燃气涡轮发动机的送风器机匣上的可磨损装置.pdf

本发明涉及一旋转轴式涡轮机B，所述涡轮机包括一送风器机匣(10)及一活动叶片(17)式送风器(V)，机匣内表面和叶片自由端之间延伸着一条间隙，送风器的轴承通过联结与涡轮机的固定部分相连，若当送风器的叶片上承受到荷载时，所述联结断开，送风器的旋转轴绕涡轮机的旋转轴B振颤。机匣内表面上，至少在间隙的延伸部分上，粘合有一热成形泡沫层(12)，所述泡沫层在送风器(V)的叶片(17)端部的对面。热成形泡沫层(12)外部分地覆盖着一可磨损材料层(14)，可磨损材料层(14)的厚度可使在涡轮机正常运行时，送风器叶片的自由端接触不到泡沫层，当送风器上承受到荷载时，叶片的自由端至少可部分地使整个可磨损材料层(14)和热成形泡沫层(12)碎裂。

1、  旋转轴B式涡轮机，所述涡轮机包括一送风器的机匣(10)及一活动叶片(17)式送风器(V)，所述机匣内表面和所述叶片自由端之间延伸着一间隙，所述送风器的一轴承通过联结与所述涡轮机的固定部分相连，使得在所述送风器的叶片上承受到荷载的情况下，所述联结断开，并且所述送风器的旋转轴绕所述涡轮机的旋转轴B振颤，
其特征在于，在所述机匣内表面上、至少在所述间隙的延伸部分上，粘合有一热成形泡沫层(12)，所述泡沫层在所述送风器(V)的叶片(17)端部的对面，所述热成形泡沫层(12)部分地覆盖着一可磨损材料层(14)，所述可磨损材料层(14)的厚度使得，在所述涡轮机正常运行时所述送风器的叶片的自由端接触不到所述泡沫层，并且，当所述送风器上承受到载荷时，所述叶片的自由端使所述可磨损材料层(14)和所述热成形泡沫层(12)整体至少部分地碎裂。

2、  按照权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述泡沫层及可磨损材料层的厚度使得，当所述发动机正常运行时，所述送风器叶片的自由端与所述可磨损材料之间存在一间隙，所述间隙保持足够缩小，以便限制空气通过，进而维持空气的动态流动——所述动态流动的轨迹受到所述送风器叶片的制约。

3、  按照权利要求1或2中任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述热成形泡沫层由预成形扇形体构成。

4、  按照权利要求1至3中任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述热成形泡沫层为一聚丙烯酸酰亚胺泡沫层。

5、  按照权利要求1至4中任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述可磨损材料层为填充有玻璃球的环氧树脂。

6、  按照权利要求1至4中任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述可磨损材料层为填充有玻璃球的硅酮。

7、  按照权利要求1至4中任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述可磨损材料层直接或间接粘合在所述热成形材料层上。

8.  属于按照权利要求1至7中任一项所述的涡轮机的一部分的送风器机匣，所述机匣在其内表面上粘合有一热成形泡沫层，所述泡沫层可安放在所述送风器(V)的叶片(17)端部的对面，所述热成形泡沫层部分地覆盖着一可磨损材料层，所述可磨损材料层的厚度使得，在所述涡轮机正常运行时，所述送风器叶片的自由端接触不到所述泡沫层，当所述送风器上承受到荷载时，所述叶片的自由端使所述可磨损材料层和所述热成形泡沫层整体至少部分地碎裂。

