涡轮机的风机制造技术

本发明专利技术提出一种风机，特别地用于小尺寸的涡轮机，诸如喷气发动机的风机，具有对应于风机叶片(10)前缘径向内端处的进气口气流(26)的内界限的直径除以风机叶片外端围绕通过的圆形的直径的比率的0.20和0.265之间数值的毂比率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及获得风机，特别地涡轮机，诸如喷气发动机的风机的特定尺寸。本专利技术构成了真正的技术挑战，并且当它涉及涡轮机时特别有意义，已经设计了涡轮机的外部尺寸以适应商用航空的领域。通常地，这些涡轮机，尺寸相对小，具有涡轮机气流的上游直径所限定的900mm和1550mm之间的进气口直径，以具有与总质量密切相关以及适于安装在商用喷气发动机类型的航空器上的尺寸。因为在任何类型的涡轮机上，关于这种类型的小尺寸涡轮机的研发主要涉及性能改进、消耗降低和重量减少。在这方面有许多研发路线，其可以例如，涉及材料的选择、叶片形状的研究、构件之间机械连接的优化、防止泄露等。通常寻求的研发路线之一涉及减小涡轮机风机的毂比率。该毂比率是在风机叶片前缘处的毂的外直径与这些风机叶片的径向端围绕通过的圆形的直径之间的比率。毂比率的减小通常指毂的径向尺寸的减小以及由此重量减少，但是也涉及涡轮机吸气部分的增加，引起推进涡轮机的气流的增加以及由此增强的性能。然而，考虑目前在小尺寸涡轮机，诸如具有上述所限定的进气口直径的小尺寸涡轮机的设计和制造方面的技术秘密，考虑这种类型的涡轮机为不允许减小毂的外直径，特别地在风机叶片的前缘处的毂的外直径到目前所用的直径以下，目前所用的直径通常在570和585mm之间。实际上，形成毂的机械元件的目前尺寸被考虑不可减小，主要是因为叶片的径向机械强度、扭转阻力、制造的公差和方法以及工具的可到达性等的明显原因。与这些技术偏见相矛盾，本专利技术提出了涡轮机风机的特定尺寸的选择，该选择提供了显著的性能和重量的改进。为此，本专利技术提出了一种风机，特别地用于涡轮机，诸如喷气发动机的风机，其中该风机包括在进气口处的风机叶片、环形壳体、绕着涡轮机的轴线旋转和承载叶片的毂，在该毂内部地界定和该环形壳体外部地界定的环形流中，它相对于所述轴线径向地延伸，其中所述风机具有900mm和1550mm之间数值的进气口直径，该进气口直径对应于包含叶片径向外端的圆形的直径，并且所述风机具有0.20和0.265之间数值的毂比率，该毂比率对应于在风机叶片前缘的径向内端处的流的内界限的直径除以进气口直径的比率。根据第一实施方式，毂包括与叶片构造为单件的风机圆盘。根据第二实施方式，毂包括风机圆盘，该风机圆盘在其外圆周包括与沟槽交替形成的基本上轴向的凸肋，其中叶片的根部接合在该沟槽中。更具体地，推荐900mm和1200mm之间的进气口直径，以获得在重量方面甚至更有利的结果。如后面将解释的，这种外直径的特定选择仍然受到了技术偏见。而且，提出了该风机转子的特定机械布置，这特别地适于该尺寸选择。通常地，涡轮机风机转子包括与叶片构造为单件或者承靠在其外圆周叶片处的圆盘，叶片的根部接合在圆盘的外圆周的基本上轴向沟槽中。在叶片接合在圆盘上的情况下，叶片通过它们的根部与圆盘沟槽的正互锁而径向地保持在圆盘上，其中叶片的根部是例如鸠尾榫类型。叶片间平台安装在风机叶片之间的圆盘上。圆盘通常地装配有径向地向内延伸的平衡系统(称为“韭葱式(leeks)”)。在目前技术中，在叶片上游和下游，通过在圆盘上安装的装置，将叶片轴向地保持在圆盘上，这防止叶片根部在圆盘的沟槽中轴向地移动。