[發(fā)明專利]用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣分離器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410656294.3
• 申請(qǐng)日: 2014-11-18
• 公開（公告）號(hào): CN104653234A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M.賈納薩南;D.L.小卡索;R.J.馬庫(kù)特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西門子能源公司
• 主分類號(hào): F01D5/08
• 分類號(hào): F01D5/08;F02C7/18;F02C7/28
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 董均華;胡斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體地涉及在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中提供密封的空氣分離器。

背景技術(shù)

諸如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪機(jī)械通常包括壓縮機(jī)部段、燃燒器部段和渦輪部段。轉(zhuǎn)子通常設(shè)置成軸向延伸穿過燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的各部段并且包括支撐壓縮機(jī)部段和渦輪部段中旋轉(zhuǎn)的葉片的結(jié)構(gòu)。特別地，延伸穿過渦輪部段的轉(zhuǎn)子的一部分包括接合在一起的多個(gè)渦輪輪盤，其中，每個(gè)渦輪輪盤適于支撐多個(gè)渦輪葉片。類似地，延伸穿過壓縮機(jī)部段的轉(zhuǎn)子的一部分包括接合在一起的多個(gè)壓縮機(jī)輪盤，其中，每個(gè)壓縮機(jī)輪盤適于支撐多個(gè)壓縮機(jī)葉片。在渦輪部段和壓縮機(jī)部段中的轉(zhuǎn)子的部分由扭矩管連接。

鑒于高壓力比和高發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火溫度，諸如支撐在渦輪輪盤上的旋轉(zhuǎn)的葉片結(jié)構(gòu)的某些部件必須用諸如壓縮機(jī)排放空氣的冷卻流體來冷卻，以防止這些部件的過熱。為了將壓縮機(jī)排放空氣的一部分導(dǎo)引至渦輪輪盤和相關(guān)聯(lián)的葉片，空氣分離器可安裝在扭矩管上并接合在最前渦輪輪盤的前面上。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種包括轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，該轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括葉片輪盤結(jié)構(gòu)和聯(lián)接到葉片輪盤結(jié)構(gòu)的扭矩管。葉片輪盤前面（forward?face）相對(duì)于穿過發(fā)動(dòng)機(jī)的熱工作氣體的軸向流限定在葉片輪盤結(jié)構(gòu)的上游側(cè)，并且扭矩管從前面軸向向前延伸。空氣分離器被提供并包括圓柱形構(gòu)件，該圓柱形構(gòu)件圍繞扭矩管設(shè)置以在圓柱形構(gòu)件的內(nèi)表面和扭矩管的外表面之間形成間隙。密封凸緣在圓柱形構(gòu)件的后端處徑向向外延伸，并且圓柱形構(gòu)件的前端包括將圓柱形構(gòu)件附接到扭矩管的安裝結(jié)構(gòu)。密封凸緣包括凸緣主體，該凸緣主體具有從圓柱形構(gòu)件徑向向外延伸的前側(cè)和相對(duì)的后側(cè)，前側(cè)和后側(cè)限定在兩者間的凸緣厚度。頭部部分位于凸緣主體的徑向靠外自由端處。頭部部分包括：軸向凸緣，其位于凸緣主體的軸向后方且限定用于與葉片輪盤前面接合的后密封面；以及前懸臂（forward?cantilevered）頭部質(zhì)量體，其從凸緣主體軸向向前延伸。從與凸緣主體的前側(cè)的連接部到頭部質(zhì)量體的軸向前面的頭部質(zhì)量體的軸向尺寸大于從頭部質(zhì)量體的徑向內(nèi)側(cè)到頭部質(zhì)量體的徑向最外側(cè)的頭部質(zhì)量體的最大徑向尺寸。

