TW386137B - Method of assembling a rotary machine - Google Patents

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A7 B7 ________ 五、發明說明（1 ) 技術範疇 本發明關於一種組合旋轉機械之方法，例如組合—具有 ------------4— f請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 定子總成及轉子總成之燃氣渴輪引擎之—部份。更明確地 説：本發明之-實施例關於—種壓繪機，該壓縮機具有一 風屬，子及複數密封面（sealland)，該風扇轉子具有轉予葉 片及疋子葉片，且具有在該定子總成及轉子總成間之間隙 周圍延伸之密封面。 發明背景 旋轉機械係用以在工作介質氣體流徑及該機械内旋轉元 件間轉移能量。在各種不同嘗試範嗜中有許多此種機械之 實例。 圖1顯示渴輪風扇10之侧立面圖，該渦輪風肩有—旋轉 轴士Γ。其爲燃氣渴輪引擎型旋轉機械之一實例。渦輪風扇 引擎廣泛作爲商用飛機及軍用飛機之動力源。 •-線1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 渦輪風扇引擎10有一壓縮段12，一燃燒段14及一渦輪段 1 6。蔹壓縮段有一工作介質氣體用環形（核心）流徑} 8。.該 流徑導向該燃燒段:然後到渦輪段。此外，該壓縮段有一工 作介質氣體用環形旁通流徑22 ,其引領一環流園繞該核心 流徑。通過旁通導管之流率得爲通過核心流徑i g之流率之 數倍。在典型商用渦輪風扇引擎中，旁通導管内之流體流 速爲通過該引擎核心段流體流速之五倍或以上。 核心流徑1 8在旁通流徑2 2内侧穿過引擎。在工作介質氣 體穿過該引擎時，工作氣體在壓縮段丨2内壓縮。壓縮後氣 體與燃料在燃燒段丨4内燃燒以對該氣體添加能量使其膨脹 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） A7 B7 五、發明說明（ 穿過渦輪段1 6以產生動力。在該氣 軋體穿過渦輪段時，旋轉 兀件（圖中未示）自工作介質氣體接收能量。 士 (請先闓讀背面之注意事項再填寫本頁) 徑及旁通流徑内壓縮進入氣體而 θ ^〜抓 叩肝牝量轉移至該壓縮段。 一部份來自渦輪段i 6之能量驅動大及_、s 里I勁大里空氣通過旁通流徑22 ，通…燃料與氣體燃燒之方式對氣體添加能量。因此 ，孩氣體在自引擎後端及㈣導管後端排出時產生有用推 力。 圖所示引擎1()之側立面圖。圖中引擎局部切開以 顯示一邵份壓縮段2 8内部。#·?丨敏士 “ ^ 一 5仪 ^ 忒引擎有一低壓轉子總成24及 -南壓轉子總成（圖中未示）。該等轉子總成軸向穿過該引 擎以將能量自渦輪端16轉移至壓縮段12。工作介質流徑1 8 穿過該等轉子總成…定子總成26界定該流徑，且在氣體 通過轉子總成階段時引導氣體。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該壓縮段包括一第一低壓壓縮機28。渦輪段16包括一低 壓過輪機30。該低壓渦輪機爲用以使能量自工作介質氣體 釋出之裝置。一軸32將該渦輪段連接至該低壓壓縮機内之 低壓轉子總成24該軸通常稱爲底軸（1〇wshaft)。一軸承 34支撑孩軸。能量經由可旋轉底軸32轉移至該低壓壓縮機 。孩軸繞旋轉軸Ar以每分鐘超過三千轉之轉速驅動該低壓 壓縮機，將能量自低壓渦輪機轉移至低壓壓縮機。 壓縮段1 2亦包括一高壓壓縮機3 6。該高壓壓縮機接收該 低壓壓縮機排出之工作介質氣體。該高壓壓縮機藉由一第 二轴（高軸，high shaft)(圖中未示）連接至一高壓渦輪機。該 高軸配置於低壓壓縮機2 8用軸3 2之外側。該高壓壓縮機由 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210Γ297公釐） A7 B7 五、發明說明（3 ) 燃燒段14下游之—高壓渦輪機3 8驅動。然後熱工作介質氣 體排放至低壓滿輪機3〇並驅動該低壓渦輪機繞旋轉轴^旋 轉0 低壓壓縮機28通常稱爲低速風扇壓縮機（包以胃 compressor)。另—低速風扇壓縮機實例揭示於授盥賴飛 (Raffy)之美國專利第4199295號中，.其標题爲Ί⑽

DeVlce f0r Reducing the N〇ise 〇f Turb〇 恤咖物 „。在此專利 及圖2所示之中，該低速風扇壓縮機有—較笨重風扇轉子葉 輪42。複數個較笨重風扇轉子葉片44自該風扇轉子葉輪徑 向向外延伸跨過核心流徑丨8及旁通流徑2 2。 圖2A'智出引擎兩主要次總成組合期間之關係，此二次總 成局：一第一低速風扇壓縮機次總成，其有一風扇葉片44 已女裝且有另-風扇葉片待安裝；—包含該引擎其餘部分 之第二次總成。在引擎組合最後步驟中將風扇轉子葉片44 軸向插入該風扇轉子葉輪。 圖2A顯示該引擎在用下文所述組合方法組合期間有至少 一風扇葉片44爲已，安裝且下一風扇葉片正在插入轉子葉於 之路徑上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 每一風扇葉片44有—根部或鸠尾榫46，其與該風扇轉子 葉輪内之一對應狹缝48嚙合。另一種選擇，該風扇葉片可 釘在該轉子葉輪上。該低壓壓縮機亦包括一筒形轉子5〇， f爲低㈣子總成24之-部份。筒形轉子之射源自於其 筒形形狀。該筒形轉子自該風扇轉子葉輪向後延伸。〃 如圖3所示，該筒形轉子具有鳩尾榫附加構件W。爷等

