CN1760510A - 用于装配燃气涡轮发动机的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机(10)的可变叶片组件(62)，包括一个有一可变叶片(66)的壳体(65)，叶片(66)包括一径向内芯轴(90)和一径向外芯轴(70)。该径向内外芯轴的构型做成可以将叶片转动地联接在燃气涡轮发动机内，该径向内芯轴包括一个由其外表面限定的第一横截面形状。该组件包括一个内覆环(52)，后者包括一径向外表面(102)、径向内表面(104)和至少一个延伸在径向内外表面之间的孔(94)，该径向内芯轴的尺寸做成可插入通过该孔，以便将该可变叶片可以转动地联接在该内覆环上，该孔由一内壁(115)限定并有一不同于内芯轴的第一横截面轮廓的第二横截面轮廓。

Description

用于装配燃气涡轮发动机的方法和设备
发明领域
本发明总的涉及燃气涡轮发动机，尤其涉及与燃气涡轮发动机一起使用的可变定子叶片组件。
背景技术
至少一些已知的燃气涡轮发动机包括一个核心发动机，该核心发动机在串联的气流装置中有一个风扇组件和一个压缩进入发动机的空气流的高压压缩机、一个燃烧燃料和空气的混合物的燃烧器以及低压和高压涡轮机，后两者每个包括多个从流出燃烧器的空气流中提取转动能量的转子叶片。至少一些已知的转子组件(如高压压缩机)包括多排沿圆周间隔的转子叶片，其中相邻的各排转子叶片由各排可变的定子叶片(VSV)组件间隔。更具体地说，多个可变定子叶片组件固定在围绕该转子组件而伸出的壳体上，而且其中每排VSV组件包括多个沿圆周间隔的可变定子叶片。每排定子叶片相对于转子叶片的取向是可变的，以控制通过该转子组件的空气流。
至少一种已知的可变的定子叶片组件包括一个凸耳衬套，后者部分地安置在一个可变叶片的一部分的周围，使得该可变叶片通过该凸耳衬套而伸出。每个可变叶片沿径向联接在该壳体和内覆环之间，使得该凸耳衬套在该壳体和一从该叶片伸出的径向外芯轴之间伸出，并使得一个内衬套在该内覆环和一从该叶片伸出的径向内芯轴之间伸出。更具体地说，相对于该可变叶片的径向内侧，该内覆环是由多个圆柱形销保持在VSV上的，这些销通过一个在该内覆环中形成的相应的孔而伸入一个沿该径向内芯轴和内衬套形成的圆筒形槽。因此，在每个销和每个叶片之间建立了线对线的接触，这样，为了防止内覆环相对于联接于其上的可变叶片而转动，每个覆环必须使用两个销。
随着时间的推移，因为在每个销和每个可变叶片之间只限定线对线的密封，所以这些销和可变叶片之间的磨损可以造成在VSV组件中发展的可能的燃气泄漏路径。此种漏气可能由于因高速高温空气导致的氧化和腐蚀而引起衬套故障。其次，一旦衬套故障，经过可变叶片的漏气会增加，这导致一种相应的转子性能损失。此外，该衬套的损失使叶片和壳体和/或内覆环之间能够接触，这可能导致磨损和增加发动机大修的费用。
发明概要
在一个方面，本发明提供一种用于装配燃气涡轮发动机用的可变叶片组件的方法，该发动机包括一壳体和一内覆环。该方法包括提供至少一个可变叶片并将该可变叶片沿径向联接在该壳体和内衬套之间，而该可变叶片包括一个具有一基本上圆形的横截面形状的径向内芯轴，使得该径向内芯轴可以转动地联接在一个通过该内覆环而延伸的孔中，其中该孔有一个非圆形的横截面轮廓。
在另一方面，本发明提供一种包括一壳体的燃气涡轮发动机的可变叶片组件。该可变叶片组件包括一可变叶片和一内覆环。该可变叶片包括一径向内芯轴和一径向外芯轴。该径向内外芯轴的构型做成可转动地联接燃气涡轮发动机内的叶片。该径向内芯轴包括一个由其外表面限定的第一横截面形状。该内覆环包括一径向外表面、一径向内表面和至少一个延伸在其间的孔。该径向内芯轴的尺寸做成可以插入通过该孔，以便将该可变叶片可转动地联接在该内覆环上。该孔由一内壁限定，并有一个不同于内芯轴的第一横截面轮廓的第二横截面轮廓。
