CN212803722U - 风扇盘、叶盘、叶盘系统及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一个目的在于提供一种风扇盘，能够实现对现有燃气轮机结构的简化。本实用新型的另一个目的在于提供一种叶盘，其具有前述风扇盘。本实用新型的又一目的在于提供一种叶盘系统，其具有前述叶盘。本实用新型的又一目的在于提供一种燃气轮机，其具有前述叶盘系统。为实现前述一个目的的风扇盘，具有风扇盘本体，风扇盘本体具有内周壁面以及外周壁面，内周壁面在风扇盘的轴向方向上具有第一段以及第二段，第一段在风扇盘径向方向上的厚度小于第二段在径向方向上的厚度；其中，第一段中设置有配合部。

Description

风扇盘、叶盘、叶盘系统及燃气轮机

技术领域

本实用新型涉及一种风扇盘、叶盘、叶盘系统及燃气轮机。

背景技术

目前，航空发动机风扇叶片采用复合材料已经成为主流发展趋势，随着发动机涵道比的增加，叶片尺寸也在不断增大，叶片强度和可靠性问题已经成为不可回避的关键技术难题之一。同时，在大推力高涵道比涡扇发动机中，风扇均由低压涡轮直接驱动，一般在风扇转子后还装有3-5级增压级(有时也称低压压气机)，以增加发动机的总压比及内涵的空气流量。但这种设计存在先天的缺陷，即增压级、低压涡轮均未在它们的最佳转速下工作，使得发动机级数增多，这是因为高涵道比涡轮风扇发动机的风扇直径很大，受叶尖切线速度限制，风扇转子只能工作于较低转速下。由于风扇(加上增压级)是由低压涡轮直接驱动的，增压级、低压涡轮的转速大大低于它们的最佳工作转速；为达到发动机总体设计要求，只得增加增压级及低压涡轮的级数。因此，GTF发动机应运而生。

GTF发动机在双轴涡扇发动机的低压压气机和风扇之间引入一个行星减速齿轮机构，齿轮系统采用柔性连接，使得风扇、低压压气机和低压涡轮可同时工作在相对理想的转速下，从而减少低压压气机和涡轮的级数，降低发动机的噪声，也降低了发动机的油耗。减少的部件正好可以抵消增加减速齿轮机构带来的重量。驱动齿轮系统需要传递大的动力，还要有低质量和高可靠性。GTF发动机的维护成本预计可以节省40％。由于减速器采用了大量高速大负荷齿轮与轴承，其工作条件恶劣，需要在高的输入转速、高的传动功率下安全、可靠地工作，在现有技术条件下，是非常难做到的。即使传动效率达到了，那么产生的热量也是非常多的，这对于润滑、冷却、齿轮箱扭曲控制技术等方面的要求是非常高的，技术要有所突破，使减速齿轮箱满足轻质、高效和高可靠性的设计要求。

发明人发现，现有的齿轮驱动风扇(GTF)发动机一般需要一个减速箱，减速箱置于风扇和增压级之间，致使发动机轴向尺寸变长、结构复杂。虽然国外已经开始应用，但问题比较多。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种风扇盘，能够实现对现有燃气轮机结构的简化。

本实用新型的另一个目的在于提供一种叶盘，其具有前述风扇盘。

本实用新型的又一目的在于提供一种叶盘系统，其具有前述叶盘。

本实用新型的又一目的在于提供一种燃气轮机，其具有前述叶盘系统。

为实现前述一个目的的风扇盘，具有风扇盘本体，所述风扇盘本体具有内周壁面以及外周壁面，所述内周壁面在所述风扇盘的轴向方向上具有第一段以及第二段，所述第一段在所述风扇盘径向方向上的厚度小于所述第二段在所述径向方向上的厚度；

其中，所述第一段中设置有配合部。

为实现前述另一目的的叶盘，所述风扇盘为如前所述的风扇盘。

在一个或多个实施方式中，所述风扇盘本体的外周壁面设置有燕尾槽，所述风扇叶片具有与所述燕尾槽相配合的榫头，所述风扇叶片通过所述榫头与所述风扇盘本体的燕尾槽配合连接。

