特别地用于涡轮发动机的风机的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种风机，特别地用于小涡轮发动机，诸如喷气发动机的风机，具有对应于风机叶片(10)前缘径向内端处的进气部分(26)的内界限的直径除以风机叶片外端通过的圆形的直径的比率的毂比率，具有0.25到0.27的数值。
【专利说明】特别地用于涡轮发动机的风机
[0001]本发明涉及获得风机，特别地用于涡轮发动机，诸如涡轮喷气发动机的风机的特定尺寸。
[0002]本发明是真正的技术挑战，并且当它涉及涡轮发动机时特别相关，已经设计了涡轮发动机的外部尺寸以适应商用航空的领域。这种相对小尺寸的涡轮发动机通常具有涡轮发动机部分的上游直径所限定的进气口直径，其范围从900mm到I，550mm，以具有与总质量密切相关以及适于安装在像商用喷气发动机类型的航空器上的尺寸。
[0003]如同任何类型的涡轮发动机一样，关于这种类型的小尺寸涡轮发动机的研发主要目的在于改进性能、降低消耗和减少重量。在这方面有许多研发路线，其可以例如，涉及材料的选择、叶片的设计、构件之间机械连接的优化、防止泄露等。
[0004]通常寻求的研发路线之一是减小涡轮发动机风机的毂比率。该毂比率是在风机叶片前缘处的毂的外直径与这些风机叶片的径向端通过的圆形的直径之间的比率。毂比率的减小通常指毂的径向尺寸的减小以及由此重量减少，但是也涉及涡轮发动机吸气部分的增加，由此引起推进涡轮发动机的气流的增加以及由此增强的性能。然而，考虑目前在小尺寸涡轮发动机，诸如具有上述所限定的进气口直径的小尺寸涡轮发动机的设计和制造方面的专业知识，考虑这种类型的涡轮发动机为不允许减小毂的外直径，特别地在风机叶片的前缘处的毂的外直径到目前所用的直径以下，目前所用的直径通常范围从570到585mm。实际上，形成毂的机械元件的目前尺寸被考虑不可减小，主要是因为像径向叶片的机械强度、扭转强度、公差和制造方法以及工具的可到达性等的明显问题。
[0005]本发明违反了这些技术偏见，提出了涡轮发动机风机的特定尺寸的选择，该选择提供了显著的性能和重量减少的改进。
[0006]为此，本发明提出了一种风机，特别地用于涡轮发动机，诸如涡轮喷气发动机的风机，其中该风机包括在进气口处的风机叶片、环形壳体、绕着涡轮发动机的轴线旋转和承载叶片的毂，在该毂内部地界定和该环形壳体外部地界定的环形部分中，它相对于所述轴线径向地延伸，其中所述毂包括风机圆盘，该风机圆盘在其外周边具有与沟槽交替的基本上轴向的凸肋，其中叶片的根部接合在该沟槽中，其中所述风机具有900mm和I，550mm之间数值的进气口直径，该进气口直径匹配包含叶片径向外端的圆形的直径，并且所述风机具有
0.20和0.265之间数值的毂比率，该毂比率是在风机叶片前缘的径向内端处的部分的内界限的直径除以进气口直径的比率。
[0007]特别地提供了具有数值范围从900mm到I，200mm的进气口直径，以在质量方面获得甚至更有利的结果。如以后将解释的，这种外直径的特定选择是特别重要的技术偏见的问题。
[0008]此外，本发明还提供了风机转子的特定机械布置，其特别好地适于这种选择尺寸。
[0009]涡轮发动机的风机转子通常包括圆盘，该圆盘在其外周边具有叶片，该叶片根部接合在圆盘外周边中基本上轴向沟槽中。叶片径向地保持在圆盘上，因为它们根部的形状适合圆盘的沟槽的形状，例如，叶片根部是鸠尾榫形状的。叶片间平台安装在风机叶片之间的圆盘上。圆盘通常装配有径向地向内延伸的平衡韭葱式(leeks)。
[0010]在目前技术中，在叶片上游和下游，通过使用在圆盘上安装的装置，将叶片轴向地保持在圆盘上，这防止叶片根部在圆盘的沟槽中轴向地移动。
