CN1395649A - 涡轮机轴内管状定心平衡装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涡轮发动机内涡轮空心轴内管状(3)或制件状定心平衡装置，该装置在上述轴(2)旋转时与其端部咬合，该装置有一个固定在管子(3)上的壳体(9)，在壳体(9)的外部有一个弹性圈(20)，它位于壳体(9)和轴(2)的中间并且有一对滑片径向地向外伸展，另外还有一些在组装后弹性圈(20)的扩展装置以便使滑片能够顶住轴(2)的内壁。该装置的特点是这些滑片是由一些弹性圆柱形薄壁(25)组成，在静止时其外径稍微与空心轴(2)的内径有所差异并在组装后顶住轴(2)的内壁(21)。

Description

涡轮机轴内管状定心平衡装置

本发明涉及涡轮发动机内涡轮空心轴内管状或制件状定心平衡装置，该装置在上述轴旋转时与其端部咬合，该装置有一个固定在管子上的壳体，在壳体的外部有一个弹性圈，它位于壳体和轴的中间并且有一对滑片径向地向外伸展，另外还有一些在组装后弹性圈的扩展装置以便使滑片能够顶住轴的内壁。

在航空涡轮发动机中，该装置在空心中心轴内的轴向上，它将低压涡轮与低压压缩机连在一起，有时也与增压器连在一起，管子可以使支撑转子的轴承的前后腔通气。该管子可以将含油的气体排出。

该管子卧在涡轮轴上，在其端部有一些支点在旋转时与轴咬合在一起。该管子紧贴在较薄的壁上，不传递任何扭矩。它的横向惯性力矩因此得到降低。在这种情况下，如果出现不平衡，哪怕是极微弱的不平衡，在涡轮机工作时，这些不平衡就会影响到管子的正常性能并且会引起管子在弯曲时的震动，这些震动会损坏管子以及附近的零部件。

为了避免这种事情的发生，在管子两端的支点上至少要安装一个定心平衡装置来在轴向上保持空心轴内管的中心区。

图1表示轴为X的航空涡轮喷气发动机1，在低压涡轮2的轴内带有一个轴为X的管子3。该管子3可以将支撑转子的前后轴承6和7的前后腔4和5通气。该管子3在旋转时其端部与低压涡轮轴咬合。在管子3的端部之间，有两个定心平衡装置8a和8b用来在轴向上固定轴2内管子3的各个部分来避免管子3的弯曲。现行的定心平衡装置8a和8b的设置见图2和3。

管子3，在其壁上，有一环形加强段3a，在其周围安装有壳体9，该壳体在端部9a处有外螺纹10，在另一端部9b处有锥形外壁11，它在螺纹10的延长上。

一个内壁也是锥形的开口弹性圈12从螺纹9a的端部放进壳体内。一个内螺纹与外螺纹10相匹配的螺母14在锥形壁11上推动弹性圈12。这样就使弹性圈12得到扩展。

图3为弹性圈12的详细情况。该弹性圈的表面为圆形，其截面为方形，四个角15倒圆，其大小根据轴2内径的大小进行匹配。在弹性圈12扩张时，四和角15开始顶住轴2的内壁。

这样，弹性圈12就具备4个大径向截面的刚性滑片，在外部受到四个角15的限制并两个两个地由小径向截面的圈连在一起。

弹性圈12有一个侧面开口16并成为两个悬梁的整体并对着开口16插入在17区中。顺着这些悬梁，绕度、弯曲和力矩的数值是变化的，对于4和支点，支撑力也不是一样的。因此，在弹性圈12和涡轮轴2之间的接触应力也是不一样的。

这些应力值有时是禁止的，因此在涡轮轴2的内孔上做上标志说明，否则轴2上会出现很大的扭矩，这种情况是相当危险的。

该项发明的目的是提供一种轴内管子的抑制装置，正如前言中所述，这样可以避免在轴孔内做标志说明。

该发明可以满足这个目的。滑片带有弹性的管状壁，其外径稍微与空心轴的内径有些差别，在组装后，与轴的内壁贴合。

这样，根据发明，根据包含涡轮机旋转轴的面，滑片的径向截面相对于现有技术说到的滑片截面稍微有所减小。这种方法可以保证由于拧紧力矩所产生的径向力在较大的表面上均匀分布，并降低滑片和涡轮轴孔之间的接触应力。

