用于复合材料螺栓接合的具有锥形负载分散器的扇叶平台制造技术

复合材料扇叶平台包括前部部分、后部部分和位于前部部分与后部部分之间的过渡部分。平台安装孔延伸穿过过渡部分中的增加的部段厚度，并且绕安装孔的中心线定中心的锥形埋头孔延伸至过渡部分中。螺栓包括螺栓杆，螺栓杆延伸远离螺栓头并穿过锥形埋头孔中的锥形负载分散器中的中心螺栓孔。螺栓头接合锥形负载分散器。螺栓头完全地设置于圆柱形埋头直孔内进而进入锥形负载分散器的顶部，并且接合位于圆柱形埋头直孔的底部处的肩部。螺栓头与圆柱形埋头直孔的圆柱形埋头直孔表面之间的径向间隙可由填充物或填充垫圈填充。螺栓可将平台支承件联结至轮盘钩部，轮盘钩部附接、固定或联结至轮盘的轮盘柱，或者与轮盘柱成一体。螺纹连接在螺栓杆的螺纹内端上的螺母可将附接至平台支承件的基部紧固至扇叶平台。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于复合材料螺栓接合的具有锥形负载分散器的扇叶平台
技术介绍
本专利技术总体上涉及用螺栓连接的复合材料接合部，并且更具体地，涉及螺栓头与复合材料飞行器燃气涡轮机风扇平台之间的锥形金属负载分散器。飞行器涡扇燃气涡轮发动机包括风扇组件，风扇组件具有从转子轮盘径向向外地延伸的多个周向间隔开的扇叶。风扇组件通常包括多个周向间隔开的扇叶，每个扇叶各自具有燕尾形叶根，燕尾形叶根沿转子轮盘的周围或轮缘设置于互补的、轴向延伸的燕尾形沟槽或燕尾槽中。浆毂盖(spinner)安装至风扇组件的前部端部以提供平稳气流进入风扇。用于在扇叶之间被引导的气流的径向内部流动路径边界通常由叶根处的在相邻扇叶之间周向地互相抵接的一体式或非一体式平台提供。往往有理由增加穿过扇叶的气流以增加整体发动机性能而不增加或保持对扇叶的叶顶的限制。根据现有的发动机设计或最初被设计为具有内部流动路径边界的发动机，内部流动路径边界(通常被称为毂部(hub))径向向内移动，这被称作为低半径毂部(lowradiushub)。低半径毂部存在平台与轮盘之间的装配问题，因为内部流动路径边界趋向于在轮盘的前部端部处遇到轮盘燕尾形柱的顶部，因而，限制用于平台界面和安装特征的空间。由JorgeOrlandoLamboy等人于2014年7月3日公布并转让给本受让人通用电气公司的题目为“非一体式扇叶平台”的美国专利申请第2014/0186187号公开了一种用于低毂部半径风扇的叶片平台。相邻叶片之间的风扇平台由安装特征紧固至轮盘。风扇平台通过带有支承环的耳部或搭接部分紧固至转子结构或轮盘。希望可以存在复合材料平台。同样希望将毂部空气流表面的前部半径径向向内地定位远至机械可行。这增加了风扇流动区域并允许提高整体发动机性能。对于过去的通过机械方式将风扇平台附接至风扇转子的发动机而言，平台设计和前部半径已被限制到一定大小。仍然需要改进的机械附接组件以将风扇复合材料平台紧固或安装至金属轮盘，其允许低半径毂部设计。
技术实现思路
为了减小风扇毂部半径并创建最小半径可能，使用中间跨越支承件和钩部在气流表面与风扇轮盘之间形成新型联接。中间跨越支承件是金属部件。空气流表面由复合材料结构形成。用螺栓连接的接合部将两个工件附接在一起并完成连接。负载分散器和填充垫圈用于增加接合部的强度和疲劳寿命同时消除与流动路径中的接合部相关联的性能代偿(performancepenalties)。燃气涡轮发动机扇叶平台包括前部部分、后部部分和位于前部部分与后部部分之间的过渡部分；用于将扇叶平台紧固至轮盘的安装特征；以及位于扇叶平台的与安装特征相反的侧部上的平台空气流表面。