[0011]位于叶片下游的保持装置包括，例如，至少叶片根部钩件，该钩件接合在风机下游所设置的低压压气机的上游端部分中所机械加工的槽口中。为了使这些钩件安装在低压压气机的槽口中，必须相对于叶片根部径向地扩大圆盘沟槽。因此，可以在沟槽的底部中移动叶片以及定位叶片根部钩件相对于槽口径向地对准。随后，使用在沟槽底部设置的足够厚的垫片，可以在沟槽中径向地升高叶片，以在槽口中接合叶片根部钩件，并且保持叶片在顶部位置。
[0012]位于上游的保持装置包括例如固定于圆盘的上游端的插入式环形法兰。该法兰同轴地安装在圆盘上以及包括卷曲部分，该卷曲部分与圆盘匹配卷曲部分配合。该法兰将环轴向地阻挡在圆盘上，并且防止相对于圆盘转动。法兰的外周边轴向地支撑在叶片根部上，用于轴向地保持其在下游，而它的内周边则被应用于和固定于圆盘的匹配环形夹件上。法兰的外周边还包括用于固定叶片间平台的上游端的销。
[0013]叶片上游，安装在圆盘上的基本上截头圆锥形外壳内部地界定涡轮发动机中的环形进气部分。该外壳包括在它下游端附近的径向内环形夹件，该内环形夹件轴向地应用于所述法兰上并且通过螺栓与法兰一起固定到圆盘法兰的法兰上。
[0014]通过其它螺栓，截头圆锥形罩在其上游部分上还安装在所述外壳上，该螺栓接合在罩和外壳的夹件的孔洞中，孔洞位于径向内部，螺栓用于将外壳固定到圆盘。
[0015]当风机具有小直径时，不能使用这种结构。实际上，径向空间不足以容纳所有上述螺栓和夹件。更特别地，难以容纳将罩固定在外壳上的螺栓和夹件。
[0016]此外，使用径向夹件，通过螺合在轴上的螺母，圆盘固定到传动轴，这种螺母必须使用工具径向地可被到达，以安装和拆卸风机转子。为此，操作者必须在中心轴线周围有足够的空间。
[0017]当风机具有小直径时，上述现有技术结构不能提供可到达用于在轴上固定圆盘的上述装置。
[0018]根据上述技术偏见，现有技术由此不允许形成具有本发明所限定的尺寸和毂比率的风机。
[0019]文献EP1357254也公开了一种风机转子，其结构具有大的径向和轴向总体尺寸。
[0020]文献WO 2012/114032描述了一种结构，使用连接到圆盘的环以及具有防止法兰旋转的轴向齿，该结构允许具有小直径的紧凑风机的产生。然而，该结构在总体重量和法兰的稳定性方面不完美，这表明叶片上游的轴向保持不是最佳的和完全有效的。此外，为了最佳化和减少总体尺寸的目的，当圆盘包括上游夹件时，该结构不适合，该上游夹件向内延伸用于栓接截头圆锥形罩和栓接环，防止轴向地保持叶片的法兰转动。
[0021]本发明的目的是提供针对该问题提供简单、有效和经济的方案，包括这样的可能地不依赖于上述和要求保护的进气口直径和毂比率限制条件。
[0022]为次目的，本发明提供了将要被安装在叶片上游圆盘上的环形罩，以及用于轴向地保持叶片在圆盘上的装置，该装置包括在圆盘的环形沟槽中安装以及对叶片根部形成轴向支撑的法兰，该法兰包括与圆盘的环形沟槽的卷曲径向环形边缘配合的卷曲径向环形边缘，以确保法兰轴向锁定在圆盘的环形沟槽中，以及用于旋转地锁定法兰的装置，该装置包括具有耳状物的环，该耳状物径向地向内延伸以及在圆盘的上游径向面上形成有紧固装置，并且通过紧固装置所述罩固定在圆盘上，该紧固装置与用于紧固环的至少一些耳状物在圆盘上的装置部分地是共同的，其特征在于所述环还包括与挡块配合的至少一个径向突出部，该挡块匹配法兰，以相对于环旋转地锁定法兰。
[0023]上述结构能够比现有技术实现更紧凑的组装，因此允许罩、法兰和圆盘之间紧固装置的径向地最远的定位和和集中，给围绕的涡轮发动机的设计更大的柔韧性。而且，上述本发明中所用固定环比文献WO 2012/114032中所用环具有更小质量，因为它没有在下游方向上轴向地延伸的齿。
[0024]根据特定的实施方式，圆盘包括向内延伸以及具有对准耳状物中孔洞的孔洞的上游夹件，该孔洞用于通过螺钉以轴向地固定环在圆盘上。
[0025]螺钉提供刚性连接，确保环和圆盘之间抗旋转。
