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CN101046162B - 环状扇形体在涡轮机组的涡轮机匣上的固定设备 - Google Patents

环状扇形体在涡轮机组的涡轮机匣上的固定设备 Download PDF

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CN101046162B CN2007100906459A CN200710090645A CN101046162B CN 101046162 B CN101046162 B CN 101046162B CN 2007100906459 A CN2007100906459 A CN 2007100906459A CN 200710090645 A CN200710090645 A CN 200710090645A CN 101046162 B CN101046162 B CN 101046162B
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Abstract

一种环状扇形体(20)在涡轮机组涡轮机匣(16)上的固定设备，其包括：在环状扇形体(20)的上游端，有环形联接机构(70，72)，衔接在机匣横梁(50)上并通过一个C-断面的环形锁定构件(80)轴向夹紧到机匣横梁上，而环形锁定构件又轴向联接在机匣横梁和环状扇形体联接机构上。

Description

环状扇形体在涡轮机组的涡轮机匣上的固定设备
技术领域
本发明涉及一种环状扇形体在涡轮机组的涡轮机匣上的固定设备，诸如航空涡轮喷气发动机，特别是涡轮螺旋桨发动机。
背景技术
一个涡轮机组的涡轮包括几个级，每个级包括一个导流叶片构件，由涡轮机匣支撑的环形排列的固定叶片组成，另外还包括一个转子，从而使导流叶片构件的下游能够在环状扇形体形成的圆柱形或截头圆锥体形外壳内转动，而环状扇形体则环形端对端地固定在涡轮机匣上。
环状扇形体在其上游端包括环形联接构件，诸如圆柱形轮缘，后者与环形机匣横梁的径向内环形槽相啮合，留有微小的轴向间隙，并通过C-断面环形锁定构件径向固定在该槽内，该锁定构件又在上游轴向衔接在机匣横梁和环状扇形体的圆柱形轮缘上。这些扇形体通过其圆柱形轮缘与机匣横梁上的槽的啮合而轴向固定。
环状扇形体的轮缘与机匣横梁和锁定构件成“去弯曲的”相对位置，也就是说，环状扇形体轮缘的曲线半径大于机匣横梁和锁定构件的曲线半径，从而可以使环状扇形体的轮缘以一定的径向预应力安装在横梁和锁定构件的槽的底部，这样，就限制了环状扇形体轮缘在槽内的轴向运动。
在运转时，环状扇形体和机匣的热膨胀变化使得这种径向预应力增加，而该预应力是应用在环状扇形体轮缘和机匣横梁之间的接触隔离区内。但是，这种预应力会因为环状扇形体轮缘和机匣在这些接触区域的摩擦而在一段时间内逐渐消失。当这个径向预应力为零时，环状扇形体的轮缘则会在机匣槽内轴向移动，使得机匣槽的上游和下游表面受到摩擦磨损。
当这种磨损超过一定值时，环状扇形体的轮缘就会在槽内移动下游，与锁定构件出现脱离，导致环状扇形体向涡轮轴线方向倾斜，有可能造成环状扇形体和涡轮转子接触的风险，则很可能会损坏环状扇形体和转子。
发明专利内容
本发明的一个具体目的是提供解决上述问题的一种简单有效且经济的办法。
