CN113614331A - 涡轮机风扇转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于涡轮机的风扇转子(1)，该风扇转子包括：风扇盘(2)；风扇叶片(3)，该风扇叶片具有前缘(3a)和后缘(3b)；平台(4)，该平台插入到叶片(3)之间并且固定到盘(2)的外围，每个平台包括空气动力学表面(4a)，该空气动力学表面从叶片(3)的前缘(3a)延伸到叶片的后缘(3b)。该空气动力学表面(4a)包括在前缘(3a)的侧方上的上游纵向部分(40)和在后缘(3b)的侧方上的下游纵向部分(41)，该上游纵向部分(40)由平台(4)的第一构件(5)支撑，该平台的第一构件以可枢转的方式固定到盘(2)，并且下游纵向部分(41)独立于上游纵向部分，并且由平台(4)的第二构件(6)支撑，该平台的第二构件独立于第一构件(5)并且以可枢转的方式固定到盘(2)。

Description

涡轮机风扇转子

技术领域

本发明涉及用于涡轮机的风扇转子，该用于涡轮机的风扇转子有利地但不排他地用于飞行器。

背景技术

现有技术特别地包括文件US-A1-2014/186187、FR-A1-3 026 794、US-B1-6416280、WO-A1-2010/007323以及US-A1-2015/125305。

参照图1，图1示出了风扇转子1的局部横截面图，从现有技术已知，风扇转子1具有旋转轴线，并且包括风扇外壳、风扇盘2、风扇叶片3或风扇叶，风扇叶片或风扇叶包括用于保持根部的装置，该根部压配合在所述盘2的外围的插口中。每个叶片3包括拱腹、拱背、前缘3a和后缘3b。

风扇转子1包括平台4b，该平台被插入在风扇叶片3之间并且固定到盘2的外围。每个平台4b包括空气动力学表面4c，该空气动力学表面基本上沿所述轴线从叶片3的前缘3a延伸到叶片的后缘3b，该平台4b安装在叶片之间。

最后，转子1包括上游锥体13、上游壳体14以及下游壳体15，这两个壳体14、15被固定到风扇盘2。

特别地，这种风扇转子从文件US2008/0226458中获知。

每个平台必须提供以下功能：包括空气动力学功能和对空气流通道的限定，空气动力学功能是平台的主要功能。

此外，每个平台必须满足所有的操作条件，即确保整个操作壳体的性能(例如飞行器的飞行)，确保安全要求，并确保转子作为用于商业用途的发动机的一部分的有效性。

最后，每个平台必须通过以下方式来集成到转子的环境中：在风扇转子的级段的边界处具有一致的界面，并且避免在包括风扇转子的涡轮机的其他级段的水平处的干扰。

在最近的涡轮机中，随着风扇转子的直径的增加，风扇叶片或风扇叶的位移、特别是风扇叶片或风扇叶的切向位移变得越来越重要。

因此，在风扇叶片和空气动力学表面之间存在间隙，空气动力学表面基本上沿着所述轴线从叶片的前缘延伸到叶片的后缘，平台被安装在叶片之间。这种间隙在每个叶片的后缘处可以超过8毫米，而在每个叶片的前缘处几乎没有间隙。

这种间隙的存在要求在平台的空气动力学表面和每个叶片之间安装密封件。然而，目前的密封技术不能够对超过8毫米的间隙进行桥接。因此，在每个叶片与平台的连接的水平处的风扇转子组件的密封劣化了。

因此，在本发明基础上的问题是，在风扇转子中，特别地，在平台与叶片后缘的界面的水平处确保风扇平台和每个风扇叶片之间的密封。

发明内容

为此，本发明涉及用于涡轮机的风扇转子，该转子具有旋转轴线并且包括：

-风扇盘，

-风扇叶片，该风扇叶片包括根部，该根部压配合在所述盘的外围的插口中，每个叶片包括拱腹、拱背、前缘以及后缘，

-平台，该平台被插入到风扇叶片之间，并且被固定到盘的外围，每个平台包括空气动力学表面，该空气动力学表面基本上沿所述轴线从叶片的前缘延伸到叶片的后缘，该平台被安装在叶片之间，