[0026]环有利地包括圆柱形部分，径向突出部从该圆柱形部分向外径向地延伸，同时耳状物从圆柱形部分的上游边缘径向地向内延伸，环的圆柱形部分径向地支撑在圆盘的所述夹件上。
[0027]因此，环匹配夹件的形状，在此处它被固定用于减小将环固定在圆盘上所需的总体尺寸。
[0028]与环的径向突出部配合的法兰的挡块优选地由法兰上游边缘上所布置的卷曲形成。
[0029]因此，在其下游边缘处保持在叶片上轴向支座中法兰通过环突出部旋转地保持安装在上游边缘处。在法兰的每个边缘处所提供的这种保持给了法兰比现有技术中所用的法兰更大的稳定性。
[0030]根据另一个特征，卷曲之一形成在法兰的上游边缘，轴向对准圆盘的每个凸肋。卷曲可以进一步布置只对准这种凸肋。这确保当风机转子正在旋转时更好的平衡。
[0031 ]有利地，环的径向突出部被插入法兰的每两个卷曲。这足以确保当减少环质量时法兰的抗旋转。
[0032]根据另一个特征，罩在其中心部分具有其中形成有轴向盲孔的内环形边缘，该盲孔向下游打开并且用于在圆盘上安装环的固定螺钉头部，以及轴向通孔，用于通过圆盘上罩或环的共同固定的螺钉。
[0033]因此，一些环的耳状物被用于在圆盘上固定罩和环的螺钉横穿，并且其它环的耳状物被仅仅用于在圆盘上固定环的螺钉横穿。此外，当罩由轻型材料，诸如铝制造时，后者存在被断裂的风险，例如，如果鸟被吸入风机中。然后，罩的裂开不能导致环从圆盘分开。实际上，罩的裂开对只用于将环和圆盘固定的螺钉没有影响。因此，防止用于轴向地保持叶片的法兰的出来，以及一个或多个风机叶片的任何偶然抛出。
[0034]将环固定在圆盘上的螺钉优选地与用于将罩和环固定到圆盘的普通螺钉交替。
[0035]在一个实施方式中，引导销安装在环和圆盘的对准孔洞之一中以及包括被接收在罩的内径向边缘的盲孔中的上游头部。引导销提供了环和圆盘之间的角度参考，当拆装和安装风机转子，这是有用的。
[0036]也涉及具有上述风机转子的涡轮发动机。
[0037]进一步提供了环，其用于上述风机转子，包括圆柱形部分，该圆柱形部分包括内圆柱形面和外圆柱形面，径向突出部从圆柱形部分有规律地径向地向外延伸，同时耳状物从圆柱形部分的边缘径向地向圆柱形部分内延伸，同时每个耳状物基本地定位在每对相邻突出部之间。
[0038]本发明最终地涉及如上所述的风机的环形法兰，其包括可变厚度的基本上截头圆锥形壁，其具有大直径的端部连接向内延伸和有规律卷曲的环形边缘，并且其具有较小直径的端部被有规律地卷曲。
[0039]上述风机转子，其特别的设计直接由获得小尺寸涡轮发动机框架内的毂比率选择引起，其在下述技术范围内还具有意外的技术和特别地有利的效果。
[0040]在本专利申请中所提到的毂比率的特别选择实际上表明与现有技术比较涡轮发动机风机圆盘尺寸的总体减小。该圆盘具有数值范围通常从245到275_的外直径。然而，该圆盘满足有关风机叶片继续运转、其数量和尺寸相对地与现有技术的相同的要求也是必须的。为此目的，叶片的数量优选地在17和21个叶片之间，更特别地在18和20个叶片之间。根据目前技术的知识，圆盘上沟槽的高度和宽度不必在尺寸上减小，这样一方面能够实现本申请中所提到的叶片的下游轴向保持钩件的接合，另一方面适于叶片根部，其尺寸还没有被减小以支撑旋转叶片。
[0041]关于保留圆盘沟槽的尺寸和减小圆盘的总体直径的同时要求那么必然表明宽度的减小，即，圆盘的凸肋的圆周尺寸。风机圆盘的凸肋，那么比现有技术要薄，提供了更高的毂比率，因此对于运转中所支撑的扭矩，比现有技术的凸肋具有更大的脆性和更大破裂的风险。
[0042]已经提出了制造高抗性铬镍铁合金的风机圆盘以补救这种问题。然而，该合金非常重，这影响涡轮发动机的总体性能，因此不是令人满意的。
