用于保持涡轮机壳体的冷却管的设备
技术领域
本发明涉及涡轮机、特别是用于飞行器的涡轮机的领域，并且更特别地涉及用于保持涡轮机壳体冷却系统的至少一个冷却管的设备。
背景技术
为了保证一些壳体、特别是低压涡轮机壳体的冷却，提供了包括一组冷却管(也被称为冷却引道)的冷却设备，该组冷却管穿有孔并且通常通过包围所述壳体而被设置在壳体外，使得相对于涡轮机中的气体流动方向从涡轮机上游吸入的空气被输送到壳体的外部面。冷却系统可进一步包括设置在壳体周围以向冷却管供应空气的多个箱。
存在已知的LPTCC(低压涡轮间隙控制)类型的冷却系统。LPTCC系统可由FADEC(全权限数字发动机控制)控制；然后这被称为主动控制，然后用首字母缩写LPTACC来表示该系统。当LPTCC系统不由FADEC控制时，这被称为LPTCC系统的被动控制。LPTCC系统的主要功能是通过调节用于冷却低压涡轮机壳体的次级流的空气流量来调节低压涡轮机的部件之间的转子/定子间隙。
LPTCC或LPTACC系统的冷却管例如通过供应箱和通过固定到壳体的固定框架而围绕壳体被保持就位。固定框架可以是固定板，通常是径向平板，固定套环(也被称为淋浴器套环)被固定在该固定板中。固定套环围绕冷却管并且确保冷却管围绕壳体定位。
为此目的，图1示出了根据现有技术的用于涡轮机的低压涡轮壳体的冷却系统1的透视图。图1和图2示出了涡轮机壳体2、用于冷却壳体2的包括多个冷却管3的冷却系统1、向多个冷却管供应空气的供应箱4、用于使冷却管3围绕壳体2保持就位的多个固定框架5。
图2示出了根据现有技术的用于涡轮机壳体的冷却系统1的部分截面图。图2更特别地示出了固定框架，在该固定框架下固定有多个套环6，每个套环6围绕冷却管3。固定套环或冷却管与壳体的外壳层之间布置有一定间隙(沿涡轮的径向方向)，以特别地防止部件(固定套环、冷却管、壳体)的可能导致损坏的任何接触。
然而，冷却管与壳体的外壳层之间的间隙必须尽可能小，以使冷却管尽可能靠近壳体的外壳层定位，从而促进壳体的冷却。
实际上，工艺约束和技术约束(例如特别是部件的公差、运行中的振动现象、部件在运行中的膨胀)需要移开冷却管，以避免固定套环(或冷却管)之间的、可能损坏所接触的部件(特别是壳体的外壳层)的任何接触。
当前的技术难点是找到冷却管的径向定位的良好折衷，使得可以避免部件的接触，同时通过冷却管与壳体之间的尽可能小的空气间隙使冷却系统尽可能有效。实际上，很难保证和控制最小间隙，原因是壳体和冷却管是大直径部件并且保持冷却管所涉及的各种中间部件会导致公差的叠加，从而增加最小允许间隙。
特别提出了更好地满足某些约束的各种方案。以编号为FR3021700A1公开的法国专利申请例如描述了一种通过减少用于保持冷却管的中间部件的数量来更好地控制冷却管的定位的解决方案。径向延伸间隔件被布置在两个压板之间，冷却管被设置在间隔件之间。这种解决方案特别允许使与每个中间部件有关的公差的叠加最小化，从而更好地控制冷却管的定位。
然而，在一些情况下以及在一些涡轮机构型中，已知的解决方案并不完全令人满意，并且冷却效率约束要求减小间隙。在这些情况下，固定套圈与壳体壳层之间可能会出现接触。
另一解决方案在于提供一种调节装置，该调节装置被构造成允许调节用于保持冷却管的构件相对于固定框架的相对位置。然而，这种解决方案需要在安装每个保持构件期间进行精细、漫长和繁琐的调节。
发明内容
本发明旨在通过提出如下保持设备来克服现有技术的缺点：该保持设备易于安装，不需要调节，并且允许保留最小的空气间隙，同时避免冷却管与涡轮机壳体之间的接触，尽管涡轮机的构件在运行期间可能发生膨胀。
