專利名稱：具有懸垂轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)的對轉(zhuǎn)渦輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，是一種對轉(zhuǎn)渦輪，更具體的說，是一種具有懸垂 轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)的對轉(zhuǎn)渦輪。
背景技術(shù)：
經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，航空發(fā)動機的常規(guī)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，通過常規(guī)方式改 進部件來提高發(fā)動機的性能越來越困難，進一步提高發(fā)動機的性能必須要有新的思路。對 轉(zhuǎn)發(fā)動機是目前發(fā)展前景較好且實際應(yīng)用條件較成熟的發(fā)動機，它使用的對轉(zhuǎn)渦輪具有2 個或2個以上的轉(zhuǎn)子，分別安裝在回轉(zhuǎn)軸線重合的內(nèi)、外軸上，燃?xì)庖来瘟鹘?jīng)各葉柵推動相 鄰轉(zhuǎn)子相對逆向旋轉(zhuǎn)并輸出功率。對轉(zhuǎn)發(fā)動機的特點是1)減小了導(dǎo)向葉片彎角或取消了 相鄰對轉(zhuǎn)級之間的一排導(dǎo)向器，減小了流動損失，降低了成本，提高了推重比。2)雙軸對轉(zhuǎn) 抵消了陀螺力矩，提高了動力系統(tǒng)的機動性和可靠性。然而，目前的航空發(fā)動機使用的對轉(zhuǎn) 渦輪還存在以下有待解決的問題a、當(dāng)前的對轉(zhuǎn)渦輪僅在一個交界面上發(fā)生對轉(zhuǎn)，最多只能省去一排導(dǎo)向器，當(dāng)渦 輪級數(shù)不多時，重量能有效降低，當(dāng)渦輪級數(shù)較多時，僅實現(xiàn)了陀螺力矩的減小，降低的重 量卻不夠明顯。b、大涵道比要求內(nèi)軸轉(zhuǎn)子實現(xiàn)較大的出功量，在內(nèi)軸轉(zhuǎn)速和單級膨脹比的限制 下，內(nèi)軸轉(zhuǎn)子需要具有較多的低壓渦輪級。如何在低的內(nèi)軸轉(zhuǎn)速下，以盡可能少的級數(shù)保證 風(fēng)扇耗功的需要，是當(dāng)前對轉(zhuǎn)渦輪需要解決的問題。C、在級間無導(dǎo)葉對轉(zhuǎn)風(fēng)扇中，下游葉片的氣流進口相對速度較大，其流道中不可 避免的會存在超音截面。這樣，對轉(zhuǎn)渦輪需實現(xiàn)用無超音截面的流動滿足出功要求，以避免 發(fā)動機流道內(nèi)出現(xiàn)2個超音截面所導(dǎo)致的調(diào)節(jié)難度增大。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有懸垂轉(zhuǎn)子葉片結(jié) 構(gòu)的對轉(zhuǎn)渦輪，在各推力等級、不同涵道比的發(fā)動機上實現(xiàn)單排導(dǎo)向器，或多排導(dǎo)向器的數(shù) 量減少，從而減少發(fā)動機的軸向長度并提高其推重比。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種具有懸垂轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)的對轉(zhuǎn)渦輪，其包括導(dǎo)向器、內(nèi)軸、外軸、軸承和內(nèi)、外 機匣；其包括單個或多個懸臂、渦輪盤；還包括多個懸垂轉(zhuǎn)子葉片、非懸垂轉(zhuǎn)子葉片、輻條 其中懸臂呈環(huán)形筒狀，是與內(nèi)軸、外軸共一軸線的空心薄壁旋轉(zhuǎn)體，其母線由渦輪的通 流設(shè)計結(jié)果決定；多個懸垂轉(zhuǎn)子葉片均沿徑向放置，各個葉片的外端沿周向均勻固定在懸臂上游內(nèi) 壁面上，構(gòu)成一排懸垂轉(zhuǎn)子葉柵；懸臂跨過非懸垂轉(zhuǎn)子葉片的頂部，懸臂下游末端固定在多個輻條的外端上，每個輻條的內(nèi)端固定在內(nèi)軸的末端上，把懸垂轉(zhuǎn)子葉片從高溫高壓燃?xì)猥@得的扭矩傳遞給內(nèi) 軸，驅(qū)動風(fēng)扇或低壓壓氣機。所述的具有懸垂轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)的對轉(zhuǎn)渦輪，其所述多個懸臂，至少為兩個，相互間 串聯(lián)固接，此時內(nèi)軸由排數(shù)等于懸臂個數(shù)的懸垂轉(zhuǎn)子葉柵驅(qū)動，外軸由排數(shù)不小于懸臂個 數(shù)的非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵驅(qū)動，懸垂轉(zhuǎn)子葉柵與非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵的轉(zhuǎn)向均相反。