CN1492129A - 支承可变旁通阀系统的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种装配燃气涡轮发动机可变旁通阀系统(50)的方法。该方法包括：在燃气涡轮发动机(10)内安置一径向延伸的调和圆环(52)，使该调和圆环处在结构框架(90)径向外部；将至少一个双臂曲柄(54)与调和圆环连接，使调和圆环径向只由所述至少一个双臂曲柄支承；和将至少一个双臂曲柄与跟该结构框架连接的双臂曲柄支承(56)连接。

Description

支承可变旁通阀系统的方法和装置
发明领域
本申请总的涉及燃气涡轮发动机，尤其涉及用于燃气涡轮发动机中的可变旁通阀系统。
发明背景
至少一些已知的燃气涡轮发动机包括在核心发动机上游的一个风扇。该核心发动机包括成串联流动关系的一个低压压缩机或一个增压器，和一个高压压缩机。该低压压缩机和高压压缩机压缩通过风扇进入燃烧室的气流，该气流流过增压器的输入部分和排出部分，然后再流过高压压缩机的输入部分和排出部分。将该增压器设计成在超过专用设计的节流阀调整时，便于对高压压缩机提供优化气流。在节流阀偏离设计调整情况下，增压器可供给比高压压缩机能够流出的空气更多，这可以造成发动机中的气流不稳定。
为了便于缓解不稳定气流的影响，至少一些已知的燃气涡轮发动机包含可变的放气阀(VBV)系统。该系统在不稳定气流的条件下，转动旁通门，使它打开，让增压器的气流排出和绕过高压压缩机。放气门和阀可保护增压器和高压压缩机，免受可能的空气动力学失速。至少一些已知的VBV系统包括一个调和圆环(unison ring)，该圆环由从增压器框架结构伸出的专用圆环支承支承着。该结构支承可防止调和圆环在施加工作负载作用过程中产生过度的变形。调和圆环的过大变形可以在VBV系统中产生大的应力，这些应力随着时间的推移，可导致VBV系统过早的损坏。
该调和圆环与二个作动器双臂曲柄和10个门双臂曲柄连接。液压作动器的作用造成作动器双臂曲柄的转动，使该圆环转动，从而接着使门转动。双臂曲柄通过挂钩和球形支承附件与门连接。在该圆环与双臂曲柄连接中，圆环套筒在各双臂曲柄和调和圆环之间延伸，且相对于双臂曲柄配置成在各圆环套筒和各双臂曲柄之间界定一预先确定的间隙。
装配包括专用的圆环支承的一个已知的VBV系统可能是一个费时和冗长的过程，因为圆环内径和专用支承之间的间隙宽度很小。因为支承必需插入调和圆环的内径内面，因此当间隙较小时，装配包括专用支承的增压器就更困难。然而，如果间隙太大，则不能很好地支承圆环，以减少系统应力。另外在至少一些已知的系统中，双臂曲柄与套筒的间隙宽度被预定得足够大，以利于减少在工作过程中圆环套筒和各双臂曲柄的接触。然而，加宽间隙使VBV系统的总尺寸增大，VBV系统的成本和重量增加。
当间隙宽度最优时，装配VBV系统也可能是个费时和冗长的过程。特别是，至少在一些已知的系统中，间隙宽度被预定得足够大，以减少在工作过程中圆环套筒和各双臂曲柄之间的接触。然而，加宽间隙使VBV系统的总的尺寸增大，VBV系统的成本和重量增加。另一方面，虽然减少间隙宽度可提高专用结构支承的有效性，减小宽度使VBV系统的装配更困难，并还会增加双臂曲柄与圆环套筒之间不希望的接触机会。
发明概述
本发明的一个方面提供了一种装配燃气涡轮发动机的可变旁通阀系统的方法。该方法包括将一调和圆环沿圆周配置在燃气涡轮发动机内，使该调和圆环处在结构框架的径向外部；将至少一个双臂曲柄与调和圆环连接，使调和圆环径向只由所述至少一个双臂曲柄支承；和将至少一个双臂曲柄与和结构框架连接的双臂曲柄支承连接。
本发明的另一个方面提供了一种燃气涡轮发动机的可变旁通阀(VBV)系统。VBV系统包括在燃气涡轮发动机内，在圆周方向隔开一定距离的多个双臂曲柄；和与该多个双臂曲柄连接，用于控制多个双臂曲柄位置的一个环形调和圆环。该调和圆环径向只由多个双臂曲柄支承。
本发明的再一个方面提供了一种燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括一个结构框架，和用于有选择地控制通过发动机的至少一部分的气流的一个可变旁通阀(VBV)系统。该结构框架在燃气涡轮发动机内在圆周方向延伸。该可变的旁通阀(VBV)系统包括与该结构框架转动连接的至少一个双臂曲柄，和与双臂曲柄连接，使该一圆环经向只由双臂曲柄支承的一个环形调和圆环。该调和圆环用于有选择地控制所述双臂曲柄工作的位置。