[0043]鉴于上述尺寸的涡轮发动机，关于上述风机转子，已经令人惊奇地注意到由本发明锁定法兰所提供的叶片的轴向锁定是充分有效和有抗性的，免除了接合在低压压气机中叶片下游钩件的轴向锁定。因此，发明人已经有利地移除了下游钩件，因此已经能够减小风机圆盘的沟槽的径向高度，其一部分之前专门用于安装下游钩件，通常在18到22mm的高度范围。
[0044]该问题的另一方面涉及垫片，该垫片接着用在沟槽的底部，以保持抵靠凸肋的叶片高度。这种垫片然后必须满足下列功能:限制运转中叶片根部在沟槽中移位，保护沟槽的底部以及如果叶片破裂或者如果涡轮发动机吸入大体积的物体，阻尼叶片。为了最佳地符合这些要求，尤其是在上述新的范围内，这里所选择的垫片相对于现有方案已经被径向地薄化，并且每个具有通常范围从I到3mm的径向厚度，特别地等于2mm的径向厚度，只要是可以提供这种垫片，甚至其没有强加于进气口直径和毂比率的上述和要求保护的限制条件。每个垫片更特别地是具有两个面的薄板形式，沿着风机的轴线延伸以及定位抵靠沟槽之一的底部。该垫片是轴向、径向和圆周方向三方向对称，这避免了可能的安装错误。垫片的每个面优选地具有倒角侧或圆周边缘，其中每个倒角与面形成10°加或减2°的角度。在每个径向地相对面上的倒角在垫片的侧向端部连接，形成垫片的两个侧边缘。垫片的面和倒角之间的连接角度优选地成圆形，以具有范围从1.50mm和1.80mm的曲率半径，并且更特别地等于1.65mm的曲率半径，并且形成垫片的侧边缘的斜面之间的连接角度优选地成圆形，以具有范围从0.45mm到0.75mm之间的曲率半径，并且更特别地等于0.6mm的曲率半径。每个垫片优选地具有17.0mm和18.2mm之间的侧向尺寸以及更特别地等于17.6mm的侧向尺寸。
[0045]沟槽的径向尺寸的减小直接地表明径向凸肋的减小，那么其比例更紧凑，并且更抗运转中弯矩。使用这里所提供的方案，风机圆盘的凸肋的结构提供了将要由比铬镍铁合金更轻的钛合金所制造的足够强的结构。
[0046]因此可以提供风机转子，其没有用于叶片下游的风机圆盘上风机叶片的轴向保持的任何装置。该风机转子包括如在本专利申请中所述的上游法兰作为轴向保持叶片的装置。在涉及本发明的和具有上述尺寸和毂比率的小尺寸涡轮发动机的风机的范围内，该特征特别相关。因此，这里提出对于这类风机，风机圆盘可以由钛合金制造，更特别地由TA6V或TI17(TA5⑶4)类型合金制造。
[0047]此外，风机圆盘的沟槽的径向尺寸的减小可以形成该圆盘的内面，具有来自于与风机轴线同轴的截头圆锥形钻孔的平衡轮廓，并且其半径在下游方向上增加。该平衡轮廓，除了很好地平衡风机圆盘外，具有通常数值范围从120到140mm的上游最小直径，这要比用于更高沟槽的平衡韭葱式轮廓的最小直径要大，而圆盘的外直径相同。圆盘的这种新平衡轮廓提供了在风机圆盘的中间更大的环形空间，用于轴向地通过工具，需要该工具安装和紧固用于在涡轮发动机的轴上固定风机圆盘的装置，而这种装置定位在圆盘下游。
[0048]在阅读通过非限制性实施例参考附图所进行的下面的说明，将更好地理解这里所提出的方案的各个不同方面，并且它的其它细节、特征和优点将更清楚地显现，其中:
[0049]图1是根据现有技术的立体图，具有涡轮发动机叶片的部分升高。
[0050]图2是根据现有技术涡轮发动机风机转子的轴向截面的部分示意一半视图。
[0051 ]图3是实际的涡轮发动机转子的立体图，具有升高的罩。
[0052]图4是从前面观察的，并且升高了罩。
[0053]图5、6和7是图4的AA、BB和CC截面的分别视图。
[0054]图8是根据本发明的涡轮机轴向截面的部分示意性全尺寸视图。
[0055]图9是用在本发明的风机中垫片的立体图。
[0056]图10是相同垫片的截面视图。
[0057]首先参考图1和图2，其表示根据本发明现有技术的涡轮发动机的风机。
[0058]该风机包括圆盘12所带有的叶片10，以及叶片间插入的叶片间平台14，圆盘12固定到涡轮发动机的轴13的上游端。