为此，本发明提出了一种涡轮机组的涡轮，其包括至少一个导流叶片构件，由涡轮机匣支撑的环形排列的固定叶片组成，另外还包括所安装的转子，使得导流叶片的下游在环状扇形体形成的实际上呈截头圆锥体形的外壳内转动，而环状扇形体只在其上游端环形端对端固定到涡轮机匣上，环状扇形体在其上游端包括环形联接构件，该构件与机匣横梁啮合并由C-断面环形锁定构件固定，而后者轴向衔接在机匣横梁和环状扇形体的联接构件上，其中环状扇形体的联接构件轴向插在锁定构件和机匣横梁之间，并通过锁定构件轴向地夹紧在机匣横梁上。
根据本发明，环状扇形体的联接构件通过锁定构件轴向固定在机匣横梁上保持不动，从而防止了联接构件摩擦磨损机匣横梁，并防止与锁定构件脱离。
环状扇形体的联接构件还可以通过锁定构件很方便的径向固定在机匣横梁上。
根据本发明所述，该固定设备的另一个优点是，可以使环状扇形体固定到机匣横梁上，不会对后者造成磨损。
根据本发明的一个最佳实施方案，所述联接构件包括一个环形凸缘，在每个环状扇形体的上游端径向向外延伸。
每个环状扇形体的环形凸缘最好在环状扇形体的圆柱形轮缘的上游端形成，例如轴向卡紧在环形锁定构件径向壁和机匣横梁的上游端之间。
C-断面锁定构件和其径向壁在其端部联接到圆柱形壁上，后者向下游方向延伸，并分别啮合在机匣横梁的外侧和每个环状扇形体圆柱形轮缘的内侧。
锁定构件轴向插在环状扇形体凸缘和涡轮导流叶片构件的外环形壁之间，以便在导流叶片构件本身被流入涡轮的气体推向下游时，向环向凸缘施加一个沿下游方向的轴向力。由锁定构件施加的该轴向力足以使环状扇形体的上游轮缘的凸缘轴向固定在机匣横梁上。
本发明还涉及一种包括上述涡轮的涡轮机组，诸如航空涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机。
通过阅读下述说明，并结合附图，可以更好的了解本发明，而且本发明的特性、详细优点等则更为清楚。
附图说明
图1是根据已有技术固定环状扇形体设备的轴向剖面部分示意图；
图2是根据本发明固定环状扇形体设备的轴向剖面部分示意图。
具体实施方式
图1为低压涡轮10的第一级或上游级的部分示意图，其包括一个由环形排列的固定叶片14形成的导流叶片构件12，13，这些固定叶片是通过涡轮机匣16支撑的，还包括一个转子18，安装在导流叶片构件12，13的下游，在环状扇形体20所形成的实际上呈截头圆锥体形壳体内转动，该环状扇形体20是由涡轮机匣16环形端对端支撑的。
导流叶片构件12，13包括一个旋转外壁22和旋转内壁(图中未示)，内外壁之间形成了涡轮内气流环形流动范围，而且，叶片14在内外壁之间径向延伸。导流叶片构件的固定机构包括至少一个外圆柱形轮缘24，面向上游方向，用来与面向机匣16下游方向的环形槽26相衔接。
涡轮轴(图中未示)所支撑的转子18包括一个外环28和一个内环(图中未示)，外环28包括环状扇形体20在外部环绕的外环形加强筋，二者之间留有微小的间隙。
每个环状扇形体20都包括一个截头圆锥体形壁32和一个耐磨材料块34，后者采用铜焊和/电焊固定到截头圆锥体形壁32的径向内表面上，该耐磨材料块34为蜂窝状，用来在转子加强筋30产生摩擦磨损，将转子和环状扇形体20之间的径向间隙降到最小。
环状扇形体20的下游端与环形空间区域36内的上游端啮合；所述环形空间区域一方面通过圆柱形轮缘38隔开，后者面向位于环状扇形体下游导流叶片构件13的外壁22的上游方向，另一方面，由与该导流叶片构件联接的机匣的圆柱形轮缘40隔开。
环状扇形体20通过其外壁32的径向向外压力在其下游端处径向地固定在机匣轮缘40的径向内圆柱形表明上，并通过耐磨材料块34的径向向内压力径向地固定在导流叶片构件圆柱形轮缘38的径向外圆柱形表面上。
