CN1952410A - 燃气涡轮发动机的保护性内罩盖衬圈 - Google Patents

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Abstract

用在燃气涡轮发动机上的可分式罩盖系统具有一对环形罩盖，每一个环形罩盖都具有内腔，以形成一对内腔。所述一对内腔中的每一个都具有形成圆环的衬圈部件。所述一对腔中的一个内腔的衬圈部件对着所述一对内腔中的另一个腔的衬圈部件，从而形成衬圈部件对。所述的一对衬圈部件中的每一个都具有形成多个槽的互相邻接的表面，所述槽用于接收多个叶片内枢轴。

Description

燃气涡轮发动机的保护性内罩盖衬圈
声明是美国联邦政府赞助的研究或开发
本发明是由美国空军资助的F33615-99-D-2051-0010政府项目。政府拥有该发明的必然的权利。
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机的罩盖。特别地，本发明涉及燃气涡轮发动机的罩盖的内衬圈。更特别地，本发明涉及燃气涡轮发动机的罩盖内接收的内石墨碳衬圈，用以减少整个发动机的重量、制造成本和叶片枢轴的磨损。
背景技术
涡轮风扇发动机的工作环境和它的各种各样的组件都是令人非常难以忍受的。以正常运行速度工作时，其振动也是很大的。一些组件的工作温度也是非常高的。发动机由于振动和高温而经受磨损的许多组件中的一个是可变叶片的内枢轴。
当前，枢轴被嵌入在一个碳钢的可分式衬套中。可分式衬套被固定在一个碳钢的可分式内罩盖之间。在磨损期间，碳钢衬套和碳钢开口衬圈互相抵靠着振动，引起在衬套内嵌入的叶片的内径枢轴产生相当大的磨损。枢轴的磨损降低了枢轴的寿命周期，由于整个叶片的更换/整修，又增加了维护时间和维护费用。
因此，需要一种罩盖，可以容纳保护性石墨碳衬圈来固定叶片枢轴，所以减少了枢轴的更换/整修费用、整个发动机的重量、占有和维护的费用。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有较轻重量的发动机罩盖。
本发明的另一个目的是提供一种由钛材料制造的一个可分式发动机罩盖。
本发明的另一个目的是提供一种具有石墨材料的磨损表面的发动机罩盖。
本发明的另一个目的是提供一种能容纳内部石墨衬圈的钛罩盖。
本发明的另一个目的是提供一种在叶片枢轴外不需更可分式碳钢衬套的钛罩盖。
本发明的另一个目的是减少叶片枢轴维修的维护费用。
本发明的另一个目的是提供一种在磨损表面不需要较硬敷层的叶片枢轴。
本发明的另一个目的是提供一种具有能在高温下使用的磨损表面的发动机罩盖。
本发明的另一个目的是提供一种容易再利用或者更换的石墨衬圈。
本发明的另一个目的是提供一种能提高叶片寿命的发动机罩盖。
本发明提供一种可分式发动机罩盖系统，其具有一对环形罩盖，所述环形罩盖的每一个都包含一个内腔，从而形成一时相对的腔，由此，本发明获得了上述这些以及其它的目的和优点。本发明还提拱容纳在所述一对腔中的一个内的一对衬圈，和容纳在另一个腔中的另一对衬圈。每对衬圈都有所述形成一些槽的互相接触的面。
可分式发动机罩盖系统具有一对环形罩盖，每个罩盖都有一个内腔，从而形成一对内腔。所述一对腔中的每一个都有形成圆环的衬圈段。所述一对腔中的一个腔的衬圈段对着所述一对腔中的另一个腔的衬圈段，从而形成衬圈段对。所述的一对衬圈段中的每一个都具有形成有一些槽的互相邻接的表面。衬圈部分和这些槽承受由于发动机的飞行工作条件而由枢轴引起的磨损。
附图说明
图1是本发明的涡轮风扇发动机的部分剖视图；
图2是图1的涡轮风扇发动机的罩盖和叶片的部分剖视图，特别是显示了本发明的第4、第5、第6级；
图3是涡轮风扇发动机的局部剪切透视图，显示了图1的发动机的罩盖和叶片；
图4是现有技术的罩盖、叶片和衬套结构的分解透视图；
图5是本发明的罩盖、石墨衬圈和叶片的分解透视图；
图6是本发明的具有石墨衬圈的罩盖的截面图；
图7是本发明的具有石墨衬圈的罩盖的局部透视图。
具体实施方式
参看附图，尤其是图1，图中显示了给飞行期间的飞机提供动力或给发电机提供动力的轴流式燃气涡轮发动机10。发动机10通常包括沿串行流体连通的风扇模件15、高压压缩机20、燃烧室25、高压涡轮30和低压涡轮35。燃烧室25产生燃烧气，所述燃烧气被连续引导到高压涡轮30中，并在其中膨胀以驱动高压涡轮30，然后进入低压涡轮35中，并在其中进一步膨胀以驱动低压涡轮35。高压涡轮30通过第一转子轴40可驱动地连接到高压压缩机20上，低压涡轮35通过第二转子轴45可驱动地连接到风扇模件15上。
