳体(41，42)的自由边缘(52)彼此面对。

3.根据权利要求2所述的装置(40)，其中，所述壳体(41，42)中的每个壳体的外表面(51)是光滑的。

4.根据权利要求2或3所述的装置(40)，其中，所述壳体(41，42)中的每个壳体的外表面(51)包括侧部(54)、下部(55)和上部(56)，所述侧部旨在与所述叶片(21)中相应叶片的所述柄部(25)相对地布置，所述下部旨在与所述叶轮(8)的盘(20)的齿部(22)相对地布置，所述上部旨在与所述叶片(21)中的相应叶片的平台(26)相对地布置，所述下部(55)和所述上部(56)各自通过曲线连接到所述侧部(54)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置(40)，其中，所述弹性构件(43)包括第一材料，所述第一材料例如为弹性材料，所述弹性材料优选地包含聚氨酯或氟乙烷，并且所述支撑元件(41，42)包括第二材料，所述第二材料例如为金属合金，所述金属合金优选地包含镍。

6.用于飞行器涡轮机(1)的叶轮(8)，所述叶轮围绕纵向轴线(A1)延伸并包括盘(20)和叶片(21)，所述盘(20)形成齿部(22)，所述齿部在所述齿部之间周向地限定凹部，所述叶片(21)各自包括平台(26)、柄部(25)、以及容纳在所述凹部中的相应凹部中的根部(24)，所述叶轮(8)形成由所述叶片(21)中的两个叶片的柄部(25)周向界定的腔体，所述两个叶片沿周向连续布置，所述腔体在径向内侧由在这两个叶片(21)的根部(24)之间周向延伸的所述齿部(22)之一界定，并且在径向外侧由这两个叶片(21)的平台(26)界定，其特征在于，所述叶轮包括容置在所述腔体中的根据权利要求1至5中任一项所述的阻尼装置(40)。

7.飞行器涡轮机(1)，所述飞行器涡轮机包括根据权利要求6所述的叶轮(8)。

8.用于制造根据权利要求1至5中任一项所述的阻尼装置(40)的方法，该方法包括用于冲压两个金属薄片以形成所述壳体(41，42)的步骤和用于组装所述弹性构件(43)和两个所述壳体的组装步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述组装步骤包括冷粘合或热粘合操作。