安装特征包括过渡部分中的增加的部段厚度；延伸穿过过渡部分中的增加的部段厚度的一个或多个平台安装孔；以及分别绕一个或多个平台安装孔的一个或多个中心线定中心并延伸至过渡部分中的一个或多个锥形埋头孔。平台安装孔和锥形埋头孔可延伸穿过过渡部分的最大厚度部段。平台可由复合材料制成并且在前部部分和后部部分上的轴向间隔开的前部边缘和后部边缘中分别具有向上面向的前部凹口和后部凹口。安装特征的径向向内的安装表面可与一个或多个中心线基本上正交。一种风扇转子组件包括轮盘，轮盘围绕旋转轴线；周向地间隔开的燕尾槽，燕尾槽绕轮盘的轮缘设置并在轮盘柱之间周向地延伸并从前部轮盘端部轴向地延伸至后部轮盘端部；扇叶，扇叶包括设置于燕尾槽中的燕尾形叶根；以及复合材料扇叶平台，复合材料扇叶平台位于轮盘的外部并紧固至轮盘并且在扇叶的相邻扇叶之间周向地定位。扇叶平台中每一者均包括径向向外面向的平台空气流表面以及前部部分、后部部分和位于前部部分和后部部分之间的过渡部分。位于扇叶平台的径向向内面向的侧部上的安装特征用于将扇叶平台紧固至轮盘。安装特征具有在过渡部分中的增加的部段厚度；至少一个平台安装孔，至少一个平台安装孔包括延伸穿过过渡部分中的增加的部段厚度的中心线；以及锥形埋头孔，锥形埋头孔延伸至过渡部分中并绕至少一个平台安装孔的中心线定中心(centeredaround)。一种用于将扇叶平台的过渡部分紧固至轮盘的夹紧装置可包括锥形负载分散器，锥形负载分散器具有设置于锥形埋头孔中的中心螺栓孔。螺栓包括螺栓头和螺栓杆，螺栓头可接合锥形负载分散器，螺栓杆延伸远离螺栓头并穿过中心螺栓孔。圆柱形凹部或埋头直孔(counterbore)可延伸至锥形负载分散器的顶部内，并且螺栓头可完全地设置于圆柱形埋头直孔内并且置靠并接合位于圆柱形埋头直孔的底部处的肩部。螺栓头与圆柱形埋头直孔的圆柱形埋头直孔表面之间的径向间隙可由设置于螺栓头与圆柱形埋头直孔表面之间的填充物或填充垫圈填充。涂覆层可结合至整个平台空气流表面上进而覆盖螺栓头和圆柱形埋头直孔。至少一个轮盘钩部可附接、固定或联结至轮盘的轮盘柱，或者与轮盘柱成一体；包括连接至弯曲的平台钩部臂部的钩部基部的至少一个平台支承件可通过螺栓沿安装特征的径向向内安装表面用螺栓连接至安装特征的增加的部段厚度。平台钩部臂部接合轮盘钩部的轮盘钩部臂部，并且螺纹连接在螺栓杆的螺纹内端上的螺母接合基部的内部基部表面以便将基部沿径向向内安装表面紧固至扇叶平台。风扇转子组件可包括分别由轮盘的前部轮盘端部和后部轮盘端部支承的前部支承件和后部支承件，并且前部支承件和后部支承件可分别包括前部突出部分和后部突出部分，前部突出部分和后部突出部分分别与在前部部分和后部部分上的轴向间隔开的前部边缘和后部边缘中向上面向的前部凹口和后部凹口配合。位于扇叶平台的径向向内面向的侧部上的用于将扇叶平台紧固至轮盘的安装特征可包括轴向间隔开的两个前部平台安装孔和后部平台安装孔，前部平台安装孔和后部平台安装孔分别具有延伸穿过过渡部分中的增加的部段厚度的前部中心线和后部中心线。延伸至过渡部分中的前部锥形埋头孔和后部锥形埋头孔分别绕前部中心线和后部中心线定中心。夹紧装置包括前部锥形负载分散器和后部锥形负载分散器，前部锥形负载分散器和后部锥形负载分散器分别设置于前部锥形埋头孔和后部锥形埋头孔中并分别围绕前部中心线和后部中心线；中心螺栓孔延伸穿过前部锥形负载分散器和后部锥形负载分散器中每一者；包括螺栓头的螺栓接合前部锥形负载分散器和后部锥形负载分散器中每一者；螺栓杆延伸远离螺栓头并穿过中心螺栓孔。