其特征在于，所述空气动力学表面包括上游纵向部分和下游纵向部分，该上游纵向部分位于叶片的前缘的侧方上，该下游纵向部分独立于上游纵向部分，该下游纵向部分位于叶片的后缘的侧方上，该上游纵向部分由平台的第一构件支撑，平台的第一构件优选地以可枢转的方式固定到所述盘，并且下游纵向部分由平台的第二构件支撑，该平台的第二构件独立于所述第一构件并且固定到所述盘。

通过本发明实现的技术效果是使得风扇平台能够跟随与平台相关联的叶片的位移(主要是切向的位移)，特别地，跟随与平台相关联的叶片的后缘的位移。

为此，本发明提出将每个风扇平台的空气动力学表面轴向地分成两个纵向部分，使得下游纵向部分可移动，以使得下游纵向部分能够跟随由相关联的叶片施加的位移。

空气动力学表面的上游纵向部分跟随与平台相关联的风扇叶片的前缘的位移，而下游纵向部分跟随风扇叶片的后缘的位移。

由于与平台相关联的风扇叶片的前缘的几乎零位移，空气动力学表面的跟随前缘的位移的上游纵向部分被有效地阻挡。然而，更通常地，本发明可以应用于与两个风扇叶片相关联的平台，该两个风扇叶片的前缘可以移动。

如前所述，平台没有跟随的风扇叶片的后缘的过度位移是在限定平台和构建平台的两个风扇叶片之间的密封时遇到困难的原因。通过本发明的实施，并且将第二构件以可枢转的方式固定到风扇盘，精确地避免了以上问题。

为了跟随与平台相关联的叶片的后缘的偏转，平台的支撑下游纵向部分的第二构件可以例如通过与风扇盘进行枢转连接而安装在盘上，以具有围绕轴线枢转的自由度。在稍后将描述的实施例中，平台的上游部分被设计成固定并且安装到盘。然而，能够设想上游部分也可以像下游部分一样进行枢转。

具有两个纵向部分(即上游纵向部分和下游纵向部分)的、以两个独立部件组成的平台的实施使得能够使用如下的密封件：该密封件通常在该技术领域中使用、但该密封件不再适用于风扇叶片的后缘和平台之间的超过8毫米的位移。

有利地，第二构件以可枢转的方式固定到盘。

有利地，上游纵向部分沿转子的旋转轴线的轴向尺寸介于下游纵向部分的轴向尺寸的0.5倍至1.5倍之间。

有利地，第二构件通过单个固定元件来固定到盘，该单个固定元件相对于盘限定了该下游纵向部分的枢转轴线。

第二构件以一枢轴自由度固定到盘，以跟随与平台相关联的风扇叶片的后缘的偏转。最简单的解决方案是使单个固定元件围绕固定轴线枢转，而不需要昂贵、众多且笨重的装置。

有利地，第二构件包括固定支架，该固定支架轴向地施加到盘的凸缘，固定支架包括轴向孔，该轴向孔与凸缘的轴向孔对齐，所述固定元件行进穿过固定支架的轴向孔和凸缘的轴向孔。