在又一方面，本发明提供一种燃气涡轮发动机。该发动机包括一转子、一壳体和一可变叶片组件。该转子包括一个转子轴和多排转子叶片。该壳体围绕该多排转子叶片用的每一排。该可变叶片组件包括至少一排圆周间隔的可变叶片和一个保持器组件。该至少一排可变叶片可转动地联接在该壳体上并在该多排转子叶片的相邻两排之间伸出。每个可变叶片包括一径向内芯轴，其构型做成可转动地联接到该燃气涡轮发动机内的一个内覆环上。每个径向内芯轴有一由其外表面限定的第一横截面形状。该覆环包括一径向外表面、一径向内表面和至少一个延伸在其间的孔。该覆环的孔由一内壁限定并有一不同于每个所述内芯轴的第一横截面形状的第二横截面形状。
附图简述
图1是一种燃气涡轮发动机的示意图；
图2是一种示范的燃气涡轮发动机转子组件的部分示意图；
图3是图2中所示的可变定子叶片组件的一部分的放大分解图；
图4是与图3中所示的可变叶片组件一起使用的一个内覆环的一部分的放大透视图；以及
图5是与图3中所示的可变叶片组件一起使用的一个衬套的平面图。
发明详述
图1是燃气涡轮发动机10的示意图，包括低压压缩机12、高压压缩机14和燃烧器16。发动机10还包括高压涡轮机18和低压涡轮机20。压缩机12和涡轮机20由第一轴24联接，而压缩机14和涡轮机18由第二轴26联接。在一个实施例中，该燃气涡轮发动机是可从美国俄亥俄州辛辛那提市的通用电气公司买到的CF6型。
在逆转中，空气流过低压压缩机12，而压缩空气从低压压缩机12供向高压压缩机14。高度压缩的空气输往燃烧器16。从燃烧器16来的空气流在进入燃气涡轮发动机10之前驱动涡轮机18和20。
图2是燃气涡轮发动机转子组件30的部分放大示意图。图3是与转子组件30一起使用的一个可变定子叶片组件62的一部分的放大分解图。图4是与可变叶片组件62一起使用的一个内覆环52的一部分的放大透视图。图5是与可变叶片组件62一起使用的衬套54的平面图。转子组件30包括多级，每一级包括一排转子叶片60和一排可变定子叶片(VSV)组件62。在该示范实施例中，转子叶片60由转子盘64支承并联接到转子轴26上。转子轴26由壳体65转绕，壳体65沿压缩机14周围的圆周伸出并支承可变定子叶片组件62。
每个可变定子叶片组件62包括一可变叶片66，后者包括一个径向外叶片杆或芯轴70，该芯轴70从一叶片平台72基本上垂直地伸出。更具体地说，每个叶片平台72延伸在一相应的可变叶片66和芯轴70之间。每个芯轴70通过一个在壳体65中限定的相应的孔74而伸出，使每个可变叶片66能够可以转动地联接在壳体65上。壳体65包括多个孔74。杆臂80从每个可变叶片66伸出并被用于选择地转动可变叶片66，以便改变叶片66相对于通过压缩机14的气流路径的取向，以便于增加对通过压缩机14的空气流的控制。
每个可变定子叶片66还包括一个径向内叶片杆或芯轴90，该芯轴90从一沿径向向内的叶片平台92基本上垂直地伸出。在该示范实施例中，每个芯轴90为圆筒形，并有一基本上圆筒形的横截面轮廓。更具体地说，叶片平台92延伸在可变叶片66和芯轴90之间，并有一外径D1，后者大于每个径向内芯轴90的外径D2。如下面更详细地描述的，每个芯轴90通过一个在一内覆环组件96中限定的孔94而伸出。
在该示例性实施例中，覆环组件96是由多个拱形的覆环部分52组成的，这些部分52紧靠在一起，使得覆环组件96在发动机10内基本上沿圆周延伸。在另一实施例中，覆环96由一环形覆环部件形成。每个覆环部分52包括多个沿圆周间隔的杆孔94，后者在覆环部分52的径向外表面102和径向内表面104之间沿径向通过覆环部分52而延伸。