頭部質(zhì)量體的軸向尺寸可大于從凸緣主體的后側(cè)到后密封面的軸向凸緣的軸向尺寸。頭部質(zhì)量體的軸向尺寸可以比軸向凸緣的軸向尺寸大約42%。

頭部質(zhì)量體的軸向尺寸可以大約五倍地大于在前側(cè)和后側(cè)之間的凸緣主體的軸向厚度。

凸緣主體可以在向前方向上遠(yuǎn)離葉片輪盤前面成角度，限定在凸緣主體的前側(cè)和圓柱形構(gòu)件的外表面之間的銳角。銳角可限定在凸緣主體的后側(cè)和圓柱形構(gòu)件的外表面之間，其中，圓柱形構(gòu)件的后端可以是在從圓柱形構(gòu)件的外表面徑向向外的曲折點(diǎn)處與凸緣主體的后側(cè)相交的平坦徑向表面。

強(qiáng)力背襯可跨越在圓柱形構(gòu)件的外表面和凸緣主體的前側(cè)之間，并且強(qiáng)力背襯可從圓柱形構(gòu)件徑向向外跨越至從曲折點(diǎn)徑向向外的與凸緣主體的前側(cè)的交點(diǎn)。交點(diǎn)可位于在圓柱形構(gòu)件的外表面和頭部質(zhì)量體的內(nèi)側(cè)之間的徑向距離的至少約40%處。曲折點(diǎn)可位于在圓柱形構(gòu)件的外表面和頭部質(zhì)量體的內(nèi)側(cè)之間的徑向距離的至少約16%處。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，該轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括葉片輪盤結(jié)構(gòu)和聯(lián)接到葉片輪盤結(jié)構(gòu)的扭矩管。葉片輪盤前面相對(duì)于穿過發(fā)動(dòng)機(jī)的熱工作氣體的軸向流限定在葉片輪盤結(jié)構(gòu)的上游側(cè)，并且扭矩管從前面軸向向前延伸。空氣分離器被提供并包括圓柱形構(gòu)件，該圓柱形構(gòu)件圍繞扭矩管設(shè)置以在圓柱形構(gòu)件的內(nèi)表面和扭矩管的外表面之間形成間隙。密封凸緣在圓柱形構(gòu)件的后端處徑向向外延伸，并且圓柱形構(gòu)件的前端包括將圓柱形構(gòu)件附接到扭矩管的安裝結(jié)構(gòu)。密封凸緣包括凸緣主體，該凸緣主體具有從圓柱形構(gòu)件徑向向外延伸的前側(cè)和相對(duì)的后側(cè)，前側(cè)和后側(cè)限定在兩者間的凸緣厚度。頭部部分位于凸緣主體的徑向靠外自由端處。頭部部分包括軸向凸緣，該軸向凸緣位于凸緣主體的軸向后方且限定用于與葉片輪盤前面接合的后密封面。前懸臂頭部質(zhì)量體從凸緣主體軸向向前延伸。凸緣主體在向前方向上遠(yuǎn)離葉片輪盤前面成角度，銳角限定在凸緣主體的后側(cè)和圓柱形構(gòu)件的外表面之間，其中，圓柱形構(gòu)件的后端是在從圓柱形構(gòu)件的外表面徑向向外的曲折點(diǎn)處與凸緣主體的后側(cè)相交的平坦徑向表面。強(qiáng)力背襯與圓柱形構(gòu)件和凸緣主體一體地形成并且跨越在圓柱形構(gòu)件的外表面和凸緣主體的前側(cè)之間。強(qiáng)力背襯從圓柱形構(gòu)件徑向向外跨越至從曲折點(diǎn)徑向向外的與凸緣主體的前側(cè)的交點(diǎn)。

交點(diǎn)可位于在圓柱形構(gòu)件的外表面和頭部質(zhì)量體的內(nèi)側(cè)之間的徑向距離的至少約40%處。曲折點(diǎn)可位于在圓柱形構(gòu)件的外表面和頭部質(zhì)量體的內(nèi)側(cè)之間的徑向距離的至少約16%處。