有利地，固定支架的孔至少部分地接纳环，所述固定元件行进穿过该环，该环被轴向地夹紧抵靠盘的凸缘，并以轴向间隙和径向间隙与所述固定支架隔开。

因此，形成第二构件的固定支架以轴向间隙和径向间隙安装在环上，该环夹紧抵靠盘。固定支架中的孔的直径大于固定元件的直径，使得环的一部分插入到固定支架和固定元件之间。

结果，在环部分地插入在固定支架和固定元件之间的情况下，固定支架可以围绕行进穿过固定支架的固定元件进行枢转，同时相对于固定元件保持在适当的位置。

环的在固定支架内的部分防止固定支架相对于固定元件的径向移动，并且环的在固定支架外的部分邻接阻止固定支架相对于固定元件的轴向移动。

有利地，固定元件是螺钉，该螺钉的头部靠在凸缘的面部上，或者靠在位于该面部上的插入件的面部上，并且有螺纹的杆接纳靠在所述环上的螺母。

有利地，纵向部分中的一个在该纵向部分中的一个的、位于纵向部分中的另一个的侧部的纵向端部处，包括用于另一个纵向部分的承载表面。

根据本发明的平台不是整体的，而是包括相互独立的上游纵向部分和下游纵向部分。可替代地，上游纵向部分的第一纵向部分和下游纵向部分的第一纵向部分可以包括从第一部分突出的承载表面，以宽松地且部分地支撑面对第二纵向部分的端部。

有利地，纵向部分包括彼此面对的周向边缘，所述承载表面沿着这些边缘中的一个仅在该边缘的周向范围的部分上延伸。

本发明涉及包括这种转子的飞行器涡轮机。

附图说明

通过以下详细描述和附图，本发明的其他特征、目的和优点将变得显而易见，附图以非限制性示例给出并且在附图中：

[图1]图1是根据现有技术的风扇转子的局部横截视面的示意图，

[图2]图2是根据按照本发明的实施例的风扇转子的局部透视图的示意图，该图示出了风扇的叶片和盘以及具有空气动力学表面的平台的一部分，该空气动力学表面包括上游纵向部分和下游纵向部分以及上游纵向部分和下游纵向部分的固定到风扇盘的齿部的固定构件，该纵向部分以安装的状态在图2中示出，

[图3]图3是图2所示的风扇转子的透视图的示意图，在图3中仅示出了空气动力学表面的上游纵向部分，

[图4]图4是图2所示的风扇转子的透视图的示意图，在图4中仅示出了空气动力学表面的下游纵向部分，

[图5]图5是平台的透视图的示意图，该平台形成先前在图2至图4中所示的根据本发明的风扇转子的一部分，

[图6]图6是平台的空气动力学表面的下游纵向部分的第二构件的横截面视图的示意图，该平台形成根据本发明的实施例的风扇转子的一部分，该第二构件通过凸缘连接到转子的风扇盘的齿部。

应当注意，附图是作为示例给出的，并不是对本发明的限制。该附图是是旨在促进理解本发明的原理的示意性表示，而并不一定按照实际应用的比例。特别地，所示出的各种元件的尺寸并不表示真实尺寸。例如，在图2至图4中，仅示出了一个风扇叶片，其他叶片已被移除，以更好地观察空气动力学表面的纵向部分的第一构件和第二构件。

具体实施方式

在下文中，参照结合在一起所有的附图。在参照一个或多个特定附图的情况下，这些附图应当与其他的附图结合以识别指定的附图标记。

主要参照图2至图6，本发明涉及风扇转子1，有利地，该风扇转子旨在用于飞行器涡轮机。

这种转子1被安装成围绕旋转轴线旋转，并且包括风扇盘2和风扇叶片3，该风扇叶片3包括根部，该根部压配合在位于所述盘2的外围处的插口中，其中只有一个叶片3是可见。每个叶片3包括拱腹、拱背、前缘3a以及后缘3b。

有利地，盘2的外围通过布置有齿部16而成齿状，该齿部16有利地具有梯形截面并且相对于转子1的旋转轴线在盘2上轴向地延伸。至少一个楔形件17被布置在两个相邻的齿部16之间的上游侧方上，这两个相邻的齿部形成用于接纳叶片3的根部的插口，该楔形件17旨在将叶片根部轴向地阻挡在该叶片根部对应的插口中。

