CN105452616B - 涡轮机的离心式压缩机的罩以及包括该罩的涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心式压缩机的罩(1)，罩意在被刚性地连接至涡轮机壳体(13，15)，罩包括多个开口(16)。罩(1)还包括用于将罩紧固至壳体的紧固构件，其特征在于，所述紧固构件(20)的一部分相对于开口(16)位于上游并能够通过将紧固工具(22)穿过罩(1)的所述开口(16)中的至少一个而被触及。本发明还涉及使用该罩以鉴于收集空气而形成密封空间(17)的涡轮机。

Description

涡轮机的离心式压缩机的罩以及包括该罩的涡轮机

技术领域

本发明涉及涡轮发动机中的离心式压缩机的罩的设计。本发明更具体地涉及用于将罩组装在涡轮发动机中以便在压缩机的外周处与涡轮发动机的壳体一起保持以下空间的密封的技术：所述空间意在用于所排放的气体并且由所述罩限定。

背景技术

涡轮发动机中的离心式压缩机的功能在于将高压空气源注入到燃烧室中。为此，转子具有外扩形状，从而吸收从轴流式压缩机输出的空气，以便将所述空气径向地引导到行进至燃烧室的回收管道中。罩形成定子，即用于空气绕转子流动的管道的外壁。

已知的是：将离心式压缩机处的空气排出以便将该高压空气作为用于涡轮发动机或航空设备的动力源来使用。形成在罩中的开口使得能够将压缩机的管道中的所述空气排出以便将其运送到以下回路中：所述回路待将空气分配至使用该空气的设备。为从这种排气方式充分获益，重要的是将回路密封。为此，罩被带至与壳体的围绕排气开口的部件密封接触，以便在分配高压空气的回路的输入口处产生回收空间。

然而，这种压缩机的罩是难以安装的部件。这是由于所述罩必须确保转子的叶片处的间隙尽可能小以便优化压缩机的效率。还必须确保管道上游和下游的连续性。相反地，与涡轮机的运行相关的机械应力和热应力会使罩所在的区域中的所有部件(尤其是转子叶片)产生严重的变形。

相当普遍的是，在具有最大半径的区域中通过定位在所述罩上的下游的环形凸缘将罩安装到壳体。然而，排气开口通常位于具有中间半径的区域中，该区域位于罩上的更上游。在这种情况下，将所述凸缘螺接到壳体使得能够容易地在排气开口的下游确保回收空间的密封。因此，问题在于确保罩和壳体的另一部件之间的接合点处的密封，从而在排气开口的上游将回收空间封闭。为此，如US7824151中描述的，密封必须通过部件和罩之间的接合点来确保，或者如EP2206882中提出的，密封必须通过简单的对中来确保。这些解决方案限制了泄露，但尤其由于部件在涡轮发动机的不同运行速度之间的变形而不能确保完全密封。对于压缩机以及对于用于排放高压空气的***来说，这导致了压力的损失，并因此导致性能降低。

压缩机罩(诸如US2011/0002774和FR2931521中描述的那些压缩机罩)的一些设计使用了凸缘，该凸缘定位在压缩机的罩上的上游并被螺接到涡轮发动机的壳体以便能够固定所述罩。在这种情况下，对凸缘进行螺接在罩的上游确保空间的密封。如FR2931521中的情况，甚至可配置以下结构：所述结构在下游将围绕压缩机的罩的空间封闭。

然而，当凸缘被螺接在罩的上游部分上时(尤其为了确保在该区域中的密封性)，这在组装期间产生了对固定构件的可触及性问题。这是因为：在罩被定位成组装时结构的部件或凸缘阻碍触及所述构件，或者直接位于固定孔后方的空间最多由罩自身的形状来限制。在这种情况下，有必要将涡轮发动机的结构设计成使得：罩的凸缘的固定螺钉能够从位于离心式压缩机前方的轴流式压缩机的下游的腔可触及。

本发明的目标在于提出一种简单的解决方案，该解决方案通过使用夹紧构件通过罩的上游边缘容易地将罩固定到涡轮发动机的壳体，并且该解决方案能够在没有显著修改的情况下适于以下设计：其中，涡轮发动机的壳体在组装期间不允许触及罩的该部分。

发明内容

本发明涉及一种用于离心式压缩机的罩，罩意在被固定至涡轮发动机的壳体，罩在穿过压缩机的气体的流动方向上包括上游边缘和下游边缘，所述罩包括多个开口以及固定构件。所述罩的特征在于，上游固定构件相对于开口位于上游并且能够通过将固定工具穿过罩中的所述开口中的至少一个而被触及。