在一个或多个实施方式中，所述叶盘为整体叶盘，所述风扇叶片与所述风扇盘为一体件。

为实现前述另一目的的叶盘系统，用于燃气轮机，其特征在于，包括如前所述的叶盘以及用于驱动所述叶盘的叶盘驱动组件，所述叶盘驱动组件包括：

转接轴，一端与燃气轮机的低压转子传动连接；

行星轮机构，包括太阳轮以及沿周向环绕所述太阳轮设置的行星轮，所述太阳轮与所述转接轴的另一端传动连接，所述行星轮传动连接所述太阳轮以及所述第一段的所述配合部；

其中，所述风扇盘的所述第二段由轴承支撑于所述转接轴上，所述轴承相对所述行星轮机构更靠近所述转接轴的所述一端。

在一个或多个实施方式中，所述配合部为花键结构。

在一个或多个实施方式中，所述叶盘系统还包括行星轮机匣，所述行星轮支撑连接于所述行星轮机匣上。

在一个或多个实施方式中，所述转接轴具有第一轴肩以及第一螺纹连接部，所述风扇盘的所述第二段具有第二轴肩以及第二螺纹连接部，所述轴承由所述第一轴肩以及所述第二轴肩配合限位，并通过安装于所述第一螺纹连接部的第一螺母以及安装于所述第二螺纹连接部的第一螺母配合固定。

为实现前述又一目的的燃气轮机，具有如前所述的叶盘系统。

在一个或多个实施方式中，所述燃气轮机中具有处理机匣，所述行星轮机构安装于所述处理机匣中。

本实用新型的进步效果包括以下之一或组合：

1)通过在风扇盘中直接设置能够与行星轮传动配合的配合部，使得风扇盘由行星轮机构之间变速后驱动，从而简化了发动机结构，降低了发动机的轴向尺寸，减少了发动机的级数，提高发动机工作效率。

2)风扇独立支承，风扇转速可根据需要进行调节，避免转子间相互干扰。

3)设置处理机匣防外物打伤风扇叶片、防护发动机。

4)风扇叶片连接结构简化，燕尾槽叶片便于安装。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1示出了风扇盘一个实施方式下的剖视示意图；

图2示出了叶盘一个实施方式下的剖视示意图；

图3示出了风扇叶片一个实施方式下的剖视示意图；

图4示出了叶盘系统一个实施方式应用于燃气轮机中的示意图；

图5示出了行星轮机构一个实施方式下的示意图；

图6为行星轮机构一个实施方式下另一角度视得的示意图；

图7示出了转接轴一个实施方式下的局部放大示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本申请的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

需要注意的是，在使用到的情况下，如下描述中的上、下、左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。

需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。

为解决现有技术中存在的一个或多个问题，本实用新型的一个方面提供了一种风扇盘，如图1示出了风扇盘一个实施方式下的剖视示意图。可以理解的是，图1仅示出了风扇盘沿径向方向下的一个截面，风扇盘可以是一种盘状结构。

请先参见图1，风扇盘1具有风扇盘本体10，风扇盘本体10具有内周壁面11以及外周壁面12，内周壁面11在风扇盘1的轴向方向a上具有第一段 11a以及第二段11b，其中第一段11a在风扇盘1的径向方向b上的厚度小于第二段11b在径向方向b上的厚度。可以理解的是，第一段11a的厚度即为第一段11a在径向方向b上到外周壁面12的厚度，第二段11b的厚度为第二段 11b在径向方向b上到外周壁面12的厚度。其中，在第一段11a中设置有配合部110。

如前述一个或多个实施方式中的风扇盘可以应用于如图2所示的叶盘中，其中叶盘包括风扇盘1以及设置于风扇盘1上的风扇叶片2。

在叶盘的一个实施方式中，风扇盘1是如图1中所示、在外周壁面12中设置有燕尾槽120，对应地，如图3示出了风扇叶片2一个实施方式下的示意图，风扇叶片2具有与燕尾槽120相配合的榫头20，通过将榫头卡入到燕尾槽 120中，以使得风扇叶片2能够装配于风扇盘1中。在一些其他与图示不同的实施方式中，燕尾槽120也可以是一种短棕树槽。通过将风扇叶片2与风扇盘 1之间通过燕尾槽120或短棕树槽装配，使得安装时更加简便，易于装配。

