CN102046923B - 包括耐磨塞的涡轮机转子和耐磨塞 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮机转子，其包括：盘(20)，所述盘具有边缘和在所述边缘中加工而成的用于单独容纳各叶片的轴向缝(21)，环(43)连接到所述边缘的一个面，所述环加工有与所述缝沿轴向对准的孔(44)，与所述缝对准的所述孔(44)中的至少一些包括塞(50)，所述塞通过由第一耐磨材料制成的第一半塞(51)和由第二材料制成的第二半塞(52)形成，所述两个半塞中的一个压靠所述环(43)的一侧，另一个压靠所述环(43)的另一侧，所述半塞通过所述孔(44)相互连接。本发明还涉及一种被设计为形成耐磨装置的塞。

Description

包括耐磨塞的涡轮机转子和耐磨塞
技术领域
本发明涉及涡轮喷气发动机领域，特别是涉及具有前风扇的涡轮喷气发动机。
背景技术
装配到民用飞机的发动机的涡轮风扇的转子包括由低压轴驱动的盘。多个叶片从盘的周边沿径向延伸，叶片通过其形成根部的端部而被保持。在常见类型的结构中，叶片根部具有燕尾形截面，叶片沿轴向装容于在盘边缘中加工而成的凹部中。低压压缩器位于风扇盘下游紧邻处并形成相同转子。低压压缩器为鼓的形式，包括多个叶片级。风扇盘通过栓接到低压压缩器的径向法兰而紧固到低压压缩器鼓。法兰还设置有凹口，以形成用于沿轴向保持风扇盘叶片的机构。每个叶片根部在下游设置有具有两个径向槽的轴向延伸部，并在所述槽处***凹口中而使其沿轴向被锁定。
在正常操作时，风扇叶片上的气体动力具有向上游的轴向合力。然而，当引擎被驱动而自动旋转时，叶片上的力逆转。尽管存在前述的沿轴向锁定，但仍存在间隙，并发生向下游的运动。形成杆的叶片部分在燕尾形根部与平台之间的下游横向边沿于是压靠低压压缩器鼓的上游法兰。在此法兰的上游面上，在与风扇盘中的凹部对准定位的区域中，已经观察到磨损。
与此磨损现象相关的问题源于：在这些区域中存在被形成以释放法兰中应力的钻孔。压靠钻孔区域中法兰的叶片自磨蚀。杆上的磨损因此不均匀。杆的下游面表面仅磨损至与法兰接触的程度；与钻孔对准的表面部分不磨损并最终变得突出。这导致在叶片与法兰之间形成不希望出现的间隙。
发明内容
这一问题通过根据本发明的涡轮机转子得以解决，该涡轮机转子包括盘，所述盘具有边缘和在所述边缘上加工而成的用于容纳各叶片的轴向凹部，环连接到所述边缘的一个面，所述环被加工有与所述凹部沿轴向对准的孔，与所述凹部对准的所述孔中的至少一些包括塞，所述塞通过由第一耐磨材料制成的第一半塞和由第二材料制成的第二半塞形成，所述两个半塞中的一个压靠所述环的一侧，另一个压靠所述环的另一侧，一个所述半塞通过所述孔连接到另一个半塞。
所述塞还密封于下游腔。
通过将耐磨材料的塞定位在凹部侧上，形成用于叶片的支承表面，由此使磨损更均匀。此磨损问题通过成本极低且易于装配的部件被很简单地解决。这种装置应用于新的涡轮机与应用于已付诸使用的涡轮机一样简单。
根据有利实施例，第一半塞包括：盘形式的部件，其具有领部和紧固件；第二半塞包括：盘形式的部件，其具有领部和紧固件，所述两种紧固件具有互补形式以相互接合。紧固件可例如为螺纹紧固件或者可为夹的形式，所述第一半塞的紧固件为凸形，所述第二半塞的紧固件为凹形。
所述塞优选地被布置为不损害所述鼓的金属。特别是，这涉及在工程人员介入过程中防止形成任何初始裂纹。
介入得益于在第一半塞上具有领部的盘，其包括用于接合紧固件的驱动机构。此机构通过标记以定位一工具而形成，所述工具用于固定第一半塞，例如通过拧上和拧下或者通过卡夹紧固。
处理进一步得益于第二半塞，其包括防止其围绕其紧固件轴线旋转的机构。
有利地，第一半塞由金属(例如钢)制成，第二半塞由塑料制成。其他材料也是可行的。它们可相同或不同。
本发明还涉及一种塞，其被布置以形成耐磨装置。
本发明还涉及一种气体涡轮发动机压缩器转子，其包括转子盘，转子盘具有紧固到环的边缘，盘边缘具有用于装容叶片的轴向凹部，环至少部分地覆盖凹部的下游边沿并具有应力释放钻孔，一些应力释放钻孔与所述凹部沿轴向对准，并包括如前所述的塞。