罩的便于组装的目标由本发明通过在罩被放置就位时允许从下游触及固定构件而实现。夹紧构件能够被预先定位在固定构件上，并且于是足以使固定工具穿过设置成可触及所述构件的开口，以便通过夹紧以抵靠壳体的方式将罩固定。

有利地，这种布置与意在用于排放空气的开口相应。因此，罩首先意在通过将压缩机的区域中的空气排放以参与到高压空气分配***。在这种情况下，所述开口必然被正确地定位并被确定尺寸以便不干扰压缩机的运行，并且还不需要修改罩在该区域中的设计。

优选地，用于离心式压缩机的罩的所述上游固定构件包括外凸缘和穿过所述凸缘的固定孔，单元意在与螺钉和螺母类型的夹紧构件配合，所述夹紧构件能够由固定工具驱动。凸缘中的孔易于加工并易于定位在凸缘上。广泛使用的螺钉和螺母***使得能够通过以抵靠壳体的方式将所述罩夹紧而容易地对罩进行固定。例如，由于每个上游固定构件限定出与用于将其夹紧的可移动夹紧构件的旋转相应的轴线，所以所述轴线穿过罩中的所述开口中的至少一个。具体地，在固定是由螺接实现的情况下，这使得能够使用主轴扳手而不需要使用复杂的机构。

有利地，所述外凸缘形成完全包围所述罩的壁。被布置成在固定构件被夹紧时在所述开口的上游确保密封地圆周连接至壳体的一部分的所述凸缘使得能够防止来自压缩机的、穿过罩中的开口的空气在涡轮发动机的运行期间从从前方溢出。首先，这防止接纳穿过罩中的开口溢出的空气的空间与涡轮发动机的上游阶段连通并且防止干扰涡轮发动机的运行。此外，在上文引用的文献中已经描述的器件使得能够确保罩和其最大半径的区域(开口的下游)中的壳体之间的连接的密封性。因此，在涡轮发动机的运行期间，由于压力将变得均衡，所以以下事实对压缩机的效率没有不利影响：压缩机中的流动经由用于使固定工具能够穿过的开口与罩的外部连通。类似地，考虑到用于在其他设备中使用的空气的排放，该区域中的泄露的缺乏有助于在空气分配回路中保持增压。

有利地，凸缘中的每个固定孔能够通过穿过罩中的所述开口中的至少一个来接纳夹紧螺钉。这使得能够例如在将罩安装到壳体上之后使螺钉穿过。在一个变型中，如果凸缘中的孔被定位在连接至壳体的螺柱上，那么开口使得能够穿过螺母并使得能够将所述螺母安装到螺柱上。

优选地，所述凸缘靠近罩的上游边缘而延伸。

在特定的实施例中，离心式压缩机的罩还包括用于保持抵靠涡轮发动机的壳体的下游凸缘，所述凸缘在所述开口和下游边缘之间被紧固到罩的外壁并且形成密封构件。通过使用被布置成确保抵靠壳体的圆周连接的密封的下游保持凸缘使得能够容易地调节罩以便确保对用于接纳排放的空气的空间进行完全的密封，并使其能够容易地进行组装。有利地，该凸缘被螺接到涡轮发动机的壳体上。

本发明还涉及一种涡轮发动机，所述涡轮发动机包括具有上述的罩的离心式压缩机，所述涡轮发动机的壳体被布置成在夹紧构件被拧紧时形成到罩的上游凸缘的密封连接。

有利地，壳体被布置成与所述罩一起形成至少一个封闭空间，所述至少一个封闭空间对穿过罩中的开口的空气进行回收。

有利地，罩中的开口中的至少一些和所述空气回收空间被设计成参与到空气排放***中。

附图说明

根据阅读参照附图的以下说明，本发明将被更好的理解，并且本发明的其它细节、特征和优点将变得更清楚，在附图中：

图1为包括根据本发明的罩的涡轮发动机压缩机的第一实施例的轴向截面。

图2是图1的、罩的上游固定区域中的放大图，该放大图示出了螺钉和螺母的分解视图。

图3为涡轮发动机的轴向截面，图3示出了图1的处于组装阶段期间的罩。

具体实施方式

参考图1，本发明涉及离心式压缩机的罩1，罩1形成管道的径向外壁，转子叶轮3的叶片2在管道中旋转。单元关于以下轴线具有旋转对称性：该轴线未示出，但是该轴线相对于图1是水平的并且在所示的部件的下方。通过关于该轴线旋转，转子通过其轴向定向的输入口4将空气吸入，以便将所述空气通过其径向定向的输出口5在较高压力下进行喷射。以通常的方式，所述压缩机将其压缩的空气排放到意在供给燃烧室的径向回收管道6中，燃烧室未示出但位于参考图1的右手侧上并在上游通过轴流式压缩机7供给。

