CN111902609A - 用于涡轮机的涡轮的冷却装置 - Google Patents

Abstract

围绕涡轮机壳体，例如涡轮壳体沿周向延伸的冷却装置(21)，包括沿轴向延伸并设计为固定到壳体上的支撑件(24)，沿周向延伸的至少一个冷却管，至少一个固定构件(25)，所述固定构件(25)包括至少部分围绕所述管的径向内部件(36)以及固定到支撑件(24)上的径向外部件(37)，固定构件(25)的径向外部件(37)经由连接构件(30)的媒介固定到支撑件(24)上，所述连接构件包括具有沿周向相对的第一周向端部部件(32)和第二周向端部部件(32)的中心部件(31)，第一端部部件(32)和第二端部部件(32)各自沿一相对的轴向方向延伸，第一端部部件和第二端部部件(32、32)各自固定到支撑件(24)上，固定构件(25)的径向外部件(37)固定到连接构件(30)的中心部件(31)上。

Description

用于涡轮机的涡轮的冷却装置

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机(例如飞机涡轮喷气发动机，特别是双流涡轮喷气发动机)的涡轮的冷却装置。

背景技术

图1显示具有双流和双轴的涡轮机1。涡轮机的轴标记为X，并且对应于旋转部件的轴。在下面，相对于X轴限定了术语轴向和径向。

涡轮机1沿气流方向从上游到下游具有鼓风机2、低压压缩机3、高压压缩机4、燃烧室5、高压涡轮6和低压涡轮7。

来自风机2的空气划分为流入初级环静脉9的初级流8，以及流入围绕主环静脉10的次级环静脉11的次级流10。

低压压缩机3、高压压缩机4、燃烧室5、高压涡轮6和低压涡轮7定位在主静脉9中。

高压涡轮6的转子和高压压缩机4的转子经由第一轴12旋转地耦合，以形成高压主体。

低压涡轮7的转子和低压压缩机3的转子经由第二轴13旋转地耦合，以形成低压主体，鼓风机2能够直接地连接到低压压缩机3的转子，或者例如经由行星齿轮传动系连接到低压压缩机3的转子。

如图2所示，低压涡轮7特别地具有带有活动轮14和固定部件的不同连续级。叶轮具有一种其上安装有叶片16的圆盘15。叶片16的端部由一种由耐磨材料制成的固定环17围绕，所述环17固定在涡轮壳体18上。阀19定位在叶轮14的下游。阀19和环17通过从壳体18的径向内表面延伸的凸缘或钩20安装在壳体上。

为了保证涡轮机的高效率，必须限制未通过个别级的叶轮14的气流，即，必须限制在叶片16的径向外端和由耐磨材料制成的环17之间的泄漏。为此，必须在该接口处检查间隙，由于该间隙取决于壳体18的温度，以及特别地包含支撑环17的钩或凸缘20的所述壳体18上的区域。

来自燃烧室5的初级气流很热，并加热下游部件，例如涡轮6、7的固定和移动部件。

为了控制上述间隙并避免涡轮的多种固定和移动部件的过早退化，有必要提供很容易地集成到涡轮机的环境内的有效冷却方式。

以申请人名义的专利申请FR 3 021 700公开了一种图3可见的具有集气盒22的低压涡轮7壳体18的冷却装置21，每个具有集气盒22形成一种轴向延伸的通道。

装置21还包括在集气盒22的任一侧上周向地延伸的管23。也称为斜坡的这些管23由具有圆形横截面的弯管形成，每个管23围绕壳体周向地延伸，例如以约90°的角延伸。

每个管23具有通向相应集气盒22的通道的进气口以及封闭远端。每个管23还具有一种带有面对壳体18的空气喷射口的圆柱形壁，使得冷却空气可进入歧管22，然后在通过面向壳体18的开口打开以对其冷却之前进入管23。这被称为冲击冷却，因为空气冲击壳体18。

所有管23都通过沿涡轮机的轴延伸的支撑件24保持在一起，并且由于固定装置25的钩，都定位在壳体18的圆周上的不同点。

以申请人名义的文献EN 3 002 590公开了一种实施例，其中固定装置包括一种至少局部地围绕相应管的径向内部件以及一种径向延伸的，固定到支撑件的固定吊耳的径向外部件。所述固定吊耳通过切割和弯曲支撑件的一部分制成。圆形孔设置在所述吊耳以及在相应的固定装置中，所述孔允许与螺母配合的紧固螺钉通过。