为此目的，本发明涉及用于保持涡轮机壳体的冷却系统的至少一个冷却管的设备，该壳体围绕涡轮机的轴向方向延伸，该保持设备包括：固定框架，该固定框架适于以相对于壳体径向向外的方式被固定到壳体；保持构件，该保持构件被构造成保持冷却管；以及连接组件，该连接组件被设置在保持构件与固定框架之间，值得注意的是，连接组件在固定框架的两侧延伸，连接组件相对于固定框架限定出连接组件的相对于固定框架径向向外的外部部分和连接组件的在壳体一侧的相对于固定框架径向向内的内部部分，连接组件包括连接部件，该连接部件穿过固定框架的开口从外部部分延伸到内部部分，相对于固定框架径向向内的内部部分被固定到保持构件，而外部部分包括弹性返回构件，该弹性返回构件被连接部件以压缩的方式推向固定框架，其中，保持构件被构造成保持两个轴向相邻的冷却管，并且连接组件的内部部分被设置在两个轴向相邻的冷却管之间。
该设备有利地通过单独采用或以其技术上可行的组合中的任何一种组合而采用的以下特征来实现：
-固定框架的开口的截面大于连接组件的穿过该开口的部分的截面，以允许连接组件与框架之间的移位，固定框架的开口具有长圆形(oblong)形状，固定框架的开口沿周向方向的尺寸是沿轴向方向的尺寸的至少1.5倍；
-该设备包括在连接组件的外部部分中延伸的衬套，该衬套形成用于连接部件的沿径向向内方向的抵接部，并且形成用于弹性返回构件的沿径向向外方向的抵接部，其中，连接部件在其径向外端部处具有由扩大截面限定的头部，并且该衬套具有肩部，该肩部形成用于连接部件的头部的沿径向向内方向的抵接部，并且其中，该衬套具有凸缘并且弹性返回构件被设置在该凸缘与固定框架之间；
-连接部件是包括螺纹主体的螺栓，并且该内部部分包括螺纹容纳构件，该螺纹容纳构件被设置在保持构件的径向向内一侧上，并且其中，螺栓的螺纹主体被拧紧；
-该设备包括在连接组件的外部部分中的外支承构件，该外支承构件被设置成抵靠固定框架的外部面，弹性返回构件支承在外支承构件上；
-该设备包括在连接组件的内部部分中的内支承构件，该内支承构件被设置成抵靠固定框架的内部面并将固定框架的内部面与保持构件分开；
-保持构件部分地覆盖冷却管的周缘并且围绕冷却管的圆周的呈半环形的部分延伸；
-保持构件围绕冷却管的圆周的一部分延伸，并且使冷却管的圆周的旨在面向壳体的部分不受约束；
-保持构件具有大致平坦的中心部分和两个半环形部分，这两个半环形部分旨在适配于两个相邻的冷却管的环形形状并至少部分地覆盖这两个相邻的冷却管的环形形状；
-保持构件的由连接部件穿过的孔被布置在中心部分中，该中心部分连接两个半环形部分。
本发明还涉及涡轮机壳体冷却系统，涡轮机壳体冷却系统包括：
-至少一个冷却管，
-根据本发明的保持设备，该保持设备的保持构件保持两个轴向相邻的冷却管。
本发明还涉及用于飞行器的涡轮机，该涡轮机包括围绕涡轮机的轴向方向延伸的壳体和根据本发明的冷却系统，该冷却系统包括保持设备，该保持设备包括固定框架，该固定框架相对于壳体以径向向外的方式固定到壳体，至少一个冷却管相对于壳体以径向向外的方式设置在保持设备的固定框架与壳体之间。
附图说明
通过以下参考优选的示例性实施例的描述，将更好地理解本发明，该优选的示例性实施例通过非限制性示例给出并参考所附示意图进行说明，其中：
-已讨论过的图1示出了根据现有技术的用于涡轮机的低压涡轮壳体的冷却系统的透视图，
-已讨论过的图2示出了用于现有技术的涡轮机壳体的冷却系统的一个示例的截面图，
-图3示出了根据本发明的一个可能实施例的用于涡轮机壳体的冷却系统的一个示例的部分截面图，
-图4示出了根据本发明的一个可能实施例的用于涡轮机壳体的冷却系统的一个示例的透视图。
具体实施方式
图3和图4示出了根据本发明的一个可能实施例的用于涡轮机壳体10的冷却系统100的非限制性示例。典型地，并且如在该示例中，冷却系统100围绕低压涡轮的壳体10安装。
冷却系统100包括围绕壳体10安装的多个冷却管120。壳体10围绕涡轮机的轴向方向延伸，并且冷却管120横向于该轴向方向延伸并沿壳体10的周向分布。冷却系统100还包括用于保持冷却管120的设备101，该设备用于使冷却管120围绕壳体10定位和保持。
在所示的示例中，冷却系统100是LPTACC冷却设备。对于未在图3和图4中示出但与图1的供应箱4类似的典型供应箱，冷却管120和保持设备101组成用于低压涡轮壳体10的冷却系统100。这种系统还可适用于冷却设备LPTC或任何其他涡轮机壳体冷却系统。