附图说明图1是示意性地示出具有旁通风扇的燃气涡轮发动机的横截面图。图2是示出风扇转子组件的透视图，上述风扇转子组件包括将复合材料风扇平台联结至图1所示的风扇的金属轮盘的用螺栓连接的接合部。图3是示意性地示出用螺栓连接的接合部的横截面图，用螺栓连接的接合部包括将复合材料风扇平台联结至图2所示的金属轮盘的锥形负载分散器。图4是示意性地示出图3所示的用螺栓连接的接合部的放大横截面图。图5是示出复合材料风扇平台和联结图4所示的用螺栓连接的接合部的金属钩部的螺栓头的透视图。图6是示出了覆盖图5所示的螺栓头的侵蚀涂覆层的透视图。图7是示出了用螺栓连接至图3所示的复合材料风扇平台的底侧的金属钩部的透视图。图8是示出了负载分散器的横截面图，负载分散器位于复合材料风扇平台与将金属钩部联结至图7所示的复合材料风扇平台的金属螺栓之间。图9是示出了图8所示的负载分散器中的螺栓头的截面图。图10是示出了位于图9所示的负载分散器的环形凹部中的螺栓头的透视图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃气涡轮发动机扇叶平台，所述扇叶平台包括：前部部分、后部部分和位于所述前部部分与所述后部部分之间的过渡部分；安装特征，所述安装特征用于将所述扇叶平台紧固至轮盘；平台空气流表面，所述平台空气流表面位于所述扇叶平台的与所述安装特征相反的侧部上；所述安装特征具有在所述过渡部分中的增加的部段厚度；一个或多个平台安装孔，所述一个或多个平台安装孔延伸穿过所述过渡部分中的所述增加的部段厚度；以及一个或多个锥形埋头孔，所述一个或多个锥形埋头孔分别绕所述一个或多个平台安装孔的一个或多个中心线定中心并延伸至所述过渡部分中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.02 US 15/171,0481.一种燃气涡轮发动机扇叶平台，所述扇叶平台包括：前部部分、后部部分和位于所述前部部分与所述后部部分之间的过渡部分；安装特征，所述安装特征用于将所述扇叶平台紧固至轮盘；平台空气流表面，所述平台空气流表面位于所述扇叶平台的与所述安装特征相反的侧部上；所述安装特征具有在所述过渡部分中的增加的部段厚度；一个或多个平台安装孔，所述一个或多个平台安装孔延伸穿过所述过渡部分中的所述增加的部段厚度；以及一个或多个锥形埋头孔，所述一个或多个锥形埋头孔分别绕所述一个或多个平台安装孔的一个或多个中心线定中心并延伸至所述过渡部分中。2.根据权利要求1所述的平台，进一步包括，所述平台安装孔和所述锥形埋头孔延伸穿过所述过渡部分的最大厚度部段。3.根据权利要求2所述的平台，进一步包括，所述平台由复合材料制成并且在所述前部部分和所述后部部分上的轴向间隔开的前部边缘和后部边缘中分别具有向上面向的前部凹口和后部凹口。4.根据权利要求3所述的平台，进一步包括，所述安装特征的径向向内的安装表面与所述一个或多个中心线基本上正交。5.根据权利要求1所述的平台，进一步包括，所述平台安装孔包括轴向间隔开的两个前部平台安装孔和后部平台安装孔，并且所述锥形埋头孔包括前部锥形埋头孔和后部锥形埋头孔，所述前部锥形埋头孔和所述后部锥形埋头孔延伸穿过所述过渡部分的最大厚度部段。6.根据权利要求5所述的平台，进一步包括，所述平台由复合材料制成并且在所述前部部分和所述后部部分上的轴向间隔开的前部边缘和后部边缘中分别具有向上面向的前部凹口和后部凹口。7.根据权利要求1所述的平台，进一步包括，所述一个或多个锥形埋头孔的锥角在75度至85度的范围内并且所述平台由复合材料制成。