根据该发明的第一种实施方式，弹性圈为一个带有开口的弹性圈，组装后弹性圈扩展方法包括一个在壳体上的公/母锥体和一个环形件以及一个螺母用来保证通过拧紧来将弹性圈在轴向上移动，完成径向扩展和滑片薄壁的变形。

根据第一种实施方式的第一种改型，开口圈带有一个圆柱形内壁，每个滑片通过其中心轴向区与上述圆柱形内壁相连合并在上述径向壁的各个端部上有一个绕性边。

在这个改型上，各个滑片的外径小于轴的内径并在组装时增大。

根据第二种改型，开口圈有几个与滑片相交替的圆柱形段，每个滑片的端部分别楔在相邻的两个圆柱形段上。

在该改型中，滑片的外径也小于轴的内径并在组装时增大。

根据发明的第二种实施方法，每个滑片有一个薄的圆柱形内壁，其外径小于轴的内径，并且，在每个壁的端部，有一个扇形件，这些扇形件在径向上有两个弹性体保持来构成弹性圈，其内径小于壳体外径。

根据第二种实施方法的第一种改型，壳体有一个凸缘用来在轴向上于壳体的圆柱形部分上保持扇形件，这些扇形件在凸缘的端部有一个倒角用来在安装时通过拧紧螺母来完成弹性圈的扩展。

还有一个优点是这4个滑片均匀地分布在涡轮机的旋转轴的周围。

根据第二种实施方法的另一改型，在安装时，弹性圈扩展的方法是采用一个在壳体上形成的公/母锥体以及扇形件和一个螺母，用来保证在壳体上紧固时各个扇形件的轴向移动，扇形件和弹性件的径向扩展和滑片薄壁的变形。

根据发明的另一个优越特性，整个滑片的外接圆的直径稍微小于轴的内径，以便在管子安装之前将装置放进轴孔内。

发明的其他优点和特性在以下的说明中举例介绍并参考以下附图：

图1为涡轮喷气发动机的剖面图，介绍在径向地安装在低压涡轮轴内部的管状定心平衡装置的位置；

图2为按照现有技术，定心平衡装置的剖面图；

图3为按照现有技术，开口弹性圈的正视图；

图4为根据发明的第一种实施方法的第一种改型，开口弹性圈的正面视图；

图5为根据第一种实施方法的第一个改型，按照一个径向平面穿过定心平衡装置的涡轮发动机旋转轴的剖面图，开口圈按照图4的V-V线剖开；

图6为根据组装前第一个改型滑片的设置状态；

图7为组装后滑片的状态；

图8为根据第一种实施方法的第二种改型开口弹性圈的正面视图；

图9为根据实施方法的第二个改型，按照一个轴向平面穿过定心平衡装置的涡轮发动机旋转轴的剖面图，开口圈按照图8的IX-IX线剖开；

图10为组装前后图8的滑片外半径；

图11为根据第二个实施方法弹性圈的正面视图，该弹性圈有4个各自独立的滑片，由两个弹性体在轴向上保持；

图12为根据第二次实施方法在组装状态，按照一个轴向平面穿过定心平衡装置的涡轮发动机旋转轴的剖面图，开口圈按照图11的XII-XII线剖开；

图13为在图11中弹性圈扩展时滑片外半径的变化详图；

图14与图12相似为弹性全扩展系统的实施改型情况。

图1至3在前言中已经叙述无须进一步说明。

根据发明，管子3带有一个在图4至14中未显示的加强环，在该加强环的周围装有壳体9，该壳体的第一个螺纹端部9a和第二个螺纹端部9b在第一个螺纹端部9a的延长上用来固定可扩展的圈20。圈20由螺母14固定在壳体9上，螺母的内螺纹与壳体的螺纹端部9a的螺纹相匹配。圈20位于壳体9和涡轮轴2的内壁21之间。在图4至14上，只有涡轮轴2的内壁21作了介绍。在定心平衡装置装入涡轮轴2的孔内和管子3安装之后，该内壁21的半径为E/2。