附图的简要说明
图1为燃气涡轮发动机的示意图；
图2为可以在图1所示的发动机中使用的可变旁通阀系统的部分视图；
图3为图2所示可变旁通阀系统的一部分的放大的横截面图。
发明详述
图1为燃气涡轮发动机10的示意图，它包括低压压缩机12，高压压缩机14和燃烧室16。发动机10还包括高压涡轮18和低压涡轮20。压缩机12和涡轮20由第一根转子轴24连接，而压缩机14和涡轮18由第二根转子轴26连接。在一个实施例中，发动机10为OhioCincinnati的General Electric Aircraft Engines公司，销售的GE 90发动机。在另一个实施例中，燃气涡轮发动机10为GrneralElectric Aircraft Engines公司销售的CF6发动机。
工作时，空气通过低压压缩机12流动，并且压缩的空气从低压压缩机12送至高压压缩机14。然后，压缩的空气输送至燃烧室16，从燃烧室16出来的气流驱动涡轮18和20。
图2为可以与发动机10一起使用的可变的旁通阀(VBV)系统50的部分视图。图3为可变的旁通阀(VBV)系统50的一部分的放大的横截面图。VBV系统50包括一个调和圆环52，多个双臂曲柄54，多个双臂曲柄支承56和多个旁通门60。更具体地说，在示例性实施例中，系统50包括12个在发动机10内，沿圆周方向彼此隔开的双臂曲柄54。每一个双臂曲柄54包括一个上游端70，一个下游端72和在它们之间延伸的一个本体74。末端70和72之间具有固有的径向刚度。双臂曲柄54配置成使其本体74基本上与发动机10的对称的中心轴线(没有示出)平行。
每一个双臂曲柄的上游端70包括在双臂曲柄54的径向外侧82和径向内侧84之间延伸的一个轴承座圈80。轴承座圈80包含一个轴承件85，其内径86的大小可以容纳一个紧固件88。在示例性实施例中，紧固件88上作有螺纹。每一个双臂曲柄的下游端72与每一个相应的双臂曲柄支承56连接，该双臂曲柄支承与发动机风扇框架90固定连接，并通过作动器挂钩91，与至少一个作动器89转动连接。门挂钩92连接在双臂曲柄54和每一个相应的旁通门60之间，使双臂曲柄54的动作造成旁通门60接着的转动。
发动机风扇框架90，在发动机10内围绕在低压压缩机12和高压压缩机14(如图1所示)之间延伸的一条流动通道100沿圆周方向延伸。旁通门60在空转，低功率工作和瞬态负载条件过程中，有选择地工作，以调节进入高压压缩机14中的气流。更具体地说，在如图2所示的关闭位置，旁通门60与风扇框架90密封接触，可防止空气绕过高压压缩机14。
双臂曲柄54从每一个双臂曲柄支承56向上伸出，与调和的圆环52连接。调和圆环52为环形，并包括一个径向外部分110和一个径向内部分112。在示例性实施例中，部分110和112基本上相同，并基本上平行。每一个部分110和112包括多个分别穿过它们的开口114和116。部分110和112的位置使每一组开口114和116基本上是同心地对准的。调和圆环的径向外部分110和径向内部分112彼此隔开一个距离120，该距离比双臂曲柄上游端70的厚度t1宽。
多个圆环套筒130插入上述每一个部分的开口114和116中。更具体地说，每一个圆环套筒130包括一个基本上为圆柱形的部分132，和从该部分132沿径向向外伸出的一个环形唇部134。因此，唇部134的外径D1和D5比圆柱形部分132的外径D2和D6大。另外，唇部外径D1和D5比调和圆环的每一个开口114和116的相应直径D3和D4大，而圆柱形部分的直径D2和D6比调和圆环的开口的直径D5和D4稍大。因此，每一个圆环套筒的圆柱形部分132至少是部分地安置在调和圆环的每一个开口114和116内，使每一个套筒的环形唇部134与调和圆环每一个开口110和112的外表面140接触。每一个圆环套筒130还包括一个穿过它的开口142。开口142的尺寸被作成可容纳紧固件88。