本紙張尺度翻113國家標準（0卿乂4規格（no X 297公i A7 B7 4 五、發明說明（ 構件使轉子適於收納轉子元件，其以轉子葉片54、％、58 :一2、：4和66等複數轉子葉片陣列爲代表。定子總成“ 内谷物罩或外罩6 8，其在轉子總成周園延伸。該外罩 m通流徑用流徑壁69。轉子葉片橫跨工作介質流徑 18徑向向外延伸。每—轉子葉片有—葉尖，其以葉尖η、 74 Μ、78、82爲代表。一外氣封85具有在外罩周園延 伸之外氣封面86。外密封面配置於轉子葉片陣列之徑向外 侧以堵住來自流徑之工作介質氣體損失。該等密封面（通常 爲摩擦條，rubstrip)與轉子總成24非常貼近。複數定 子葉片92 ' 94、9’6 ' 98、1〇2和1〇4爲代表）自 外罩徑向向内延伸到至少與筒形轉子貼近。每一定子葉片 有一葉尖，其以葉尖106爲代表。 一内氣封108配置於定子葉片92_1〇4與筒形轉子5〇間。每 一内氣封108有一密封面112在定子葉片之葉尖1〇6周圍延伸 。該密封面配置爲至少與筒形轉子貼近。該筒形轉子係由 轉子元件改造而成，該等轉子元件以刀鋒密封元件114爲 代表，其向外延伸耳與密封面結合以構成内氣封。刀鋒密 封元件之向度大於寬度且爲較薄。在刀鋒元件於作業狀態 下徑向外移時，刀鋒元件於作業狀態下切入密封面。此種 構造之一實例揭示於授與布萊德雷（Bradley)等人之美國專 利第 4257753 號中’其標題爲 '、Gas Turbine Engine Seal and

Method for Making a Gas Turbine Engine Seal"。此專利中之 密封面具有一抗蝕薄膜表面層且對刀鋒元件提供少量磨損 。其可由金屬化纖維及秒嗣基樹脂構成。 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） -------------# (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 乂密封面112用材料爲彈性體材料，例如室溫硫化橡 膠。-種令人滿意内氣封面用材料爲密西根州傷u尼本市 西塞爾斯堡路22〇〇號D〇w c〇rning/A、司所生產之⑽“時留同 «。-種令人滿意外氣封面86(摩擦條)用材料爲密西根 州濟德蘭Ψ Dow Corning公司所生產之⑽^例碎酉同橡膠。 每:珍酮橡膠均可磨損且容許與旋轉結構摩擦接觸而不受 破壞。 在轉子總成24及定子總成26間具備—組合間隙及一 間隙（作業狀態下之間隙）。實例爲：轉子葉尖〜以與外 氣封面86間之間隙；刀鋒元件114與定子葉片Μ·内氣封 面112間之間隙；及引奪内可能在低壓壓縮機與低壓渦輪間 内旋轉部分與靜定部分間發生摩擦接觸之其他位置之間。 、組命間隙提供轉子元件（轉子葉片，刀鋒）與定子總成間 I一徑向距離，該距離計入轉子葉輪42或筒形轉子5〇、葉 片以和92-104及密封面86和112之徑向公差。該组合間隙 必須允許以+或小力以極低速將總成繞叫由旋轉以對總成 進仃初始查驗。此;查驗確保在引擎以高速正常運轉時不會 在某些位置發生破壞性干擾。此種干擾可能發生在低壓壓 縮機Μ零件間、低壓渦輪機3〇零件間 '用以連接以上機器 入引擎其他郅分之底軸3 2間。此外，該間隙有助於將風扇 轉子葉片44组裝於風扇轉子葉輪42。 在燃氣渦輪引擎10之組合期間，風扇葉片44軸向插入轉 子葉輪42内。葉片係一次一個地插入。該轉子葉輪係以手 轉動，將收納轉子葉片之狹缝48帶到一工作者站在該引擎 (請先閬讀背面之>i意事項再填寫本頁) 線

本紙張尺度翻t關糾鋒（CNS)A4規格⑵〇 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6 ) 前或站在-小梯子上時能將風扇轉子葉片插入之位置 而，若轉子總成太緊，工作者必須版上—較高梯子，且: 處理極重風扇葉片(有時重量超過二十磅)之同時要 身平衡。因此，工作者會試圖使轉子轉動或要求將該引擎 拆解然後以較大間隙重新組合。在幻擎組合期間 超過一千英尺榜重（1〇_，之力麵使轉子總成轉動。此 -力矩可能會弄彎轉子葉片54_66之脆弱葉 此，太緊的標稱間隙或最小間隙尺寸可能使—轉 觸摩擦條JL在㈣以手轉動壓縮機時導致轉子葉 彎曲。太緊的㈣亦可能因轉子葉片在作業狀態下劃破 擦條，釋放出可能影響下游组件之物質而降低引擎性能。 孩+組合間隙條若過大可能會㈣擎效能、特 機28之效能產生負面影響。若間隙過大，作業狀態之間 可能在巡航狀態下未封閉而留下—缺口。重要的缺口爲 子凡件與轉子元件前後相鄰密封面表面之間。由轉子元 摩擦屋生之缺口驚人地對空氣動力學性能具有一小效果 然而，有關於相鄭~構之缺口可能在轉子總成Μ與壓縮 間產生-滲漏路徑，例如葉尖與摩擦條間和筒形轉子刀 ^:葉片所攜相鄰密封面間。巡航狀態之缺口對環繞 工作介質氣體提供—逃逸路徑。巡航狀態之缺口 巡航狀態。 抵仃，、月間可能有大量時間處於 組^時之標稱間隙設定在—公差帶（容許誤差）内， 對2氧動力效能之需求換得可接受组合公差需求，以便於 因 接 尖 摩 縮 隙 件 機 锋 轉