平台4被插入在风扇叶片3之间并且固定到盘2的外围。因此，每个平台4可以被插入在两个连续的风扇叶片3之间。

每个平台4包括空气动力学表面(在图2中标记为4a)，该空气动力学表面基本上沿所述轴线从两个叶片3的前缘3a延伸到两个叶片的后缘3b，该平台4被安装在两个叶片之间。

根据本发明，空气动力学表面4a包括上游纵向部分40和下游纵向部分41，该上游纵向部分位于叶片3的前缘3a的侧方上，该下游纵向部分41位于叶片3的后缘3b的侧方上。

空气动力学表面4a的上游纵向部分40由平台4的第一构件5支撑，该第一构件以可枢转的方式固定到风扇盘2。空气动力学表面4a的下游纵向部分41由平台4的第二构件6支撑。该第二构件6独立于第一构件5，并且以可枢转的方式固定到风扇盘2。

第二构件6使得下游纵向部分41能够跟随两个相关联的风扇叶片3的后缘3b的位移。在操作中，空气动力学表面4a的下游纵向部分41可以围绕空气动力学表面的下游纵向部分与风扇盘2的枢转连接来执行旋转移动。

实施本发明的主要困难是控制上游纵向部分40和下游纵向部分41之间的径向间隙。该间隙既不能太小以使得这两个部分能够在彼此之间旋转，也不能太大以确保这两个部分相对于彼此对中。

此外，下游纵向部分41相对于上游纵向部分40的旋转导致在空气动力学表面4a的通道中产生势能阶跃(potentielle marche)。

此外，重要的是实施密封技术，一方面该密封技术能够控制两个纵向部分40、41之间的界面，并且另一方面密封件能够补偿下游壳体(在图1中标记为15)和下游纵向部分41的旋转所需的间隙。密封件可以是O形环、拆分式密封件或欧米茄密封件等。

参照图5，平台4还可以包括在平台的支撑第一构件5和第二构件6的纵向侧部的一个上的容纳部，容纳部18可以布置在第一构件5和第二构件6之间。

下游纵向部分41可以具有朝风扇盘2弯曲的自由端部41a，所述自由端部41a邻接抵靠在如下部件上：该部件未在图2至图5中示出，但在图1中作为通过腿部固定到风扇盘2的下游壳体15示出。

空气动力学表面4a可以在空气动力学表面的、面对构建空气动力学表面的两个风扇叶片3的侧部上略微地凹陷，并且在空气动力学表面的宽度上弯曲。

在不受限制的情况下，上游纵向部分40的轴向尺寸可以介于下游纵向部分41的轴向尺寸的0.5倍至1.5倍之间。由此，上游纵向部分40的轴向尺寸可以小于、等于或大于下游纵向部分41的轴向尺寸。

第一构件5可以由上游纵向部分40的弯曲端部40a支撑。上游纵向部分40的弯曲端部40a可以通过固定元件来固定到风扇盘2，从而形成第一构件5，优选地，齿部16中的一个被布置在风扇盘2的圆周上。优选地，上游纵向部分的弯曲端部40a通过齿部16的边缘来固定到齿部16的纵向端部，该齿部的边缘形成齿部的厚度。

第二构件6可以通过单个固定元件7来固定到风扇盘2，该单个固定元件相对于盘2限定该下游纵向部分41的枢转轴线。

通过接近下游纵向部分41的自由端部，可以增加下游纵向部分41的宽度，有利地，该下游纵向部分的自由端部支撑弯曲边缘。这取决于两个连续的风扇叶片3之间的距离是否保持恒定。

仍然主要参照图2和图6，更具体地参照图6，与下游纵向部分41相关联的第二构件6可以包括固定支架6，该固定支架轴向地施加到风扇盘2的凸缘8。

在齿部16的距离第一构件5最远的纵向端部处，凸缘8可以从风扇盘2外围的齿部16延伸。凸缘8可以由齿部16的与空气动力学表面4a的内面部相对的面部支撑，该空气动力学表面4a的内面部支撑第一构件5和第二构件6，有利地，凸缘垂直于齿部16的支撑凸缘的面部延伸。