[0059]每个风机叶片10包括叶片体16，该叶片体16在其径向地内端连接根部18，该根部18接合在形状与圆盘12的形状匹配的基本径向沟槽20中，该沟槽20形成在圆盘12的两个凸肋2 2之间以及可以径向地保持该叶片10在圆盘12上。垫片24插入在每个叶片1的根部18和圆盘12的匹配沟槽20的底部之间，以径向地锁定叶片10在圆盘12上。
[0060]叶片间平台14形成壁，该壁内部地限定进入涡轮发动机的气流的部分26，并且包括与沟槽20之间的圆盘12上所提供的匹配装置相配合的装置，以固定平台在圆盘上。
[0061]通过叶片10上游和下游，圆盘12上安装的适合装置，风机叶片10轴向地保持在圆盘12的沟槽20中。
[0062]上游保持装置包括同轴地插入和固定到圆盘12上游端的环形法兰28。
[0063]法兰28包括内环形凸缘30，该凸缘30是卷曲或齿形，并且与齿形或卷曲圆盘12的外环形边缘32配合，以轴向地固定法兰28在圆盘12上。该法兰28由叶片根部18的垫片24上的外边缘34支撑。
[0064]法兰28还包括内环形凸缘36，其插置在圆盘12的相应环形凸缘38和风机圆盘12上游所设置的外壳42的内环形凸缘40之间。夹件36、38、40包括轴向孔口 44(未示出)，螺钉或相似物穿过它们用以将凸缘彼此夹紧。
[0065]外壳42具有在下游方向上加宽的基本上截头圆锥形形状，其中叶片间平台所限定的壁在该外壳42的轴向延伸部中延伸。该外壳46包括径向钻孔，用以安装平衡螺钉以及位于其上游端的夹件48。圆锥形罩50安装在外壳42的上游部分。更具体地，罩50的下游端包括夹件52，其通过螺钉54固定到外壳42的上游夹件48。
[0066]叶片10的下游，在叶片10的下游端形成的钩件120允许轴向保持和接合在延长风机下游部分26的压气机124上游端所形成的槽口 122中。
[0067]这种结构具有上述缺点。特别地，不适于相对小直径的风机。
[0068]图3到图7示例了根据该专利申请中研发的方案的风机转子的实施方式，包括如上所述，具有叶片(未示出)的圆盘56，叶片的根部接合在圆盘56的外周边的基本上轴向沟槽58中。
[0069]圆盘60包括没有平衡韭葱式的环形边缘，该环形边缘上游延伸有环形部分，该环形部分具有在边缘的上游面和向外延伸的径向边缘64之间限定的环形沟槽62。环形部分的上游端具有径向地向内延伸和与边缘64间隔的夹件66，并且包括在其整个圆周上有规律分布的轴向孔洞68用于穿过螺钉70、72。边缘64被卷曲或成齿形，并且包括与凹部分交替的实心部分。
[0070]风机转子在圆盘上叶片的上游方向上提供有轴向保持装置。这些装置包括安装在圆盘56的环形沟槽62中和形成叶片根部的轴向支撑的法兰74。
[0071]法兰74包括在下游方向上向外打开的基本上截头圆锥形的壁76，该壁76的厚度在下游方向上增加。法兰74在其下游端由承靠叶片的径向面78所界定。法兰74的下游端包括卷曲或齿形的内环形凸缘80，并且包括交替的实心部分和凹部分，以及具有基本上匹配于圆盘56的边缘64形状的形状，以允许通过相对于圆盘56的法兰74的轴向平移、旋转，在环形沟槽62中安装和移除法兰74，以及通过法兰的边缘80的实心部分邻接抵靠圆盘的边缘64的实心部分，在圆盘的沟槽62中轴向阻挡法兰74。
[0072]法兰74最后包括在其上游边缘上的卷曲或者与实心部分84交替形成的凹部分82。
[0073]通过环86防止法兰74旋转，该环86包括由内和外圆柱形表面所界定的圆柱形部分88。外面包括突出部90，该突出部90径向地向外以及沿着圆柱形部分88的所述外表面圆周地延伸和接合在法兰74的上游边缘的卷曲82中，以及提供了抵靠法兰74的上游边缘的实心部分84的挡块，防止其旋转。环的上游边缘连接径向向内延伸的耳状物92，该耳状物92形成有螺钉穿过的孔洞94。上游，这些耳状物轴向地接触圆盘56的夹件66，以致于耳状物92的孔洞94对准夹件66的孔洞68，并且环的圆柱形部分88从外侧轴向承靠圆盘的夹件66。可以用高合金钢制造环86，以承受破损。