297公釐） A7 B7 五、發明說明（7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，造期間能用手以極低速轉動轉子總成.24促進建構轉子 ::因Λ:組合時之標稱間隙將公差帶設定一轉子元件 仏向區域以防過緊或過大間隙。以—轉子葉片5 4舉例 益广’間隙之標稱値可能爲-百七十二密爾加減二十五密 丄，公差帶爲最大-百九十七密爾間隙尺寸至最小—百二 七密爾間隙尺寸。轉子位置徑向區域可應用於於 超過三千轉轉速旋轉之四英尺直徑元件。 母刀鐘 '广時a差帶（標稱組合間隙）之徑向位置不僅要計入 空ί動力學考慮之内，其尚要考慮到未在-特殊 令二上"卜罩（例如外密封面86)之平均直徑Dav。典型 ι ’―組合後狀態轉子葉片之堆集線S爲用以測量密封面 均直控之外氣封處轴向位置。堆疊線S爲翼展向參考線， 向延伸翼片冑面在其上與該線垂直配置以定義轉子葉片 靡。密封面平均直徑之決定首先要測量該位$密： 長然後將琢周長除以π (Dav = c/?r)。該値必須落在可接 、度内在外罩（後、封面8 6和1 1 2 )内不可能因組合期 更進一步處理產生超出可接受限度平均直徑之異常因素 現些之所以爲可容忍係因爲外罩爲大（通常直徑超過四英 )，而平均直徑Dav之可接受限度落在數百分之一 園内。 此事之所以更加複雜係因爲筒形滚子5〇要求進—步處 、’，包括f外罩内之轴向延伸分開線或裂缝。該分開線讓 半體(若未以縱向切成兩半則有更多部分)在該筒形滚子「叮 近栓在-起以將外密封面86及内密料ιΐ2配置在轉予元件 平 弦 輪 周 間 尺 範 理 附 -------------¾-------|訂_---------線' (請先閱讀嘴面之注意事項再填寫本頁) -10 本紙張尺度適财關家鮮（cns〉A4 X 297公釐） A7 B7 五 、發明說明（ 、、近因此，始、封面之平均直徑在切開外罩及安裝摩摔 <前如前述方式測量（D㈣/7〇。尚有許多其他方法= 以測量堆集線處之平均直徑Da^該等方法包括利用—座柄 測量儀器、。孩測量儀器在_特殊軸向位置測量園繞周長之 4多位置 < 直徑。然後將測量値加以平均。 f許多用途中之外罩其直徑爲數英尺且可能薄到—百五 十密爾且以鋁合金如航太材料規格 2 =成部分重新组合時，可能因外罩上之凸丄;: 狀悲導入一些額外周圍異常。 因此，燃氣渦輪引擎不建構爲具有過緊間隙，因爲 如同形轉子5G)在组合時會無法轉動。在建構原型引擎時， 轉子馬轉動且通常加大公差。在試圖將標稱（平均）間隙尺 寸,定爲達到巡航狀態下-線對線間隙(零間隙)之同時， 水返局徑向向外延伸且摩擦到摩擦條之轉子葉片54、56 5 8準備一正値最小間隙尺寸。 P 位在壓縮機後端與一迅速收斂流徑相鄰之轉子葉片62 ' 64和66陣列各有不丨同。經發現該等轉子葉片陣列中有一 多者在巡航作業狀H下並殘向於摩擦。該等轉子葉片 有一正値標稱間隙尺寸，其在堆集_得爲零之最小間 尺寸，且在一應用中最大間隙尺寸大於三十密爾。 轉子葉片66可有一葉尖7〇以和摩擦條大約 =弦向）延仲。然而其取角略向翼展方向向内以在ΪΓ 祭時提供—錐形。可能發生在海平面起飛作業狀能下之 擦會導致錐形葉尖在摩擦修内切出-條向後淺 訂 或 具 隙 摩 .摩 線 本紙張尺度顧巾關家鮮（兩M4規格（210 297公釐） 11 - A7 B7 五、發明說明（9 ) 疋溝。此錐形係爲空氣動力學因素準備。因 差尺寸之轉子葉片66最前端部分可 7么 对)之干涉配合。此輕微干上到… 能在周長方向略爲傾斜而稍微得到適應二 斜Π於㈣與轉子5〇鳴合處之轉子葉片基2 = 『因此，在用手轉動轉子時，葉片會在摩擦， Dav處沿摩擦條滑動。 丁 V直k 刀鋒密封突起或元件114屬於第三種類型。其具備較 2茉片54、56和58小之最小間隙及標稱間隙，但 锋在作業狀態下於每—刀料合之密封面上切出—溝槽且 在巡航作業狀態下在該等溝槽内行進。 成 在 出 以 稱 概括來説，使巡航作業狀態下引擎之空氣動力間隙最 化之需求與能夠组合並查驗低壓壓繪機和低壓竭輪機她 〈需求間存在著緊張關係。再加上有一平均直徑之外罩 任何軸向位置均非眞實圓形而是在某些位置具有向内伸 (不規則處使得前述需求更加複雜。簡單來説，如果難 用手轉動轉子，解，決方法是藉由增加最小間隙尺寸或標僻 間隙尺寸以加大間隙並讓轉子更加自由轉動。但如此會伴 隨著空氣動力玫能降低之後果。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 及 可 低 儘管如前所述，在申請人受讓人方向下工作之科學家 工程師均在探索如何解決在將間隙維持於空氣動力性能 後受程度内之同時解決組合斯間要能夠轉動低壓壓縮機_ 壓渦輪機轉子總成之兩項需求。 ' … 發明概述 -12 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公Μ A7 B7 五、發明說明（ /發明邵分基於在組合時對密封面施加潤滑物之認知， ，此:低壓壓縮機内轉子總成衫子總成在組合期間旋轉 接觸w成（摩擦力降低至低壓壓縮機可立即用手轉動之程 度，即使在該壓縮機後段内具有一零最小間隙亦如此，且 不降低與潤滑物接觸之組件之性能。 