每个环状扇形体的壁32在其下游端都有一个凸耳42，该凸耳沿下游方向轴向延伸，与下游导流叶片构件13的匹配腔室44啮合，防止环状扇形体20围绕涡轮轴线转动。
环状扇形体20的截头圆锥体形壁32在其上游端有面向上游方向的圆柱形轮缘46，这些轮缘与机匣16的环形横梁50的径向内环形槽48相啮合，留出微小轴向间隙。轮缘46通过C-断面或U-断面开口环构成的锁定构件52径向固定在该槽内，锁定构件在上游与机匣环形横梁50和环状扇形体的上游轮缘46轴向啮合。
锁定构件52包括两个圆柱形壁54和56；这两个壁沿下游方向延伸，分别径向向外和径向向内，在其上游端通过一个径向壁58联接在一起，并分别在横梁50的外侧和扇形体20的圆柱形轮缘46的内侧上啮合。
锁定构件52的径向壁58轴向插入机匣横梁50的上游端和位于环状扇形体20上游端的导流叶片构件环形外壁60之间，防止锁定构件52沿上游方向轴向移动，进而与机匣横梁50和环状扇形体轮缘46脱离。
锁定构件52和横梁50的曲率半径小于环状扇形体20轮缘46的曲率半径，从而以一定的径向预压力将环状扇形体的轮缘46安装到横梁的槽48内，这些环状扇形体以径向方式分别局部压在槽48的底部和锁定构件的径向内壁56上。
在发动机运转时，环状扇形体20的轮缘46轴向振动，与横梁的槽46的上游和下游端面产生摩擦磨损。
当槽48的下游表面磨损严重时(如图中虚线62所示)，轮缘46就会在沿下游方向移动时在锁定构件的径向内壁56上滑动并脱离锁定构件，这种情况就会至少损坏环状扇形体的耐磨材料块34，因为后者与转子18的环形加强筋30直接接触。
由于扇形体轮缘通过锁定构件轴向固定在机匣横梁上，所以本发明就提供了解决这个问题的一个简单方案。
在图2所示的本发明的一个实施方案中，扇形体20的上游圆柱形轮缘70都在其上游端有一个环形凸缘72，该凸缘实际上径向向外延伸并通过锁定构件80轴向卡紧在机匣横梁50上。
锁定构件80包括两个圆柱形壁84和86，沿下游方向延伸，分别径向向外和径向向内，在其上游端通过径向壁82将其联接在一起，径向壁82的径向尺寸要大于已有技术中的锁定构件52壁58的径向尺寸(见图1)。
环状扇形体的圆柱形轮缘70比已有技术中圆柱形轮缘要长，这样环形凸缘72就在锁定构件径向壁82和机匣横梁上游端之间衔接。
锁定构件80的径向外圆柱形壁84在横梁50的外侧啮合，其径向内壁86则在环状扇形体20的圆柱形轮缘70的内侧啮合，这些轮缘70径向插在构件内圆柱形壁86和横梁50上游短面之间。
正如已有技术那样，锁定构件80和横梁50的曲率半径要小于环状扇形体20轮缘的曲率半径，所以可以以一定径向预应力将环状扇形体的轮缘70安装在横梁50和锁定构件上。
锁定构件80的径向壁轴向插在环状扇形体70的环形凸缘72和位于环状扇形体20上游端的导流叶片构件12的外环形壁60之间。
在涡轮机运转期间，该导流叶片构件12被气流推向下游，通过锁定构件80沿下游方向在环状扇形体70环形凸缘72上施加轴向力。该轴向力足够使环状扇形体的凸缘72轴向夹紧在机匣横梁50上。
环状扇形体的凸缘72因此而被锁定构件80轴向和径向地固定在机匣横梁50上，也就因此而不会对机匣横梁造成摩擦磨损。
此外，根据本发明，环状扇形体20可以联接到业已磨损的机匣横梁50上，如图中虚线90所示，从而可以对低压涡轮的上游级进行修理，成本低，而且不会触及涡轮机匣。
在另一种实施方案中，环状扇形体的上游轮缘70不再支撑任何凸缘72，而是沿着机匣横梁的圆柱形部分一直轴向地延伸到锁定构件的径向壁82处，锁定构件的上游端没有径向轮缘。轮缘70的下游端通过锁定构件80轴向地压在机匣横梁上。

