CN111801487A - 涡轮机的组件 - Google Patents

Abstract

一种涡轮机(1)的组件，包括用于在涡轮机(1)的两个涡轮级(2、3)之间形成气流流路的环形通道(6)，所述通道(6)由径向内环形壁(7)和径向外环形壁(8)界定，所述壁(7、8)通过径向延伸的中空臂(16)相连，支撑件(17)包括沿径向位于环形通道(6)的外环形壁(8)外侧的径向外环形部件(9)以及沿径向位于环形通道(6)的内环形壁(7)内侧的径向内环形部件(12)，支撑件(17)的外部件(9)和内部件(12)通过沿径向延伸的连接部件(18)相连，每个连接部件(18)均穿过环形通道(6)的一个中空臂(16)，其中支撑件(17)的至少一个连接部件(18)以及对应的中空臂(16)通过至少一个连接隔板(22)彼此相连，所述连接隔板(22)包括当所述连接隔板(22)中的机械应力大于某一值时能够断裂的可断部件(23)。

Description

涡轮机的组件

技术领域

本发明涉及一种例如飞机涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机这样的涡轮机的组件。

背景技术

图1示出了根据现有技术的第一实施例中的涡轮机1的一部分。

以下在这里，相对于通过涡轮机1的气流方向限定了术语上游和下游。

涡轮机1包括上游涡轮2和下游涡轮3。例如，上游涡轮2是高压涡轮，下游涡轮3是低压涡轮或自由涡轮。每个涡轮2、3具有一种带叶片4的转子。涡轮机1也具有一种沿涡轮机1的轴线A延伸的径向内轴5。

涡轮机1进一步包括环形通道6，用于形成气流在涡轮机1的两个涡轮级2、3之间的流路，所述通道6由径向内环形壁7和径向外环形壁8界定。

径向外支撑件9连接外环形壁和涡轮壳体10。外支撑件9具有一种允许外环形壁8相对于壳体10径向和/或轴向移动的软或弹性变形区域11。

径向内支撑件12从径向内壁7径向向内延伸。内支撑件11的径向内部件13环绕两个安装在轴5周围的轴承14。内支撑件12具有一种允许内环形壁7相对于轴承14和轴5径向和/或轴向移动的软或弹性变形区域15。

由环形通道6以及内、外支撑件9、12形成的组件为一体式制成的，例如通过铸造。

在工作过程中，环形通道6的内外环形壁7、8受到高温影响，同时内支撑件12和外支撑件9可能受到低温影响。当涡轮机启动时，在所谓的转变阶段中温差特别地显著。该温差会在相同组件的不同部分之间产生膨胀差。通过允许环形通道6的内外环形壁7、8相对于该组件的其他部分的径向和/或轴向位移，支撑件9、12的柔性区域11、15使得可弥补这种胀差。

然而，被赋予支撑件9、12的过大柔性会不利于通过轴承14对轴5的引导。实际上，支撑件9、12具有所谓的结构功能，由于其功能是径向地支撑轴5，即将其连接到壳体10，并避免轴5的径向偏转，特别地在负载下。

因此，必须在允许差账的柔性方面和用于实现轴5的支撑功能的刚度之间寻求折衷。此外，被施加到多种部件的机械和热应力非常大，并不利于组件的使用寿命。

为了能够满足规范要求，该组件例如由Inconel 738镍基合金制成，因为此类材料昂贵并且无法通过焊接堆积进行修复。

图2显示一种现有技术的第二已知实施例。在该实施例中，组件包括一种用于在涡轮机1的两个涡轮级2、3之间形成气流流路的环形通道6，所述通道6由径向内环形壁7和径向外环形壁8界定，所述壁7、8通过径向延伸的中空臂16连接。

该组件进一步包括支撑件17，所述支撑件17与环形通道6分离，并包括径向地定位在环形通道6的外环形壁8外部的径向外环形部件9以及径向地定位在环形通道6的内环形壁7内侧的径向内环形部件12，支撑件17的外部9和内部12通过径向延伸的连接部分18连接，每个连接部分18穿过环形通道6的中空臂16。