依據本發明，-種组合_旋轉機械之方法包括：對轉子 總成及定子總成用沿周長延伸密封面之表面施加__潤滑劑 ’猎此減少轉子總成在組合期間轉動時密封面與_結構 物間之組合摩擦力。 訂 依據本發明，該方法包括：形成―包括低壓壓錢轉子 總成<次總成；爲低壓壓縮機轉子總成形成一罩總成；及在 =該罩總成组合至轉子總成前對至少—密封面施~加—潤滑 置 干 之 依據本發明之-實施例，該方法包括：將轉子總成放 爲使至少一轉子元件與密封面在密封面周長之一部份有 涉配合；及將該轉子總成旋轉爲以轴向插入一個接一個 風扇轉子葉片。； 放 面 依據本發明之一實施例，該方法包括：在—密封面上 置一潤滑劑，且在内密封面與相鄰刀鋒間有—部份穷封 周長有一干涉配合，該部分周長大於十五密爾。 葉 總 矩 依據本發明之一實施例，在轉子總成内放置風扇轉子 片之步驟包括：對該轉子總成施予一力矩，轉動該轉子 成使風扇葉片插缝移到便於插入風扇葉片之位晋，兮力 須小於四十英尺磅重。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） -13- 五、發明說明（ 11 A7B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之首要特質爲在一密封面上放置一潤滑劑。在一 只j例中，孩密封面爲彈性體。另一特質爲容許潤滑劑留 在:封面上超過數天之時間。另—特質爲即使至少有—轉 子業片或兀件與密封面有—干涉配合亦只要施加一小力麵 使轉子總成轉動。 本發明^首要i點爲組合—燃氣渴輪引擎之速度及效率 此筆因糸轉子總成與定子總成間之摩擦力降低。另—優 占爲且口引革之彈性’此肇因於在密封面上放置潤滑劑後 安裝外罩然後能延後至少數天方组合風扇葉片，此係因爲 在H月間彈性fa &、封材料上之潤滑劑並未喪失降低摩擦 力之能力。另一優點爲燃氣渦輪引擎之結構完整，此肇 於潤滑劑與密封面表面間之良性互動。凡正匕肇 依照以下發明詳細説明及所附圖式能對前述本發明特 及優點更加了解。 圖式簡單説明 、圖1爲軸向流動旋轉機械之側立面圖，圖中以高旁通率 渦輪風扇燃氣渦輪列擎i 〇爲代表。 圖2爲圖1所示燃氣渴輪引擎之側立面圖，圖中斷開— 份風扇罩及其他引擎結構以顯示局部斷開— 份壓縮段。 正 圖2A爲與圖2相同之側立面圖，但此圖中燴出組合期 正在插入風扇葉片之風扇低壓壓縮機次總成與—包 其他邵分之第二次總成間之關係。 σ 圖3爲圖2所示壓縮段用轉予總成及定子總成之放大圖 因 質 部 部 間 擎 -------•—訂--------線：(請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) x 297公釐） 14- A7五、發明說明（ 12 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

圖4爲一燃氣渦輪引聲々 、 R , \ 竿< —郅份壓縮段之側立面分解圖， 圖中顯不兩外罩半體及定子 十口 風扇葉片之關係成對轉子總成和轉子總成用 密ΤΑ?子葉片及一沿周長延伸密封面之側立面圖，該 片。 得于、、.心成则端部分内之一轉子葉圖6爲沿圖5中線6-6剖得之剖圖。 圖7爲圖4所示轉子她点士 a 〜成〈略圖，圖中以全像表示非作業（ 靜止）狀悲’以虚像表示每分鐘 — 、 能。 母刀鐘超過二千轉I作業（動態）狀 圖8爲-來自低壓壓繪機尾部之最後端轉子葉片及外氣封 (摩擦條）之側立面略圖。 發明詳細説明 如圖1和2之渦輪風扇燃氣渦輪引擎侧立面圖所示，低壓 壓縮機之風扇部分有一大直徑.風扇罩112。該風扇罩在風扇 轉子葉輪42和風扇轉子葉片44附近延伸。在组合期間， 擎10放置於一用以:支撑該引擎之固定裝置内或吊在樓版 上。引擎頂邵在樓被上方之高度能高到十至十二英尺。 圖3顯示一部份定子總成及轉子總成，該轉子總成在问二 中以低壓轉子總成2 4爲代表。有可能形成許多其他型之定 子和轉子總成，每一者具有至少兩轉子元件，例如轉子 片及刀鋒，且具有轉子元件用密封面。圖3中之風扇轉子 輪4 2和支撑該葉輪之軸承34均因要清楚顯示故未顯示。 作介質氣體核心流徑1 8在低壓壓縮機2 8内有一均流線M 引 之 圖2 葉 葉 工 -------------% -訂.. 參 Γ崎先閣讀背面之注意事項再填寫本貢) 15- 衣紙張尺度適用尹國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 〜---____ 五、發明說明（13 ) 該均流線大致爲筒形轉子5Q與引擎内罩68(通常稱爲外罩） 、中k 占/;,b ^有相對於軸向方向之負斜率以軸向方向徑 向向内收斂|縮機尾部區域内之負斜率之絕對値大於壓 縮機中間區域。與最後瑞轉子葉片62、64和66相鄰之摩擦 it、8 6以大於1 5之角度朝旋轉軸Ar且以翼展方向向内傾斜 胃等摩擦條形成—截頭圓錐表面在引擎旋轉抽Ar附近周 圍延伸。舉例來説’與葉片62相鄰之摩擦條與—包含旋轉 軸^之徑向平面交又之傾斜角約爲25。（《=25。）。與葉 264相鄰之摩擦條之傾斜角約爲3〇。（角從=3〇。），處於 取後段與葉片66相鄰之摩擦條之傾斜角約爲4〇。（π =4〇。 )。 圖4爲圖1至3所示引擎之分解略圖。筒形轉子5 〇自風扇 轉子葉輪42向後延伸。該筒形轉子有一第一端124附加於該 風扇轉子葉輪以自該風扇轉子葉輪支撑該筒形轉子。