在叶盘的另一实施方式中，叶盘也可以是与图1以及图不同、为整体叶盘，风扇叶盘2与风扇盘1为一体件。其中，风扇叶片2可以是通过包括但不限于如五轴联动数控铣削加工、电化学加工或焊接加工等方式制造。将叶盘设置为整体叶盘可以减少发动机种的零件数目、使得装配得到简化。

如前述一个或多个实施方式中的叶盘可以应用于叶盘系统中，叶盘系统适用于燃气轮机，如图4示出了叶盘系统一个实施方式应用于燃气轮机中的示意图。叶盘系统包括叶盘以及用于驱动叶盘进行运动的叶盘驱动组件3。

其中，叶盘驱动组件3包括转接轴31以及行星轮机构32，转接轴31的一端与低压转子91传动连接，已由低压转子91带动转动，以作为叶盘驱动组件3中的动力输入。

如图5示出了行星轮机构一个实施方式下的示意图，图6为行星轮机构一个实施方式下另一角度视得的示意图。行星轮机构32包括太阳轮310以及沿周向环绕太阳轮310设置的行星轮311，可以理解的是，如图6仅示意性示出了一个行星轮311，行星轮311的个数可以是环绕太阳轮310设置的多个数量，如在一些实施方式中，行星轮311的数量可以是3至5个。其中，太阳轮310 与转接轴31与低压转子91传动连接一端的另一端传动连接，以使得转接轴31 由低压转子91传动带动后，能够将扭矩转动至太阳轮310，以使太阳轮由低压转子91驱动转动。

行星轮311外啮合于太阳轮310外周，同时与第一段11a的配合部110传动连接，当太阳轮310转动时，能够由行星轮311传动并带动风扇盘1转动，从而带动整个叶盘转动。此时，通过改变行星轮311与太阳轮310之间的传动比，以实现由低压转子91传动带动的风扇叶片2处于最佳转速。

其中，风扇盘1的第二段11b通过轴承33支撑于转接轴31上，轴承33 是如图2中所示，相对于行星轮机构32更靠近转接轴31与低压转子91传动连接的一端，通过轴承支撑，使得轴承内环与低压转子91以及转接轴31具有相对较高的转速，轴承外环随风扇盘1转动，转速相对较低。

通过在风扇盘1中直接设置能够与行星轮311传动配合的配合部110，使得风扇盘由行星轮机构32之间变速后驱动，从而简化了发动机结构，降低了发动机的轴向尺寸，减少了发动机的级数，提高发动机工作效率。

同时由于发动机的结构简化，重量降低，对滑油系统设计难度有所降低，对燃油耗油率下降，噪声下降也有一定贡献。

在装配时，行星轮机构32可以先与风扇盘1、转接轴31进行装配，再装配至燃气轮机中，也可以采取先装配行星轮机构32至燃气轮机中，再与风扇盘1以及转接轴31进行装配。

虽然本叶盘系统的一个实施例如上所述，但是在本叶盘系统的其他实施例中，叶盘系统相对于上述实施例在许多方面都可以具有更多的细节，并且这些细节的至少一部分可以具有多样的变化。下面以一些实施例对这细节和些变化中的至少一部分进行说明。

在叶盘系统的一个实施方式中，配合部110为花键结构，从而能够实现与行星轮机构32中的行星轮311传动配合，在一些其他实施方式中，配合部110 也可以是一种齿部。

请继续参见图2以及图5，在叶盘系统的一个实施方式中，叶片系统还包括行星轮机匣4，行星轮311由轴承315支撑连接于行星轮机匣上。如此设置，使得当太阳轮310转动时，行星轮311自转而不公转，以实现对风扇盘1的传动。在另一实施方式中，行星轮机构32也可以设置为当太阳轮310转动，行星轮311沿太阳轮310周向公转，同样能够实现对风扇盘1的传动。