[0074]因此，法兰74通过其实心部分84邻接抵靠环的突出部90而防止旋转。
[0075]例如，由铝制造的圆锥形的罩96固定于圆盘12。为此目的，罩96包括在其中间部分中的内环形边缘98，其中轴向通孔100形成在该内环形边缘98中(图5)，与位于环86上两个中的一个孔洞94相对，并且对准圆盘56的夹件66中一些孔洞68。这些孔洞100由螺钉70穿过，螺钉70与安装抵靠于圆盘56的凸缘66的下游侧的螺母102相互作用，以及允许将罩96、环86和圆盘56组装在一起。罩96的下游部分覆盖了环86和法兰74，以致于叶片间平台所限定的内部分26在罩96的下游部分的轴向延长中延伸。
[0076]如图7中可以看到的，与圆盘56的夹件66中其它孔洞68相对定位的除了一个孔洞以外的环的所有其它孔洞94也具有螺钉72穿过，该螺钉72与螺母104配合，并且只用于将环86固定到圆盘56上。这些螺钉的头部安装在罩96的内边缘98中所提供的盲孔106中。
[0077]罩96的内边缘98也包括在下游方向上延伸的圆柱形轴环108，其端部承靠于圆盘的夹件66的内端。
[0078]罩96还包括径向螺纹110，用于安装平衡螺钉，就像现有技术所熟悉的。为了确保这些螺钉的正确定位，必须引导罩96相对于风机转子的定位。为此，如图6中所示例的，引导销112安装在环的最后孔洞94中，对准圆盘56的夹件66中的孔洞68。销112包括安装在罩96的内边缘98的盲孔114中的头部116，其中确定销112的头部116的直径，这样它不能插入到另一个盲孔106中，提供该盲孔106安装螺钉72的头部。
[0079]现在参考图8，其表示根据本发明的风机的总体全尺寸视图，包括上述的转子。圆盘56绕着涡轮发动机的轴线130布置，并且由下游传动轴(未示出)旋转地驱动。圆盘56带有叶片132，叶片间平台134插入叶片间132。
[0080]每个风机叶片132包括叶片体136，该叶片体136在其径向地内端连接脚部138，该脚部138接合在形状与圆盘56的形状匹配的基本径向沟槽58中，该沟槽58形成在圆盘56的两个凸肋140之间以及可以径向地保持该叶片132在圆盘56上。
[0081]通过设置在叶片132上游的上述装置74、86、70、96，风机叶片132轴向地保持在圆盘56的沟槽58中。
[0082]垫片142插入在每个叶片132的脚部138和圆盘56的匹配沟槽58的底部之间，以径向地固定叶片132在圆盘56上。
[0083]叶片间平台134形成壁，该壁内部地界定进入涡轮发动机的气流的部分144，并且包括与沟槽58之间圆盘56上所提供的匹配装置配合的装置，以固定平台在圆盘上。
[0084]由界定涡轮发动机的进气的环形外壳体146环绕叶片132。外壳体146包括环形内壁148，该环形内壁148外部地界定进入涡轮发动机的气流的部分144，以及与叶片132的外端圆周地旋转移动的外端相对。
[0085]所示的风机的毂比率是涡轮发动机的轴线130和叶片132前缘处部分144的内界限之间的距离B除以涡轮发动机的轴线130和叶片132外端之间的距离A的比率。已经设计了图8中所示的风机，以可以获得范围从0.25到0.27之间的毂比率，而距离A具有从450到600mm之间的数值范围。这种毂比率的选择涉及使用圆盘，在凸肋的顶部的其外界限范围是从115mm到 145mm ο
