專利名稱：用于燃?xì)廨啺l(fā)動機(jī)的渦輪模組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)廨啺l(fā)動機(jī)領(lǐng)域，并且尤其涉及渦輪模組，特別是高壓模組。
背景技術(shù)：
一種軸向氣流燃?xì)廨啺l(fā)動機(jī)，包括構(gòu)成壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)裝置，將自身釋放熱氣的固定燃燒室提供給構(gòu)成渦輪的旋轉(zhuǎn)裝置。固定連接在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子上的渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成轉(zhuǎn)子或本體，發(fā)動機(jī)可以包括一個或多個轉(zhuǎn)子，通常包括以不同速度旋轉(zhuǎn)的兩個或三個轉(zhuǎn)子。因而雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)包括低壓LP轉(zhuǎn)子和高壓HP轉(zhuǎn)子。為便于安裝發(fā)動機(jī)并減少安裝和拆除的時間，其結(jié)構(gòu)通常被分為模組。例如，對于雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子來說，構(gòu)成壓縮機(jī)的所有部件都布置在HP壓縮機(jī)模組中，構(gòu)成渦輪轉(zhuǎn)子的所有部件都布置在HP渦輪模組中。
HP渦輪模組只包括旋轉(zhuǎn)部件，例如渦輪盤，迷宮氣封裝置和帶有上游裝置凸緣和與下游軸承有關(guān)的密封裝置的外殼螺栓連接到該盤上。
通常，利用特殊的凸緣將HP壓縮機(jī)和HP渦輪模組組裝起來；這些凸緣將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩從渦輪傳遞到壓縮機(jī)。因此憑借這些凸緣的連接必須具有足夠的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)這個功能。
此外，這些模組必須為裝置提供完全平衡地旋轉(zhuǎn)。就HP渦輪類型的模組而言，設(shè)有上游平衡面和下游平衡面。平衡面是指平衡塊以與軸的確定距離和確定角度放置的平面。在利用裝置凸緣的方法中，位于模組邊緣的凸緣形成適當(dāng)?shù)钠胶饷?。因此將平衡塊放置在邊緣凸緣的區(qū)域內(nèi)，而對于HP壓縮機(jī)模組與HP渦輪模組之間的邊緣尤其如此。因此每個模組都以此方式保持裝置平衡。
使用特殊的裝置凸緣很方便，但是需要承擔(dān)平衡塊的重量。因此人們已經(jīng)努力開發(fā)出一種不需要特殊裝置凸緣就能夠安裝到壓縮機(jī)上的模組，尤其是已經(jīng)研究出將壓縮機(jī)的裝置直接安裝到模組的渦輪盤上的可能性。
這樣就產(chǎn)生了對渦輪模組進(jìn)行預(yù)裝配和完全平衡地傳送的問題。特別是對于負(fù)責(zé)裝配模組的裝配工程師來說，不必處理模組本身是非常重要的，否則就將會降低模組化的價值。

發(fā)明內(nèi)容
因此申請人的目標(biāo)就是開發(fā)出滿足上述要求的渦輪模組。
根據(jù)本發(fā)明，用于燃?xì)廨啺l(fā)動機(jī)的渦輪模組包括至少一個渦輪盤和安裝在渦輪盤上相對于氣流上游位置的盤形組件，所述模組包括位于所述發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)與渦輪盤之間的安裝裝置，其特征在于在將模組裝配到壓縮機(jī)之前，通過將組件螺栓連接到固定連接于渦輪盤上的連接凸緣，而將組件預(yù)裝配到渦輪盤上。