已经发现的是，在弯曲后很难控制接片的准确位置，使得很难控制钩的径向和轴向位置，以及因此难以控制用于冷却壳体的相关区域的斜坡，其影响了冷却效率。此外，由于在操作过程中所施加的热、机械和振动应力，这些管的径向内部件可接触壳体的外表面是可能的。由壳体施加在这些管上的力经由固定装置传递到接片，这可能导致接片或甚至固定装置的不可逆塑性变形，使得后期无法相对于壳体正确地径向和轴向地定位这些管。

发明内容

本发明更具体地旨在为这些问题提供一种简单、有效和成本有效的解决方案。

为此，本发明提供一种围绕涡轮壳体(例如涡轮壳体)周向地延伸的冷却装置，包括：

-用于附接到壳体的轴向延伸的支撑件，

-至少一个周向地延伸的冷却管，

-至少一个固定装置，其包括至少局部地围绕所述管的径向内部件以及固定到支撑件的径向外部件，其特征在于，固定装置的径向外部件经由连接构件固定到支撑件，所述连接构件包括具有周向相对的第一周向端和第二周向端的中心部，第一端部和第二端部每个都沿相对的轴向方向延伸，第一端部和第二端部每个都固定到支撑件，固定构件的径向外部件固定到连接构件的中心部。

连接元件因此具有通用的Z形，使其具有良好的抗弯曲和抗扭性，使得保证了固定构件相对于支撑件的正确定位，以及因此这些管相对于壳体的正确定位。

连接元件的该抗弯曲和抗扭性还防止连接元件在这些管与壳体接触的情况下发生塑性变形。

此外，使用与支撑件分离的连接构件允许更好地控制多种元件以及尺寸链的制造，使这些管能够相对于壳体轴向和径向地精确定位。

支撑件可主要轴向的延伸。

固定构件的径向外部件可在支撑件的外表面径向外侧的区域中附接到支撑件。支撑件的外表面与面对或朝壳体定向的支撑件的内表面相对。

连接元件可以由折叠的金属板形成。

连接构件的端部部件可通过铆钉连接到支撑件。

或者，连接构件的所述端部部件可以通过焊接固定到支撑件。

固定装置的径向外部件可通过至少一个轴向延伸的螺钉或铆钉附接到连接构件。

由于螺钉并不沿径向方向延伸，因此可以在这些元件不干扰螺钉的情况下，增加相应管的直径以及围绕该管的固定装置的径向内部件。

连接构件的中心部可具有径向延伸的椭圆形孔，所述螺钉或铆钉接合所述椭圆形孔。

这使得固定装置和管可相对于支撑件和连接构件径向地移动。换句话说，可以在旋紧或铆接之前控制这些管相对于壳体的径向位置，所述旋紧或铆接可以有效地控制壳体的冷却。

该装置可包括周向和轴向地间隔开延伸的至少两个管，每个管都附接到一个固定构件，每个固定装置的径向外部件附接到相应连接构件的中心部。

固定构件的所述径向外部件可轴向地固定在连接构件的中心部的任一侧上。

用于紧固两个相邻管的这些固定装置可相对于在所述固定装置之间延伸的径向平面，彼此相对地对称布置。

该结构减少了对这些元件的轴向空间要求。

每个固定装置可具有围绕该管的基本圆形部，以及从该圆形部径向向外地延伸并形成紧固吊耳的紧固部。圆形部然后径向地向内，而紧固吊耳径向地向外。

支撑件可具有轴向延伸的主壁，其中形成有管腔，支撑件具有在管腔的两个部分之间轴向延伸，并且至少局部地从主壁径向向外地延伸的至少一个止动部。

止动部可在从主壁径向向外地偏移的平面中延伸，并且具有通过连接区域连接到管腔的相应边缘的两个周向端。

这样，当壳体停靠在这些管上或在固定装置的内部件上时，该止动部能够限制相应固定装置的内部件的位移，从而控制连接构件和固定装置的径向部的变形，以避免所述径向部的塑性变形。