如图7示出了转接轴一个实施方式下的局部放大示意图，请结合参见图1 至7，在叶盘系统的一个实施方式中，转接轴31具有第一轴肩316以及第一螺纹连接部317，风扇盘1的第二段11b具有第二轴肩116以及第二螺纹连接部 117，如图2所示，轴承33由第一轴肩316以及第二轴肩116配合限位，并通过安装于第一螺纹连接部317的第一螺母318，以及安装于第二螺纹连接部117 的第二螺母118配合固定，从而使得轴承33的装配更加稳定。

如前述一个或多个实施方式中的叶盘系统可以应用于一种燃气轮机中，如图4示出了燃气轮机一个实施方式下的示意图，其中包括风扇机匣90、帽罩 92、中介机匣93、OGV94、增压机95、IGB96、核心机97以及低压转子91。

其中，在燃气轮机的一个实施方式中，还具有处理机匣5，行星轮机构32 是通过行星轮机匣4安装于处理机匣5中。在如图中所示的实施方式中，风扇机匣90与处理机匣5为一体化设计，在另一与图示不同的实施方式中，处理机匣5与风扇机匣90之间也可以独立设计再进行安装。

本实用新型的进步效果包括以下之一或组合：

1)通过在风扇盘中直接设置能够与行星轮传动配合的配合部，使得风扇盘由行星轮机构之间变速后驱动，从而简化了发动机结构，降低了发动机的轴向尺寸，减少了发动机的级数，提高发动机工作效率。

2)风扇独立支承，风扇转速可根据需要进行调节，避免转子间相互干扰。

3)设置处理机匣防外物打伤风扇叶片、防护发动机。

4)风扇叶片连接结构简化，燕尾槽叶片便于安装。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风扇盘，其特征在于，具有风扇盘本体，所述风扇盘本体具有内周壁面以及外周壁面，所述内周壁面在所述风扇盘的轴向方向上具有第一段以及第二段，所述第一段在所述风扇盘径向方向上的厚度小于所述第二段在所述径向方向上的厚度；

其中，所述第一段中设置有配合部。

2.一种叶盘，包括风扇盘以及设置于所述风扇盘上的风扇叶片，其特征在于，所述风扇盘为如权利要求1所述的风扇盘。

3.如权利要求2所述的叶盘，其特征在于，所述风扇盘本体的外周壁面设置有燕尾槽，所述风扇叶片具有与所述燕尾槽相配合的榫头，所述风扇叶片通过所述榫头与所述风扇盘本体的燕尾槽配合连接。

4.如权利要求2所述的叶盘，其特征在于，所述叶盘为整体叶盘，所述风扇叶片与所述风扇盘为一体件。

5.一种叶盘系统，用于燃气轮机，其特征在于，包括如权利要求2至4中任一项所述的叶盘以及用于驱动所述叶盘的叶盘驱动组件，所述叶盘驱动组件包括：

转接轴，一端与燃气轮机的低压转子传动连接；

行星轮机构，包括太阳轮以及沿周向环绕所述太阳轮设置的行星轮，所述太阳轮与所述转接轴的另一端传动连接，所述行星轮传动连接所述太阳轮以及所述第一段的所述配合部；

其中，所述风扇盘的所述第二段由轴承支撑于所述转接轴上，所述轴承相对所述行星轮机构更靠近所述转接轴的所述一端。

6.如权利要求5所述的叶盘系统，其特征在于，所述配合部为花键结构。

7.如权利要求5所述的叶盘系统，其特征在于，所述叶盘系统还包括行星轮机匣，所述行星轮支撑连接于所述行星轮机匣上。

8.如权利要求5所述的叶盘系统，其特征在于，所述转接轴具有第一轴肩以及第一螺纹连接部，所述风扇盘的所述第二段具有第二轴肩以及第二螺纹连接部，所述轴承由所述第一轴肩以及所述第二轴肩配合限位，并通过安装于所述第一螺纹连接部的第一螺母以及安装于所述第二螺纹连接部的第一螺母配合固定。

9.一种燃气轮机，其特征在于，具有如权利要求5至8任一项所述的叶盘系统。

10.如权利要求9所述的燃气轮机，其特征在于，所述燃气轮机中具有处理机匣，所述行星轮机构安装于所述处理机匣中。

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