具有反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種安裝有傳動(dòng)裝置的軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及這一種包括風(fēng)扇、壓縮機(jī)和行星輪系的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]為了調(diào)節(jié)風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)速度，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置有行星輪系。其允許低壓壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子從風(fēng)扇中分離，從而消除了技術(shù)約束。相對(duì)于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)速度減小，這是有利于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)具有高稀釋率，結(jié)合較大風(fēng)扇和減小直徑的壓縮機(jī)。該技術(shù)對(duì)于高速壓縮機(jī)是有用的，其旋轉(zhuǎn)速度大于1000rpm或者甚至15000rpm。
[0003]行星減速齒輪的存在還允許轉(zhuǎn)子葉片的某些排進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，即，在相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這使得壓縮機(jī)的壓縮速率增加。
[0004]專利文獻(xiàn)US2010/0326050 Al公開(kāi)了一種軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其從上游至下游依次具有風(fēng)扇、低壓壓縮機(jī)、高壓壓縮機(jī)、連結(jié)至壓縮機(jī)和風(fēng)扇的渦輪機(jī)。行星減速齒輪將風(fēng)扇連接至低壓壓縮機(jī)的內(nèi)部轉(zhuǎn)子，由于減小率，這些單元以不同的速度在相反的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。然而，這樣的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)是特別復(fù)雜的。它具有許多相對(duì)于彼此運(yùn)動(dòng)的界面，需要相同數(shù)量的密封接合件或軸承以便限制磨損。這種布置是笨重的，生產(chǎn)精度難以滿足。這種配置需要在某些運(yùn)動(dòng)部件之間增加軸承或滾子軸承。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問(wèn)題
[0006]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)所造成的問(wèn)題中的至少一個(gè)。本發(fā)明的目的還在于提高具有經(jīng)由行星減速齒輪連結(jié)至壓縮機(jī)的風(fēng)扇的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。更明確地，本發(fā)明的目的在于優(yōu)化壓縮機(jī)的壓縮率和緊湊性。
[0007]技術(shù)方案
[0008]本發(fā)明的目的也是一種諸如渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的軸流式渦輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括:風(fēng)扇；壓縮機(jī)，其安裝有具有至少兩個(gè)環(huán)形排的轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子，其中，兩排是反向旋轉(zhuǎn)的；行星減速齒輪，其將風(fēng)扇連接至壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子并且連接反向旋轉(zhuǎn)的排，其不同之處在于，其還包括布置在兩排轉(zhuǎn)子葉片之間的環(huán)形排的定子葉片，以便將兩排轉(zhuǎn)子葉片之間的流變直。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一有利的實(shí)施例，定子葉片的排布置在可以是兩個(gè)連續(xù)排的兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片的排的下游。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，行星減速齒輪包括外部行星輪、內(nèi)部行星輪，以及固定至渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的定子的行星架，兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的排中的一個(gè)固定至外部行星輪，并且兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的排中的另一個(gè)固定至內(nèi)部行星輪。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片經(jīng)由其內(nèi)部端部連接至轉(zhuǎn)子，其中，定子葉片的排可以是第一排，壓縮機(jī)還包括第二排的定子葉片，葉片的反向旋轉(zhuǎn)的排布置在第一定子排與第二定子排之間。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，行星減速齒輪包括具有固定至渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的定子的上游部分的行星架，優(yōu)選地，行星減速壓齒輪位于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的葉片內(nèi)側(cè)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，在上游的兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的葉片的排具有的葉片在徑向上比下游的大。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，行星減速齒輪配置成使得離壓縮機(jī)最遠(yuǎn)的上游的轉(zhuǎn)子葉片的排是轉(zhuǎn)動(dòng)更慢的。