更特别地，所述涡轮机转子盘是涡轮喷气发动机中的风扇盘，涡轮喷气发动机具有固定到低压压缩器鼓的前风扇。所述环紧固到所述压缩器鼓，所述转子盘通过栓接到所述环而被固定到所述鼓。所述孔是应力释放孔。
本发明主要应用于一种涡轮喷气发动机，其包括：前风扇和在所述风扇下游的低压压缩器，其中，所述风扇盘和所述压缩器鼓形成本发明的转子。
附图说明
通过以下参照附图的实施例描述，其他特征和优点将变得显见，其中：
图1显示出采用本发明的耐磨装置的涡轮喷气发动机的侧视图；
图2以立体图显示出在低压压缩器上游法兰侧上的涡轮喷气发动机风扇转子的细节；
图3显示出图2中所示具有耐磨装置的法兰的细节；
图4显示出通过根据本发明的塞结构中的孔的轴向截面；
图5显示出位于凹部侧上的半塞的头部；和
图6显示出位于凹部相对侧上的半塞的头部。
具体实施方式
图1显示出涡轮喷气发动机1的轴向截面图。涡轮喷气发动机1包括：具有转子的前风扇2，该转子设置到风扇壳体3中，其限定次级流。风扇转子2紧固到低压压缩器4。风扇2和低压压缩器组件通过中心轴紧固到形成低压涡轮8的涡轮组件。
在低压压缩器4的下游，空气由高压压缩器5进一步压缩。高压压缩器5以旋转方式紧固到对其进行驱动的高压涡轮级7。压缩空气进入燃烧室6，燃烧室6产生热气体以驱动涡轮级。
本发明在此示例中涉及位于风扇转子2与低压压缩器转子4之间的发动机部分。
图2以立体图方式显示出此区域的内部，其中省略风扇叶片。
风扇盘20在其边缘上包括大致沿轴向对准的凹部21，在此例中具有曲线形式。凹部具有燕尾形截面。边缘包括在凹部之间的径向法兰22，用于固定叶片间平台。盘20紧固到位于下游的低压压缩器4。压缩器包括固定有压缩器叶片42(其中一些可见)的柱形鼓41。鼓在上游紧固到栓接于盘20边缘的径向法兰43。该边缘包括在凹部21之间的径向固定法兰23。每个径向法兰23通过螺栓24固定到压缩器的上游法兰43。
上游法兰43具有保持凹口43a，保持凹口43a具有径向边沿并朝向机器轴线开放。这些凹口用于通过引入相对叶片的根部而沿轴向保持叶片。这种保持叶片的方式在申请人名下的专利EP165860中描述。在固定法兰23之间，在相等直径的圆上，在上游法兰43中形成钻孔44。这些钻孔的功能是释放此部件所承受的应力。密封塞防止鼓41内的下游空气向压力较低的上游逸散。这些密封塞由合成材料制成，且不具有其他功能。
在操作中，发动机可在叶片上的力逆反时实现自动旋转。在这种情况下，叶片杆的下游面压靠法兰43。叶片的压力和运动导致叶片和上游法兰均受磨损。叶片杆在法兰上所留下的磨损痕迹T在此转子上可见。此痕迹与凹部对准，并与钻孔44重叠。形成杆的非均匀磨损，其中在沿钻孔轴线的区域周围的材料中空化。
本发明通过定位耐磨塞而解决这一问题。图3显示出与图2相同的发动机区域，同样不显示叶片。仅显示出风扇盘20的局部。风扇盘20的局部被接合到下游低压压缩器的上游法兰43。与凹部21相对且对准的钻孔44由塞50封闭。此塞被布置以形成用于位于此凹部中但在图中未示出的叶片的支承表面。
图4、5和6例示出本发明的解决方案。
塞50包括两个半塞51和52，在钻孔44的两侧上各有一个。在叶片A侧上的半塞51具有宽于钻孔直径的头部51a。头部51a为盘的形式并具有领部。其表面平坦，以形成宽支承表面用于叶片A的杆。半塞51包括将其连接到半塞52的紧固件51b。半塞51由耐磨材料(例如金属)制成。
如图5中可见塞50的前视图，头51a还具有三个标记51c，用于引入一工具，利用此工具，半塞可紧固到棒，例如通过螺纹，虽然其他方式也是可以的。
由塑料制成的半塞52包括头部52a，其压靠上游法兰43的相对的面。头部52a也为盘的形式并具有领部。半塞通过紧固件52b延伸到钻孔44中，紧固件52b与半塞51的紧固件51b接合以在上游法兰43的两侧上形成连接并使得两个半塞保持固紧在一起。在示例中，紧固件51b为螺纹棒形式，其通过螺纹与凹形紧固件52b接合。如图6中可见半塞52的前视图，头部52a具有边沿52a’，其通过压靠在上游法兰43上加工而成的台阶43’而形成抗旋转机构。
