[发明专利]径向臂通过轴和隔片与圆形套管的连接

说明书

技术领域

本发明涉及径向臂通过轴和隔片与圆形套管的连接，特别涉及航空领域使用的 涡轮机。

背景技术

在涡轮机的某些设计中，包含一种套在内毂套管上的同心外套管，该同心外套 管通过径向臂与内毂套管结合，从而形成了环形腔室或气体流的一部分，其也呈圆 形，但其轴向端部是开放的。例如，图1为涡轮机的部分示意图，其通常在定子1 和转子2之间依次包括低压压气机3以及高压压气机4、燃烧室5和高压涡轮6及 低压涡轮7，转子2可以在涡轮6和涡轮7之间分成两个独立部分，而内毂8则在 这两个部分之间延伸，以保持涡轮机内燃气流9的顺畅流动。内毂8基本上由径向 臂10支撑，而后者将其(圆形内部)套管连接到属于定子1的外同心套管11上， 并同时在相对外侧形成燃气流9的区域。径向臂10为简单截面形状，且通常为矩形。 这些径向臂承受燃烧气体所带来的高温，而高温又进而会影响气体流动。为此，径 向臂周围必须安装整流罩12，其与整流罩之间有充分间隔，以便在一定程度上防止 其受热，并能为燃烧气体提供具有良好航空动力质量的旁通截面。图4为外套管11、 径向臂10和隔离状态下内毂的装配示意图，从而可以更清晰地理解这种结构。另外， 此处还在定子1和转子2上装有装配凸缘(图中未示)。

不论径向臂10与内毂8为一体部件还是预先装配到内毂上，径向臂10与外套 管11的装配都是很难实施的，因为设置在径向臂10周围的导流罩12只给外套管 11留下了很小的安装间隙。

为此，将径向臂10移向外套管11的装配位置的动作需谨慎进行，同样，使用 装配工具穿过整流罩12空间时也需小心谨慎。因此对于径向臂10和外套管11之间 的连接在设计上必须要考虑这些限制因素，同时，还要考虑能承受在使用期间作用 于径向臂上的主要作用力，以及尽管使用了整流罩12，但仍要承受的主要热量。

图2所示为传统的装配形式，其包括在每个径向臂10的端部进行穿孔，穿过外 套管11设置凸耳13，将径向臂10与凸耳13相抵，使其穿孔与凸耳的穿孔对齐， 并将螺栓14穿过这些对齐的穿孔，螺栓14同时也起到了支撑轴的作用；但是，径 向臂10的受力使该组件的各个部件要承受由于组件的凸起而带来的更大的作用力， 特别是螺栓会因弯曲被加载，这是不利的，因此不得不加大连接部件的尺寸，以承 受比使用两个凸耳的对称结构而产生的更大的弯曲约束力。这就是为什么在另一个 设计构型中，如图3所示，外套管11上设有两个平行凸耳15和16，其间设有径向 臂10的端部，而螺栓17则穿过径向臂10和两个凸耳15和16的穿孔安装。这样， 就降低了弯曲作用力，并可方便地建立连接，但是所遇到的困难是：如果凸耳15 和16彼此隔开(这可能是装配组件所要求的，安装需要径向臂10沿与凸耳15和 16端面并不平行的方向推进)时，这样装配比较容易，但螺栓17则会承受剪切和 实际弯曲(即使由于结构的对称性而并不是实际上的弯曲)，而且装配组件具有一定 的空回量；在装配期间，通过拧紧螺栓17而使凸耳15和16彼此靠近。但这并不可 取，因为这样内部约束力会变得过大，且螺栓17会很容易形成夹死；相反，如果凸 耳15和16作成彼此相互靠近，与径向臂10端部的空回量就小或甚至没有，而且， 螺栓17也不会出现弯曲，但是，如果径向臂10在沿涡轮机的角度方向呈倾斜角度， 则就更难将径向臂10置入到凸耳15和16之间，甚至是不可能的。这种情况在燃气 流修正后会经常出现，而燃气流的修正则又是必需的，因为必须按照螺旋运动进行 装配，而螺旋运动不可能产生径向臂安装所需要的力。

径向臂和外套管之间的其它连接形式是使用中间构件，后者装配到所述套管和 径向臂上。美国专利US 5 272 869公开了一个示例。但这种类型的连接形式往往带 来的缺陷是为了方便装配而将尺寸设计过大，且通常都是采用螺栓固定到径向臂上， 其风险是，如果螺栓夹死，则无法分解径向臂。

这后一种缺陷在其它连接构件中也存在，其中，径向臂是通过将螺栓穿过套管 并与径向臂方向平行而直接连接到套管上。一个例子就是美国专利US 6 439 841。 螺丝可以啮合在径向臂穿孔的预置螺纹衬套内，或者与径向臂的平滑穿孔内的空回 相啮合，这些平滑穿孔与开口相联通，而螺栓的螺母就装入并拧紧在所述开口内。

发明内容