CN1651746A

CN1651746A - 装配燃气轮机发动机的方法和装置

Info

Publication number: CN1651746A
Application number: CNA2005100518543A
Authority: CN
Inventors: G·A·波莱伊; B·P·奥维贝克
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2025-01-21
Also published as: EP1557538A3; EP1557538B1; JP2005207423A; US7094033B2; JP5054895B2; CN100472055C; EP1557538A2; US20050155342A1

Abstract

一种燃气轮机发动机(10)的风扇平台(50)，该平台包括：台体部分(52)；和连接到所述台体部分上的气流路径表面(54)。台体部分和气流路径表面限定出延伸穿过该燃气轮机发动机的气流路径的至少一部分。防冲击隔板(70)增强所述气流路径表面，所述防冲击隔板包括金属包覆层，该金属包覆层的轮廓与所述气流路径表面的一部分(72)的轮廓基本一致。该包覆金属粘合到该气流路径表面上。

Description

装配燃气轮机发动机的方法和装置

技术领域

本发明总体上涉及一种燃气轮机发动机，尤其涉及一种操作燃气轮机发动机的方法和装置。

背景技术

至少一些公知的燃气轮机发动机包括串联的流体设备、风扇组件、低压压缩机、高压压缩机、燃烧器、高压涡轮机、和低压涡轮机。有时高压压缩机、燃烧器、和高压涡轮机合起来称做核心发动机。公知的风扇组件包括多个从转子或轮盘成径向向外延伸的沿圆周方向间隔开的风扇叶片。每个风扇叶片包括翼型部分和整体的燕尾形根部部分。该燕尾形部分容纳于转子内互补成形的燕尾槽内。

一些公知的风扇组件可能容易被吸入风扇内的外来物体损坏，这些外来物体例如是鸟类或者冰雹。特别地，当外来物体碰撞到风扇叶片时，该风扇叶片或风扇叶片的一部分可能从转子轮盘上脱落，这样可能会损坏相邻的风扇叶片或其它发动机部件，如果在风扇壳体内没有包括叶片，还可能对飞行器本身造成损坏。

为了减少当外来物体被吸入风扇内时叶片材料损失的程度，当给叶片施加足够大的力时，一些公知的风扇组件允许燕尾槽内的叶片进行受到限制地转动。这种受到限制的叶片转动对于防止叶片受损是有益的。在其它公知风扇组件中，在相邻风扇叶片之间延伸的风扇平台由邻近风扇叶片的区域形成，这些风扇叶片是易脆的，从而可以在冲撞发生的情况下保持叶片的旋转能力。另外，至少在一些公知设备中，风扇平台可以由轻质复合材料制成。尽管同金属材料相比这种轻质复合材料可以提供更好的重量和疲劳优点，但是这种轻质复合材料通常比金属材料更脆弱，因此更易于受到外来物体冲撞造成的损害，尤其是在平台的易脆区域或附近更是如此。

发明内容

一方面，本发明提供了一种装配燃气轮机发动机风扇平台的方法。该方法包括确定平台上易受冲撞损害的易脆区域，形成与平台易脆区域形状一致的包覆金属，将该包覆金属粘合到易脆区域上。

另一方面，本发明提供了一种燃气轮机发动机的风扇平台。该平台包括台体部分和连接到台体部分的气流路径表面。台体部分和气流路径表面限定出穿过发动机延伸的气流路径的至少一部分。防冲击隔板可增强气流路径表面。防冲击隔板包括金属包覆层，该金属包覆层的轮廓与气流路径表面的轮廓基本一致。该包覆金属粘合到气流路径表面上。

另一方面，本发明提供了一种燃气轮机发动机。该燃气轮机发动机包括风扇和风扇平台，该风扇具有多个沿周向间隔的风扇叶片，该风扇平台在一对沿周向相邻的风扇叶片之间延伸，在两者之间限定出风扇气流路径。该平台包括气流路径表面。气流路径表面的一部分包括粘合到其上的一层包覆金属。该包覆金属具有基本上与气流路径表面形状相一致的轮廓。

附图说明

图1是示例性的燃气轮机发动机的示意图；

图2是图1所示燃气轮机发动机所包括的风扇组件放大的示意图；

图3是图2所示风扇组件所包括的风扇平台和被截断的风扇叶片的透视图；以及

图4是图3所示风扇平台从风扇叶片分离开的透视图。

具体实施方式

图1是示例性的燃气轮机发动机10的示意图。燃气轮机发动机10包括风扇组件12，低压压缩机14，高压压缩机16和燃烧器组件18。燃气轮机发动机10还包括以串联且轴流的关系布置的高压涡轮机20和低压涡轮机22。风扇12、压缩机14和涡轮机22由第一轴24连接，压缩机16和涡轮机20由第二轴26连接。在一种实施方式中，涡轮机10是GE90涡轮机，可以从位于美国俄亥俄州辛辛那提市的通用电气公司购得该涡轮机。