燃气涡轮发动机的送风器机匣上的可磨损装置
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机领域，尤其是燃气涡轮发动机的送风器机匣。
背景技术
对飞机发动机而言，送风器盘形件在发动机入口的转子部分上，在增压器盘形件前面。所述送风器盘形件可在空气进入增压器级前，加速空气。所述送风器盘形件中可能卷入外物，如冰块、鸟或其它。因此，所述盘形件可能会发生变形，使送风器的支承轴失去平衡，引起周期性荷载及震动，所述震动通过送风器轴的支承轴承传递到连接着所述支承轴承的涡轮机的固定部分。
为避免所述荷载及震动的传播，公知专利申请FR 2 752 024中实施了一所谓“断接”(fusible)轴承，即支承送风器轴的轴承，通过相当脆弱的联结，与涡轮机的固定部分相连，以使一旦送风器叶片上施加了一定荷载，它们会断开。所述脆弱联结例如可为螺钉式联结。联结断开后，送风器的盘形件继续自由地旋转，这样避免了力在涡轮机的固定部分上传播。但送风器的盘形件的旋转轴会绕涡轮机的固定旋转轴振颤。所述振颤引起叶片振颤，后者于是猛烈撞击送风器机匣。因此，在所述振颤过程中，所述机匣承受到极大的机械应力，甚至因而断裂。
为避免这点，送风器机匣内可贴上护板，所述护板为高熔点芳香族聚酰胺蜂窝结构，所述结构内充填有可磨损材料，并粘合有一玻璃纤维布，而所述玻璃纤维布又粘合有一铝蜂窝，它们全都粘合在送风器机匣上。这种技术造价非常昂贵，修补必须在专门车间里进行，尤其当机匣是特殊形状如圆锥状时。
发明内容
本发明可改善上述情况。
本发明涉及一旋转轴式涡轮机，所述涡轮机包括一送风器的机匣及一活动叶片式送风器，所述机匣内表面和所述叶片自由端之间延伸着一间隙，所述送风器的一轴承通过联结与所述涡轮机的固定部分相连，使得在所述送风器的叶片上承受到荷载的情况下，所述联结断开，并且所述送风器的旋转轴绕所述涡轮机的旋转轴振颤。
根据本发明的第一特征，在所述机匣内表面上、至少在所述间隙的延伸部分上，粘合有一热成形泡沫层，所述泡沫层在所述送风器的叶片端部的对面，所述热成形泡沫层部分地覆盖着一可磨损材料层，所述可磨损材料层的厚度使得，在所述涡轮机正常运行时所述送风器的叶片的自由端接触不到所述泡沫层，并且，当所述送风器上承受到载荷时，所述叶片的自由端使所述可磨损材料层和所述热成形泡沫层整体至少部分地碎裂。
根据本发明的涡轮机的可选择的、补充的或替代的特征如下所述：
——所述泡沫层及可磨损材料层的厚度使得，当所述发动机正常运行时，所述送风器叶片的自由端与所述可磨损材料之间存在一间隙，所述间隙保持足够缩小，以便限制空气通过，进而维持空气的动态流动——所述动态流动的轨迹受到所述送风器叶片的制约。
——所述热成形泡沫层由预成形扇形体构成。
——所述热成形泡沫层为一聚丙烯酸酰亚胺泡沫层。
——所述可磨损材料层为填充有玻璃球的环氧树脂。
——所述可磨损材料层为填充有玻璃球的硅酮。
——所述可磨损材料层直接或间接粘合在所述热成形材料层上。
后面所附示意图以非限制性方式示出了根据本发明的几种实施方式：
——图1示出了一涡轮机(turbomachine)前部的剖面图，所述涡轮机包括一送风器，所述送风器通过一断接轴承与涡轮机的固定部分相连，
——图2A示出了燃气涡轮发动机入口的一部分的剖面图，所述涡轮发动机包括根据已有技术的送风器机匣，
——图2B示出了燃气涡轮发动机入口的一部分的剖面图，所述涡轮发动机包括根据本发明的送风器机匣，
——图3为图2B的一详图，图中示出了一送风器叶片和根据本发明的送风器机匣之间的相互作用。
附图中基本上包括确定特征部件。因此，它们不仅有助于更好理解本描述，而且必要时，也利于对本发明的定义。
图1示出了根据涡轮机旋转轴的涡轮机的剖面图。所述剖面图包括一送风器V，所述送风器可加速空气流动，空气再进入增压器C级，最后流入高压增压器CC中。送风器V包括装配有叶片17的盘形件，所述盘形件通过旋拧，连接着安装在前轴承PAV及后轴承PAR上的送风器轴AV的前端，如专利申请FR 2 752 024中所详细描述的。前、后轴承由支承件支撑着，所述支承件连接着涡轮机的一固定部分(定子)，至少其中一轴承由足够脆弱的联结连接着，这样，当送风器叶片上承受的荷载过大时，所述联接可断开。这类轴承称为“断接轴承”。所述脆弱联结可为螺钉式联结，其截面例如可在螺钉的长度部分上缩小。联结一断开，送风器盘形件会继续自由旋转，这样可避免力在涡轮机的固定部分上传递。但送风器盘形件的旋转轴仍会绕涡轮机的固定旋转轴振颤。所述振颤引起叶片振颤，后者又猛烈撞击送风器机匣。因此，在所述振颤过程中，所述机匣会承受极大的机械应力(荷载)，甚至破碎。