双臂曲柄轴承150插入在每一个双臂曲柄上游端的轴承座圈80内。在示例性实施例中，轴承150为球轴承，并具有较大的轴向承载能力。球轴承150的高度h1比双臂曲柄上游端的厚度t1大，因此，轴承150从双臂曲柄的每一个侧面82和84向外伸出一个距离154，至相应的轴承的径向外接触表面156和轴承的径向内接触表面158。
在每一个圆环套筒130和每一个相应的轴承接触表面156和158之间形成间隙160。间隙160可容纳在装配过程中的零件公差的积累，并可允许双臂曲柄轴承150有一个正常的径向运动量。
在发动机工作过程中，VBV系统50起动，可使气流排出和绕过高压压缩机14。特别是，旁通门60的有选择工作可防止在发动机10内产生空气动力学失速。更具体地说，当调和圆环52被驱动时，双臂曲柄54转动，根据调和圆环52的驱动方向不同，可使旁通门60从开放位置转动至关闭位置，或相反。另外，当圆环52驱动时，双臂曲柄的球面轴承的径向的外接触表面156或轴承的径向内接触表面158，与相应的圆环套筒130接触，不需要另外的专用的结构支承，而可对调和圆环52进行径向支承。更具体地说，根据施加在VBV系统50和双臂曲柄的球轴承150上的负载的不同，可以减小间隙160，使轴轴承150可与圆环套筒130“接触到底”，并对调和圆环52进行附加的径向支承。
结果，如本技术领域内已知那样，经过VBV系统的负载通道170，从直接传入增压器法兰改变成经双臂曲柄54和双臂曲柄支承56传入风扇框架90。另外，因为圆环52径向由从调和圆环52的圆周向下伸出的12个双臂曲柄54支承，因此与其他已知的VBV系统比较，通过VBV系统50，传送至圆环52的负荷分布更均匀，这样，通过系统50的应力较小。
在装配VBV系统50的过程中，因为不存在专用的支承与调和圆环52产生干涉，又因为在安装调和圆环52后，安装在发动机10内的零件。不需要围绕着专用支承找准方向，因此可以减少发动机10的装配时间，劳动强度也较小。另外，因为不需要专用的支承，因此可减小VBV系统50的装配成本和发动机的总重量。
上述燃气涡轮发动机的可变的旁通阀系统成本较低且可靠。可变的旁通阀系统包括一个调和圆环，该调和圆环径向只由双臂曲柄支承。因此，可变的旁通阀系统不包括任何专用的调和圆环支承，这样，可减少发动机的装配成本和发动机的总重量。另外，因为可变的旁通阀系统包括12个双臂曲柄，该系统径向由双臂曲柄支承，使在工作过程中，从调和圆环传出的负载，通过调和圆环均匀地分布。结果，可变的旁通阀系统可延长发动机的有效寿命，价格低廉和可靠。
以上，详细说明了可变旁通阀系统的示例性实施例。该系统不是仅限于本文所述的具体例子，而是每次装配的部件可与本文所述的其它部件独立地和单独地使用。每一个可变的旁通阀零件还可与其他可变旁通阀零件结合来使用。
虽然本发明利用各种具体实施例来说明本发明，但技术熟练的人知道、可以在权利要求书的精神和范围内，对本发明改进。

Claims (20)

1.一种装配燃气涡轮发动机可变旁通阀系统(50)的方法，所述方法包括：
在该燃气涡轮发动机(10)内安置一径向延伸的调和圆环(52)，使该调和圆环处在结构框架(90)径向外部；
将至少一个双臂曲柄(54)与该调和圆环连接，使该调和圆环径向只由所述至少一个双臂曲柄支承；和
将至少一个双臂曲柄与跟该结构框架连接的双臂曲柄支承(56)连接。
2.如权利要求1所述的方法，其特征为，将至少一个双臂曲柄(54)与调和圆环(52)连接的步骤还包括：
将球面轴承(156)与所述至少一个双臂曲柄的末端(70)连接；和
通过该球轴承，使该调和圆环与该至少一个双臂曲柄连接。
3.如权利要求1所述的方法，其特征为，将至少一个双臂曲柄(54)与调和圆环(52)连接的步骤还包括，使至少一个套筒(130)与调和圆环连接，使该套筒在该调和圆环和该至少一个双臂曲柄之间延伸。
4.如权利要求1所述的方法，其特征为，将至少一个双臂曲柄(54)与调和圆环(52)连接的步骤还包括，利用一个螺纹紧固件(88)使该调和圆环与该双臂曲柄连接，该紧固件穿过该调和圆环的开口(114)，并穿过该至少一个双臂曲柄的开口。