在工作中，空气从位于该发动机10的上游侧28流过风扇组件12和低压压缩机14。在该实施例中，风扇12流出的一部分气流被输送给低压压缩机14，同时对于涡轮机10和飞行器(未示出)的各种应用，风扇12流出的气流的剩余部分可以旁路通过压缩机14。压缩空气从低压压缩机14提供给高压压缩机16。然后压缩空气被输送给燃烧器组件18，在燃烧器组件18内与燃料混合并被点燃。燃烧气体从燃烧器18中引导出来以驱动涡轮机20和22。

图2是风扇组件12放大的示意图。风扇组件12包括多个沿转子轮盘32周向间隔的风扇叶片30。转子轮盘32具有轴向间隔开的上游侧34和下游侧36，它们被径向外表面38隔离开。转子轮盘32连接到第一轴24上。锥形机头罩40连接到转子轮盘上游侧34，从而形成气流42进入风扇组件12的空气动力学气流路径的大致边界。低压压缩机14处于风扇组件12的下游，低压压缩机14包括连接到转子轮盘32下游侧36的卷轴46。

风扇组件12还包括多个不连续的风扇平台50，每个风扇平台50位于相邻的风扇叶片30之间。风扇平台50基本上延伸覆盖径向外表面38，每个平台50包括台体52和从锥形机头罩40基本上延伸到卷轴46的径向外部气流路径表面54。气流路径表面54用于确定相邻风扇叶片30之间从锥形机头罩40到低压压缩机14的气流的空气动力学气流路径表面。

图3是风扇平台50的透视图，风扇平台50连接到风扇组件12内并与风扇叶片30邻接，为了简明该风扇叶片被截断。图4所示是从风扇组件12中移走的风扇平台50。平台50具有上游端56和下游端58。易脆的侧边缘60与风扇叶片30邻接，在外来物体碰撞风扇叶片30的情况下，该侧边缘60是可能被压扁，从而使得风扇叶片30继续转动而不会产生对风扇叶片30的损坏。

平台50由轻质复合材料制成。在一个实施例中，平台50由碳纤维制成，该碳纤维由树脂传递模制工艺获得。一般来说，复合材料具有理想的疲劳特性，但是这种材料可能是易脆的并且缺乏耐冲击、耐腐蚀性。因此，为了提高平台50的冲击阻力和耐冲击性，气流路径表面54的至少一部分包覆有金属，从而形成至少部分穿过气流路径表面54而延伸的防冲击隔板或防冰雹板70。更具体地说，在这个实施例中，防冰雹板70邻接易脆边缘60而形成，这样可以在不明显影响压碎易脆边缘60所需负荷的同时，可以提高耐冲击性。

防冰雹板70的大小和位置可根据风扇旋转方向和进入的冰雹或其它外来物体的估算轨迹来选择，风扇旋转方向如箭头A所示，进入的冰雹或其它外来物体的估算轨迹如箭头B所示，这将在后面进行详细描述。例如，风扇叶片30的旋转连同进入的冰雹或其它外来物体的大概轨迹一起，使得气流路径表面54的至少一些区域受到冲撞的危险减少。这些考虑用于限制防冰雹板70的大小，这样防冰雹板70可以连接到最易损的区域，例如沿平台50的上游部分72，如图3所示防冰雹板70的位置。

在该实施例中，防冰雹板70与易脆边缘60邻接，并且对上游端56和下游端58两者来说，更接近上游端56，这样更容易受到外来物体冲撞而损坏的气流路径表面54的区域基本被防冰雹板70盖住。因此，防冰雹板70给气流路径表面54提供了耐冲撞性，而不会明显影响边缘60的易脆性。

防冰雹板70是金属包覆层，该金属包覆层形成的轮廓基本上与气流路径表面54的轮廓的至少一部分相吻合。在该实施例中，防冰雹板70由铝制成。但是可以理解的是，防冰雹板70也可以由其它材料制成。防冰雹板70的厚度是可选择的，从而可以提供理想的抗冲撞和抗腐蚀能力。例如，当防冰雹板70由铝制成时，防冰雹板70的厚度范围在大约0.010到0.030英寸之间，其中0.020英寸的厚度被认为是提供了重量、材料强度和材料成本之间的最佳平衡。