[0086]最后，如上已经描述的，叶片132的轴向保持的装置74、86、70、96是非常有效的，与图1和图2中所示的现有技术的风机相反，在图8中所示的根据本发明的风机没有布置在叶片132下游的用于叶片132轴向保持的钩件。相反，如可以看到的，布置在风机圆盘56下游的低压压气机150直接地由叶片根部138的下游端和圆盘的凸肋140所支撑。因此，不再有任何与下游钩件接合有关的凸肋的径向深度限制。
[0087]因此，沟槽58径向地比适于定位钩件的沟槽更窄，具有从18mm到22mm高度范围，该构件用于轴向地保持叶片。用于保持叶片根部138径向地抵靠凸肋140的垫片142也是径向地更薄的。凸肋140，由此更短，那么足够紧凑以抗变形和破裂。例如，凸肋140的这种改进强度使得可以由比铬镍铁合金相对轻的钛合金制造圆盘。而且，考虑由于沟槽高度改变所引起新的圆盘重量分布，已经形成圆盘56的内壁152，以具有圆盘56的平衡轮廓152，其不同于现有技术具有“韭葱式”的圆盘的平衡轮廓。该壁的轮廓152在下游方向是截头圆锥形和加宽的。与圆盘成比例，该平衡轮廓延伸不会远至“韭葱式”，朝向涡轮发动机内，达到60mm和70_之间本发明范围内的最小半径，这表示圆盘的内界限。因此，该轮廓允许在圆盘56的中心处上游轴向到达的空间中体积更大的工具通过，当安装涡轮发动机时通常使用这些工具。现在参考图9和图10，其表示垫片142，其中该垫片142已经适合沟槽58的深度的减小。每个垫片更具体地采用两侧面的板154形式，沿着风机的轴线延伸和抵靠于沟槽58之一的底部放置。该垫片在轴向、径向和圆周方向三个方向对称，这避免了可能的安装错误。垫片的每个面具有被倒角的其侧向或圆周边缘156，其中每个倒角158与一个面形成10°的角度。每个径向地相对面154的倒角158在垫片的侧向端连接，以形成垫片的两个侧边缘156。垫片158的面154和倒角之间的连接角度成圆形以具有1.50mm和1.80mm之间的曲率半径，以及更具体地等于1.65_的曲率半径。形成垫片的侧边缘156的各个倒角158之间的连接角度成圆形以具有0.45mm和0.75mm之间的曲率半径，并且更具体地等于0.6mm的曲率半径。每个垫片14 2具有I mm和3mm之间的径向厚度，更优选地等于2mm的径向厚度，并且17.0mm和18.2mm之间的侧面尺寸，并且更优选地等于17.6_的侧面尺寸。
【主权项】
1.一种风机，特别地用于涡轮发动机，诸如喷气发动机的风机，包括在进气口处的风机叶片(132)、环形壳体、绕着涡轮发动机的轴线(130)旋转和承载叶片的毂，在该毂内部地界定和该环形壳体(146)外部地界定的环形部分(144)中，其相对于所述轴线径向地延伸，其中所述毂包括风机圆盘(56)，该风机圆盘(56)在其外周边具有与沟槽(58)交替的基本上轴向的凸肋(140)，叶片的根部(138)接合在沟槽(58)中，其中所述风机具有900mm和1550mm之间数值的进气口直径(A)，该进气口直径与包含叶片径向外端的圆形的直径匹配，并且所述风机具有0.20和0.265之间数值的毂比率，该毂比率匹配在风机叶片前缘的径向内端处的部分的内界限的直径(B)除以进气口直径的比率。2.根据权利要求1所述的风机，其特征在于:进气口直径更特别地在900mm和1200mm之间。3.根据权利要求1所述的风机，其特征在于:它包括被安装在叶片(132)上游圆盘(56)上的环形罩(96)，以及用于轴向地保持叶片在圆盘上的装置，该装置包括在圆盘的环形沟槽(62)中安装以及对叶片根部(138)形成轴向支撑的法兰(74)，该法兰(74)包括与圆盘的环形沟槽(62)的卷曲径向环形边缘(64)配合的卷曲径向环形边缘(80)，以确保法兰轴向锁定在圆盘的环形沟槽中，以及用于旋转地锁定法兰(74)的装置，该装置包括具有耳状物(92)的环(86)，该耳状物(92)径向地向内延伸以及在圆盘(56)的上游径向面上形成有紧固装置(68、94、70、72)，并且通过紧固装置(100、68、94、70)，所述罩(96)固定在圆盘上，该紧固装置(100、68、94、70)与用于紧固环的至少一些耳状物(92)在圆盘上的装置部分地是共同的，所述环(86)还包括与挡块(84)配合的至少一个径向突出部(90)，该挡块匹配法兰，以相对于环(86)旋转地锁定法兰(74)。