以这种方式，可以以两种不同的材料制造支撑件17和环形通道6，使得更容易选择满足每个部件的热和机械要求的材料。

然而，这种解决方案仍然很昂贵，因为它需要制造和组装几个单独部件。实际上，这种解决方案需要支撑件17的扇区域化，不同扇区域之间的接口和密封，从而产生额外的约束。

发明内容

本发明用于以一种简单、可靠和廉价的方式弥补这种缺点。

为此，本发明涉及一种涡轮机的组件，包括：

-用于在涡轮机的两个涡轮级之间形成气流流路的环形通道，所述通道由径向内环形壁和径向外环形壁界定，所述壁通过径向延伸的中空臂连接，

-支撑件，其具有径向地定位在环形通道的外环形壁外侧的径向外环形部件以及径向地定位在环形通道的内环形壁内侧的径向内环形部件，支撑件的外部件和内部件通过径向延伸的连接部分连接，每个连接部分穿过环形通道的一个中空臂，其特征在于，所述支撑件的至少一个连接部件和相应的中空臂通过至少一个连接隔板彼此连接，所述连接隔板包括当所述连接隔板中的机械应力大于预定值时能够断裂的可断部件。

因此该组件可整体地制成，例如通过增材制造或通过铸造，这减少了制造成本。在断开该可断部件之后，环形通道和支撑件形成两个独立部件，以避免通过所述部件之间的接触产生导电或热桥。

当在可断部件处连接隔板中的剪切应力大于200MPa时，可断部件可被确定尺寸以断裂。

例如，上述应力值为当连接壁处于在500到900℃之间的温度时的值，但该值可能随温度而变化。

该组件由镍基合金整体地制成，例如C263型合金。

优选地，所使用的合金可以通过焊接再充填。对于C263型合金的情况尤其如此。

该可断部件可由连接隔板的薄区域形成。

该可断部件可具有材料移除，例如孔或局部凹陷区域。

支撑件的至少一个连接部件可具有用于从径向地定位在环形通道外侧的区域向环形通道内侧的区域供给润滑流体的内部导管。

支撑件的径向内部件可被设计成支撑至少一个轴承。导管因此可允许润滑所述轴承。

润滑流体例如为润滑脂或油。

支撑件的径向内部件和/或径向外部件可包括允许所述径向内部件或径向外部件径向地变形的至少一个柔性区域。

支撑件的径向内部件和/或径向外部件可具有一种通过相应的柔性区域连接到每个连接部件的径向固定的外周部件。

柔性区域可由弹性变形的接片或销形成。

所述接片或销可被倾斜地定向，即可与轴向方向和与径向方向形成非零角度。与轴向方向的该角度例如在30到60°之间，优选在45°左右。

本发明涉及一种涡轮机，例如涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机，包括例如高压涡轮的上游涡轮以及例如低压涡轮或自由涡轮的下游涡轮，所述涡轮每个都包括转子，所述涡轮机包括径向内轴，其特征在于，所述涡轮机包括上述类型的组件，在上游涡轮和下游涡轮之间形成气流流路的环形通道，支撑用于引导该轴的至少一个轴承的该支撑件的径向内部件，被固定到涡轮机的固定部件的支撑件的径向外部件，例如涡轮壳体。

本发明还涉及一种组装和操作上述类型涡轮机的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-在涡轮机中安装环形通道和支撑件，

-首先启动涡轮机，以便在一方面环形通道的臂和另一方面支撑件的连接部件之间形成温差，并且由于在所述可断部件中产生的应力而在连接隔板的可断部件中产生断裂。

例如，允许断裂区域中断裂的温差在200到500℃之间。

或者，在将环形通道和支撑件安装在涡轮机中之前，可对可断部件进行冷态断裂，即在不加热该组件的一部分的情况下。

根据另一实施例，在将环形通道和支撑件安装在涡轮机中之后，可对可断部件进行冷态断裂，即在不加热该组件的一部分的情况下。

为此，可在连接隔板的水平机械地产生应力，例如由操作者，特别地通过施加冲击或足够力到该连接隔板。

参考附图，在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是根据现有技术的第一实施例的涡轮机的一部分的轴向截面的示意性半视图；