罩1是关于压缩机的对称轴线旋转的部件，具有最小空隙的罩1的形状遵循由叶片2的径向端部扫掠的表面。此外，罩1被布置成使得罩1的上游前缘8确保与轴流式压缩机7的管道的径向外壁9的形状上的连续性，并且使得罩1的下游后缘10确保与回收管道6的壁11的形状上的连续性。

将罩固定在涡轮发动机的壳体上应当使得能够以足够精确的方式将所述罩定位以便考虑到上述的应力，并且还使得能够允许罩根据涡轮发动机的运行而移动，以便在保持最佳的空隙时遵循叶片2的变形。

现有技术中提出了许多类型的解决方案，尤其诸如在已被引用的US2011/0002774和EP2206882中利用两个凸缘对罩进行固定。关于对罩进行保持，利用两个凸缘的该组件由多种因素决定罩的固定点，这必须考虑到所进行的连接的类型。然而，如在现有技术中引用的文献中所示，完全有可能实现这种组件。通过对凸缘所提供的连接的恢复力进行调整而使用凸缘之间的其它组合处于本发明的范围内。

根据本发明的第一实施例使用了包括两个凸缘的这种类型的固定。在下游紧固在罩1的相对于旋转轴线具有最大半径的部分中的环形凸缘12被螺接到壳体的圆周部件13的边缘。此外，在罩的整个圆周上，罩还通过凸缘14在其上游部分中被固定至壳体的另一部件15。所述凸缘14是截头锥形部件，所述截头锥形部件在罩1的外部径向地延伸，并在罩的整个圆周上将上游边缘8与下游边缘10隔开。所述凸缘以非常接近罩1的上游边缘8的方式固定至罩1，并且具有较小的径向延伸性。因此，使得罩和壳体的部件15之间的连接非常接近上游边缘8。所述凸缘14由于其位置而提供了额外的益处，该益处将在下文中进行陈述。

在一些涡轮发动机中，所述罩还参与了将压缩机的区域中的高压空气排出的功能，以便将所述空气朝向航空器内的不同的设备引入到分配回路中。

在所示的实施例中，罩1由多个开口16穿过，多个开口16中的一个在图1的部分中示出。这些开口16关于对称轴线位于环上，环所具有的半径在上游边缘8上约等于罩的最小半径并且在下游边缘10上增加与最大半径的差的四分之一。从不同的方式看，所述开口也位于罩1的轴向轮廓的具有最大曲率的区域中。以这种方式，所述开口位于以下区域中：在所述区域中，罩扮演了用于容纳压缩机内的流动的次要角色。因此，所述开口能够被布置成具有以下横截面：该横截面在不会导致压缩机的运行中的大量的损耗的情况下足以使在转子中循环的小部分的空气能够穿过至罩的外侧。

排出的空气在回收空间17中被回收，回收空间17自身与分配回路(未示出)连通。在图1所示的示例中，所述空间17在罩附近由罩1的一部分通过以下部件界定：

-在下游方向上，下游凸缘12与壳体的环形部件13，

-在上游方向上，上游凸缘14与壳体的环形部件15。

因此，如在图2中所示，上游凸缘通过包括螺钉18和螺母19的***固定至部件15，螺钉18和螺母19穿过孔20和孔21以及凸缘14和部件15。当然，所述孔在罩的组装期间被定位成彼此相对。所述孔(尤其是形成在凸缘14中的孔20)圆周地分布。因此，穿过凸缘14的孔20与凸缘14的包围孔20的部分一起作为紧固至罩1的多个固定构件形成。所述固定构件20与布置在环形部件15的边缘上的孔21以及螺接构件18和19配合，以便将凸缘14压靠部件15。与凸缘和部件15的边缘接触的部分可选地与居间的调整垫片23被布置成以便确保：凭借由螺接构件18-19在所述构件被夹紧时所施加的压力，连接相对于高压空气是密封的。类似地，下游凸缘12被螺接至壳体的部件13的边缘，并确保用于接纳排出的空气的空间17在罩1的下游侧上被密封。