5.如权利要求1所述的方法，其特征为，将至少一个双臂曲柄(54)与调和圆环(52)连接的步骤还包括，使至少12个双臂曲柄与该调和圆环连接，使这些双臂曲柄在围绕结构框架(90)的圆周方向间隔开。
6.一种燃气涡轮发动机(10)的可变旁通阀(VBV)系统(50)，所述VBV系统包括：
在燃气涡轮发动机内，沿圆周方向间隔的多个双臂曲柄(54)；和
与所述多个双臂曲柄连接，用于控制所述多个双臂曲柄作动的一个环形调和圆环(52)，所述调和圆环径向只由所述多个双臂曲柄支承。
7.如权利要求6所述的VBV系统(50)，其特征为，每一个所述的双臂曲柄(54)包括一个上游端(70)和一个下游端(72)，所述调和圆环(52)与每一个所述的双臂曲柄上游端连接，用以驱动所述多个双臂曲柄。
8.如权利要求7所述的VBV系统(50)，其特征为，每一个所述调和圆环(52)利用一螺纹紧固件(88)，与每一个所述的双臂曲柄上游端(70)连接。
9.如权利要求7所述的VBV系统(50)，其特征为，每一个所述的双臂曲柄上游端(70)包括穿过其间的一个轴承座圈(80)，所述VBV系统还包括被插在每一个所述双臂曲柄上游端轴承座圈内的球面轴承(156)。
10.如权利要求6所述的VBV系统(50)，其特征在于它还包括在所述双臂曲柄(54)和所述调和圆环(52)之间延伸的至少一个套筒(130)。
11.如权利要求10所述的VBV系统(50)，其特征为，所述双臂曲柄(54)被构形成在工作过程中，与所述至少一个套筒(130)接触。
12.如权利要求6所述的VBV系统(50)，其特征为，所述多个双臂曲柄(54)包括在燃气涡轮发动机(10)内沿圆周方向隔开的12个双臂曲柄。
13.如权利要求6所述的VBV系统(50)，其特征为，所述调和圆环(52)被构形成使一条诱发的负载通道(170)穿过所述多个双臂曲柄(54)。
14.一种燃气涡轮发动机(10)，它包括：
在所述燃气涡轮发动机内沿圆周方向延伸的一个结构框架(90)；和
用于有选择地控制流过所述燃气涡轮发动机的至少一部分的气流的可变旁通阀(VBV)系统(50)，所述VBV系统包括至少一个与所述结构框架可转动地连接地双臂曲柄(54)，和一个与所述至少一个双臂曲柄连接的环形调和圆环(52)，使所述调和圆环沿径向只由所述至少一个双臂曲柄支承，所述调和圆环可选择地控制所述至少一个双臂曲柄的作动。
15.如权利要求14所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，所述VBV系统调和圆环(52)被构形成使一诱发的负载通道(170)经所述至少一个双臂曲柄(54)，通到所述结构框架(90)。
16.如权利要求15所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，所述VBV系统调和圆环(52)利用一个螺纹紧固件(88)与所述至少一个双臂曲柄(54)的一个末端连接。
17.如权利要求15所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，所述VBV系统(50)还包括一个球轴承(156)，所述调和圆环(52)经所述球轴承，与所述至少一个双臂曲柄(54)的一个末端(70)连接。
18。如权利要求15所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，所述VBV系统(50)还包括在所述调和圆环(52)和所述至少一个双臂曲柄(54)之间延伸的至少一个套筒(130)。
19.如权利要求18所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，所述VBV系统(50)的至少一个双臂曲柄(54)被构形成在工作过程中与所述至少一个套筒(130)接触。
20.如权利要求15所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，所述至少一个双臂曲柄(54)还包括至少12个沿围绕所述结构框架(90)的圆周方向隔开的双臂曲柄。
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