图2是与图1对应的视图，示出了现有技术的第二实施例；

图3是与示出本发明的实施例的图1对应的视图；

图4是根据本发明的组件的一部分的透视图和轴向剖视图；

图5是图4的组件的一部分的透视图，其中移除了一些元件以改进所表示元件的可见性；

图6是所述连接隔板的一部分的透视图。

具体实施方式

图3显示根据本发明一个实施例的涡轮机1的一个部分。该涡轮机包括上游涡轮2和下游涡轮3。例如，上游涡轮2是高压涡轮，下游涡轮3是低压涡轮或自由涡轮。每个涡轮2，3均具有带有叶片4的转子。涡轮机1还具有沿涡轮机的轴线A延伸的径向内轴5。

涡轮机1还包括一具有环形通道6的组件，所述环形通道6用于在涡轮机1的两个涡轮级2、3之间形成气流流路，所述通道6由径向内环形壁7和径向外环形壁8界定，所述壁7、8通过径向延伸的中空臂16相连。

在图4中也可以看出，该组件还包括支撑件17，所述支撑件具有沿径向定位在环形通道6的外环形壁8外侧的径向外环形部件9，以及沿径向地定位在环形通道6的内环形壁7内侧的径向内环形部件12，支撑件17的外部件9和内部件12通过径向延伸的连接部件18相连，每个连接部分18均穿过环形通道6的中空臂16。该中空臂16和连接部件18均匀地分布在圆周周围。

支撑件17的径向内部件12和径向外部件9每个都包括一柔性区域11、15，所述柔性区域允许所述径向内部件或外部件12、9的径向变形。

径向内部件12具有通过例如螺钉或铆钉固定到壳体10上的径向外部的径向延伸的环形凸缘19。所述凸缘19通过对应的柔性区域11连接到每个连接部件18。该柔性区域11可由可弹性变形的接片或销20形成。

所述接片或销20可被倾斜地固定，即可与轴向方向和与径向方向形成一非零的角度。与轴向方向的该角度例如在30与60°之间，优选在45°左右。

另外，支撑件17的径向内部件12具有轴向延伸的环形部件13a、13b，每个都用于环绕一个轴承14。每个环形部件13a、13b均通过倾斜或截锥形的柔性区域15a、15b连接到连接部件18。每个倾斜或截锥形的柔性区域15a、15b均与轴向方向和与径向方向形成一非零的角度。

支撑件17的至少一个连接部件18具有用于从径向地定位在环形通道6外侧的区域直到定位在轴承14水平的区域供给润滑流体的内部导管21。润滑流体例如是润滑脂或油。

每个连接部件均可具有彼此成一定角度的两个直的部件18a和18b。当然，其他实施例也是可能的。

如图5中最佳可见，至少一个连接部件18和相应的中空臂16通过至少一个连接隔板22彼此相连，所述连接隔板22具有可断部件23，当所述连接隔板22中的机械应力大于一预定值时，所述可断部件23能够断裂。

应该注意的是，除了通过连接隔板22之外，连接部件18不与连接臂16的表面接触，以限制热交换。

当在可断部件23的水平连接隔板22中的剪切应力大于200MPa时，可断部件23可被确定尺寸以断裂。该值可以随温度而变化，并且例如可被设置为500℃到900℃之间的温度。

因此，例如通过增材制造或通过铸造，可整体地制造由通道6和支撑件17形成的组件，这减少了制造成本。在可断部件23断裂之后，环形通道6和支撑件17形成两个分离的部件，以避免通过所述部件6、17之间的接触所产生的导电或热桥。

该组件由镍基合金整体地制成。

如图6更好地看出，连接隔板22的断裂部分23由连接隔板22的一个薄区域形成。

可断部件23可具有材料移除，例如孔或局部凹陷区域。

根据第一实施例，该组件以一单独的部件或以一单独的块安装在涡轮机1中，然后，在涡轮机1的首次启动过程中，在一方面环形通道6的臂16以及另一方面支撑件17的连接部件18之间产生温差，由于在所述可断部件23中产生的应力，这具有使连接隔板22的可断部件23断裂的效果。