支撑件中的每个管腔可具有椭圆形并轴向地延伸。支撑件的每个管腔可具有通常的矩形形状。

轴向延伸的间隔件可安装在至少一个固定装置的径向外部件和连接装置之间。每个间隔件可以是管状。

可以选择间隔件的长度以控制这些管相对于壳体的轴向定位。间隔件的使用也可以使用标准部件，由于通过使用不同尺寸的间隔件可以单独地实现这些管相对于壳体的轴向定位校正。

支撑件可具有与固定构件的径向内部件相对地径向定位的至少一个管腔。

支撑件可具有轴向延伸的主壁，其中凸缘从主壁的侧边缘径向向外地延伸。

通过使其对振动不太敏感，这种结构可以在涡轮机的运行过程中改进支撑件的动态性能。

支撑件可具有径向地向外延伸至凸缘之外的附接区域，所述连接构件的轴向部件附接到支撑件的附接区域。

连接构件至少局部地可周向地定位在凸缘之间。

本发明还涉及一种组件，其包括涡轮机的环形壳体(例如环形涡轮壳体)，其特征在于，所述组件包括一种固定到所述壳体并围绕所述壳体的上述类型的冷却装置。

本发明还涉及一种涡轮机，包括上述类型的组件。

当参考附图，阅读作为非限制性示例给出的以下描述时，将更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、特征和优点将显而易见。

附图说明

-图1是现有技术的双流涡轮喷气发动机的轴向剖视图，

-图2是现有技术的涡轮喷气发动机的一部分的轴向剖视图，特别示出了低压涡轮，

-图3是现有技术的冷却装置的透视图，

-图4是根据本发明实施例的冷却装置的一部分的透视图，

-图5是图4的详细视图；

-图6是连接装置的透视图。

具体实施方式

图4和5显示根据本发明的一实施例，被设计成安装在飞行器涡轮机1的低压涡轮7壳体18上的冷却装置21的一部分。

冷却装置1具有一支撑件24，该支撑件通过切割、折叠和/或冲压金属板形成，并具有轴向延伸的主壁26，其中凸缘27从主壁26的侧边缘沿径向向外延伸。固定区域或凸部27a从凸缘27的自由径向端沿径向向外延伸。

主壁26的轴向端具有用于固定到壳体凸缘的固定区域28。

需要注意的是，固定区域28可沿径向和/或轴向延伸。在图中所示的实施例中，一个固定区域28沿径向延伸，另一固定区域28沿轴向延伸。

主壁26具有大致矩形形状的管腔29，此处为沿主壁均匀分布的四个管腔29。管腔29沿支撑件24的轴线延伸。

对于每个管腔29，支撑件24具有在管腔29的两个侧边缘之间延伸(即沿周向延伸)的两个止动部33，所述止动部33至少局部地在主壁26外侧沿径向延伸。换句话说，两个管腔部29在止动部33的任一侧上沿轴向延伸。

每个止动部33均在一从主壁23径向向外地偏移的平面中延伸，并且具有通过形成弧形的连接区域33a连接到管腔29的相应边缘29a的两个周向端。

止动件33可通过冲压制成。

冷却装置1还具有由金属板制成的连接元件30，这里为四个连接元件30。如图6中最佳可见，每个连接构件30均具有沿一径向平面延伸的中心部件31和两个端部部件32，所述两个端部部件32被构造成将连接构件30附接到所述支撑件并且沿轴向平面在中心部件31的径向平面的任一侧上分别从中心部件31的第一周向端和第二周向端延伸。在端部部件32和中心部件31之间的连接区域32a可以为圆形或弧形的。在这里连接区域32a的径向尺寸小于中心部件31的径向尺寸，中心部件31的径向尺寸又小于每个端部部件32的径向尺寸。

每个端部部件32具有至少两个孔32b，这里为两个圆形孔，允许未示出的铆钉的接合，所述铆钉用于将端部部件32附接到支撑件24的附接区域28。

每个连接构件30的中心部31均具有径向延伸的椭圆形孔34。

该连接元件30通过切割和弯曲金属板获得。

冷却装置1还具有固定装置36，这里为四对固定装置25。每个固定装置25均包括至少局部地围绕相应管23的圆形形状的径向内部件36，以及形成径向延伸的紧固吊耳37的径向外部件37。

在图中所示的实施例中，各固定装置25通过弯曲一薄片金属板而获得，然后由金属板的两端形成紧固吊耳37，所述金属板的两端一层接一层地电镀。这使得更容易将管23***到固定装置25的内部件36内。在本说明书的其余部分中，这两端被认为形成单一元件，即紧固吊耳37。当然，也可以考虑固定装置25的任何其他实施例。

紧固吊耳37中制成有一个孔，该孔例如为圆形。

一对固定装置25彼此相邻地对称布置。特别是，固定装置25可以相对于与固定装置的外部件37平行的径向平面彼此对称。这两个固定装置25可具有相同的结构，这限制了部件编号以及组装错误的数量。