固定支架6可以是细长的，并且下游纵向部分41延伸远离盘2。固定支架6可以具有弯曲的端部部分6b，该弯曲的端部部分具有穿过弯曲的端部部分的孔6a。

固定支架6的孔6a是轴向孔，在第二构件6的固定位置，该轴向孔与凸缘8的轴向孔8a对齐。然后，固定支架6的弯曲端部部分6b靠置在风扇盘2的凸缘8上。

在图6中特别清楚可见地，固定元件7行进穿过固定支架6的弯曲端部部分6b的轴向孔6a和凸缘8的轴向孔8a。

为了使得第二构件6的固定支架6的弯曲端部部分6b相对于固定元件7能够自由旋转，固定支架6的弯曲端部部分6b的孔6a可以至少部分地接纳环9，固定元件7行进穿过该环。

因此，可以存在环9的内部部分9a，环9的内部部分被容纳在固定支架6的弯曲端部部分6b的孔6a中，环9的内部部分9a插入在孔6a的内壁和固定元件7的外壁之间。环9的其余部分是环9的外部部分9b，环的外部部分被布置在弯曲端部部分6b的外侧，并且能够形成圈部9b，该圈部能够邻接阻止固定支架6的弯曲端部部分6b的轴向位移。

环9可以轴向地夹紧抵靠盘2的凸缘8，从而确保稳固的固定，但是仍然以轴向间隙Ja和径向间隙Jr与固定支架6的弯曲端部部分6b分开。因此，由于与环9的轴向间隙Ja和径向间隙Jr，固定支架6的弯曲端部部分6b可以围绕固定元件7枢转。

因此，径向间隙Jr可以由环9的在弯曲端部部分6b内部的部分来限制，轴向间隙Ja可以由环9的在弯曲端部部分6b外部的部分来限制，有利地，环9的在弯曲端部部分6b外部的该部分呈圈部9b的形式，圈部9b邻接阻止凸缘8在固定支架6的弯曲端部部分6b的轴向方向上的移除。

仍然主要参照图6，固定元件7可以是螺钉，该螺钉具有头部7a和有螺纹的杆。

螺钉的头部7a可以支撑在凸缘8的与面对环9的面部相对的面部上，或者支撑在位于该面部上的插入件10的面部上，该插入件位于凸缘8的与面对环9的面部相对的面部上，后一种可替代的方案如图6所示，插入件10例如是垫圈，或者在这种情况下，插入件是形成涡轮机的低压压缩机鼓的一部分的部件。也可能用螺母代替头部7a。

在有螺纹的杆的另一自由端部处，有螺纹的杆还可以接纳螺母11，该螺母靠在环9上，并通过环的在固定支架6的弯曲端部部分6b处的内部部分9a将环夹靠在凸缘8上。

更具体地参照图3，图3示出了在不存在下游纵向部分41的情况下的上游纵向部分40，纵向部分40、41中的一个纵向部分40(在图3中为上游纵向部分40(不是限制性的))在其位于纵向部分40、41中的另一个纵向部分41(在图3中是下游纵向部分41)侧的纵向端部处可以包括用于该另一个纵向部分41的承载表面12。

这使得能够避免上游纵向部分40和下游纵向部分41之间的不匹配，并且使得在下游纵向部分41的与第二构件6间隔一距离的一个端部处，上游纵向部分40能够对下游纵向部分41进行支撑。

如在组合采用的图3和图4中特别清楚可见地，空气动力学表面4a的纵向部分40、41可以包括彼此面对的周向边缘。承载表面12可以沿着这些边缘中的一个边缘仅在该边缘的圆周范围的一部分上延伸。

