径向向心空气提取机构的支承装置
技术领域
本发明涉及一种转子盘的径向向心空气提取机构的支承装置，更特别地，该转子盘为涡轮机压缩机的转子盘。本发明还涉及一种包括该装置的转子组合件、包括该组合件的压缩机、以及包括该压缩机的涡轮机。
背景技术
诸如涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气式发动机之类的涡轮机包括其中初级气流从上游向下游流动的初级管道中。涡轮机包括由初级气流穿过的压缩机组合件、燃烧室和涡轮组合件。压缩机组合件包括一级或多级压缩机。每一级压缩机交替地包括一系列定子叶片和一系列活动叶片，每个叶片固定在盘上，并且初级气流穿过叶片。涡轮机的特定机构需要进行冷却以使得诸如高压涡轮机之类的这些机构正常工作。径向方位的空气提取机构使得空气提取能够在压缩机的空气管道处进行并使得空气流向所述需要冷却的机构。为此，界定出初级管道的内壁的一部分的盘的环形轴环包括开口，该开口使得初级管道的空气能够流向多个向心提取机构，这多个向心提取机构绕涡轮机的轴线圆周设置并且每个向心提取机构朝向一个开口。这些空气提取机构通常通过支承装置支撑在压缩机的两个盘之间。
文献FR-A1-2825413说明了空气提取机构的支承装置的一个例子。在该文献中，每个空气提取机构由具有径向后壁和径向前壁的环形支承装置支持。径向后壁通过螺栓固定在压缩机的下游盘的径向爪部，并且径向前部设置有第一轴向加强筋，该第一轴向加强筋与下游盘的第二轴向加强筋相接触。然而，螺栓连接要求这样的配置需要在空气提取机构和后壁之间存在轴向空隙，该螺栓连接占据了压缩机的盘之间的已经减小的空隙。螺栓连接同样影响了涡轮机的质量，这是因为空气提取机构的数量越多，螺栓连接的数量越多。支承装置还存在涡轮机的旋转、特别是在离心力的作用下时，提取装置的支承问题。
文献EP-B1-1750012还说明了用于支承多个提取机构的挡块装置，每个提取机构沿转子盘的轴线设置在环形内轴环的沟槽中。每个提取机构包括固定在提取机构上、且容置在内轴环的环形横向槽部中的法兰部。该法兰部包括与嵌入在盘的内轴环的径向方位的环形凹槽中的环形挡块接触的过渡部。然而，由于支承装置设置需要考虑在提取机构的安装中，该配置的实现是复杂的。实际上，过渡部应当能够通过切割插入到内轴环中，并且提取机构应当枢转大约180°，以使得法兰部的一部分嵌入在内轴环的横向槽中。之后，环形挡块嵌入在环形凹槽中，以使得每个提取机构在内轴环中轴向固定。已知存在数十个空气提取机构，安装之间会受到影响。此外，当涡轮机旋转对抗离心力效果时，提取机构的支承并不特别有效。
文献US-A1-2007/0053770说明了空气提取机构的支承装置的一个例子，该空气提取机构由支撑元件支持。支撑元件具有其轴线与涡轮机的驱动轴同轴的第一环形臂部。第一环形臂部通过螺帽固定在上游盘的第二环形臂部上。第二环形臂部在上游盘的下方轴向延伸。第一臂部的一部分与由空气提取机构提取的空气的排气道的一部分密封连接。然而，支撑元件、螺帽和密封元件的配置会影响涡轮机的质量。全部这些元件轴向和径向占据空间，并且这些元件在小空隙、特别是盘的中心孔中的整合是复杂的。此外，特别是当涡轮机旋转对抗离心力效果时，提取机构的支承、特别是径向上并不特别有效。
文献EP-A1-3135864和US-A-5472313同样说明了由支承装置支持的空气提取机构。
发明内容
发明目的