同一对固定构件25的径向外部件37分别在沿中心部件31轴向的任一侧上附接到连接构件30的中心部件31。需要注意的是，每个固定装置25的内部件36仅在由相应外部件37限定的径向平面的一侧上沿轴向延伸。每个固定装置25的内部件36的内径大致对应于相应管23的外径。

外部件或吊耳37通过沿由图5中标记为38的线表示的轴线***的螺钉和螺母固定到相应连接构件30的中心部件31，该轴线通过连接构件30沿轴向延伸。螺钉通过吊耳37中的孔39以及连接元件30中的椭圆形孔沿轴向延伸。螺钉的头部支撑在一对固定装置25中的一个固定装置25的吊耳37上，螺母支撑在该对固定装置25的另一固定装置25的吊耳37上。

这使得可控制固定装置25和管23相对于支撑件24和连接构件30的径向位置。换句话说，在旋紧或铆接之前，通过螺钉38在椭圆形孔34中的径向位移，可以控制管23相对于壳体18的径向位置。

可在至少一个吊耳37与连接构件30的中心部件31之间提供一沿轴向延伸的间隔件41。当然，可在每个吊耳37与连接构件30的中心部件31之间提供一间隔件41。

可以选择间隔件41的长度以控制管23相对于壳体18的轴向位置。

如果壳体18停靠在管23上或固定装置25的内部件36上，则固定装置36的径向内部件36能够通过相应的管腔29停靠在支撑件的止动部33上。这限制了固定装置25的变形，使得所述元件不发生塑性变形。应该注意的是，管腔29在主壁26中的形成使得可减少支撑件24的质量，并限制固定构件25与支撑件24之间的振动接触。

Claims (10)

1.一种冷却装置(21)，该冷却装置被构造成围绕一涡轮机(1)的壳体(18)，例如围绕涡轮(7)的壳体(18)沿周向延伸，该冷却装置包括：

-附接到所述壳体(18)的沿轴向延伸的支撑件(24)，

-至少一个沿周向延伸的冷却管(23)，

-至少一个固定装置(25)，所述固定装置包括至少部分围绕所述管(23)的径向内部件(36)，以及固定到支撑件(24)上的径向外部件(37)，其特征在于，所述固定装置(25)的径向外部件(37)经由一连接构件(30)固定到所述支撑件(24)上，所述连接构件包括具有沿周向相对的第一周向端部部件(32)和第二周向端部部件(32)的中心部件(31)，所述第一端部部件(32)和第二端部部件(32)各自沿一相对的轴向方向延伸，所述第一端部部件和第二端部部件(32、32)各自固定到所述支撑件(24)上，所述固定构件(25)的径向外部件(37)固定到所述连接构件(30)的中心部件(31)上。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述连接构件(30)由折叠的金属板形成。

3.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，所述连接构件(30)的端部部件(32、32)通过铆钉紧固到所述支撑件(24)上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述固定装置(25)的径向外部件(37)通过至少一个沿轴向延伸的螺钉(38)或铆钉被紧固到所述连接构件(30)上。

5.根据权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，所述连接构件(30)的中心部件(31)具有沿径向延伸的椭圆形孔(34)，所述螺钉(38)或所述铆钉接合在所述椭圆形孔(34)中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却装置，其特征在于，该冷却装置包括沿周向延伸和沿轴向间隔开的至少两个管(23)，每个管(23)都附接到一固定装置(25)上，每个固定装置(25)的径向外部件(37)都附接各自连接构件(30)的中心部件(31)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述支撑件(24)具有至少一个管腔(29)，所述管腔与所述固定装置(25)的径向内部件(36)沿径向相对。

8.根据权利要求7所述的冷却装置，其特征在于，所述支撑件(24)可具有一沿轴向延伸的主壁(26)，所述管腔(29)在所述主壁中形成，所述支撑件(24)具有在所述管腔(29)的两个部分之间沿轴向延伸，并且至少部分地从所述主壁(26)沿径向向外延伸的至少一个止动部(33)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的冷却装置，其特征在于，沿轴向延伸的间隔件(41)安装在至少一个所述固定装置(25)的径向外部件(37)与所述连接构件(30)之间。

10.一种组件，包括涡轮机(1)的环形壳体(18)，例如涡轮(7)的环形壳体(18)，其特征在于，该组件包括一固定到所述壳体(18)上，并围绕所述壳体(18)的根据权利要求1至9中任一项所述的冷却装置(21)。

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