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，軸向地布置成在離風(fēng)扇最近的反向旋轉(zhuǎn)的排，相對(duì)于風(fēng)扇以及兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的排中的另一個(gè)的旋轉(zhuǎn)速度，以中間速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，轉(zhuǎn)子包括葉片盤(pán)和葉片鼓，盤(pán)支撐一排葉片，并且鼓支撐至少兩排葉片，盤(pán)和鼓的每個(gè)支撐反向旋轉(zhuǎn)的葉片排的其中一個(gè)，優(yōu)選地，盤(pán)布置在鼓的上游。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，環(huán)形排的定子葉片布置在其間的兩排轉(zhuǎn)子葉片是由鼓支撐的至少兩排葉片。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，壓縮機(jī)包括若干排的葉片，在其端部的上游排和下游排是定子葉片的排，其中，壓縮機(jī)可以是低壓壓縮機(jī)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，壓縮機(jī)包括至少三排轉(zhuǎn)子葉片，其中至少兩排固定至彼此。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括用于風(fēng)扇的固定殼體，其中至少一排、優(yōu)選至少兩排的殼體臂穿過(guò)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一次流，壓縮機(jī)布置在殼體臂的排中的一個(gè)的下游或者布置在兩排殼體臂之間。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，行星減速齒輪包括外部行星輪，兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的排的其中一個(gè)固定至外部行星輪上，以及內(nèi)部行星輪，兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的排的另一個(gè)以及一些例子中的風(fēng)扇固定至內(nèi)部行星輪上。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，行星減速齒輪是具有第一外部行星輪的第一減速齒輪，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括具有第二外部行星輪的第二行星減速齒輪；風(fēng)扇固定至第二外部行星輪，兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的葉片排的其中一個(gè)固定至第一外部行星輪。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，行星減速齒輪的每個(gè)包括內(nèi)部行星輪和行星架，該行星架固定至渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的定子，并且內(nèi)部行星輪結(jié)合或固定至彼此。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括風(fēng)扇與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的行星減速齒輪(一個(gè)或多個(gè))之間的減速齒輪，該減速齒輪被配置，以便減小風(fēng)扇相對(duì)于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，殼體臂在流的方向上的長(zhǎng)度大于其垂直于流的高度。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括在轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)部端部的徑向水平處的密封件。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，壓縮機(jī)的每個(gè)葉片排包括20個(gè)葉片以上，優(yōu)選50個(gè)葉片以上，更優(yōu)選100個(gè)葉片以上。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，壓縮機(jī)的每個(gè)葉片包括向內(nèi)彎曲的表面。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，每個(gè)或至少一個(gè)行星減速齒輪包括兩個(gè)內(nèi)部行星輪或兩個(gè)外部行星輪。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括級(jí)聯(lián)的(in cascade)至少三個(gè)行星輪系，諸如，至少三個(gè)行星減速齒輪。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，壓縮機(jī)包括至少六個(gè)葉片排，其中至少三個(gè)是定子葉片排并且至少三個(gè)是轉(zhuǎn)子葉片排。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)排和兩個(gè)定子葉片排形成一連串的四個(gè)連續(xù)排。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括經(jīng)由傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的渦輪機(jī)。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一有利實(shí)施例，行星減速齒輪的每個(gè)元件具有相對(duì)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的定子固定的旋轉(zhuǎn)軸線。
[0035]提供的優(yōu)點(diǎn)
[0036]本發(fā)明允許在具有反向旋轉(zhuǎn)葉片排的壓縮機(jī)中湍流的限制，這提高了效率?；旌鲜浇Y(jié)構(gòu)保持簡(jiǎn)單，這是由于本發(fā)明得益于用于附接轉(zhuǎn)子葉片排的減速齒輪的外部行星輪的存在。因此，與下游排相比，該排葉片轉(zhuǎn)動(dòng)更慢，并且提高了流壓縮的累進(jìn)。
[0037]所提出的架構(gòu)是簡(jiǎn)單的，軸承和密封接合件的數(shù)量是有限的。這種配置形成具有兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)葉片排和定子葉片排的混合壓縮機(jī)，這允許省略一個(gè)定子葉片排。本解決方案優(yōu)化了緊湊性、質(zhì)量，以及可靠性。壓縮機(jī)是較短的，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力減小。