利用本發(fā)明提供的具有懸垂轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)的對轉(zhuǎn)渦輪不僅使驅(qū)動內(nèi)軸的轉(zhuǎn)子葉 片能夠位于相鄰?fù)廨S轉(zhuǎn)子葉片之間，實現(xiàn)了多排轉(zhuǎn)子葉柵對轉(zhuǎn)，減少多排渦輪導(dǎo)向器，而且 使懸垂轉(zhuǎn)子葉片優(yōu)先獲得了入口溫度較高的燃?xì)猓勾蠛辣劝l(fā)動機的風(fēng)扇能夠用較少級 數(shù)的懸垂轉(zhuǎn)子葉柵通過內(nèi)軸驅(qū)動。


圖1為本發(fā)明一種具有懸垂轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)的對轉(zhuǎn)渦輪的第一實施例的結(jié)構(gòu)簡圖；圖2為圖1中A-A線剖視圖，為實施例移去導(dǎo)向器和部分外機匣后的立體圖；圖3為本發(fā)明的第二實施例，以串聯(lián)兩個懸臂的方式增加具有懸垂轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu) 的對轉(zhuǎn)渦輪級數(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的一種具有懸垂轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)的對轉(zhuǎn)渦輪，包括導(dǎo)向器、內(nèi)軸、外軸、軸承 和內(nèi)、外機匣；其包括單個或多個懸臂、渦輪盤；其還包括多個懸垂轉(zhuǎn)子葉片、非懸垂轉(zhuǎn)子 葉片、輻條。其中，導(dǎo)向器固定在內(nèi)外機匣之間。內(nèi)軸通過軸承固定在內(nèi)、外機匣上，外軸通過中介軸承固定在內(nèi)軸上；內(nèi)軸與外軸
共一軸線。懸臂呈環(huán)形筒狀，是與內(nèi)軸、外軸共一軸線的空心薄壁旋轉(zhuǎn)體；其母線沿流向從前 到后一般是擴張型，由渦輪熱態(tài)子午流道的設(shè)計尺寸決定；根據(jù)渦輪出功量的需要，渦輪中的懸臂可以是單個，也可以是被串聯(lián)起來的多 個；當(dāng)多個懸臂串聯(lián)時，相鄰懸臂通過焊接或者螺栓連接。所述多個懸垂轉(zhuǎn)子葉片均沿徑向放置，各個葉片的外端沿周向均勻的用榫接、焊 接或整體葉盤的方式固定在懸臂上游內(nèi)壁面上，構(gòu)成一排懸垂轉(zhuǎn)子葉柵；當(dāng)多個懸臂串聯(lián)時，與只有單個懸臂時一樣，每個懸臂的上游內(nèi)壁面均安裝一排 懸垂轉(zhuǎn)子葉柵。渦輪盤固定在外軸上。所述多個非懸垂轉(zhuǎn)子葉片均沿徑向放置，各個葉片的內(nèi)端沿周向均勻的用榫接、 焊接或整體葉盤的方式固定在渦輪盤外緣上，構(gòu)成一排非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵，與懸垂轉(zhuǎn)子葉柵 的轉(zhuǎn)向相反；非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵的上端壁是與其反向旋轉(zhuǎn)的懸臂的內(nèi)壁面，即懸臂跨過非懸垂轉(zhuǎn) 子葉柵；每排懸垂轉(zhuǎn)子葉柵的下游必有一排與之相鄰的非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵；當(dāng)多個懸臂串聯(lián)時，與只有單個懸臂時一樣，每個懸臂均跨過一排非懸垂轉(zhuǎn)子葉
4柵；此時懸垂轉(zhuǎn)子葉柵與非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵在軸線上交錯排列，外軸由至少兩排非懸垂轉(zhuǎn)子 葉柵驅(qū)動，各非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵與懸垂轉(zhuǎn)子葉柵的轉(zhuǎn)向相反。當(dāng)M(M為大于1的自然數(shù))個懸臂串聯(lián)時，可以布置N(N為大于M的自然數(shù))排 非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵布置在渦輪流道中。