风扇组件、相应的燃气涡轮发动机和安装方法技术

本发明专利技术提供一种风扇组件。所述风扇组件包括转子，所述转子具有毂和从所述毂径向向外延伸的多个转子叶片。每个转子叶片包括在每个叶片的径向远端处的叶片尖端。所述转子叶片尖端限定转子直径。所述风扇组件也包括与所述叶片尖端大致轴向对准的第一圆柱形壳体，所述第一壳体包括大于所述转子直径的第一内径。所述风扇组件还包括联接到所述多个转子叶片中的至少一个的所述叶片尖端的刷式密封组件，所述刷式密封组件配置成在所述风扇组件的第一操作模式期间接触壳体段，所述刷式密封组件配置成在所述风扇组件的第二操作模式期间避免与所述壳体段接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2012年6月29日提交的、序列号为61/666,773的美国临时专利申请的优先权和权益，上述申请的公开内容通过引用完整地合并于本文中。
技术介绍
本专利技术的领域总体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用于减小燃气涡轮发动机中的叶片尖端泄漏的方法和组件。燃气涡轮发动机的风扇壳体在正常发动机操作期间与风扇协同地引导轴向气流，防止释放的风扇叶片径向地或向前脱离，并且在飞鸟撞击事件期间限制低压轴的径向偏转和叶片尖端。风扇在燃气涡轮发动机中常规地用于迫使一次气流通过发动机的压缩机和涡轮并且迫使二次气流通过环形径向向外的旁通管道。必要的是旋转风扇叶片和风扇外壳的内表面之间的间隙保持在可接受范围内以优化风扇效率。为了在至少一些已知的燃气涡轮发动机中保持风扇气流性能，风扇的叶轮叶片和风扇的外壳(例如，壳体)之间的间隙被设定为近距离。紧间隙便于防止围绕叶片尖端通过尖端间隙的反向流动泄漏。在风扇叶轮的下游的更高空气压力倾向于朝着上游往回驱动流动，并且这在尖端间隙处被观察到。在一些操作条件(例如但不限于极端操作条件)下，紧间隙可能导致叶片外壳干涉并且会导致场中的风扇部件的故障。通过修整(trim)叶片尖端以增加间隙已解决这样的干涉。然而，增加间隙增加围绕叶片尖端的泄漏流动并且减小风扇组件的性能。对风扇性能的影响是双重的：叶轮工作面积减小和尖端间隙增加，其将允许在主流动的相反方向上的流动泄漏。可以通过调节叶片桨距角、例如通过扭转每个叶片的尖端并且让叶片翼展的剩余部分跟随而在某种程度上重新获得由前者导致的性能的损失。
技术实现思路
在一个实施例中，一种风扇组件包括转子，所述转子具有毂和从所述毂径向向外延伸的多个转子叶片。每个转子叶片包括在每个叶片的径向远端处的叶片尖端。所述转子叶片尖端限定转子直径。所述风扇组件也包括与所述叶片尖端大致轴向对准的第一圆柱形壳体，所述第一壳体包括大于所述转子直径的第一内径。所述风扇组件还包括联接到所述多个转子叶片中的至少一个所述叶片的尖端的刷式密封组件，所述刷式密封组件配置成在所述风扇组件的第一操作模式期间接触所述壳体段，所述刷式密封组件配置成在所述风扇组件的第二操作模式期间避免与所述壳体段接触。在另一实施例中，一种燃气涡轮发动机具有圆柱形风扇壳体，所述圆柱形风扇壳体具有从上游入口开口延伸到下游出口开口的纵向中心线轴线。所述燃气涡轮发动机也具有可旋转地安装在所述风扇壳体内的转子叶片。所述转子叶片具有在通过所述风扇壳体的流体流动的方向上的前缘和后缘。所述转子叶片在所述前缘的方向上围绕所述中心线轴线旋转。所述转子叶片具有在径向远端处的叶片尖端。所述转子叶片包括联接到所述叶片尖端的至少一部分的刷式密封组件。