4.根据权利要求3所述的风机，其特征在于:圆盘(56)包括向内延伸以及具有对准耳状物(92)中孔洞(94)的孔洞(68)的上游夹件，该孔洞用于通过轴向螺钉(70、72)以形成在圆盘上固定环的装置。5.根据权利要求4所述的风机，其特征在于:环(86)包括圆柱形部分(88)，径向突出部(90)从该圆柱形部分(88)向外径向地延伸，同时耳状物(92)从圆柱形部分(88)的上游边缘径向地向内延伸，环的圆柱形部分径向地支撑在圆盘的所述夹件(66)上。6.根据权利要求3至5中任一权利要求所述的风机，其特征在于:与环的径向突出部(90)配合的法兰的挡块(84)由法兰(74)上游边缘上所提供的卷曲(82)形成。7.根据权利要求6所述的风机，其特征在于:对于所有凸肋(140)和所有卷曲(82)，卷曲之一形成在法兰的上游边缘，轴向对准圆盘的凸肋之一。8.根据权利要求3至7中任一权利要求所述的风机，其特征在于:罩(96)在其中心部分具有其中形成有轴向盲孔(106)的内环形边缘(98)，该盲孔向下游打开并且用于在圆盘上安装环的固定螺钉头部(72)，以及轴向通孔(100)，用于通过圆盘上罩(96)或环(86)的共同的固定螺钉(70)。9.用于权利要求3至8中任一权利要求所述风机的环(86)，其包括圆柱形部分(86)，该圆柱形部分包括内圆柱形面和外圆柱形面，径向突出部(90)从圆柱形部分有规律地径向地向外延伸，同时耳状物(92)从圆柱形部分的边缘径向地向圆柱形部分内延伸，同时每个耳状物基本地定位在每对相邻突出部之间。10.用于权利要求3至8中任一权利要求所述风机的环形法兰(74)，其包括可变厚度的基本上截头圆锥形壁(76)，其具有大直径的端部连接向内延伸和有规律卷曲的环形边缘(80)，并且其具有较小直径的端部被有规律地卷曲。11.根据前述权利要求之一所述的风机，其特征在于:圆盘(56)具有由凸肋(140)的外端所形成的外界限和由圆盘的平衡轮廓的内端所形成的内界限，该外界限的直径在245mm和275mm之间，该内界限的直径范围从120mm到140mm。12.根据权利要求1至10中任一权利要求所述的风机，其特征在于:圆盘(56)具有由凸肋(140)的外端所形成的外界限，该外界限的直径在245mm和275mm之间，以及圆盘的沟槽(58)具有在沟槽(58)底部和凸肋(140)顶部之间数值范围从18mm到22mm的径向尺寸。13.根据权利要求1至12中任一权利要求所述的风机，其特征在于:具有从Imm到3mm的径向厚度范围的垫片(142)径向地插置在所述叶片根部(138)和沟槽底部(58)之间。14.根据权利要求11至13中任一权利要求所述的风机，其特征在于:在下游方向上加宽的截头圆锥形的内钻孔形成圆盘(56)的平衡轮廓，其中该钻孔的上游端形成圆盘的内界限。15.根据前述权利要求中任一权利要求所述的风机，其特征在于:圆盘带有17到21个叶片，优选地18到20个叶片。16.根据前述权利要求中任一权利要求所述的风机，其特征在于:圆盘由钛合金制造，并且更具体地由TA6V或Ti 17 (TA5⑶4)合金制造。17.一种涡轮机，诸如喷气涡轮发动机，其特征在于:它包括根据前述权利要求中任一权利要求所述的风机。
【文档编号】F02K3/06GK105849420SQ201480070536
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年11月24日
【发明人】克里斯托弗·波德里根, 劳伦特·雅布隆斯基, 菲利普·杰拉德·埃德蒙·乔利
【申请人】斯奈克玛