参看图2、3，高压压缩机20通常包括一系列可变级55、60、65和固定的定子叶片级，它们在压缩过程中引导气流为燃气涡轮发动机10和飞机使用。每个级55、60、65的环形尺寸逐渐变小，便于压缩用在接下来的发动机级的空气。压缩机级55或者第4级由多个周向布置的悬臂状的入口导向叶片70形成。压缩机20的每个级都包括位于压缩机20的压缩机壳75和叶片罩盖80之间的一组环形布置的叶片70。罩盖80提供了高压压缩机20的空气动力学流动边界。罩盖80包括多个罩盖段85，罩盖段85环绕压缩机20的整个内环延伸，从而保持所述级55、60、65的所有叶片70。
参看图4的现有技术，叶片90在它的最靠近发动机内部的端部包括内枢轴95。内枢轴95由非常硬的材料如回火钢制成，内枢轴通常具有硬的敷层。内枢轴95用于将叶片90保持在内叶片罩盖100中，同时使叶片90绕枢轴95旋转。内叶片罩盖100有两个相同的部分，它们都由一种材料如碳钢制成。在内枢轴95被放置并被保持在内叶片罩盖100内之前，可分式衬套105包住内枢轴95。可分式衬套105由材料例如碳钢制成。同样地，一外衬套(图中未示出)被用于将叶片保持在压缩机壳75内。螺栓120和螺母125在轴向固定罩盖100的一部分。
在发动机10工作期间，与高压压缩机20的运行有关的恒定的空气动力压力朝着定子壳体对内罩盖加载。而且，衬套105和内枢轴95之间的振动产生了很大的压力和摩擦力。在接触部分的互相对着的表面之间产生高温，从而引起磨损和氧化。
参看有关本发明的图5至图7，叶片130有被嵌入到可分式罩盖或者衬圈140中的不带衬套的内枢轴135。枢轴135优选地由高强度的轻质材料例如钛制成。枢轴135具有外轴承表面145。衬圈140优选地由例如石墨碳的材料制成，它具有两个相同的、由多个部件150a和150b构成的组件。部件150a具有相反的表面155a和155b，部件150b具有相反的表面160a和160b。在部件150a和150b被完全装配好后，表面155b和160b形成了多个槽158。罩盖165具有多个包括两部分170a和170b在内的组件。罩盖部分170a接收衬圈部件150a，罩盖部分170b接收衬圈段150b。罩盖部分170a形成了腔185a，罩盖部分170b形成了腔185b。衬圈140的部件150a和150b均摩擦安装到腔185a和185b中。一系列螺栓175和螺母180将罩盖部分和衬圈部件固定在一起。
在使用过程中，枢轴表面145与衬圈表面155b和160b发生相互作用。在这些表面之间产生强烈的压力而加剧磨损，磨损被石墨碳衬圈吸收而不是被叶片枢轴吸收。石墨碳衬圈为叶片提供保护。衬圈140的石墨碳材料可以承受工作温度而不发生氧化。此外，由于石墨碳材料是自润滑的，枢轴表面145的磨损就被减少或排除。而且，石墨碳材料的自润滑性质不需要在枢轴表面145上施加硬的敷层介质。
石墨碳衬圈140也可以被沿圆周方向调换位置或者轴向翻转和再利用。衬圈140是比较大的元件，可以在适宜的机器上被容易地机械加工或铣削加工，而不损害它的功能。与此相反，由石墨碳制成的衬套105不能被精确地或者经济地机械加工，因为它的形状复杂、尺寸小，且需要分裂开。
通过使用石墨碳衬圈140，叶片枢轴将会减少磨损。另外，衬圈140具有延长的使用寿命，因为两个衬圈部件150a和150b的每一个都能被分别翻转并重新插入到相对的罩盖部分170b或者170a中，以使表面155b和160b相对。这样，内衬圈部件150a和150b可以被再次插入到相对的罩盖部分，以使以前的机械加工面155b和160b仍被暴露。随着翻转后的重新插入，在第一段时间内没有磨损的相对表面侧将在第二段工作时间内使用，这样进一步延长了衬圈的使用寿命。换句话说，以前的没有被机械加工的和没有被暴露的表面155a和160a可以被暴露和机械加工而使用。
工作过程中，衬圈表面155b和160b为枢轴表面145提供润滑。石墨碳衬圈140会减少叶片枢轴磨损，因此，在第一段时间后，只需要对枢轴进行较少的维修。
罩盖165被机械加工成具有接收衬圈140的内腔185a和185b。罩盖165可以由例如碳钢的材料制造，优选例如钛的高强度轻质材料。通过使用例如钛的材料来制造罩盖，整个发动机的重量大大地减少了。而且，较低的重量将会减少相互接触的表面的磨损程度。
参考一个或者多个示例性实施例已对本发明的内容进行了描述，应该理解地是，本领域技术人员不脱离本发明的范围可以做各种改变和组件的等同替换。此外，可以根据本公开的教导做一些修正以适应特殊的情况或材料，而不脱离本发明的范围。所以，本发明不局限于作为实施本发明的最佳方式而公开的特定实施例，相反，它包括落在本发明的权利要求的范围之内的所有实施例。