該筒 =轉子有一第二端126位在該第一端之後端一段距離處。該 第二端有一最後端轉子葉輪128，該葉輪包括一輪圈M2， 一輪輻134及一孔1；36。該孔與輪圈以輪輻爲距徑向間隔。 因此，該筒形轉子之一端爲固定，另一端可自由回應旋轉 力於軸向移動JL由最後端葉輪擋住其徑向運動。 孩筒形滚子具有複數轉子葉片5 4 _ 6 6。葉片陣列大致以 徑向向外延伸。本文所用''徑向（radial directi〇n)"包括最 後端葉片延伸方向，該方向大致爲徑向。 定子總成26有自每一轉子葉片陣列徑向响外配置之摩擦 條86。如前所述，該等摩擦條係以彈性材料構成，且在非 «16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 >< 297^57 (請先闓讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（14) 作業狀態下在與非作業狀態轉子葉片堆集線及摩擦條交會 重疊之軸向位置有一平均直徑Dav。摩擦條8 6以和轉子葉 片葉尖70-82大致相同之角度向後延伸。如前所述，葉尖可 能在翼展方向内略爲向後縮小以在摩擦時切出一錐形溝。 足子總成2 6包括外罩6 8。該外罩係由周圍連續結構之各 段（68a、68b、68c、68d、68e、68f)構成。每—段縱向 分裂爲至少兩軸向及周圍延伸部分。如圖3所示，軸向段以 轴向沿周圍栓在一起以接合外罩之兩半體。各段配上較大 直徑和厚度之結構之凸緣造成外罩圓率（或共心性）之小型 不規則。因此，外罩對摩擦條之支撑及定位方式使摩擦條 在第一轴向位置並非眞圓。 轉子葉片係以航太材料規格492 8鈦合金構成。筒形轉子 62亦以和航太材料規格4928鈦合金相同成分之材料製成， 但筒形轉子經過熱處理以具有略爲不同之材料結構。外罩 材料係以航太材料規格4312鋁合金構成。外罩材料之熱膨 脹係數大於轉子葉輪和轉子葉片之熱膨脹係數，且有些材 料之熱膨脹係數可:能較筒形轉子和轉子葉片之熱膨腺係數 大兩到三倍。 圖4有助於了解組合圖i和2所示燃氣渦輪引擎之方法。 首先形成-適於收納外罩之第—引擎次總成，該次總成在 安装外罩後會包括該外罩。該第一引擎次總成顯示爲要收 、内及外# 4第一引擎次總成僅包括部分低壓轉子總成低 壓展縮器（例如風扇轉子葉輪、軸承、筒形轉予及轉子葉片 )。其並不包括風扇葉片及外罩4此點來說，其並不包括 (請先閱讀背面之注意事項再瑱窝本頁) -I n ·1 · 訂·'--------線 - 17- A7 B7 五、發明說明（ 15 一存在或會存在之第二次總成，該第二次總成由風扇罩、 風扇支柱123(局部斷開）' 高壓壓縮器、燃燒段“及渦輪段 1 6。ΐς些邵分稍後才安裝。（該第二次總成在圖2中顯示爲 相對於已安裝外罩且待安裝風扇葉片之第—引擎次總成” 回到圖4 ,圖中風扇轉子葉片顯示爲與風扇轉子葉輪分開且 爲圖解説明故軸向配置於風扇轉子葉輪之上方。 下一步是在某一密封面如内密封面112或低壓壓縮機28某 一外氣封面86(摩擦條）表面上放置潤滑劑。在—實施例中 將一潤滑劑放置在所有内氣封面表面上及與轉子葉片Μ和 66相鄰之兩最後端外㈣面表面上。該等密封面係以㈣ 橡膠構成。 一種令人滿意的潤滑劑爲矽酮」法。一種可接受的油爲 本國東京都Shin Etsu公司所生產之KF_ 5 4矽酮油，該公 於俄亥俄州44305亞克朗市Davmar Drive 1150號有辦公室 經發現此油與筒形轉子之鈦合金；葉片之鈦合金、外罩 鋁合金及外氣封之矽酮橡膠均相容。該油之黏度在常溫 壓下約爲兩百厘泊。 /m 下一步是對第一引擎次總成置放外罩6 8之兩半體且包括 $該等半體以螺栓接合在一起。每一密封面在堆疊線§相 第^轴向位置有一平均直徑^。#子元件有一公差爭，祿 公差帶在相對於平均直徑Dav測得之標稱間隙尺寸附近有 最小及最大間隙尺寸。如此定義出每一密封面相對於轉 總成之相對徑向位置。即使具有零最小間隙尺寸或正値 小間隙尺寸，因爲密封面之圓率或共心性誤差使得轉^ 曰司 訂 之常 關 該 子最 元 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚 -18 A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ----~~~_____B7______ 五、發明說明（16 ) 件54-66和II4之周圍行程至少有—部份會有摩擦接觸。摩 擦接觸之實例可能因爲外罩周圍之不規則使某一刀锋元件 114或某一轉子葉片如最後端轉予葉片66發生摩擦接觸。 在第一引擎次總成備便與第二引擎次總成接合然後收納 大轉予葉片之前可能經過一段時間。舉例來説，流徑壁69 可能爲第一引擎次總成之一部份，.此時外罩68a_f配置在 轉子總成附近，或者流桎壁可能在外罩之兩半體放置在轉 子總成附近之後加上。將兩次總成接合在—起備便如心所 示之引擎以收納風扇轉子葉片。兩次總成之接合並不構成 本發月之其可在風扇葉片安裝前或安裝完成後達 可能在進行引擎其他作業或引擎等候必要零件或與其他 模组連接之時經過兩週之久。因此，本發明有一優點；缸 合時間之彈性，此肇因於能夠在將風扇轉子葉片组合至風 扇轉子葉輪之前延遲許多天。此與讓潤滑劑保持分布在齊 封面附近之潤滑劑黏度有關。 