如本领域技术人员已知的，图2A示出了涡轮机T的一部分，所述涡轮机包括一送风器V，送风器后为一增压器C。所述涡轮机部分包括机匣10，所述机匣形成送风器V地定子部分S，及形成涡轮机转子部分R的一机匣。涡轮机转子部分的轴被增压器后的一涡轮驱动旋转。旋转轴记为B。转子部分的机匣的外表面及定子部分的机匣的内表面限定了气流的“流出气流”(veine d’écoulement)。转子R上固定着包括叶片17的送风器V的盘形件18。送风器盘形件位于发动机入口处，在增压器盘形件前面。如图2A所示，可认为送风器的轴由至少一前轴承PAV支承着，所述前轴承形成一断接轴承。为减缓送风器叶片对机匣10的撞击，所述送风器机匣10内粘合着护板3，所述护板由Nomex蜂窝结构构成，所述结构内充填满可磨损材料，粘合着一玻璃纤维布，所述玻璃纤维布又粘合着一铝制蜂窝，所有这些均粘合在送风器机匣上。所述护板的厚度可保留流出气流，以在正常运行时，送风器盘形件的叶片端部接触不到所述护板。图2A中所示护板的技术的缺点在于成本高，且所述护板的修补及安装须在专门车间里实施。另外，所用材料不是各向同性的，特殊形状(如圆锥)的机匣的蜂窝结构的生产由于所述结构的机械特性，而更为复杂，且蜂窝处于压弯状态。
本发明则可弥补上述缺陷。
如同图2A所示的，图2B示出了涡轮机T的一部分，所述涡轮机包括一送风器V，送风器后为一增压器C。转子R上固定着包括叶片17的送风器V的盘形件18。图3还更详细地示出了在盘形件18端部对面的机匣10。在图2B所示的实施例中，机匣10为平截头圆锥台的一般形状，其对称轴与涡轮机的旋转轴B重合。从上至下，即沿气流流动的方向、又或从送风器入口到增压器入口的方向，送风器V的机匣10包括平截头圆锥台的第一部分20，所述第一部分连接直径分离环21，所述直径分离环又连接平截头圆锥台的第二部分22。平截头圆锥台第一部分20的内表面限定了空气的流出气流。叶片的端部在平截头圆锥台第二部分22的内表面对面，通过一内环形空间15，远离所述内表面。在送风器机匣的内表面与叶片的自由端之间有一例如为20毫米的间隙。
在平截头圆锥台第二部分的内壁的至少一部分上，通过粘性膜12粘合着热成形泡沫层19。在图2B及图3所示的实施例中，热成形泡沫层的形状与内环形空间的形状互补，以充填满所述内环形空间。有利地是，泡沫层的轴向宽度lg至少对应根据送风器V叶片17的自由端的轴B的轴向宽度lc。热成形泡沫层19外，至少在叶片端部的轴向宽度lc上，覆盖着一可磨损材料层14。可磨损材料层的厚度可使送风器叶片的自由端在发动机正常运行时，接触不到泡沫层。有利地是，覆盖着可磨损材料的热成形泡沫层完全充填满内环形空间，并且被加工成使其不会与圆锥第一部分的内表面脱接不连续，因此保留了流出气流。尤其，可磨损材料层的厚度可在发动机正常运行时，使送风器叶片的自由端和可磨损材料层之间有一间隙，所述间隙可足够缩小，以限制空气通过，而保留空气的动态流动，所述空气的轨迹受到送风器叶片的挤压。所述层下游可放置声音护板13，以保持流出气流的持续性。
在图2B及图3所示的实施例中，宽度lg大于宽度lc，内环形空间15受到上游挡块的限制。
还可以有其它实施方式：例如，送风器机匣可由一旋转对称式整体件(平截头圆锥台、圆柱或其它)构成，所述整体件的内表面上覆盖着由热成形泡沫层构成的一保护屏，所述热成形泡沫层本身部分覆盖有一可磨损材料。如前所述，热成形泡沫及可磨损材料层——所述可磨损材料层称为“宽间隙可磨损材料层”，在叶片端部对面。送风器机匣的内表面及叶片自由端之间有一间隙，以在机匣内表面上粘贴上一定厚度如20毫米的层。流出气流可通过在保护层的上下游实施例如一声音护板而获得。
当断接轴承的易碎联结断裂时，热成形泡沫及可磨损材料构成的保护屏可保护机匣。此时，送风器轴的轴承不再连接涡轮机的固定部分，送风器的旋转轴绕涡轮机的旋转轴B振颤。叶片的端部由于材料碎裂，而陷入保护屏里。有利地是，热成形泡沫层的存在，可防止除可磨损材料层外的材料脱落，这样，当轴承熔化断开时，整个“宽间隙”可磨损材料层会粉碎。
为方便实施热成形泡沫层，所述泡沫层由预成形扇形体构成。例如，热成形泡沫层为一聚丙烯酸酰亚胺树泡沫层。又例如，可磨损材料层可为填充有玻璃球的环氧树脂、填充有玻璃球的硅酮或具有可磨损材料的磨损特性的其它任何材料。
尤其地，可磨损材料层通过其粘性粘贴着热成形泡沫层，并扩散在热成形泡沫的腔室中。
由于所述“宽间隙”可磨损材料层，机匣在非正常运行(例如吸入外物)时，不会被损坏。使用热成形泡沫可使成型非常简单，可在形成一旋转型面如送风器机匣的圆锥部分之前进行加工。“宽间隙”可磨损层的修补不必要求需专门车间的材料即可实施，这样可节约时间和金钱。
所述层的厚度可保留流出气流，以在正常运行时，送风器盘形件的叶片端部接触不到所述层。
本发明并不局限于前面举例描述的所述固定装置的实施方式，而可在后面权利要求的范围内，包括本领域技术人员可能考虑到的所有变型。
本发明并不只适用于平截头圆锥台形状的机匣，还可应用在所有其它形状如圆柱形的机匣中。