凸缘12通常在罩的外部径向地延伸，这使得能够在对罩进行组装或拆卸时从所述凸缘的下游触及其螺接至壳体的端部。

组装这种构型的困难之处在于以下事实：为了确保罩的上游的密封性，壳体的部件15接近罩1的半径最小的上游边缘8。如在图3中所示，在涡轮发动机的组装期间，罩被安装在壳体的部件的下游和已组装的压缩机的下游。因此，类似于下游凸缘12，罩1阻碍触及固定构件20以及螺接构件18-19。在根据本发明的罩中，罩1中的设置成用于排放空气的开口16已经定位成与凸缘14中的固定孔20相对，使得例如为扳手22的固定工具能够通过穿过凸缘14中的孔20和壳体的部件15中的孔21而夹紧螺钉18的头部(图3中未示出)，以便将所述壳体旋拧到螺母19上。

在所示的示例中，螺母19在其上游侧上以与孔21相对的方式固定在壳体的部件15中，并且防止螺母19旋转。因此，可从壳体的后方对罩进行安装，以便将螺钉18穿过凸缘中的孔20和壳体的部件15中的孔21旋到螺母19中，所述孔预先已被对准。排气开口16允许扳手22的与固定孔20的轴线对准的主轴穿过，这使得能够将所述扳手旋转以便将螺钉18旋入。此外，在仍满足压缩机的运行标准时，该开口16足够大以允许螺钉18穿过，以便使所述螺钉和扳手22的与螺钉18的头部配合的头部穿过孔20和孔21被引入到所述螺母19中。

在一个变型中，如果所述扳手的头部与螺钉的头部中的中空样式配合，与图3中所示的相反，扳手22的头部可以比螺钉18的头部更窄。以这种方式，螺钉18可在将所述罩在壳体上被放置到位之前被预先定位在罩的上游凸缘14的固定孔20上。在这种情况下，排气开口16的横截面仅能允许相对窄的扳手22穿过。

在另一变型中，螺钉18的布置方向或螺母19的布置方向是反向的。因此，防止在壳体的部件15上旋转的螺钉18形成螺柱，凸缘14的孔20在螺母19被旋拧之前定位在螺柱上。

Claims (10)

1.一种用于离心式压缩机的罩，所述罩意在被固定至涡轮发动机的壳体(13，15)，所述罩在穿过压缩机的气体的流动方向上包括上游边缘(8)和下游边缘(10)，所述罩(1)包括多个开口(16)以及用于固定到壳体的构件，所述罩的特征在于，上游固定构件相对于开口(16)位于上游并且能够通过将固定工具(22)穿过所述罩(1)中的所述开口(16)中的至少一个而被触及。

2.根据权利要求1所述的用于离心式压缩机的罩，其中，所述开口(16)意在用于压缩机中的空气排放。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的用于离心式压缩机的罩，其中，所述上游固定构件包括上游凸缘(14)和穿过所述上游凸缘的固定孔(20)，所述上游固定构件意在与螺钉(18)和螺母(19)类型的夹紧构件配合，所述夹紧构件能够由所述固定工具(22)驱动。

4.根据权利要求3所述的用于离心式压缩机的罩，其中，所述上游凸缘(14)形成完全包围所述罩(1)的壁。

5.根据权利要求4所述的用于离心式压缩机的罩，被构造成使得：每个固定孔(20)能够接纳穿过所述开口(16)中的至少一个的一个螺钉(18)。

6.根据权利要求3所述的用于离心式压缩机的罩，其中，所述上游凸缘(14)靠近所述罩(1)的上游边缘(8)而延伸。

7.根据权利要求3所述的用于离心式压缩机的罩，还包括用于保持抵靠涡轮发动机的壳体(13)的下游凸缘(12)，所述下游凸缘在所述开口(16)和所述下游边缘(10)之间被紧固到所述罩(1)的外壁并且形成密封构件。

8.一种涡轮发动机，包括具有根据权利要求3至7中任一项所述的罩(1)的离心式压缩机，所述涡轮发动机的壳体(15)被布置成在夹紧构件被夹紧时与所述罩(1)的上游凸缘(14)形成密封连接。

9.根据权利要求8所述的涡轮发动机，所述涡轮发动机的壳体(13，15)被布置成与所述罩(1)一起形成至少一个封闭的空气回收空间(17)，所述空气回收空间(17)对穿过所述罩中的开口(16)的空气进行回收。

10.根据权利要求9所述的涡轮发动机，其中，所述罩(1)中的开口(16)中的至少一些和所述空气回收空间(17)被设计成参与到空气排放***中。