常规地，两个冷却管120具有在图3和图4中不可见的孔口。在运行中，供应箱相对于壳体10向冷却管120供应相对较冷的空气，该冷却管通过孔口(图中未示出)朝向壳体10的外部面11输送由此获得的空气。典型地，供应箱沿冷却设备的圆周分布。因此，通过封闭的供应箱向冷却管120的每个区域供应空气，这使得不管冷却管120的考虑面积多大，都可以通过冷却管120的孔口输送足够的空气流量。
保持设备101特别地包括固定框架104，该固定框架在此采用固定板的形式，该固定框架具有主要部分105、第一端部106和第二端部(未示出)。固定框架104以相对于壳体10径向向外的方式被固定到壳体10。为此目的，固定框架104的端部106可具有容纳螺栓或铆钉的固定装置(诸如孔107)，以允许可能通过中间结构将固定框架104劳固地固定到壳体。孔107可具有长圆形形状，沿一个方向(通常沿轴向方向)具有较大尺寸，以允许壳体10相对于固定框架104沿该方向自由膨胀。
保持设备101包括用于保持冷却管120的多个构件160。每个保持构件160允许附接至少一个冷却管120。保持构件160例如是保持支架或预成形的保持板。
有利地，保持构件160围绕冷却管120的圆周的通常呈半环形的部分延伸，并且留出冷却管120的圆周的旨在面向涡轮机壳体10的另一部分。保持构件160部分地覆盖冷却管120的周缘并且仅覆盖冷却管120的径向向外部分、特别是覆盖冷却管120的面向固定框架104的周缘。在该水平处，例如通过钎焊将保持构件160固定到冷却管120。
因此，保持构件可具有大致平坦的中心部分161和两个半环形部分162、163，这两个半环形部分旨在适配于两个相邻的冷却管120的环形形状并至少部分地覆盖这两个相邻的冷却管120的环形形状。冷却管120例如通过钎焊被固定到保持构件160。保持构件160有利地允许在冷却管的径向向外部分固定冷却管，即在固定框架104侧固定冷却管，以便特别地避免在冷却管120与壳体10之间存在部件或附加构件，并且使冷却管120更靠近壳体10以优化壳体10的冷却。
有利地，如图所示，保持构件160允许通过同一保持构件160固定两个冷却管120。在该实施例中，两个轴向相邻的冷却管120通过在固定框架104中仅设置开口108来保持和定位。因此，对于具有给定数量的冷却管的给定涡轮机，根据本发明的固定框架104将比根据现有技术的固定框架具有更少的开口108和更少的附接面积。然而，还设想提供用于单独固定冷却管的保持构件，以提高冷却管120相对于壳体10的径向位置的调节精度。
保持设备101还包括保持构件160与固定框架104之间的连接组件140，该连接组件的作用是提供保持构件160与固定框架104之间的机械连接。实际上，保持构件160必须沿径向方向在壳体10的上方支撑至少一个冷却管120，以在壳体10的外表面11与冷却管120之间留有间隙J，因此保持构件160必须由固定框架104支撑。
连接组件140穿过开口108在固定框架104的两侧上延伸，该连接组件相对于固定框架104限定出连接组件140的相对于固定框架104径向向外的外部部分141以及连接组件的在涡轮机的壳体10侧上的相对于固定框架104径向向内的内部部分142。
连接组件140包括连接部件150，该连接部件穿过固定框架104的开口108从连接组件140的外部部分141延伸到连接组件140的内部部分142。内部部分142被固定到保持构件160。特别地，连接部件150可以是包括螺纹主体的螺栓，并且内部部分142可包括螺纹容纳构件144，螺栓的组成连接构件150的螺纹主体被拧紧在该螺纹容纳构件中。连接部件150可穿过保持构件160的孔，并因此从保持构件160的径向向内的一侧延伸，即朝向壳体10延伸。于是，容纳构件144可被设置在保持构件160的径向向内的一侧上，以保持保持构件160。容纳构件144通常可以是拧紧在螺栓150的一个端部上的螺母，该螺母支承在保持构件160的径向内部面上。