因而，通過本發(fā)明包括直接將壓縮機(jī)模組連接到渦輪盤上和將放置在壓縮機(jī)與渦輪盤之間的組件分別連接到渦輪盤上步驟的方法，可以在不喪失裝置可靠性的情況下減輕重量，平衡必要時能夠預(yù)裝配的模組。
優(yōu)選地，將壓縮機(jī)裝配到渦輪盤的安裝裝置包括所述連接凸緣。
特別地，當(dāng)組件為具有位于其輪轂與周圍之間的輪心的盤形組件，并通過穿過輪心上第一鉆孔的螺栓安裝到所述凸緣上時，在輪心上設(shè)有通過渦輪模組的螺栓裝配到壓縮機(jī)上的第二鉆孔。
根據(jù)又一特征，通過分布在圓周上數(shù)量為2至8個螺栓將組件固定在所述凸緣上。
有利地，通過將型鍛到下游側(cè)凸緣上的螺母，和用于將模組裝配到壓縮機(jī)上的螺母，將螺栓定位。用于連接組件的螺栓更特別地具有特殊形狀的螺栓頭，其不同于用于連接壓縮機(jī)的螺栓頭的形狀。
根據(jù)又一特征，組件包括放置在與壓縮機(jī)的安裝裝置無關(guān)的所述組件上的上游平衡裝置。
本發(fā)明尤其適于其組件是盤形支撐氣封元件的模組。
本發(fā)明還包括與構(gòu)成燃?xì)廨啺l(fā)動機(jī)的模組相關(guān)的壓縮機(jī)，其包括用于連接模組的下游凸緣。在此凸緣上設(shè)有為已經(jīng)放置在模組恰當(dāng)位置上的連接螺栓的頭部而準(zhǔn)備的腔體或通道。


下面將通過優(yōu)選實(shí)施方式并參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其中圖1是依據(jù)本發(fā)明的高壓渦輪的半個模組的軸向剖視圖；圖2是組件預(yù)先連接到渦輪盤上的細(xì)節(jié)的軸向剖視圖；圖3是將下游壓縮機(jī)凸緣連接到渦輪盤上的詳細(xì)軸向剖視圖；
圖4是從上游側(cè)觀察到的HP壓縮機(jī)凸緣的布置的示意圖；圖5是下游HP壓縮機(jī)凸緣的不同的實(shí)施例的示意圖；圖6是沿圖2或圖3中VI-VI線的剖視圖，示出了從下游側(cè)觀察到的固定連接到渦輪盤的連接凸緣上的螺母裝置的細(xì)節(jié)；圖7是圖1中渦輪模組的一個可選實(shí)施例示意圖，模組上裝配有上游平衡裝置。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了沿軸向剖面的HP渦輪的半個模組。該模組包括渦輪盤3，其具有朝向軸厚度逐漸增加的軸向剖面的輪轂，在渦輪盤3的周圍安裝有渦輪葉片4。渦輪葉片4容納在該盤邊緣上的軸向槽中。組件5安裝在盤3的上游側(cè)，也就是說位于該圖中的左側(cè)。上游和下游是相對于發(fā)動機(jī)內(nèi)的氣流來界定的。組件在此是指相對于機(jī)軸對稱旋轉(zhuǎn)的盤。這個盤包括厚度朝向發(fā)動機(jī)軸逐漸增加的輪轂，構(gòu)成朝向周圍伸展的輪心51的部件。盤的周圍支撐構(gòu)成迷宮氣封旋轉(zhuǎn)部件的徑向環(huán)狀葉片53。未示出其對應(yīng)部分。
通過螺栓將盤5連接到固定連接于盤3上游的連接凸緣31上而將盤5連接到盤3上。螺栓7包括頭部71和螺桿72，螺桿72穿過輪心51上的螺孔和凸緣31上的鉆孔，與螺母73相互作用。
在模組的下游側(cè)，盤6上可見帶有構(gòu)成下游軸承62支架的押運(yùn)支座(trunnion)61。盤被螺栓連接到下游連接凸緣33上。連接螺栓64分布在盤的整個圓周上。其還包括用于迷宮氣封的密封元件63。盤6構(gòu)成下游平衡面。平衡塊上安裝有連接螺栓。