安裝風扇葉片爲^易於執行之步驟，只要將低壓轉 成24繞旋轉軸旋轉以將風扇轉子葉片插缝帶到適當位置了 對轉子總成施如小於一百英尺磅重之力矩即能將：轉ς。 被封面及直心規則使接觸未潤㈣封面之轉子總 和助aw封面正好有不規則處或公 生較緊眞實間隙時特別會如此。在某些情況下會遭遇= 要大ί一：ί尺磅重之力矩，而在對密封面表面施予潤滑 劑後虹後能嘗試降到小於—百英尺磅重之力矩。 / 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4 (210 χ 297^17 --------------------^—訂------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 19 A7 五、發明說明（ 17 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 __\\ 風扇轉子葉片44在風扇轉子组合至轉子總成之步驟中爲 一次一個地插入。本發明之方法包括對轉子總成施加小於 1〇〇英尺磅重之力矩以繞旋轉軸Ar轉動低壓轉子總成24。 此與轉動一未潤滑組成所需之力矩相較明顯減少。此步驟 重複進行到所有風扇轉子葉片均已組合至風扇轉子葉輪42 上爲止。 圖5爲某一轉子葉片與在密封面平均直徑Dav處之一外密 封面之放大圖。間隙在垂直於引擎理想旋轉軸八『之眞實徑 向方向内測量。例如在具備一轉子葉片之範疇中，間隙係 以直接比較方式測量。對-轉子葉片而t，間隙係沿堆集 線測量然後透過堆集線角度計算出沿一直線R在垂直於旋 轉軸Ar之徑向方向内之眞實數値。該線R通過堆集線s與葉 尖之交會處。 如圖式之組合狀態誇大狀態，葉尖位置有一加諸轉子葉 片之公差，有一標稱間隙尺寸Cn、—正値最小間隙尺寸以 及一最大間隙尺寸Ch。該最小間隙尺寸〇1爲正値，亦即理 想中在葉尖與外氣封面86平均直徑Dav間之最小間隙尺寸 有-間隙空間或缺π。在作業_，轉子葉片會在外氣封 面内切出一溝槽。該溝槽在巡航狀態下並不會將空氣動 性能降低到正値間隙降低空氣動力性能之程度。 如,6所示，一過緊間_或—直徑不规：可能會卡住 子葉片54。轉子葉片卡住可能使轉子葉片在外密封面86 產生-條隆起材料138，該材料會擋住轉子葉片之旋轉 。在一次實驗性嘗試中，與最後端轉子段66有一十密爾 -20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297^jy i! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------線 力 轉 内 動 干 五、發明說明（18 ) 涉配合（〜-0_英忖）之轉予葉片 弱尾端產生f曲。在另—次實 得子茱A84在朋 貫驗生s忒中，矽酮油加至密 封面86上且安裝有十密爾干涉配合之新葉片。這次的葉片 並未f曲且筒形轉子較易於對密封面轉動。 圖7爲圖3所示筒形轉子| 锝亍50在静態非作業狀態及動態巡航 =下動作之簡略表現。靜態位置以全像表示。巡航狀態 轉動期間之撓曲後位置以虛線誇大顯示。筒形滾子5〇在轉 子以每分鐘超過三千轉之轉速轉動時因強大旋轉力而向外 撓曲。向外移動或羅大導致與帕松收繪效應（帕松比）轴向 應力邵分相關之軸向（橫向）收縮。筒形轉子之第一端124 固定於轉子葉輪，且與其料固附著之笨重風扇轉子葉輪 一同移動。筒形轉子之較重鳩尾附著件與轉子葉片底座嚙 合。鳩尾附著構件5 2向外移動。後鸠尾附著構件因軸向收 縮而向前移動。在鳩尾附著件間延伸之筒形轉子較薄材料 在末端向外撓曲。最後端轉子葉輪128限制住第二端徑向 向外之移動。因此，筒形轉子之第二端以軸向向外移動大 於徑向向外移動，，打開最後端轉子葉尖陣列與摩擦條之間 隙。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖8爲最後端轉子葉尖與摩擦條之關係。葉尖以全像顯示 私動後位置以虛線顯TF在取小間隙尺寸C 1。向外移動摩 擦條之移動後位置並未顯示。堆集線處之零値最小間隙尺 寸導致巡航狀態之最小間隙尺寸爲正値，使工作介質氣體 能園繞轉子葉片之葉尖逃逸。將堆集線處最小間隙尺寸設 疋·爲十舍爾（Cl = -〇.〇1〇英对）或更大之干涉配合並以秒g同油 21 i本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） \ A7 B7 19 五、發明說明（ 潤滑最後端摩擦條能讓轉子葉片在組合知間用手轉動，而 在間隙尚爲上開時，巡航作業狀態之最小間隙尺寸C1 c可 成仍爲負値。若如圖所示在巡航狀態出現正値，則在初始 組合最小間隙尺寸如圖中移動後位置虛線所示爲零或是更 差的未出現組合狀態干涉配合之正値最小間隙之時，最小 間隙尺寸c 1 C仍會小於最小間隙尺寸c 1 c，。如此會大幅增 加轉子葉片陣列之效能及壓縮機之作業效能。 潤滑内氣封面會更進一步降低組合時摩擦力。此摩擦力 降低可用在將標稱組合間隙更加緊縮但不致使筒形轉子5 〇 揲法轉動。然而必須留意最後端密封面處之摩擦力不至於 使轉子葉片在組合期間變形。因此，有可能減少最後端密 封面之間隙而無須潤滑該特殊密封面。另一種降低内氣封 面摩4祭力之方法爲在最後段以較短葉片運轉引擎，且以刀 鋒元件切到内氣封面。之後將引擎拆解然後在最後端葉輪 内重新裝入較長轉子葉片。 