根据发明的第一种实施方法，圈20有一个开口22。

根据图4至14介绍的第一种实施方法的第一种改型，扩展圈20有一个圆柱形内壁23，它在安装后位于壳体9的外围。

内壁23在径向上于垂直面上向外伸展相交于涡轮机的旋转轴X，在该内壁的周围，4个或更多的径向壁24的端部顶着薄壁和圆柱壁的滑片25。

每个滑片25在其径向壁24的各个端部有一个绕性边，他们分别为26a和26b。

当滑片25静止时，如同图6所示，他们圆柱壁的外半径R2稍微小于涡轮轴的内半径E/2。在这种情况下，4个滑片的外环小于涡轮轴的内径E。

在组装时，在螺母14拧紧时，绕性边26a和26b的端部在接触到涡轮轴孔时会发生弯曲。在图7所示的这种组装状态下，每个滑片的圆柱形壁的外半径等于涡轮轴的半径E/2。每个滑片25因此在其外表面上均匀地顶住内壁21。

在螺母14拧紧时，圈20到达壳体9的端部9a，由于壳体9的端部9b的外围上和圈20的内围上有一个公/母锥体，所以圈20在径向上受到向外的扩展。

为了将上述定心平衡装置安装在涡轮轴内，我们将圈20和未拧紧的螺母14放在壳体9上。将这个整体反复在涡轮轴内。拧紧螺母14使滑片25的中心轴向区位于轴X的E/2距离上，这样就使绕性边26a和26b发生弯曲。然后将管子3安装就位。

按照图8至10所示，第一种实施方法的第二种改型仅在圈20的大小上与上述第一种改型不同，顶住涡轮轴内壁21的4个滑片25由薄圆柱形壁构成并在静止时的半径为R2，该半径小于涡轮轴的内半径E/2。

圈20的内径向部分包括许多圆柱形段27，这些圆柱形段以均匀的间隔与滑片25交替排列。

每个滑片25的端部25a和25b军分别楔在两个相邻的圆柱形段27之间。开口22在这些圆柱形段的某一段上。

由锥体和螺母14的拧紧而使在壳体9上的圈20的扩展可以引起外环半径的增大。

根据第二种改型，定心平衡装置在涡轮轴内的安装与上述第一种改型的方法相同。滑片中心区28在给螺母14施加拧紧力时会发生弯曲从而引起半径R2的增大，直到滑片的外半径等于涡轮轴的半径E/2为止。然后安装管子3。

滑片25顶住涡轮轴内壁21的支撑面积相对于前面现有技术所谈到的是大大增加，在预案中，滑片是刚性不变形的，与截面较小的连接段交替分布。

根据发明的第二种实施方法，如图11到14所示，弹性圈20是由4个相同的部件30、由两个弹性环形卡环31独立组装而成。

每个部件30在其中心区有一个滑片25构成了一个薄圆形壁，其外半径R2小于涡轮轴的E/2半径。每个滑片25的端部25a和25b均分别楔在两个扇形件31a和31b上，这些扇形件组成部件30的侧面部分和在径向上的内部部分。扇形件31a和31b的形状为圆的一个扇面。

每个部件30的形状为90度的扇面。

4个部件30用环形件31将他们相互组装在一起，这些环形件坐落在扇形件31a和31b的外围壁的槽中，其中一个槽在圈20的正面附近另一个槽在其后面附近。

间隙32将4个由环形件31固定的部件30分开。这些间隙32在圈29扩展时扩大。

图12表示上述的在壳体9上圈20的一种安装方法。壳体9有个凸缘33，它径向地想外扩展，圈20的正面正好顶住它。圈20覆盖壳体的一圆柱形段34，其直径大于螺纹端部9a的外径并在圈20安装于壳体上之前大于其内径。扇形件31a和31b在凸缘一侧有一个倒角25，当圈20在圆柱部分34上安装时及随后的螺母14拧紧时，它可以允许环行件和圈20的扩展。