對如圖1所示的模組進(jìn)行預(yù)裝配，為安裝和裝配到壓縮機(jī)上作準(zhǔn)備。螺栓7的功能是在操作過程中保持固定連接到渦輪盤上的組件5。螺栓7最好為4個，并等距布置在圓周上。螺栓的個數(shù)可以是2至8個之間。應(yīng)該考慮用于將壓縮機(jī)連接到盤上螺栓的具體情況。螺栓7不會干擾到盤3與盤5之間的葉片。
圖2和圖3示出了在渦輪模組已經(jīng)連接到壓縮機(jī)的連接凸緣9之后螺栓的詳細(xì)情況。未示出后者。連接凸緣9是環(huán)形的，并構(gòu)成壓縮機(jī)下游的邊緣。圖2示出沿用于將組件5連接到盤3上的螺栓7的部分軸向剖面。圖3示出了沿用于將凸緣9連接到盤3上的螺栓8的部分軸向剖面。
螺栓7的頭部71與凸緣9的寬邊相嚙合以使其直接與組件5的盤連接。因此這些螺栓不會影響凸緣9的連接。
圖3中的每個螺栓8都承擔(dān)著將凸緣9連接到盤3上的任務(wù)。螺栓頭81壓緊在凸緣9的上游表面上，即由壓在凸緣31的下游表面上的螺母83緊固盤5。螺栓8的螺桿82穿過組件5的盤和兩個凸緣9和31。
圖4示出了從上游側(cè)觀察到的環(huán)形凸緣9。凸緣9包括扇貝形凹進(jìn)以使其包圍螺栓7的頭部71，并壓在組件5的盤上。其還包括可以使螺栓8的螺桿82穿過的鉆孔，螺栓8的頭部81擠壓在鉆孔的邊緣上。
圖5示出了另一可選的壓縮機(jī)連接凸緣9’。為了穿過用來連接盤5的螺栓的頭部71，將通道限制為直徑稍大于頭部71直徑的圓孔來代替扇貝形凹進(jìn)。
組件5的輪心51上具有能夠允許螺栓7或螺栓8穿過的同樣的鉆孔。
為防止混淆螺栓7和螺栓8，可以使螺栓的頭部71和81具有不同的形狀。
例如，可以將一些螺栓制成花鍵螺頭和將其它的制成寬螺栓頭(寬螺栓頭是指比緊固操作所需的寬度更寬的螺栓頭；其對應(yīng)于較寬螺桿的螺栓頭)，或反過來。
在使用這種類型的螺栓頭時，在防止產(chǎn)生混淆的同時，還具有在壓縮機(jī)和渦輪的模組拆除時防止螺栓8卡住的優(yōu)點(diǎn)。如果螺栓8是保持固定的，則螺栓8的特殊螺栓頭81能夠支撐劇烈的過載附加扭矩將螺桿82從頭部81剪斷，無論如何將模組拆除了。
圖6示出了從下游側(cè)觀察到的凸緣31。優(yōu)選地，在部件裝配之前先將螺母73和83安裝并型鍛在恰當(dāng)位置上。應(yīng)該注意到螺母上分別設(shè)有矩形的鍵731和831以提供旋轉(zhuǎn)中的互鎖。這樣便于在裝配中緊固螺栓7和8。型鍛到凸緣31上的螺母73和83是相同的。
連接螺栓8和7的數(shù)量在具體實(shí)施方式
中分別為28和4。經(jīng)驗(yàn)證28個螺栓可以將壓縮機(jī)牢固地固定在盤上。4個相對于裝置的32個的差別沒有什么影響。已經(jīng)通過計(jì)算證明了這一點(diǎn)，尤其是對于扭矩、機(jī)械應(yīng)力和部件的使用壽命等。
最后可以觀察到這種配置允許葉片布置在壓縮機(jī)模組與渦輪模組之間。
為了使模組保持平衡，將重塊放置在組件5的盤的上游表面上，其于是有利地構(gòu)成了上游平衡面。圖7中示出了包括該平衡裝置的模組。模組包括用來將重塊固定到該表面上的凸緣10。凸緣10是環(huán)形的，具有與模組的軸相垂直的表面，包括多個用來安裝重塊的加工孔。加工孔的數(shù)量優(yōu)選地等于安裝到渦輪盤上的翅片的數(shù)量。
圖7示出了由螺栓111保持在適當(dāng)位置上的重塊11。在此情況下，通過安裝這些重塊可以恢復(fù)HP渦輪模組轉(zhuǎn)子的上游平衡面，這樣有助于輸送所謂清洗模組的一種情況。