在该断裂区域中允许断裂的温差例如在200到500℃之间。

或者，在将环形通道6和支撑件17安装在涡轮机1中之前，可对可断部件23进行冷态断裂，即不加热该组件的一部分。

根据另一实施例，在将环形通道6和支撑件17整体地安装在涡轮机1中之后，可对可断部件23进行冷态断裂，即不加热该组件的一部分。

为此，可在连接隔板22的水平机械地产生一应力，例如由操作者，特别是通过施加一冲击或足够力到连接隔板22。

Claims (10)

1.一种涡轮机(1)的组件，包括：

-用于在所述涡轮机(1)的两个涡轮级(2、3)之间形成一气流流路的环形通道(6)，所述通道(6)由径向内环形壁(7)和径向外环形壁(8)界定，所述壁(7、8)通过径向延伸的中空臂(16)相连，

-支撑件(17)，该支撑件具有沿径向位于所述环形通道(6)的外环形壁(8)外侧的径向外环形部件(9)以及沿径向位于所述环形通道(6)的内环形壁内侧的径向内环形部件(12)，所述支撑件(17)的外部件(9)和内部件(12)通过沿径向延伸的连接部件(18)相连，每个所述连接部件(18)均穿过所述环形通道(6)的一个中空的臂(16)，

其特征在于，所述支撑件(17)的至少一个连接部件(18)和对应的中空的臂(16)通过至少一个连接隔板(22)彼此相连，所述连接隔板(22)具有一可断部件(23)，当所述连接隔板(22)中的机械应力大于一预定值时，该可断部件(23)能够断裂。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，当在所述可断部件(23)处连接隔板(22)中的剪切应力大于200MPa时，所述可断部件(23)被确定尺寸以断裂。

3.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述组件由镍基合金，例如由C263型合金整体地制成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其特征在于，所述可断裂部件(23)由所述连接隔板(22)的至少一个薄部件形成。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的组件，其特征在于，所述可断部件(23)具有材料移除，例如，孔或局部凹陷区域。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的组件，其特征在于，所述支撑件(17)的至少一个连接部件(18)可具有一内部导管(21)，所述内部导管(21)用于从位于所述环形通道(6)径向外侧的区域到位于所述环形通道(6)内侧的区域供给润滑流体。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的组件，其特征在于，所述支撑件(17)的径向内部件(12)和/或径向外部件(9)包括允许所述径向内部件或外部件(9、12)的径向变形的至少一个柔性区域(15、11)。

8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述支撑件(17)的径向内部件(12)和/或径向外部件(9)具有一径向固定的外周部件(19、13a、13b)，该外周部件(19、13a、13b)通过对应的柔性区域(11、15)连接到每个连接部件(18)。

9.涡轮机(1)，例如涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机，包括例如高压涡轮的上游涡轮(2)，以及例如低压涡轮或自由涡轮的下游涡轮(3)，所述涡轮(2，3)每个都包括转子，该涡轮机(1)包括径向内轴(5)，其特征在于，所述涡轮机包括根据权利要求1至8中任一项所述的组件，在所述上游涡轮(2)与下游涡轮(3)之间形成一气流流路的环形通道(6)，支撑用于引导所述轴(5)的至少一个轴承(14)的支撑件(17)的径向内部件(12)，被固定到所述涡轮机(1)的一个固定部件(10)，例如固定到涡轮壳体(10)上的所述支撑件(17)的径向外部件(9)。

10.一种组装和操作根据权利要求9所述的涡轮机(1)的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

-在涡轮机(1)中安装环形通道(6)和支撑件(17)，

-执行首次启动涡轮机(1)，以便在一方面所述环形通道(6)的臂(16)与另一方面所述支撑件(17)的连接部件(18)之间产生温差，并且由于在所述可断部件(23)中产生的应力而在连接隔板(22)的可断部件(23)中产生断裂。

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