在这种状态下，在4个滑片25处的外环的半径小于涡轮轴的E/2内半径。当管子在涡轮轴内安装时，滑片25的中心轴向区28将会发生弯曲并且滑片25的外半径几乎等于涡轮轴的E/2内半径。

图14表示圈20在壳体9上的另一种安装方法。如同在第一中实施方法，壳体9和扇形件31a和31b有一个公/母锥体，在拧紧螺母14时，它可以使圈20和环行件31扩展。

在上述任何实施方法中，垫圈36一般可以安装在圈20和螺母14之间。

在上述介绍中，在每个可扩展的圈20上有4个滑片25。滑片的数目可以是不同的，最好是成对的。重要的是这些滑片应当均匀地分布在涡轮的旋转轴X的周围。

由于滑片25是由一些容易发生变形的薄圆柱形壁构成，这些滑片的支撑面积相对要大并不会在定心平衡装置和涡轮轴孔之间产生接触应力。这样就避免在涡轮轴上做标志。

另外，由于对称的原因，发明的第二种实施方法可以使滑片上的力得到最均匀地分布。

Claims (11)

1.在涡轮机内涡轮空心轴(2)内的管状(3)定心平衡装置或制件定心平衡装置，该管子(3)或该制件的端部在旋转时与上述轴(2)咬合，该装置有一个与上述管子(3)或上述制件相固定的壳体(9)，一个安装在壳体(9)和轴(2)之间的的弹性圈(20)，并具有径向向外伸展的成对的滑片，以及一些弹性圈(20)在装置组装后的扩展手段以便使上述滑片能够顶住轴的内壁，其特征在于：由于滑片是由一些有弹性的圆柱形薄壁(25)构成，在静止时其外径稍微与空心轴(2)的内径有所差别，并在组装后顶住轴(2)的内壁(21)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：弹性圈(20)为一个弹性开口圈，还有一些在组装后使弹性圈(20)扩展的手段，其为一个在壳体(9)上和圈(20)上的公/母锥体以及一个螺母(14)，它们用来保证在拧紧螺母时使弹性圈(20)轴向地移动，进行径向扩展及滑片薄壁的变形。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：弹性圈(20)有一个圆柱形内壁(23)和一些滑片组成，弹性圈通过它的中心轴向区由一个径向壁(24)与上述内壁(23)结合并在每个上述径向壁(24)的端部具有一个绕性边(25a和25b)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：滑片(25)的外径在静止时大于轴(2)的内径并在组装时增大。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：弹性圈(20)有多个圆柱段(27)与滑片(25)交替排列，每个滑片(25)的端部(25a和25b)分别楔在相邻的两个圆柱段(27)上。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：滑片(25)的外径在静止时小于轴(2)的内径并在组装时增大。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：每个滑片(25)有一个圆柱形薄壁，在静止时其外径小于轴(2)的内径，在上述薄壁的每个端部有一个扇形件(31和31b)，上述扇形件(31和31b)由轴向上由两个弹性环形件(31)固定来构成圈(20)，在静止时，其内径小于壳体(9)的外径。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：壳体(9)有一个凸缘(33)用来在轴向上于壳体(9)的圆柱段上固定扇形件(31和31b)，上述扇形件(31和31b)在凸缘(33)的一侧有一个倒角(35)用来在拧紧螺母(14)以固定弹性圈(20)时使弹性圈(20)和环形件(31)的扩展。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：在安装时，通过壳体(9)上的公/母锥体和扇形件(31和31b)及螺母(14)来保证弹性圈(20)的扩展。扩展时，拧紧壳体(9)上螺母使扇形件(31和31b)在轴向上移动，这样扇形件(31和31b)和环形件(31)在径向上扩展，滑片(25)的薄壁发生变形。

10.根据权利要求1-9的任何一个所述的装置，其特征在于：在静止时滑片(25)整体的外环直径稍微小于轴(2)的内径。

11.根据权利要求1-10任意一个所述的装置，其特征在于：它有4个滑片(25)，均匀地分布在涡轮机的旋转轴X的周围。

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