Claims (24)

1.一种涡轮机组涡轮，其包括至少一个导流叶片构件，该导流叶片构件由涡轮机匣支撑的环形排列固定叶片组成；该涡轮还包括一个安装的转子，以便在实际呈截头圆锥体形壳体中的导流叶片构件的下游转动，而所述截头圆锥体形壳体则是由环状扇形体形成的，而环状扇形体只在其上游端环形地端对端固定到涡轮机匣上，环状扇形体包括其上游端的环形联接构件，该构件联接在机匣横梁上并通过一个C-断面的环形锁定构件固定到位，所述环形锁定构件轴向衔接在机匣横梁和环状扇形体联接构件上，其特征在于：环状扇形体的联接构件轴向插入所述环形锁定构件和机匣横梁之间并通过所述环形锁定构件轴向夹紧在机匣横梁上。
2.根据权利要求1所述的涡轮，其特征在于：联接构件包括一个环形凸缘，在每个环状扇形体的上游端径向向外延伸。
3.根据权利要求2所述的涡轮，其特征在于：每个环状扇形体的环形凸缘延伸到所述环形锁定构件径向壁和机匣横梁上游端之间。
4.根据权利要求2所述的涡轮，其特征在于：所述环形锁定构件轴向插入环状扇形体环形凸缘和涡轮导流叶片构件外环形壁之间。
5.根据权利要求3所述的涡轮，其特征在于：所述环形锁定构件轴向插入环状扇形体环形凸缘和涡轮导流叶片构件外环形壁之间。
6.根据权利要求2所述的涡轮，其特征在于：当涡轮机组运转时，所述环形锁定构件沿下游方向在环状扇形体的环形凸缘上施加一种轴向力。
7.根据权利要求3所述的涡轮，其特征在于：当涡轮机组运转时，所述环形锁定构件沿下游方向在环状扇形体的环形凸缘上施加一种轴向力。
8.根据权利要求4所述的涡轮，其特征在于：当涡轮机组运转时，所述环形锁定构件沿下游方向在环状扇形体的环形凸缘上施加一种轴向力。
9.根据权利要求5所述的涡轮，其特征在于：当涡轮机组运转时，所述环形锁定构件沿下游方向在环状扇形体的环形凸缘上施加一种轴向力。
10.根据权利要求2到9中任一权利要求所述的涡轮，其特征在于：每个环状扇形体的环形凸缘是在环状扇形体圆柱形轮缘的上游端处形成的。
11.根据权利要求2到9中任一权利要求所述的涡轮，其特征在于：所述环形锁定构件包括一个顺下游方向延伸的内圆柱形壁，该壁在每个环状扇形体的圆柱形轮缘内衔接。
12.根据权利要求10所述的涡轮，其特征在于：所述环形锁定构件包括一个顺下游方向延伸的内圆柱形壁，该壁在每个环状扇形体的圆柱形轮缘内衔接。
13.根据权利要求2到9中任一权利要求所述的涡轮，其特征在于：所述环形锁定构件使环状扇形体的环形凸缘在涡轮机匣横梁上轴向和径向固定不动。
14.根据权利要求10所述的涡轮，其特征在于：所述环形锁定构件使环状扇形体的环形凸缘在涡轮机匣横梁上轴向和径向固定不动。
15.根据权利要求11所述的涡轮，其特征在于：所述环形锁定构件使环状扇形体的环形凸缘在涡轮机匣横梁上轴向和径向固定不动。
16.根据权利要求12所述的涡轮，其特征在于：所述环形锁定构件使环状扇形体的环形凸缘在涡轮机匣横梁上轴向和径向固定不动。
17.一种涡轮机组，其包括了权利要求1到9中任一权利要求所述的涡轮。
18.一种涡轮机组，其包括了权利要求10所述的涡轮。
19.一种涡轮机组，其包括了权利要求11所述的涡轮。
20.一种涡轮机组，其包括了权利要求12所述的涡轮。
21.一种涡轮机组，其包括了权利要求13所述的涡轮。
22.一种涡轮机组，其包括了权利要求14所述的涡轮。
23.一种涡轮机组，其包括了权利要求15所述的涡轮。
24.一种涡轮机组，其包括了权利要求16所述的涡轮。
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