在该示例性实施例中，每个覆环部分杆孔94包括一个外凹进部分112、一个内凹进部分110和一个在两者之间延伸的芯轴主体部分114。内凹进部分110的尺寸是这样的，使得当叶片66可转动地联接在孔94中时，芯轴90至少部分地通过孔94而伸出，而每个叶片平台92的径向外表面116基本上与覆环部分的径向外表面102齐平。因此，凹进部分110有一与平台92的横截面轮廓基本上相似的横截面轮廓，因而，在该示范实施例中，凹进部分110有一基本上圆形的横截面轮廓。因此，在该示范实施例中，凹进部分110的直径D3稍许大于叶片平台的直径D1。
在该示例性实施例中，外凹进部分112延伸在每个覆环部分52的对置的两端117之间。因此，当覆环96完全装配好时，外凹进部分112基本上在覆环组件96内沿圆周延伸。在该示范实施例中，外凹进部分112由一对在两端117之间穿过覆环部分52而延伸的对置的侧壁118作为边界，使得一个大体上矩形的通道通过覆环部分52而延伸。
开孔的芯轴主体部分114延伸在凹进部分110和112之间，其尺寸可容纳通过其间的芯轴90。更具体地说，在该示范实施例中，开孔部分114有一基本上正方形的宽度为W的横截面积。宽度W是相对于内侧壁115而测量的，它比芯轴外径D2宽而比凹进的孔径D3窄。而且，开孔部分宽度W也比外凹进部分112的相应宽度W2窄。
外凹进部分112的尺寸做成能在其中容纳衬套54的一部分，使得衬套54在孔94内基本上同心地对准并相对于芯轴90对准。更具体地说，当可变的叶片66固定在内覆环组件96上时，如下面更详细地描述的，衬套54的至少一部分在芯轴90周围画圆并在芯轴90和开孔的侧壁115之间延伸。更具体地说，衬轴54包括一个柄部分130和一个帽部分132。柄部分130是由基本上从帽部分132垂直伸出的环状侧壁133形成的。在另一个实施例中，柄部分侧壁133是由多个壁部分形成的。在又一个实施例中，侧壁133从帽部分132倾斜伸出。
在该示例性实施例中，衬套54用金属材料制成，而每个覆环部分52用具有相当低的磨损和摩擦性能好的耐磨损材料制成。例如，在一个实施例中，衬套54用(但不限于)金属材料或聚酰亚胺材料如(但不限于)维斯佩尔(Vespel)制成。
衬套柄部分130是空心的并包括一个通过柄部分130和帽部分132而延伸的孔136。在该示范实施例中，孔136基本上为圆形并有一相对于侧壁133测量的直径D4。孔直径D4大于芯轴外径D2，因此，孔136的尺寸做成其中可装入芯轴90的至少一部分。
柄部分的侧壁133的外表面140限定一个供柄部分130用的基本上正方形的横截面轮廓。更具体地说，柄部分130有一宽度W3，W3稍许小于开孔的芯轴主体部分的宽度W。因此，柄部分130的尺寸做成能可以滑动地接合在覆环的孔94中。而且，因为柄部分130有一个由表面140限定的外横截面轮廓，而该轮廓类似于由开孔的芯轴主体部分114的表面限定的外横截面轮廓，所以孔94的横截面形状和覆环开孔侧壁115使衬套54相对于覆环组件96和相对于可变叶片组件62取向。而且，如下面更详细地描述的，柄部分130的横截面形状和孔94的横截面形状的组合便于防止衬套54在孔94中的和相对于覆环组件96的移动。
在该示例性实施例中，衬套的帽部分132有一基本上圆形的横截面轮廓并具有直径D5。衬套帽的直径D5比凹进部分112的宽度W2窄。因此，当衬套54联接在覆环组件96上时，柄部分130装入覆环孔94中，而帽132入凹进部分112中，使得衬套的帽部分132的外表面140基本上与覆环的内表面104齐平。更具体地说，当衬套54联接在覆环部分52上时，柄部分130围绕芯轴90而在芯轴90和开孔侧壁115之间沿圆周延伸。