因此，本发明的目的尤其在于提供一种用于向心空气提取机构的支承装置，以使得在轴向和径向上同时支承提取机构并保持紧密性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于转子组合件的向心空气提取机构的支承装置，转子组合件包括至少一个上游转子盘、邻近的下游转子盘以及向心空气提取机构，支承装置包括绕纵向轴线的环形支撑元件，环形支撑元件包括绕大体上与纵向轴线垂直的径向轴线、并且能够以径向方位容置空气提取机构的沟槽，支撑元件包括大体上沿纵向轴线延伸的横向的第一延伸部和横向的第二延伸部，支承元件包括固定在下游转子盘上、大体上沿纵向轴线延伸并且径向设置在第一延伸部的外部的横向的第二延伸部，支承装置还包括轴向地设置在下游转子盘的一部分和支撑元件之间的楔紧环，楔紧环配置为在离心力的作用下同时使第一延伸部抵靠在第二延伸部上以及使支撑元件抵靠在上游转子盘的一部分上。
因此，该方案使得能够同时实现上述目的。特别是，这样的配置使得在离心力的作用下，提取机构至少在下游转子盘上轴向且径向固定。楔紧环特别地使支撑元件在下游盘的环形元件上径向固定，并且轴向延伸部使支撑元件在下游转子盘和邻近的上游盘之间轴向固定，优选地具有，但非限制于，为此设置的上述布置。由此实现了简单配置和便捷安装。此外，该配置使得能够减小径向容积，同时避免使用例如在盘下方延伸的法兰，并尤其因为不使用通过例如螺纹元件固定的、重量较大的法兰或系统而允许在质量方面获益。
根据本发明的另一特征，楔紧机构设置为：在静止时，环形支撑元件距离转子盘之一具有径向游隙；以及在离心力的作用下，支撑元件抵靠转子盘之一且不具有游隙。离心力使得能够减小环形支撑元件和支承装置之间的游隙，以使得空气提取机构在径向和轴向上固定。
根据本发明的另一特征，楔紧环大体上具有圆锥台形截面，圆锥台形截面具有第一圆锥台形表面和第三圆锥台形表面，第一圆锥台形表面与支撑元件对应的第二表面相接触，第三圆锥台形表面与下游转子盘的一部分对应的第四表面相接触。这样的配置尤其使得能够更好地保持支撑元件在转子盘上径向固定。有利地，但非限制性地，转子盘的环形部分包括环形径向元件。
有利地，但非限制性地，楔紧环是具有开口的开环。该配置便于楔紧环的安装。
根据另一特征，支承装置包括设置在空气提取机构和支撑元件之间的阻挡环。这样的阻挡环使得提取机构在支撑元件中轴向固定。
根据本发明的另一特征，阻挡环是具有开口的开环。
根据另一特征，阻挡环具有大体上为倒T形的截面，该到T形的截面具有第一和第二翼部以及径向胫部。
根据本发明的另一特征，阻挡环的胫部容置在凹槽中，该凹槽是由自轴向延伸部的内表面凸出的径向臂部和凸缘形成的。该配置使得能够将空气提取机构紧凑安装在支撑元件中并因此轴向阻挡空气提取机构。
根据本发明的另一特征，第一翼部抵靠径向臂部的自由端部，和/或，第二翼部抵靠凸缘的环形径向内表面。该设置使得能够在转子盘支持的环形元件上径向阻挡提取机构凸缘。
有利地，支承装置包括环形槽部，该环形槽部具有容置第一延伸部的径向开口。
本发明还涉及一种转子组合件，包括：
-至少一个上游转子盘和下游转子盘，上游转子盘和下游转子盘是邻近且同轴的；
-向心空气提取机构；
-根据上述特征中任一项所述的支承装置，该支承装置支撑轴向位于上游转子盘和下游转子盘之间的空气提取机构，
环形的径向内轴环是由第二延伸部限定的，并且包括容置有支撑元件的横向的第一延伸部的槽部。
根据另一特征，上游转子盘包括凸起部，凸起部用于与支撑部的轴向延伸部配合以使轴向延伸部在离心力的作用下在上游转子盘上轴向固定。在离心力的作用下，轴向延伸部因此紧贴在凸起部上，该凸起部使得支撑元件在上游转子盘上固定，从而改善了提取机构在邻近的两个盘之间的轴向支承以及轴向紧密性。
根据另一特征，下游转子盘包括环形的径向外轴环，径向外轴环是与环形径向内轴环同轴的并且包括开口，空气提取机构径向设置在径向外元件下方。