此時，(N-M)排非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵位于流道的最前端；與 傳統(tǒng)同轉(zhuǎn)渦輪一樣，(N-M)中的各排非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵前均需設(shè)置一排導(dǎo)向器；剩下的M排懸 垂轉(zhuǎn)子葉柵和非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵沿流向位于第(N-M)排非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵之后，并如上述多個 懸臂串聯(lián)時的方法在軸線上交錯排列。此時，外軸由N排非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵驅(qū)動，內(nèi)軸由M排 懸垂轉(zhuǎn)子葉柵驅(qū)動。這樣，本發(fā)明實現(xiàn)了單排導(dǎo)向器，或多排導(dǎo)向器的數(shù)量減少。多個輻條分別沿周向均勻的徑向放置，每一輻條的外端與懸臂固接，內(nèi)端與內(nèi)軸 固接；工作時，多個輻條不僅把懸垂轉(zhuǎn)子葉片從高溫高壓燃?xì)猥@得的扭矩傳遞給內(nèi)軸，驅(qū)動 風(fēng)扇或低壓壓氣機，而且把非懸垂轉(zhuǎn)子葉片受到的軸向推力傳遞給內(nèi)軸；當(dāng)多個懸臂串聯(lián)時，沿流向排列的最后一個懸臂固定在輻條上。此時輻條支撐串 聯(lián)起來的多個懸臂及固定在各個懸臂上的懸垂轉(zhuǎn)子葉柵，使內(nèi)軸由排數(shù)等于懸臂個數(shù)的懸 垂轉(zhuǎn)子葉柵驅(qū)動。下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的具有懸垂轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)的對轉(zhuǎn)渦輪進行 詳細(xì)說明。由圖1、2可見，該實施例為具有懸垂轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)的1+1/2對轉(zhuǎn)渦輪(1的含義是 包含導(dǎo)向器和轉(zhuǎn)子葉柵的1個級，1/2的含義是只包含轉(zhuǎn)子葉柵的1個級)。在內(nèi)機匣5和 外機匣9之間固定有導(dǎo)向器8。多個懸垂轉(zhuǎn)子葉片10榫接于懸臂12的上游內(nèi)壁面，構(gòu)成懸 垂轉(zhuǎn)子葉柵。螺釘7將輪轂6固定在外軸2上，構(gòu)成懸垂轉(zhuǎn)子葉柵的下端壁。渦輪盤11固 定在外軸2上，是螺栓4順序穿過渦輪盤11上的通孔、外軸2上相對應(yīng)的通孔后，以螺母固 緊相接。多個非懸垂轉(zhuǎn)子葉片13榫接于渦輪盤11的外邊緣上，構(gòu)成非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵。懸 臂12外壁面后部有與輻條15相同個數(shù)的、沿周向均勻分布的凸臺28，凸臺28上設(shè)有一軸 向通孔。多個輻條15的內(nèi)、外端均設(shè)有一軸向通孔。凸臺28固定在輻條15上，是螺栓14 順序穿過凸臺28上的通孔、輻條15外端相應(yīng)的通孔后，以螺母固緊相接。輻條15固定在 內(nèi)軸1上，是螺栓16順序穿過輻條15內(nèi)端的通孔、內(nèi)軸相對應(yīng)的通孔后，以螺母固緊相接， 使懸垂轉(zhuǎn)子葉柵從高溫高壓燃?xì)猥@得的扭矩能夠被傳遞給內(nèi)軸1。螺釘18將內(nèi)機匣19的 徑向支板17固定在外機匣9上。內(nèi)軸1通過止推軸承20獲得內(nèi)機匣19的支撐，外軸2通 過中介軸承3獲得內(nèi)軸1的支撐。懸垂轉(zhuǎn)子葉柵、非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵分別驅(qū)動內(nèi)軸1、外軸2 以相反的方向旋轉(zhuǎn)。由圖3可見，該實施例為通過串聯(lián)兩個懸臂實現(xiàn)的具有懸垂轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)的 1/2+1/2+1/2+1/2對轉(zhuǎn)渦輪。懸臂27外壁面后部設(shè)有與輻條15個數(shù)相同的凸臺31，凸臺 31設(shè)有一軸向通孔。凸臺31固定在輻條15的外端上，是螺栓14順序穿過凸臺31上的通 孔、輻條15外端相對應(yīng)的通孔后，以螺母固緊相接。懸臂27外壁面前部設(shè)有與其后部凸臺 31相同個數(shù)的凸臺30，凸臺30設(shè)有一軸向通孔。懸臂22外壁面后部設(shè)有與懸臂27外壁 面前部相同個數(shù)的凸臺29，凸臺29設(shè)有一軸向通孔。懸臂27、22相串聯(lián)，是螺栓26順序 穿過凸臺29上的通孔、凸臺30上相對應(yīng)的通孔，用螺母固緊相接。