在又一实施例中，提供一种用于将刷式密封组件安装到燃气涡轮发动机的风扇的风扇叶片尖端的方法。所述刷式密封组件具有基部和从所述基部与水平线以小于90度的角延伸的刷尖端。所述方法包括铣削围绕转子叶片的前缘的所述叶片尖端的段以产生配置成接收所述刷式密封组件的铣削尖端。所述方法也包括将粘合剂施加到所述铣削尖端使得所述粘合剂配置成将所述刷式密封组件的所述基部结合到所述叶片尖端。所述方法也包括将所述刷式密封组件的所述基部插入所述铣削尖端中使得所述刷尖端在所述叶片的后缘的方向上与水平线以小于90度的角延伸。附图说明图1是包括转子叶片的示例性高旁通涡轮风扇燃气涡轮发动机的示意图。图2是在热运转状态下与图1的转子叶片一起使用的刷式密封组件的放大侧视图。图3是在冷运转状态下与图1的转子叶片一起使用的刷式密封组件的放大侧视图。图4是在热运转状态下与图1的转子叶片一起使用的刷式密封组件的放大侧视图。图5是在冷运转状态下与图1的转子叶片一起使用的刷式密封组件的放大侧视图。图6是包括转子叶片的示例性高旁通涡轮风扇燃气涡轮发动机的放大侧视图，示出刷密封区域。具体实施方式以下具体实施方式作为例子而不是作为限制举例说明本专利技术的实施例。可以预料本专利技术具有在工业、商业和住宅应用中提供旋转部件和静止部件之间的增强密封的一般应用。当在本文中使用时，以单数形式叙述或在前面具有词语“一”的元件或步骤应当被理解为不排除多个元件或步骤，除非明确地说明这样的排除。此外，对本专利技术的“一个实施例”的引用不旨在被解释为排除也包含所述特征的附加实施例的存在。本公开的实施例将刷式密封件放置在叶片的尖端处，使得在操作旋转速度下，刷尖端接触周围壳体，最小化运转间隙。特定于生产的复合风扇叶片，通过将封闭(encase)刷的叶片硬件(金属前缘和尖端帽)结合在复合芯和金属尖端帽之间可实现根据本公开的刷尖端的安装。然而，刷尖端的安装在包括非复合风扇叶片的任何合适的风扇叶片上是可能的。根据实施例，刷式密封类型的结构结合到叶片的尖端使得在冷组装条件下，刷将不与壳体接触。在CF负荷和叶片偏转下，刷接触壳体，因此消除运转间隙。本公开的实施例能够减小运转间隙并且由此提升性能。在各种实施例中，大约0.140\平均运转间隙的去除提供大约+0.5pt风扇效率改善或大约.3SFC。另外，也意味着间隙可以被调节使得通过实际地打开‘紧’间隙而避免当前摩擦，因此减小或消除转子旋转(例如，在与预期行进方向相反的方向上的旋转)的机会。在可能由一阵风或由直接施加到转子的另一个力导致的转子确实旋转的情况下，刷式密封件将不接触壳体，并且因此避免被损坏。而且，也可以消除壳体可磨损系统，导致将近40磅的重量减轻。根据在尖端处具有刷式密封件的风扇叶片的实施例，可以不太频繁地更换壳体可磨损系统，节省维护成本。图1是示例性高旁通、涡轮风扇燃气涡轮发动机10的示意图，所述燃气涡轮发动机串联流动连通地具有用于接收环境空气14的入口12、风扇组件16、压缩机18、燃烧器20、高压涡轮22和低压涡轮24。高压涡轮22通过高压轴26联结到压缩机18，并且低压涡轮24通过低压轴或驱动轴28连接到风扇组件16。发动机10具有从发动机10的上游侧34向后延伸到发动机10的下游侧36的中心线轴线32。在一个实施例中，燃气涡轮发动机10是从俄亥俄州辛辛那提市的通用电气公司可商购的GE90发动机。风扇组件16包括风扇壳体40，所述风扇壳体包括中心线轴线32。