承载表面12的该部分可以相对于承载该部分的周向边缘对称地布置，其中，只有周向边缘的承载该承载表面12的端部部分不与承载表面12连接。可替代地，承载表面12可以由周向边缘的主要部分来支撑。

这种风扇转子1的特别有利的应用可以用于涡轮机，有利地，用于飞行器涡轮机。

本发明绝不限于仅作为示例给出的所描述和所示出的实施例。

Claims (10)

1.用于涡轮机的风扇转子(1)，该转子(1)具有旋转轴线并且包括：

-风扇盘(2)，

-风扇叶片(3)，所述风扇叶片包括根部，所述根部压配合在所述盘(2)外围的插口中，每个叶片(3)包括拱腹、拱背、前缘(3a)以及后缘(3b)，

-平台(4)，所述平台被插入到所述风扇叶片(3)之间，并且被固定到所述盘(2)的外围，每个平台(4)包括空气动力学表面(4a)，所述空气动力学表面基本上沿所述轴线从所述叶片(3)的前缘(3a)延伸到所述叶片的后缘(3b)，该平台(4)被安装在所述叶片之间，

其特征在于，所述空气动力学表面(4a)包括上游纵向部分(40)和下游纵向部分(41)，所述上游纵向部分位于所述叶片(3)的前缘(3a)的侧方上，所述下游纵向部分独立于所述上游纵向部分，所述下游纵向部分位于所述叶片(3)的后缘(3b)的侧方上，所述上游纵向部分(40)由所述平台(4)的第一构件(5)支撑，所述平台的第一构件固定到所述盘(2)，并且所述下游纵向部分(41)由所述平台(4)的第二构件(6)支撑，所述平台的第二构件独立于所述第一构件(5)并且固定到所述盘(2)。

2.根据权利要求1所述的转子(1)，其中，所述第二构件(6)以可枢转的方式固定到所述盘(2)。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的转子(1)，其中，所述上游纵向部分(40)沿所述转子的旋转轴线的轴向尺寸介于所述下游纵向部分(41)的轴向尺寸的0.5倍至1.5倍之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的转子(1)，其中，所述第二构件(6)通过单个固定元件(7)来固定到所述盘(2)，所述单个固定元件相对于所述盘(2)限定该下游纵向部分(41)的枢转轴线。

5.根据权利要求4所述的转子(1)，其中，所述第二构件(6)包括固定支架(6)，所述固定支架轴向地施加到所述盘(2)的凸缘(8)，所述固定支架(6)包括轴向孔(6a)，所述轴向孔与所述凸缘(8)的轴向孔(8a)对齐，所述固定元件(7)行进穿过所述固定支架(6)的轴向孔和所述凸缘(8)的轴向孔(6a，8a)。

6.根据权利要求5所述的转子(1)，其中，所述固定支架(6)的孔至少部分地接纳环(9)，所述固定元件(7)行进穿过所述环，该环(9)被夹紧并以轴向间隙(Ja)和径向间隙(Jr)与所述固定支架(6)隔开。

7.根据权利要求6所述的转子(1)，其中，所述固定元件(7)是螺钉，所述螺钉的头部(7a)靠在所述凸缘(8)的面部上，或者靠在位于该面部上的插入件(10)的面部上，并且有螺纹的杆接纳靠在所述环(9)上的螺母(11)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的转子(1)，其中，所述纵向部分(40，41)中的一个纵向部分(40)在其位于所述纵向部分(40，41)中的另一个纵向部分(41)侧的纵向端部处，包括用于所述另一个纵向部分(41)的承载表面(12)。

9.根据权利要求8所述的转子(1)，其中，所述纵向部分(40，41)包括彼此面对的周向边缘，所述承载表面(12)沿着这些边缘中的一个边缘仅在该边缘的周向范围的一部分上延伸。

10.飞行器涡轮机，所述飞行器涡轮机的特征在于，所述飞行器涡轮机包括根据前述权利要求中的任一项所述的转子(1)。

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