如上所述，风扇旋转速度和可能的外来物体轨迹被认为是确定了沿气流路径表面54的易损区域。防冰雹板70的尺寸使其延伸覆盖该易损区域。在该实施例中，一旦确定了气流路径表面54上防冰雹板70的位置，一块退火铝被冷压成型为具有被盖住的气流和后部表面54区域的轮廓。成型后，对这块金属防冰雹板70进行热处理和时效处理，从而可以提高材料强度。接下来，对防冰雹板70进行表面侵蚀处理，从而为粘合到平台50上做好准备，给防冰雹板70施加阳极处理层从而使防冰雹板70与平台50绝缘。将防冰雹板70与平台50绝缘可以防止平台50内碳纤维和防冰雹板70的铝之间的电化腐蚀作用，该电化腐蚀作用可以导致铝材料的侵蚀。

然后，使用防冰雹板70和平台50之间支承的薄膜粘合剂把受过阳极化处理的防冰雹板70粘合到平台50上，该薄膜粘合剂包括玻璃纤维网或纱罩层。纱罩层也可以将防冰雹板70的铝与平台50的碳纤维绝缘。另外，粘合剂中的纱罩层也可以保持一个期望的薄膜粘合剂厚度，从而将防冰雹板70固定到平台50上。在一个实施例中，薄膜粘合剂厚度在大约3到5密耳(毫英寸)。

因此，本发明提供的防冰雹板，可以以节省成本和可靠的方式给脆弱的风扇平台提供抗冲撞性。另外，在没有明显增加重量和减小平台边缘易脆性的同时，该防冰雹板可以提高耐冲撞性和抗侵蚀性。通过考虑风扇旋转和可能的外来物体轨迹，易损区域可用于确定防冰雹板的大小和防冰雹板的有利位置。因此，防冰雹板可以以节省成本和可靠的方式延长风扇组件的有效使用寿命。

前面已经详细描述了风扇平台和防冰雹板的实施例。防冰雹板并不限于具体实施例中所描述的那样，防冰雹板的每个方面可以像描述的那样独立使用和不与其它方面一起使用。每个方面也可以与其它风扇平台组件一起使用。如上所述的实施例在没有明显影响风扇平台边缘易脆性和明显增加重量的前提下，给复合的风扇平台提供了耐冲撞性。

尽管以各种具体实施例的方式描述了本发明，本领域技术人员可以认识到，可以在权利要求的精神实质和范围内对本发明进行各种改进。

部件列表

10燃气轮机发动机

12风扇组件

14低压压缩机

16高压压缩机

18燃烧器

20高压涡轮

22低压涡轮机

24第一轴

26第二轴

30风扇叶片

32转子轮盘

34转子轮盘上游侧

36转子轮盘下游侧

38转子轮盘径向外表面

40锥形机头罩

46 LP压缩机卷轴

50风扇平台

52风扇平台台体

54气流路径表面

56风扇平台上游端

58风扇平台下游端

60风扇平台易脆边缘

70防冰雹板

72风扇平台上游部分

Claims

1、一种燃气轮机发动机(10)的风扇平台(50)，该平台包括：

台体部分(52)；

连接到所述台体部分上的气流路径表面(54)，所述台体部分和所述气流路径表面限定出延伸穿过该燃气轮机发动机的气流路径的至少一部分；和

防冲击隔板(70)，其用于增强所述气流路径表面，所述防冲击隔板包括金属包覆层，该金属包覆层的轮廓与所述气流路径表面的一部分(72)的轮廓基本一致，所述防冲击隔板接合到所述气流路径表面上。

2、如权利要求1所述的风扇平台(50)，其特征在于，所述台体(52)和所述气流路径表面(54)由复合材料制成。

3、如权利要求2所述的风扇平台(50)，其特征在于，所述台体(52)和所述气流路径表面(54)由包括碳纤维的复合材料制成。

4、如权利要求1所述的风扇平台(50)，其特征在于，所述包覆金属包括铝。

5、如权利要求4所述的风扇平台(50)，其特征在于，所述包覆金属具有大约千分之二十英寸的厚度。

6、如权利要求1所述的风扇平台(50)，其特征在于，所述包覆金属包括阳极处理层。

7、如权利要求1所述的风扇平台(50)，其特征在于，所述包覆金属被侵蚀处理。

8、如权利要求1所述的风扇平台(50)，其特征在于，利用粘合剂将所述包覆金属粘合到所述气流路径表面(54)上。

9、一种燃气轮机发动机，其包括：

风扇(12)，该风扇包括多个沿周向间隔的风扇叶片(30)；和

风扇平台(50)，该风扇平台(50)在一对沿周向相邻的风扇叶片之间延伸，在两者之间限定出风扇气流路径，所述平台包括气流路径表面(54)，所述气流路径表面的一部分包括粘合到其上的一层包覆金属，所述包覆金属具有基本上与所述气流路径表面轮廓相一致的轮廓。

10、如权利要求9所述的燃气轮机发动机(10)，其特征在于，所述风扇平台(50)由复合材料制成，所述包覆金属包括铝。