因此，矽酮油之使用能容許最小間隙尺寸之間隙在組合 期間爲負値，使轉子葉片在弦向方向轉子葉片全葉尖之 向有一最小負値間隙。 ’、 進仃實驗性嘗試以驗證及與结構之相容性。兴 例來説’經發現在通常難以用手轉動之引擎内對小二 =片用之密.封面施加相油再组合後即能㈣旋轉^ 查驗。在任何加油表面上均未發現殘 t跡且所有摩擦表面之外觀正常。油渣•於收集某此 部为如内氣封初始摩擦期間之細微橡膠顆粒。] 本紙張尺度· f _鮮 -------------------Γ— 訂---------線 J (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 A7 B7 五、發明說明（ «細碎土，但此在未潤滑初始摩擦㈣常見。在油 忒作業期間之流徑溫度升高而蒸發後留下這些。 矽酮橡膠經過讀取硬度計讀數之流體暴露測試檢查，細 發現在-段時間之後硬度並未改變，如此證明矽酮：與： 晒橡膠相容。此外，相油及其絲物與低壓壓縮機及高 壓壓績機之欽合金均相容。 雖然以上做出關於實施例之詳細説明，習於此技藝者應 會了解到可不脱離本發明精神及範園做出各種形式上或細 節改變。 崎· — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

* I I 1 I 線、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -23- 本紙張尺度適用申國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1· 一種組合一旋轉機械之方法，該機械有一旋轉軸Ar及一 工作介質氣體用流徑穿過該機械，該機械在組合後狀態 有一轉子總成在組合期間及作業期間繞Ar軸以周長方向 旋轉，且有一定子總成圍繞該轉子總成，每一總成穿過 至少一部份引擎以界定該流徑，每一總成具有複數翼片 陣列橫越孩流徑以徑向延伸至與另一總成貼近，有一總 成具有一第一元件且另一總成具有一伴随著該第一元件 之第一密封面，該密封面在Ar軸附近沿周圍延伸且對該 /第一兀件芡周圍延伸且與另一組成以—公差帶貼近，該 公差帶係在非作業狀態下以一軸向位置相對於該密封面 之平均直徑Dav作測量，用以擂住作業狀態下來自該流 徑之工作介質氣體流，該方法包含： 對在引擎附近沿周圍延伸之第一密封面表面施予一潤 滑劑；_.、 將該第一密封面相對於該第一元件放置，包括 參照該第一元件徑向定位該密封面，使一具有一最小 間隙尺寸和一最太間隙尺寸之公義帶定羲第一密封面和 處於一軸向位置之第一元件之相對徑向位置，此相對位 置係相對於非作業狀態該位置密封面之平均直徑Dav ; 讓該密封面與該第一元件至少一部份徑向嚙合，使组 合期間轉子元件周長行程之至少一部份在該密封面和第 一元件間存在一干涉配合； 藉由對孩轉子總成施加一轉矩使轉子總成在組合期間 相對於定子總成轉動，該轉矩小於轉動—未潤滑轉予總 (請先閱讀背面之注音2事項再填寫本頁) . -線·

   、申請專利範圍 2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5. 成所需之轉矩。 1申w專利範圍第1項之组合-旋轉機械方法，其中該 :予總士和轉予總成對一旋轉軸以軸向穿過該引擎，且 了中琢第了元件爲轉子總成之零件且爲一第一轉子元件 :孩轉子兀件以大致徑向方向相對於該旋轉軸延伸，且 其中該定子總成有該第一密封面。 3申明專利範圍第2項之組合一旋轉機械方法，其中該 :轉機械包括：具有該第一密封面之外罩，且該旋轉機 、更包括-引擎次總成，該引擎次總成包括作爲該轉子 總成H-風扇轉子葉輪，該風扇轉子葉輪適於收 ，複數風眉轉子葉片，其中該相對於第—元件放置第— 密封面之步驟包括對該引擎次總成放置該外罩，且其 在對該引擎次總成放置該外罩之後更包括在該風扇轉丁 某輪内放置-風扇轉子葉片，㈣在组合期間藉由對該 轉子總成施加該轉矩使該轉子總成相對於定子總成轉Λ ，然後在該風扇轉子葉輪内放入另一風扇葉片/ 如申請專利範圍第2項之组合一旋轉機械方法，並 讓密封面與第4件至少—部份徑㈣合之步^括= 孩贫封面嚙合，而在相對於該軸向位置處平均直徑乃 之最小間隙尺寸處存在—干涉配合，且在巡航作業狀能 有一縮減間隙，此縮減間隙係與具有大於最小間隙心 處干涉配合之間隙之相同構造做比較。 ‘、寸 如申請專利範圍第2項之組合一旋轉機械方法，其 組合期間藉由施加一轉矩使轉子總成轉動之步驟^括: 中 子 動 av 態 -25- 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公楚） A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 加小於—百英尺磅重之轉矩，且其中轉動未潤滑轉子 、.'心成所舄之轉矩大於六百英尺镑重。 如申μ專利範園第5項之組合一旋轉機械方法，其中該 轉矩'〗、於四十英尺磅重。如二利範圍第丨項之組合一旋轉機械方法，其中該 對第一畲封面表面施予一潤滑劑之步驟係以對該第一密 封面表面施予流體潤滑劑進行。 如申叫專利範圍第7項之组合一旋轉機械方法，其中 有孩密封面之定子總成以銘合金構成，該轉子總成以， =至構成。亥轉子葉片以敛合金構成，且該潤滑劑爲與 該等鈦合金和鋁合金相容之油。