多個懸垂轉(zhuǎn)子葉片21 榫接于懸臂22的上游內(nèi)壁面。多個懸垂轉(zhuǎn)子葉片10榫接于懸臂27的上游內(nèi)壁面。多個 非懸垂轉(zhuǎn)子葉片24、13分別榫接于渦輪盤23、11的外邊緣上。渦輪盤23、11固定在外軸2上，是多個螺栓4分別軸向順序穿過渦輪盤11上的通孔、外軸上的通孔、管狀定距環(huán)25、及 渦輪盤23上的通孔后，以螺母固緊相接；多個螺栓4沿周向均勻分布。轉(zhuǎn)子葉片21、24、10 和13構(gòu)成的多排轉(zhuǎn)子葉柵沿燃?xì)饬飨蛞来尾贾迷跍u輪流道中，構(gòu)成第1 4級轉(zhuǎn)子葉柵。 固定在外軸2上的每排非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵，與它相鄰的上游懸垂轉(zhuǎn)子葉柵反向旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
一種具有懸垂轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)的對轉(zhuǎn)渦輪，其特征在于所述的具有懸垂轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)的對轉(zhuǎn)渦輪包括導(dǎo)向器、內(nèi)軸、外軸、軸承和內(nèi)、外機匣；其包括單個或多個懸臂、渦輪盤；還包括多個懸垂轉(zhuǎn)子葉片、非懸垂轉(zhuǎn)子葉片、輻條其中懸臂呈環(huán)形筒狀，是與內(nèi)軸、外軸共一軸線的空心薄壁旋轉(zhuǎn)體，其母線由渦輪的通流設(shè)計結(jié)果決定；多個懸垂轉(zhuǎn)子葉片均沿徑向放置，各個葉片的外端沿周向均勻固定在懸臂上游內(nèi)壁面上，構(gòu)成一排懸垂轉(zhuǎn)子葉柵；懸臂跨過非懸垂轉(zhuǎn)子葉片的頂部，懸臂下游末端固定在多個輻條的外端上，每個輻條的內(nèi)端固定在內(nèi)軸的末端上，把懸垂轉(zhuǎn)子葉片從高溫高壓燃?xì)猥@得的扭矩傳遞給內(nèi)軸，驅(qū)動風(fēng)扇或低壓壓氣機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有懸垂轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)的對轉(zhuǎn)渦輪，其特征在于所述多個 懸臂，至少為兩個，相互間串聯(lián)固接，此時內(nèi)軸由排數(shù)等于懸臂個數(shù)的懸垂轉(zhuǎn)子葉柵驅(qū)動， 外軸由排數(shù)不小于懸臂個數(shù)的非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵驅(qū)動，懸垂轉(zhuǎn)子葉柵與非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵的轉(zhuǎn) 向均相反。
全文摘要
本發(fā)明是一種具有懸垂轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)的對轉(zhuǎn)渦輪，涉及渦輪發(fā)動機技術(shù)，包括導(dǎo)向器、內(nèi)軸、外軸、軸承和內(nèi)、外機匣；其包括單個或多個懸臂、渦輪盤；其還包括多個懸垂轉(zhuǎn)子葉片、非懸垂轉(zhuǎn)子葉片、輻條。多個懸垂轉(zhuǎn)子葉片固定在懸臂的上游內(nèi)壁面，構(gòu)成懸垂轉(zhuǎn)子葉柵。懸臂跨過非懸垂轉(zhuǎn)子葉片的頂部，固接于輻條外端。輻條的內(nèi)端固接于內(nèi)軸末端。懸臂和輻條把懸垂轉(zhuǎn)子葉片從燃?xì)猥@得的扭矩傳遞給內(nèi)軸，驅(qū)動風(fēng)扇或低壓壓氣機。外軸由多個非懸垂轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)成的非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵驅(qū)動，與內(nèi)軸轉(zhuǎn)向相反。多個懸臂可以被串聯(lián)，此時渦輪內(nèi)、外軸分別由多排懸垂轉(zhuǎn)子葉柵、非懸垂轉(zhuǎn)子葉柵驅(qū)動，且內(nèi)、外軸轉(zhuǎn)向相反。本發(fā)明可減少渦輪導(dǎo)向器排數(shù)，提高發(fā)動機推重比。
文檔編號F02C3/067GK101963073SQ20091008959
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者徐建中, 杜建一, 肖翔, 趙巍, 趙慶軍, 趙曉路 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所