风扇组件16包括转子42本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风扇组件，所述风扇组件包括风扇壳体，所述风扇壳体包括从上游入口开口延伸到下游出口开口的纵向中心线轴线，所述组件包括：转子，所述转子具有毂和从所述毂径向向外延伸的多个转子叶片，所述多个转子叶片均包括在通过所述风扇壳体的流体流动的方向上的前缘和后缘，以及在所述叶片的径向远端处的叶片尖端，所述多个转子叶片的所述尖端限定转子直径，所述转子配置成围绕所述中心线轴线旋转；第一大致圆柱形壳体段，所述第一大致圆柱形壳体段圆周地围绕所述叶片尖端延伸并且与所述叶片尖端大致轴向对准，所述第一壳体段包括大于所述转子直径的第一内径；以及刷式密封组件，所述刷式密封组件联接到所述多个转子叶片中的至少一个的所述叶片尖端，所述刷式密封组件配置成在所述风扇组件的第一操作模式期间接触所述壳体段，所述刷式密封组件配置成在所述风扇组件的第二操作模式期间避免与所述壳体段接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.29 US 61/666773;2012.09.25 US 13/6265531.一种风扇组件，所述风扇组件包括风扇壳体，所述风扇壳体
包括从上游入口开口延伸到下游出口开口的纵向中心线轴线，所述
组件包括：
转子，所述转子具有毂和从所述毂径向向外延伸的多个转子叶
片，所述多个转子叶片均包括在通过所述风扇壳体的流体流动的方
向上的前缘和后缘，以及在所述叶片的径向远端处的叶片尖端，所
述多个转子叶片的所述尖端限定转子直径，所述转子配置成围绕所
述中心线轴线旋转；
第一大致圆柱形壳体段，所述第一大致圆柱形壳体段圆周地围
绕所述叶片尖端延伸并且与所述叶片尖端大致轴向对准，所述第一
壳体段包括大于所述转子直径的第一内径；以及
刷式密封组件，所述刷式密封组件联接到所述多个转子叶片中
的至少一个的所述叶片尖端，所述刷式密封组件配置成在所述风扇
组件的第一操作模式期间接触所述壳体段，所述刷式密封组件配置
成在所述风扇组件的第二操作模式期间避免与所述壳体段接触。
2.根据权利要求1所述的风扇组件，其特征在于，所述第一模式
包括功率输出模式。
3.根据权利要求1所述的风扇组件，其特征在于，所述第二模式
包括离线模式和空闲模式中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的风扇组件，其特征在于，所述刷式密封
组件包括在所述风扇组件的所述第一操作模式期间与所述转子的旋
转方向径向相反地延伸的多个刷毛。
5.根据权利要求1所述的风扇组件，其特征在于，所述刷式密封
组件包括联接到所述多个叶片尖端中的至少一些的护罩。
6.根据权利要求1所述的风扇组件，其特征在于，所述刷式密封
组件包括联接到所述多个叶片尖端中的至少一些的一部分的护罩。
7.根据权利要求1所述的风扇组件，其特征在于，所述刷式密封
组件联接到邻近所述多个叶片中的至少一些的所述前缘的、所述多
个叶片尖端中的至少一些的至少一部分。
8.根据权利要求1所述的风扇组件，其特征在于，所述刷式密封
组件联接到从所述多个叶片中的至少一些的所述前缘延伸到所述后
缘的、所述多个叶片尖端中的至少一些。
9.根据权利要求1所述的风扇组件，其特征在于，所述刷式密封
组件能够允许所述叶片的径向偏移。
10.根据权利要求1所述的风扇组件，其特征在于，所述刷式密

【专利技术属性】
技术研发人员：NJ克雷，DE莫尔曼，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US