如申請專利範園第8项之組合一旋轉機械方法，其中密封面以彈性材料構成，且族扣潤滑劑之步驟爲在該 封面上施加^-珍酮油。；1〇·如申請專利範圍第9项之組合一旋轉機械方法，立中岭 施加-轉矩轉動轉子總成之步驟包括施加—小於四十英 尺镑重之轉矩（力矩）。U_如申請專利範園第2項之,且合一旋轉機械方法，其中轉子凡件爲-葉片，且其中該相對於第—元件放置第一 ㈣面之㈣係以在轉子葉片外放置-摩擦條進行，該 摩擦條以彈性材料構成。 12.如申請專利範園第2项之組合一旋轉機械方法，並中該 轉子兀件爲—刀鋒元件，且其中該相對於第-元件放置 琢密封面〈步驟係以相對於該刀鋒元件放置—内氣封面 6 . 8. 9. 26- 請 先 閲 讀 背 面 漆 意 事 禎 存 具 旅 該 密 該 該 寫 本 頁 訂 鎳

   ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格^7^7^·

   申請專利範圍 方向測量所得長戽之干涉配合 進仃，該内氣封面包含一痒性材料，且其中對第一密封 面施加潤滑劑〈步驟係以對該内氣封面施加潤滑劑進行 1申π專利範園第2項之組合—旋轉機械方法，其中該 罘y轉子兀件爲一刀鋒元件，接受潤滑劑之第一密封面 爲放置在該刀鋒元件附近之内氣封面，且其中該旋轉機 械尚包括第二轉子元件陣列，該第二轉子陣列爲轉子葉 片陣列，其中该旋轉機械尚包括一有附屬平均直徑iD av ^外岔封面，該外密封面放置在轉子葉片陣列之外，且 該等轉子葉片有-最小間隙尺寸，其在附屬轴向位置處 有一干涉配合。 14. 如申請專利範圍第13项之組合一旋轉機械方法，其中該 方法包括對在轉子葉片陣列附近沿周圍延伸之外氣封面 表面施予一潤滑劑。 15. 如申請專利範園第14項之組合—旋轉機械方法，並中該 等轉子葉.片陣列爲最後端轉子葉片陣列，且其中每一= 子葉片有-葉尖，該葉尖有—弦向長度，1其中徑向鳴 合密封面之步驟更包括使密封面與轉子葉片陣列嚙合以 讓轉子葉片之最小間隙尺寸爲—沿轉子葉片葉尖以弦向 4-------‘—訂--------！線------------ ----- (靖先閱讀背面之注意搴項再填寫本頁) 16·如申請專利範圍第15項之组合—旋轉機械方法，其中該 方法包括將一風扇轉子葉片插入風扇轉予葉輪内之额= 步驟，且其中該在組合期間轉動轉子總成之步驟發生在 插入風扇轉子葉片之額外步，驟期間。

   S \ D8 六、申請專利範圍 1 7. —種組合一燃赢渦扒 、 定子總成和—轉子：：：法’孩燃氣渦輪?丨擎有-Ar穿過該引擎，， =〒總成以軸向對-旋轉軸 成更包括罩=成園繞該轉予總成，該定子總 = =向和周長方向延伸之部分，該等沿 少一内密封面和至少—外氣 支撑疋位至 封面上之-m “ 每一贫封面在每—密 罘—軸向位置均非眞圓且使每— 位置於非作業狀態有一平 ： -刀鋒元件沿二延伸，每-内密封面相對於 作介質氣===作業狀態下來自流徑之工 、二=渴輪引擎次總成定向爲收納一外罩總成，該 “成包括至少—部份低壓壓縮機之轉子 風扇料絲但不包括風賴子葉片； π括 對每—内氣封面及至少兩個低壓壓縮機最後端外氣封 面（表面上施予—矽酮油潤滑劑； 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 批在該引擎次總成附近放置該外罩，每-密封面在附屬 弟轴向位置有—附屬公差帶，該公差帶有-最小間隙 尺寸及—最大間隙尺寸，該等公差帶係相對於平均直徑 D a v測里，孩平均直徑D ”定義每一密封面相對於該轉 子總成之徑向位置，然後使該内氣封面和最後端外氣封 面與一系列相關轉子葉片嚙合，該等轉子葉片與密封面 軸向對準使至少三個相關内氣封面之刀鋒之至少一部份 -28- 本紙張尺錢财 (CNS)AliF(2l〇 x 297 '5¥") 申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製· 在孩轉子兀件周長行程之至少一部份與附屬密封面以一 干涉配合嚙合； 對該轉子總成施加—小於一百英尺磅重之轉矩使低壓 轉子總成繞旋轉軸轉動； 將一風扇轉子葉片裝至該轉子總成； 至少$.複一次#動低壓轉子總成及裝上一風扇轉子葉 片之步騾； 其中孩對内密封及外密封施予矽酮油之步騾係在使低壓 轉子總成繞旋轉軸轉動及將一風扇轉子葉片裝至該轉 總成步驟之前進行。_ 1 8 .如申請專利範圍第i 7項之组合—燃氣渦輪引擎方法， 中該放置外罩步驟更包括一密封面在最小間隙具有— ，間隙及一至少十密爾（0·010英吋）之干涉配合，且相 最後端轉子葉片陣列在附屬第—軸向間隙處有一零值 小間隙。 19.如申請專利範圍第18項之組合一燃氣渦輪引擎方法， 中該等轉子葉#有一堆集線，且其中該等轉子葉片之 屬第一軸向位置位在該轉子葉片堆集線處。 2 0 _如申請專利範圍第17項之組合一燃氣渦輪引擎方法 中該等密封面以彈性材料構成，且該施予潤滑劑之步 為在密封面上施予一矽酮油。 〆 21·如申請專利範圍第20項之組合一燃氣渦輪幻擎方法， 中該等密封面為矽酮橡膠。 ’ 子 其 正關最 其 附 讀i (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 、言. ,Λ. -29-

   本紙張尺度適用中國國家標準（CNS >八杉胳（21〇><297公董