根據(jù)本發(fā)明的模組不會相反地影響周圍模組的維護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種用于燃?xì)廨啺l(fā)動機(jī)的渦輪模組，包括至少一個渦輪盤(3)和安裝在所述渦輪盤上相對于氣流上游的盤形組件(5)，所述模組包括將其安裝到所述發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)上的安裝裝置，其特征在于，在將所述模組裝配到所述壓縮機(jī)之前，通過螺栓將組件(5)連接到固定連接于所述渦輪盤(3)的連接凸緣(31)上，從而將所述組件(5)預(yù)裝配到所述渦輪盤(3)上。
2.如權(quán)利要求1所述的模組，其特征在于，安裝到所述壓縮機(jī)上的所述安裝裝置包括所述連接凸緣(31)。
3.如權(quán)利要求2所述的模組，其特征在于，所述組件是帶有位于其輪轂與圓周之間的輪心(51)的盤形組件，并通過穿過所述輪心(51)上的第一鉆孔的螺栓(7)安裝到所述凸緣(31)上，第二鉆孔形成于所述輪心上，用于通過所述渦輪模組(3)的螺栓(8)裝配到所述壓縮機(jī)上。
4.如權(quán)利要求3所述的模組，其特征在于，所述組件(5)的輪心(51)上具有允許螺栓(7)或螺栓(8)穿過的同樣的鉆孔。
5.如權(quán)利要求3或4所述的模組，其特征在于，所述組件通過2至8個分布在圓周上的螺栓(7)連接到所述凸緣(31)上。
6.如權(quán)利要求2至5所述的任意一種模組，其特征在于，所述螺栓(7)由型鍛在下游側(cè)的凸緣(31)上的螺母(73)以及用于將所述模組裝配到所述壓縮機(jī)上的螺母(83)進(jìn)行定位。
7.如權(quán)利要求6所述的模組，其特征在于，型鍛在所述凸緣(31)上的螺母(73)和(83)是相同的。
8.如權(quán)利要求2至5所述的任一種模組，其特征在于，用來連接組件的螺栓(7)具有與用來連接所述壓縮機(jī)的所述螺栓的頭部不同的特殊頭部。
9.如權(quán)利要求2至8所述的任一種模組，包括上游平衡裝置(10，11)，其設(shè)置在不同于安裝到壓縮機(jī)上的安裝裝置的所述組件(5)上。
10.如權(quán)利要求2至9所述任一種模組，其特征在于，所述組件(5)是盤支撐迷宮氣封元件。
11.一種與前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的構(gòu)成燃?xì)廨啺l(fā)動機(jī)的模組相關(guān)的壓縮機(jī)，包括用于連接到所述模組的下游凸緣(9)，其上設(shè)有為已經(jīng)放置在所述模組上適當(dāng)位置上的連接螺栓的頭部(71)準(zhǔn)備的槽或通道。
12.一種燃?xì)廨啺l(fā)動機(jī)，其包括如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的模組。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于燃?xì)廨啺l(fā)動機(jī)的渦輪模組，包括至少一個渦輪盤(3)和安裝到渦輪盤上相對于氣流上游的盤形組件(5)，所述模組包括安裝到所述發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)上的安裝裝置，其特征在于，在將模組裝配到壓縮機(jī)之前，通過螺栓將組件(5)連接到固定連接于渦輪盤(3)的連接凸緣(31)上，來將組件(5)預(yù)裝配到渦輪盤(3)上。
文檔編號F02C3/04GK1854485SQ20061007907
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日
發(fā)明者麥克爾·布朗特, 茂瑞斯·約蒂特, 托馬斯·朗格文, 帕垂克·派斯魁斯 申請人:斯奈克瑪