位于叶片下游的保持装置包括，例如，至少一个叶片根部钩件，该钩件接合在风机下游所设置的低压压气机的上游端部分上所机械加工的槽口中。为了允许这些钩件安装在低压压气机的槽口中，需要相对于叶片根部径向地膨胀圆盘沟槽。因此，可以在沟槽的底部中轴向地移动叶片以及定位叶片根部钩件相对于槽口径向地对准。随后，使用在沟槽底部设置的足够厚的垫片，可以在沟槽中径向地升高叶片，以在槽口中接合叶片根部钩件，并且保持叶片在顶部位置。位于上游的保持装置包括例如连接和固定于圆盘的上游端的环形法兰。该法兰同轴地安装在圆盘上以及包括圆齿部分，该圆齿部分与圆盘相应的圆齿部分相互作用。该法兰将环轴向地固定在圆盘上，并且固定该法兰防止相对于圆盘转动。法兰的外圆周轴向地被支撑在叶片根部上，用于在下游方向上的它们的轴向保持，而它的内圆周则被应用于和固定于圆盘的相应环形凸缘。法兰的外圆周还包括用于叶片间平台的上游端的紧固销。叶片上游，安装在圆盘上的基本上截头圆锥形外壳内部地界定进入涡轮机的环形进气流。该外壳包括在它下游端附近的径向内环形凸缘，该内环形凸缘轴向地应用于上述法兰并且通过螺栓与法兰一起固定到圆盘的凸缘。通过其它螺栓，截头圆锥形整流罩还安装在上述外壳上，在后者的上游部分上，
该螺栓接合在整流罩和外壳的凸缘的孔洞中，孔洞位于径向内部，螺栓用于将外壳固定到圆盘。所涉及的无论是与叶片构造为单件的圆盘还是包括沟槽的圆盘，其中叶片接合在该沟槽中，通过一系列螺母，经由固定于轴的径向环形凸缘的圆盘的径向环形凸缘，圆盘固定于下游传动轴，该一系列螺母圆周地对准和轴向地螺合通过凸缘。为了进行风机转子的组装和拆卸，使用工具能够获得轴向地到达这些螺母是必要的。为此目的，操作者必须在中心轴线周围有足够的可用空间。如果风机直径小，并且特别地如果风机的毂比率是该专利申请中所提到的毂比率，上述现有技术的结构不允许到达上述螺母。实际上，在这种情况下，圆盘的平衡系统(“韭葱式”)形成在螺母的轴向对准上，并且显著地减小了用于到达螺母的传动轴上游中心轴线周围的可用空间。而且，由轴传递给圆盘的载荷完全地由栓接的上述凸缘所承载，该凸缘是对变形特别敏感的元件，并且在从轴到风机圆盘的扭矩传递链中破裂。在上述情况下，因为这些凸缘的径向和圆周尺寸非常小，在运转期间凸缘有很大的变形和破裂的风险。所涉及的无论是与叶片构造为单件的圆盘还是包括沟槽的圆盘，其中叶片接合在该沟槽中，因此，根据所提到的技术偏见，现有技术不允许本专利技术所限定的尺寸和毂比率的风机的形成。文献EP 1 357 254也公开了一种风机转子，其结构具有大的径向和轴向外观壳体。对该问题提供一种简单、有效和经济的方案是这里所寻求的目的，也是其本身的目的，可能与上述和要求保护的进气口直径和毂比率的限制无关。为此，建议和提出了风机圆盘和居中于相同轴线上的下游传导轴之间的扭矩传递，经由与轴的环形排轴向花键相互作用的圆盘的环形排轴向花键，获得了所述扭矩传递。优选地，圆盘的花键形成在圆盘的圆柱形壁的内表面上，其中所述圆柱形壁围绕传动轴。根据另一个特征，圆柱形表面形成在圆盘的下游端以及经由在上游方向上向外打开的截头圆锥形壁连接圆盘的其余部分。有利地，至少一个环形肩部形成在传动轴的表面上，并且下游轴向邻接抵靠圆