Claims (17)

1、一种用于燃气涡轮发动机的可分式罩盖系统，包括：
一对环形罩盖，每一个所述的环形罩盖都包含有内腔，从而形成一对相对的腔；以及
一对衬圈，所述一对衬圈中的一个被包含在所述一对内腔的一个中，所述一对衬圈中的另一个被包含在所述一对内腔的另一个中，
其特征在于，所述的一对衬圈的每一个都包括形成多个槽的互相接触的表面。
2、如权利要求1所述的可分式发动机罩盖系统，其特征在于，所述的一对衬圈中的每一个都包括多个部件，所述的一对罩盖的每一个都包括多个段。
3、如权利要求1所述的可分式发动机罩盖系统，其特征在于，每一个所述的多个槽都具有环形横截面。
4、如权利要求2所述的可分式发动机罩盖系统，其特征在于，每一个所述的多个槽的尺寸都限定为能够容纳涡轮风扇叶片的内径枢轴。
5、如权利要求1所述的可分式发动机罩盖系统，其特征在于，所述的一对衬圈中的每一个都是由石墨碳材料制造的。
6、如权利要求1所述的可分式发动机罩盖系统，其特征在于，所述的一对环形罩盖是由硬化钢材料制造的。
7、如权利要求1所述的可分式发动机罩盖系统，其特征在于，所述的一对环形罩盖中的每一个都是由钛材料制造的。
8、如权利要求1所述的可分式发动机罩盖系统，其特征在于，所述的一对衬圈中的每一个都是被压配合到所述的罩盖腔里。
9、如权利要求2所述的可分式发动机罩盖系统，其特征在于，所述的多个衬圈部件中的每一个都可以被移走，并被重新插入到所述一对腔中的另一个中。
10、一种用于燃气涡轮发动机的可分式罩盖系统，包括：
一对环形罩盖；所述一对罩盖中的每一个都有内腔，从而形成一对内腔；以及
所述一对内腔中的每一个都有形成圆环的衬圈部件；所述的一对腔中的一个的所述衬圈部件对着所述的一对腔中的另一个的衬圈部件，从而形成衬圈对；所述的一对衬圈部件中的每一个都具有形成多个槽的互相邻接的表面，所述槽用于接收叶片枢轴，
其中，所述的衬圈部件和所述的多个槽承受在发动机的飞行工作过程中由所述枢轴引起的磨损。
11、如权利要求10所述的可分式发动机罩盖系统，其特征在于，每一个所述的多个槽都具有环形横截面。
12、如权利要求10所述的可分式发动机罩盖系统，其特征在于，每一个所述的多个槽的尺寸都限定为容纳涡轮风扇叶片的内径枢轴。
13、如权利要求10所述的可分式发动机罩盖系统，其特征在于，所述的一对衬圈部件中的每一个都是由石墨碳材料制造的。
14、如权利要求10所述的可分式发动机罩盖系统，其特征在于，所述的一对环形罩盖是由硬化钢材料制造的。
15、如权利要求10所述的可分式发动机罩盖系统，其特征在于，所述的一对环形罩盖是由钛材料制造的。
16、如权利要求10所述的可分式发动机罩盖系统，其特征在于，所述的一对衬圈部件中的每一个都是被压配合到所述的罩盖腔里。
17、如权利要求10所述的可分式发动机罩盖系统，其特征在于，所述的多个衬圈部件的每一个都可以被移走，并被重新插入到所述的一对内腔中的另一个中。
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