塞如下装配：
在发动机装配过程中的初始阶段，半塞52从鼓内在钻孔中定位。凹形紧固件52b的外直径使得：通过将凹形紧固件52b引入钻孔44中能够实现半塞52的压力装配。
然后，半塞51从另一侧定位，并借助于三臂工具在头部51a的标记51c中固定。通过超过钻孔延伸，头部51a形成足以分配力的支承表面。头部51a的强度也足以使金属不穿入钻孔中。
当有必要更换塞时，有必要移除半塞51并且将另一半塞留在原位。这样，任何访问上游法兰另一面的问题得以解决。
这样，通过特别简单和经济的方式，对发动机的安全、成本和性能同样具有极大有害影响的磨损问题得以解决。

Claims (13)

1.一种涡轮机转子，包括：盘(20)，所述盘具有边缘和在所述边缘上加工而成的用于容纳各叶片的轴向凹部(21)；环(43)，所述环连接到所述边缘的一个面，所述环被加工有与所述凹部沿轴向对准的孔(44)，与所述凹部对准的所述孔(44)中的至少一些包括塞(50)，其特征在于，所述塞通过由第一耐磨材料制成的第一半塞(51)和由第二材料制成的第二半塞(52)形成，所述两个半塞中的一个压靠所述环(43)的一侧，所述两个半塞中的另一个压靠所述环(43)的另一侧，一个所述半塞通过所述孔(44)连接到另一个半塞。
2.如权利要求1所述的涡轮机转子，其中，所述塞(50)也形成一密封部。
3.如权利要求1所述的涡轮机转子，其中，所述第一半塞(51)包括：头部(51a)，其为盘的形式，具有领部和紧固件(51b)；第二半塞(52)包括：头部(52a)，其为盘的形式，具有领部和紧固件(52b)，所述两种紧固件(51b，52b)具有互补形式以相互接合，其中，所述紧固件(51b，52b)是螺纹紧固件或卡夹紧固件。
4.如权利要求3所述的涡轮机转子，其中，所述第一半塞(51)的紧固件(51b)为凸形，所述第二半塞(52)的紧固件(52b)为凹形。
5.如权利要求3所述的涡轮机转子，其中，所述第一半塞(51)的头部(51a)设置有外标记(51c)，以能够将用于固定所述第一半塞(51)的工具沿所述孔的轴线引入。
6.如权利要求2所述的涡轮机转子，其中，所述第二半塞(52)包括：防止其围绕其紧固件的轴线旋转的机构。
7.如权利要求2所述的涡轮机转子，其中，所述第一半塞(51)由金属制成，和/或所述第二半塞(52)由塑料制成。
8.一种涡轮喷气发动机，包括：前风扇和在所述风扇下游的低压压缩器鼓，所述前风扇包括风扇盘(20)，所述风扇盘(20)和所述低压压缩器鼓形成如权利要求1至7中任一项所述的转子，所述环(43)紧固到所述压缩器鼓，所述风扇盘(20)通过栓接到所述环而被固定到所述鼓。
9.一种塞，其形成用于如权利要求1所述涡轮机转子的耐磨机构，其特征在于，其包括：由第一耐磨材料制成的第一半塞(51)和由与所述第一材料相同或不同的第二材料制成的第二半塞(52)，所述两个半塞被布置为使得一个半塞压靠所述环(43)的一侧，另一半塞压靠所述环的另一侧，使得一个半塞通过所述孔连接到另一半塞。
10.如权利要求9所述的塞，其中，所述第一半塞(51)包括：头部(51a)，其为盘的形式，具有领部和紧固件(51b)；第二半塞(52)包括：头部(52a)，其为盘的形式，具有领部和紧固件(52b)，所述两种紧固件具有互补形式，其中，所述紧固件(51b，52b)是螺纹紧固件或卡夹紧固件。
11.如权利要求9所述的塞，其中，所述第一半塞(51)的紧固件为凸形，所述第二半塞(52)的紧固件为凹形。
12.如权利要求9所述的塞，其中，所述第一半塞(51)由金属制成，和/或所述第二半塞(52)由塑料制成。
13.如权利要求9至11中任一项所述的塞，其中，所述第一半塞(51)的头部设置有外标记，以能够将用于固定所述第一半塞(51)的工具绕所述孔的轴线旋转地引入。
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