在该示范实施例中，定子叶片组件62包括一基本上圆筒形的耐磨套筒150。在另一实施例中，定子叶片组件62并不包括耐磨套筒150。耐磨套筒150是空心的，包括一个在其中延伸的孔152。孔152有一相对于套筒150的内表面154测量的直径D6，D6大于芯轴外径D2。而且，套筒150有一相对于套筒150的外表面156测量的外径D7，外径D7小于衬套孔径D4。因此，当套筒150插入覆环孔94中时，耐磨套筒150沿圆周围绕芯轴90而伸出，并位于衬套柄部分130和芯轴90之间，而柄部分130沿圆周围绕芯轴90而在芯轴90和开孔侧壁115之间伸出。
在装配叶片组件62期间，耐磨套筒150原先可以滑动地联接在芯轴90上，而可变叶片的径向内芯轴90然后从覆环部分52的径向外侧170通过相应的覆环部分杆孔94向着覆环部分52的径向内侧172插入。当位于孔94中时，叶片平台92可以转动地联接在开孔的凹进部分110内，使得平台的径向外表面116基本上与覆环的径向外表面102齐平。
然后衬套54从覆环部分的径向内侧172插入同一部分的孔94，使得衬套柄部分130延伸在叶片芯轴90周围而在芯轴90和覆环部分开口侧壁115之间。更具体地说，当衬套54完全插入孔94中时，衬套主体柄部分130在芯轴90周围划圈，而衬套帽部分132装入凹进部分112中。而且，当完全位于孔94中时，衬套54相对于覆环孔94和芯轴90基本上同心地对准。
在运转期间，覆环孔94的横截面形状阻止衬套54的转动，更具体地说，阻止衬套柄部分130在孔94内转动。因此，作用在覆环组件96上的压力被诱导到衬套54上和耐磨套管150上，以致于封套柄部分侧壁133的平面外表面140上，使得便于衬套54和每个覆环部分52之间的相对运动最小化。因此，衬套54和/或耐磨套管150便于延长可变叶片组件62的使用寿命。而且，通常，如果相对运动确实发生，那么套筒150提供额外的屏蔽而便于对叶片组件62防止磨损。结果，将有利于减少发动机的大修费用。
上述可变的叶片组件是成本效益好和高度可靠的。该VSV组件包括一个可变的叶片，后者包括一个装入一方形孔内的圆形芯轴。一个有一方形外形的衬套插入覆环的孔中，使得该芯轴被装入衬套中形成的圆孔内。因此，减少了在覆环和叶片之间产生的磨损。结果，该衬套和/或耐磨套管有利于以成本-效益好而可靠的方式延伸了VSV组件的使用寿命。
上面详细描述了VSV组件的示范实施例。这些系统并不限于此处描述的特定实施例，相反，可以与此处描述的其它部件无关而独立地使用每个组件的部件。每个衬套和/或覆环部件也可与其它VSV部件和VSV部件的其它构型组合使用。
虽然已按照各种特定实施例描述了本发明，但该技术的专业人员将认识到，本发明可以在权利要求书的范围和精神内通过修改来实施。
部件清单
10  燃气涡轮发动机
12  低压压缩机
14  高压压缩机
16  燃烧器
18  高压涡轮机
20  低压涡轮机
24  第一轴
26  第二轴
30  发动机转子组件
52  内覆环
54  衬套
60  转子叶片
62  可变叶片组件
64  转子盘
65  壳体
66  可变叶片
70  芯轴
72  叶片平台
74  孔
80  杆臂
90  芯轴
92  叶片平台
D1外径
D2外径
96  内覆环组件
102 外表面
104 内表面
110 内凹进部分
112 外凹进部分
114 芯轴主体部分
115 内侧壁
116  径向外表面
D3  直径
117  圆周形端部
W    开孔部分宽度
130  柄部分
132  帽部分
133  环形侧壁
136  孔
D4  直径
140  外表面
W5  宽度
D5  直径
W2  宽度
150  耐磨套筒
152  孔
D6  直径
154  内表面
D7  外径