【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0039]圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的上游部分。
[0040]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的上游部分。
【具體實(shí)施方式】
[0041]在以下的描述中，術(shù)語(yǔ)“內(nèi)部的”或“內(nèi)部”以及“外部的”或“外部”是指相對(duì)于軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線的位置。
[0042]圖1是軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化形式。此處，其是涵道風(fēng)扇式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，但也可以是渦漿發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)2包括稱為低壓壓縮機(jī)4的第一壓縮水平、稱為高壓壓縮機(jī)6的第二壓縮水平、燃燒室8，以及一個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)水平10。在操作中，經(jīng)由中心軸傳輸至轉(zhuǎn)子12的渦輪機(jī)10的機(jī)械動(dòng)力經(jīng)由至少一個(gè)傳動(dòng)軸以運(yùn)動(dòng)的方式啟動(dòng)兩個(gè)壓縮機(jī)4和6。相對(duì)于渦輪機(jī)，傳動(dòng)裝置11可以增加或減小壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度?？商娲?，渦輪機(jī)的不同級(jí)的每個(gè)也可以經(jīng)由中心軸連結(jié)至壓縮機(jī)級(jí)，在某些例子中是經(jīng)由傳動(dòng)裝置11連結(jié)至壓縮機(jī)級(jí)。壓縮機(jī)包括與定子葉片排相關(guān)聯(lián)的若干排轉(zhuǎn)子葉片。因此，轉(zhuǎn)子關(guān)于其旋轉(zhuǎn)軸線14的旋轉(zhuǎn)允許產(chǎn)生空氣流并且逐漸地壓縮直到燃燒室8的入口。
[0043]通常指定為風(fēng)扇16的入口鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)接到轉(zhuǎn)子12并產(chǎn)生空氣流，該空氣流分成穿過(guò)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的上述不同水平的一次流18以及沿機(jī)器穿過(guò)環(huán)形管道(部分示出)以便隨后與離開(kāi)渦輪機(jī)的一次流18再結(jié)合的二次流20。二次流20由于其的加速主要由風(fēng)扇產(chǎn)生反推力。一次流18和二次流20是環(huán)形流并且由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體來(lái)引導(dǎo)。
[0044]圖2是如圖1所示的軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)2的上游部分的剖視圖。示出了低壓壓縮機(jī)4、風(fēng)扇16，以及傳動(dòng)裝置11。轉(zhuǎn)子12包括轉(zhuǎn)子葉片(22;24;26)的若干環(huán)形排，在該例子中是三個(gè)。
[0045]低壓壓縮機(jī)4包括若干調(diào)直器，在該例子中是三個(gè)，每個(gè)調(diào)直器包括定子葉片(28 ;30 ;32)的環(huán)形排。調(diào)直器固定到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)2的定子36上，調(diào)直器與風(fēng)扇16或與轉(zhuǎn)子葉片(22 ;24 ;26)排相關(guān)聯(lián)，以使空氣流變直，從而將流的速度轉(zhuǎn)換成壓力。定子葉片(28 ;30 ;32)從外部殼體基本上徑向地延伸，并且經(jīng)由軸或焊接可固定至外部殼體；其也可以固定至內(nèi)部護(hù)罩。定子葉片的徑向高度大于其的軸向長(zhǎng)度，這些尺寸被確定在一次流18的流動(dòng)方向上。
[0046]每個(gè)葉片具有成堆的弧形輪廓。其每個(gè)都具有正面和比正面更廣闊的背面。定子葉片(28;30;32)中的每個(gè)具有前緣和相對(duì)于流比前緣傾斜更小的后緣。轉(zhuǎn)子葉片(22;24 ;26)具有相反的布置。因此，每個(gè)定子葉片(28 ;30 ;32)通過(guò)將流的周向分量轉(zhuǎn)換成軸向分量使流變直。轉(zhuǎn)子葉片(22 ;24 ;26)經(jīng)由其內(nèi)部端部固定，其外部端部是自由且可滿足壓縮機(jī)殼體的壁的內(nèi)面。諸如耐磨層的動(dòng)態(tài)接合與葉片的外部端部協(xié)作。
[0047]渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)2的定子36包括風(fēng)扇固定殼體37，其具有布置在低壓壓縮機(jī)4上游的殼體臂38。殼體37允許風(fēng)扇36連接至機(jī)艙。渦輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)2還具有布置在低壓壓縮機(jī)4下游的其它殼體臂40。每組臂(38;40)形成環(huán)形排，并且每個(gè)臂穿過(guò)一次流18。臂(38;40)基本上是軸向細(xì)長(zhǎng)的并且至少是定子葉片(28 ;30 ;32)的兩倍長(zhǎng)，優(yōu)選至少是定子葉片(28 ;30 ;32)的四倍的軸向長(zhǎng)度。
[0048]壓縮機(jī)4從上游到下游依次包括定子葉片的上游排28、兩個(gè)連續(xù)排的轉(zhuǎn)子葉片(22 ;24)、定子葉片排30、轉(zhuǎn)子葉片排26，以及隨后的定子葉片的下游排32。應(yīng)當(dāng)注意的是，四個(gè)葉片排(24 ；30 ；26 ；32)形成交替的轉(zhuǎn)子/定子葉片式樣，但可能的是，該式樣可以在五個(gè)、六個(gè)、七個(gè)、八個(gè)或更多的葉片排上延伸。此外，兩個(gè)連續(xù)的轉(zhuǎn)子葉片排(22 ；24)和/或兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片排(22 ；24)最遠(yuǎn)上游是反向旋轉(zhuǎn)的并且以相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子葉片的第一排22或上游排22布置在盤(pán)42上。轉(zhuǎn)子葉片的第二排24和第三排26由具有大致管狀部分的鼓44連接在一起。以這種方式，這兩排(24