优选地，连接部件的内部部分142被设置在两个轴向相邻的冷却管120之间。因此，连接部件150的一个端部在固定到保持构件160的两个轴向相近的冷却管120之间在保持构件160的径向向内一侧延伸。于是，保持构件160的由连接部件穿过的孔被布置在中心部分161中，该中心部分连接两个半环形部分162、163。
连接组件140包括在连接组件的外部部分中延伸的衬套145。衬套145在其中心处具有通道，连接部件150在该通道中延伸。优选地，衬套145具有圆形截面。衬套145形成用于连接部件150的沿径向向内方向的抵接部。为此目的，连接部件150在其径向外端部处具有由扩大截面限定的头部151，并且衬套145具有肩部146，该肩部形成用于连接部件的头部151的沿径向向内方向的抵接部。
更具体地，衬套145包括第一部分，该第一部分具有宽大截面，以允许连接部件150(包括连接部件的头部151)通过，并且优选地还允许用于装配连接部件150的工具(例如与头部151接合的扳手)通过。该第一部分通过具有狭窄截面的第二部分径向向内延伸，该第二部分允许连接部件150的一个端部通过，但禁止头部151通过，衬套145的第一部分与第二部分之间的过渡部形成肩部146。优选地，并且如图所示，衬套145的第二部分穿过开口108，从而保护连接部件150。然后，衬套145的第二部分可在保持部件的径向向外面上与保持部件160发生接触。
因此，在装配连接组件140时，将连接部件150引入衬套中即可，直到头部151抵接肩部146。因此，在连接部件是螺栓的情况下，该抵接部可通过自然地限制螺栓来标记拧紧的极限。因此，这是非常简单的安装，不需要调节。也可以施加例如对于所有部件而言均相同的预定紧固扭矩，该预定紧固扭矩而不是调节扭矩。替代地，可进行如下设置：衬套145和连接部件150形成单个部件。然而，优选地，衬套145和连接部件150是分开的。
连接组件140在其外部部分141中包括弹性返回构件，该弹性返回构件被连接部件150以压缩的方式推向固定框架104。弹性返回构件优选地采用弹簧170的形式，如图3和图4所示。弹簧170优选地围绕衬套145设置。衬套145在径向向外方向形成弹簧170的抵接部。为此，衬套具有沿着与衬套145的中心相对的方向突出的凸缘147，连接部件150通过该中心，并且弹簧170被设置在该凸缘147与固定框架104之间。优选地，如在图4中可见的，该凸缘147从衬套145的外端部延伸。
弹簧170通过衬套145被连接部件150朝向固定框架104压缩。弹簧170的作用确保了允许将连接组件140按压在该固定框架104上的压力被施加在固定框架104上，同时允许连接组件140与该固定框架104之间的移位。即使在移位期间也恒定的按压允许在在冷却管120与壳体10之间保留间隙J，因此可设想该间隙是最小的。
通过如下事实，可进一步使连接组件140产生该移位：固定框架104中的开口108的截面大于连接组件140的穿过该开口108的部分的截面，使得连接组件140能够相对于固定框架104移动，从而允许冷却管120相对于固定框架104自由地沿周向和/或径向膨胀。优选地，开口108具有长圆形或椭圆形的截面，也就是说，该截面在一个方向上的尺寸大于在其他方向上的尺寸。例如，固定框架104的开口在涡轮机的周向方向上的尺寸是该开口在与涡轮机周向方向垂直的方向上(例如，通常在轴向方向上)的尺寸的至少1.5倍。
因此，该开口108允许穿过该开口的衬套145在正交于开口108的轴线的平面中移位，并因此还允许通过连接部件150固定到衬套145的保持构件160移位。这些移位允许冷却管120在运行期间相对于壳体10有差异地膨胀。
保持设备可包括在连接组件140的外部部分中的外支承构件155，该外支承构件被设置成抵靠固定框架104的外部面，弹簧支承在该外支承构件上。外支承构件155例如是金属垫圈。外支承构件155不固定到衬套145。外支承构件不固定到固定框架104，从而通过外支承构件在固定框架104的表面上的滑动允许连接组件140相对于固定框架104移位。