156  外表面
170  外侧
172  内侧

Claims (10)

1.一种包括一个壳体(65)的燃气涡轮发动机(10)的可变叶片组件(62)，所述可变叶片组件包括：
一个包括一径向内芯轴(90)和一径向外芯轴(70)的可变叶片(66)，所述径向内、外芯轴的构型做成将所述叶片可转动地联接在该燃气涡轮发动机内，所述径向内芯轴包括一个由其外表面限定的第一横截面形状；以及
一个内覆环(52)，包括一个径向外表面(102)、一个径向内表面(104)和至少一个延伸在所述径向内外表面之间的孔(94)，所述径向内芯轴的尺寸做成能通过所述孔插入，以便将所述叶片可转动地联接在所述内覆环上，所述孔由一个内壁(115)限定，并有一个不同于所述内芯轴第一横截面轮廓的第二横截面轮廓。
2.一种按照权利要求1所述的可变叶片组件(62)，其特征在于，还包括一个衬套(54)，其尺寸做成插入所述内覆环孔(94)内，使得所述衬套在所述孔内围绕所述径向内芯轴(90)沿圆周伸出。
3.一种按照权利要求2所述的可变叶片组件(62)，其特征在于，所述衬套(54)的构型做成便于减少所述可变叶片(66)的磨损。
4.一种按照权利要求2所述的可变叶片组件(62)，其特征在于，所述衬套(54)包括一外表面(140)、一内表面和一在其间延伸的孔(136)，所述孔由所述衬套内表面限定，并有一个不同于所述衬套的由所述衬套外表面限定的横截面形状的横截面形状。
5.一种按照权利要求4所述的可变叶片组件(62)，其特征在于，所述衬套的第二横截面形状基本上相似于所述内覆环孔的第二横截面轮廓的形状，使得所述衬套(54)可以滑动地接合在所述内覆环孔(94)中。
6.一种按照权利要求4所述的可变叶片组件(62)，其特征在于，所述衬套孔的第一横截面形状基本上相似于所述内芯轴的第一横截面轮廓的形状。
7.一种按照权利要求2所述的可变叶片组件(62)，其特征在于，还包括一个可以滑动地接合在所述径向内芯轴(90)上并围绕芯轴(90)沿圆周伸出的圆筒形耐磨套管(150)。
8.一种按照权利要求7所述的可变叶片组件(62)，其特征在于，所述耐磨套管(150)是空心的并有一个小于所述衬套孔(136)的直径(D4)的外径(D7)和一个大于所述径向内芯轴(90)的直径(D2)的内径(D6)。
9.一种燃气涡轮发动机(10)，包括：
一个转子(30)，包括一转子轴(26)和多排转子叶片(60)；
一个围绕所述各多排转子叶片壳体(65)；以及
一个可变叶片组件(66)，包括至少一排沿圆周间隔的可变叶片(66)和一个保持组件(96)，所述至少一排可变叶片可转动地联接在所述壳体上并延伸在所述多排转子叶片中的邻近的两排叶片之间，每个所述可变叶片包括一个径向内芯轴(90)，其构型做成可转动地联接在所述燃气涡轮发动机内的一个内覆环(52)上，每个所述径向内芯轴包括一个由所述径向内芯轴的外表面限定的第一横截面形状，所述覆环包括一个径向外表面(102)、一个径向内表面(104)和至少一个延伸在其间的孔(94)，所述孔由一内壁(115)限定并有一不同于各所述内芯轴的第一横截面形状的第二横截面形状。
10.一种按照权利要求9所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述内覆环(52)在所述多排转子叶片(60)中的每相邻两排叶片之间基本上沿圆周伸出，所述可变叶片组件(66)还包括一个衬套(54)，其尺寸做成可插入所述内覆环的孔(94)中，以便于减少所述可变叶片(66)的磨损，所述衬套在所述内覆环孔中围绕所述径向内芯轴沿圆周伸出。
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