盘的挡块。挡块可以由圆柱形壁的下游端和/或在截头圆锥形壁内延伸的径向环形边缘形成。优选地，螺母安装在轴上游端外表面的螺纹上，并且从上游方向形成在圆盘的至少一个挡块上的轴向邻接，以保持挡块轴向地被夹紧在所述螺母和轴的肩部之间。螺母通常具有105mm和135mm之间，并且优选地115mm和125mm之间的直径。上述限定的结构比包括栓接径向凸缘的结构提供了更耐久的扭矩传递的方法。实际上，当凸缘连接涉及弯曲期间相对弱的径向壁的存在以及沿着凸缘的圆周集中了载荷的插入到有限数量孔中螺栓的存在，花键连接允许在花键联接的圆柱形壁的整个圆周上分布扭矩，能够更好地抵抗高剪切载荷。所涉及的无论是与叶片构造为单件的圆盘还是包括沟槽的圆盘，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风机，特别地用于涡轮机，诸如喷气发动机的风机，包括在进气口处的风机叶片(132)、环形壳体、绕着涡轮机的轴线(130)旋转和承载叶片的毂，在该毂内部地界定和该环形壳体(146)外部地界定的环形流(144)中，它相对于所述轴线径向地延伸，其中所述风机具有900mm和1550mm之间数值的进气口直径(A)，该进气口直径对应于包含叶片径向外端的圆形的直径，并且所述风机具有0.20和0.265之间数值的毂比率，该毂比率对应于在风机叶片前缘的径向内端处的流的内界限的直径除以进气口直径的比率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.29 FR 13619051.一种风机，特别地用于涡轮机，诸如喷气发动机的风机，包括在进气口处的风机叶片(132)、环形壳体、绕着涡轮机的轴线(130)旋转和承载叶片的毂，在该毂内部地界定和该环形壳体(146)外部地界定的环形流(144)中，它相对于所述轴线径向地延伸，其中所述风机具有900mm和1550mm之间数值的进气口直径(A)，该进气口直径对应于包含叶片径向外端的圆形的直径，并且所述风机具有0.20和0.265之间数值的毂比率，该毂比率对应于在风机叶片前缘的径向内端处的流的内界限的直径除以进气口直径的比率。2.根据权利要求1所述的风机，其特征在于：进气口直径在900mm和1200mm之间。3.根据权利要求1或2所述的风机，其特征在于：该毂包括与叶片(132)构造为单件的风机圆盘(56)。4.根据权利要求1或2所述的风机，其特征在于：该毂包括风机圆盘(56)，该风机圆盘(56)在外圆周包括与沟槽(58)交替形成的基本上轴向的凸肋(140)，其中叶片(132)的根部(138)接合在该沟槽(58)中。5.根据权利要求3或4所述的风机，其特征在于：圆盘包括与居中于轴线(130)上的下游传动轴(208)的环形排的轴向花键(216)相互作用的圆盘(56)的环形排的轴向花键(214)，以确保圆盘与轴之间的扭矩传递。6.根据权利要求5所述的风机，其特征在于：圆盘(56)的花键(214)形成在圆盘的圆柱形壁(212)的内表面上，其中所述圆柱形壁(212)围绕传动轴(208)。7.根据权利要求6所述的风机，其特征在于：圆柱形表面(212)形成在圆盘(56)的下游端，并且通过上游方向上向外打开的截头圆锥形壁(210)连接圆盘的其余部分。8.根据权利要求5至7中任一权利要求所述的风机，其特征在于：至少一个环形肩部(218、220)形成在传动轴(208)的表面上，并且在下游轴向邻接抵靠圆盘(56)的挡块(212、222)。9.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳伦特·雅布隆斯基，菲利普·杰拉德·埃德蒙·乔利，克里斯托弗·波德里根，达米恩·墨尔乐，哈维·波海尔，
申请(专利权)人：斯奈克玛，
类型：发明
国别省市：法国;FR