8.一种风扇转子组件，所述风扇转子组件包括：轮盘，所述轮盘围绕旋转轴线；燕尾槽，所述燕尾槽周向地间隔开，所述燕尾槽绕所述轮盘的轮缘设置并在轮盘柱之间周向地延伸并从前部轮盘端部轴向地延伸至后部轮盘端部；扇叶，所述扇叶包括燕尾形叶根，所述燕尾形叶根设置于所述燕尾槽中，并且从所述轮盘向外定位且紧固至所述轮盘的复合材料扇叶平台在所述扇叶的相邻扇叶之间周向地定位；所述扇叶平台中每一者均包括径向向外面向的平台空气流表面以及前部部分、后部部分和位于所述前部部分和所述后部部分之间的过渡部分；安装特征，所述安装特征位于所述扇叶平台的径向向内面向的侧部上以便将所述扇叶平台紧固至所述轮盘；所述安装特征具有在所述过渡部分中增加的部段厚度；至少一个平台安装孔，所述至少一个平台安装孔包括延伸穿过所述过渡部分中的所述增加的部段厚度的中心线；以及锥形埋头孔，所述锥形埋头孔延伸至所述过渡部分中并绕所述至少一个平台安装孔的所述中心线定中心。9.根据权利要求8所述的组件，进一步包括：夹紧装置，所述夹紧装置用于将所述扇叶平台的所述过渡部分紧固至所述轮盘；所述夹紧装置包括锥形负载分散器，所述锥形负载分散器具有设置于所述锥形埋头孔中的中心螺栓孔；以及螺栓，所述螺栓包括螺栓头和螺栓杆，所述螺栓头接合所述锥形负载分散器，所述螺栓杆延伸远离所述螺栓头并穿过所述中心螺栓孔。10.根据权利要求9所述的组件，进一步包括：圆柱形凹部或埋头直孔以及位于所述圆柱形埋头直孔的底部处的肩部，所述圆柱形凹部或埋头直孔延伸至所述锥形负载分散器的顶部内；所述螺栓头完全地设置于所述圆柱形埋头直孔内并且置靠并接合所述肩部；径向间隙，所示径向间隙位于所述螺栓头与所述圆柱形埋头直孔的圆柱形埋头直孔表面之间；以及填充物或填充垫圈，所述填充物或填充垫圈设置于所述螺栓头与所述圆柱形埋头直孔表面之间。11.根据权利要求10所述的组件，进一步包括涂覆层，所述涂覆层结合至整个所述平台空气流表面上进而覆盖所述螺栓头和所述圆柱形埋头直孔。12.根据权利要求9所述的组件，进一步包括：至少一个轮盘钩部，所述至少一个轮盘钩部附接、固定或联结至所述轮盘的轮盘柱，或者与所述轮盘柱成一体；至少一个平台支承件，所述至少一个平台支承件包括钩部基部，所述钩部基部连接至弯曲的平台钩部臂部并通过所述螺栓沿所述安装特征的径向向内安装表面用螺栓连接至所述安装特征的所述增加的部段厚度；所述平台钩部臂部接合所述轮盘钩部的轮盘钩部臂部；以及螺母，所述螺母螺纹连接在所述螺栓杆的螺纹内端上并接合所述基部的内部基部表面以便将所述基部沿所述径向向内安装表面紧固至所述扇叶平台。13.根据权利要求12所述的组件，进一步包括：圆柱形凹部或埋头直孔以及位于所述圆柱形埋头直孔的底部处的肩部，所述圆柱形凹部或埋头直孔延伸至所述锥形负载分散器的顶部内；所述螺栓头完全地设置于所述圆柱形埋头直孔内并且置靠并接合所述肩部；径向间隙，所述径向间隙位于所述螺栓头与所述圆柱形埋头直孔的圆柱形埋头直孔表面之间；以及填充物或填充垫圈，所述填充物或填充垫圈设置于所述螺栓头与所述圆柱形埋头直孔表面之间。14.根据权利要求13所述的组件，进一步包括涂覆层，所述涂覆层结合至整个所述平台空气流表面上进而覆盖所述螺栓...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·H·博耶，K·D·高丁，S·G·科滕，J·K·普林斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US