内支承构件156可存在于连接组件的内部部分142中，该内支承构件被设置成抵靠固定框架104的内部面并将固定框架104的所述内部面与保持构件160分开。内支承构件156包括面向固定框架104的开口108的孔口。内支承构件156可例如是金属垫圈。就像外支承构件155一样，内支承构件156不固定到固定框架104，从而通过内支承构件在固定框架104的内表面上的滑动允许连接组件140相对于固定框架104移位。内支承构件156使得能够防止保持构件160抵靠固定框架104的内表面而产生磨损。内支承构件还确保了在保持构件160与固定框架104之间的具有确定距离的间隔，避免了为壳体10的外表面11与冷却管120之间的间隙J提供公差裕量。
外支承构件155和内支承构件156可用作可能的调节变量(通过外支承构件和内支承构件各自的厚度或仅通过外支承构件和内支承构件的存在或不存在)以获得期望的间隙J。因此，外支承构件和内支承构件可用于纠正冷却系统100的会影响间隙J的其他构件的形状。例如，外支承构件155和/或内支承构件156的厚度可适应壳体10的外部面11与固定框架104之间的距离的可能变化，以补偿该距离的可能变化。如果需要，这些构件也可在安装时用作调节垫片。
当装配冷却系统100时，用于保持冷却管120的构件160例如通过钎焊被固定到冷却管120。有利地，在将固定框架安装在壳体10上之前，可以在固定框架104上预先安装各种构件。例如可以在固定框架中设置外支承构件155(该外支承构件具有在开口108前面的孔口)，然后将弹簧170装配在这些外支承构件155上。然后，衬套145被引入到开口108中，使得弹簧被衬套145的凸缘147压缩。然后，连接部件150被装配在衬套145中，并且接合连接组件140的内部部分的紧固构件142。连接部件150的紧固使衬套145固定到保持构件160。更具体地，在连接部件150是螺栓的通常情况下，只要将螺栓拧紧到被挡住即可。在紧固连接部件150时，头部151抵接衬套145的肩部146。然后，衬套145被沿径向向内方向驱动，穿过开口108，直到抵接保持构件160。然后可不再紧固连接部件150。然后，由保持设备101和冷却管120组成的冷却系统100可例如通过使用固定装置(例如存在于固定框架104的端部106处的孔107)被装配在壳体10上。
于是，连接组件140的外部部分141和内部部分142通过连接部件150被固定，并且相对于固定框架104保持保持构件160，并因此保持壳体10的外部面与冷却管120之间的间隙J，同时允许以下项之间的相对移位：
-一方面为连接组件140、保持构件160和冷却管120，和
-另一方面为固定框架104和壳体10。
因此，保持设备101的装配不需要任何特别的调节以确保壳体10的外部面11与冷却管120之间的合适的间隙J(沿涡轮的径向方向)。间隙J通过保持设备101的组成构件的尺寸而确定。因此，极大地简化了保持设备101的安装。例如栓紧连接部件150直到连接部件被挡住即可。
另外，然后可以提供最小间隙J，因为最小间隙J由保持设备101保证，，并因此不再需要提供公差裕量。可选地，通过选择支承构件155、156的特征(特别是厚度)以将支承构件155、156用作垫片(例如以控制偏差)，可进一步减小间隙J的公差。
另外，由于用于保持冷却管120的构件160使冷却管120的面向壳体10的部分不受约束，因此改善了壳体10的冷却，尤其是因为由此可以使冷却管更靠近壳体120。冷却管120与壳体10之间不存在保持构件160，这也意味着对于冷却系统100的尺寸要考虑减小一个厚度，从而有利于该尺寸并使该尺寸更精确，从而再次使得可以提供最小的间隙J。
本发明不限于所述和在附图中所示的实施例。特别是从各种构件的组成或通过技术等价物的替代的观点来看，仍然可以进行修改，而不脱离本发明的保护范围。