本发明还涉及一种涡轮机压缩机，包括根据上述特征中任一项所述的转子组合件。
本发明还涉及一种涡轮机，包括根据上述特征中任一项所述的压缩机。
附图说明
通过下文中仅以解释性而非限制性方式给出的本发明实施例的详细解释说明并参照示意性附图，本发明的其他目的、细节、特征和优点将更加清楚。在附图中：
图1示意性示出了本发明的双流涡轮机的示例的轴向截面图；
图2是涡轮机的局部轴向截面视图，该涡轮机中安装有由本发明的支承装置支持的径向向心空气提取机构；
图3示出了径向向心空气提取机构的示例的轴向截面图，该径向向心空气提取机构的支承装置与转子盘配合；
图4示出了径向向心空气提取机构的示例的局部详细轴向截面图，当涡轮机停止且没有离心力作用时该径向向心空气提取机构安装在支承装置的沟槽中；
图5和6是图3的详细轴向截面图；
图7是根据本发明的阻挡环的示例的透视图；以及
图8是根据本发明的楔紧环的示例的透视图。
具体实施方式
图1是绕纵向轴线X设置的涡轮机、特别是根据本发明的双流涡轮机的轴向截面图。当然，本发明并不限于此类涡轮机。
双流涡轮机30通常包括位上游的气体发生器31，气体发生器31上安装有送风器32。在本发明中，并且一般地，术语“上游”和“下游”是相对于气体在涡轮机中的流动限定的。涡轮机30包括位于送风器32上游的进气口。送风器32产生空气流，该空气流分为在初级环形管道33中流动的初级气流或热空气流以及在次级环形管道34中流动的次级气流或冷空气流。初级空气流从上游到下游穿过形成气体发生器31的压缩机35、燃烧室36和涡轮组合件37。次级气流绕气体发生器31流动。压缩机组合件35包括一级或多级压缩机，并且涡轮组合件37包括一级或多级涡轮以借由提取燃烧室36发出的燃烧气体通过驱动轴38驱动该一级或多级压缩机。燃烧气体穿过参与涡轮机的推进中的尾喷管39排出到大气中。
在更详细示出的图2中，压缩机转子35包括一系列的定子叶片40和一系列的活动叶片41，定子叶片40和活动叶片41在涡轮机的初级管道33中轴向交替设置。在初级管道中流动的初级气流穿过叶片40、41。各活动叶片41固定在转子盘42上，转子盘42在初级管道33的下方径向延伸。术语“径向”是针对与纵向轴线X大体上垂直的轴线Y限定的。术语“下方”、“上方”、“下面”和“上面”是针对该径向轴线Y(在图1至5的平面中)限定的。固定叶片固定在形成初级管道的径向外壁的罩体43上。每个转子盘42包括径向延伸的环形轴环48以及其中穿过有诸如涡轮轴之类的至少一个轴38的中心孔45。中心孔45设置在盘的轴套26处，该盘相对于轴环48的壁具有更大的截面。每个转子盘42具有绕轴线X的环形的径向外元件，在此为径向外轴环44，以形成初级管道的径向内壁的一部分。连接到邻近的、在为位于上游的盘上的盘42的径向外轴环44之一包括绕径向轴线的开口46，每个开口46与初级管道连通。开口46通向设置盘42的环形空隙47。图2示出了向心空气提取机构1，该向心空气提取机构径向定向在环形空隙47中，从而提取穿过开口46的空气以冷却用于驱动压缩机的涡轮轴38和/或可能地其他需要冷却的机构。提取机构位于初级管道33的下方并且位于盘42的径向外轴环44的下方。特别地，多个提取机构1绕涡轮机30的轴线圆周设置，并且每个提取机构1朝向开口46。
在以下参照图3的说明中仅需要对空气提取机构1的设置进行说明。当然，该空气提取机构的特征适用于安装在涡轮机中的全部空气提取机构。在图3中，提取机构1由支承装置2支承在环形空隙47中且轴向位于邻近的两个盘、此处为上游盘42a和下游盘42b之间。每个提取机构1沿径向轴线延伸并包括自提取机构1的壁轴向凸出的环形凸缘14。提取机构1包括导气管3，导气管3具有径向相对的进气口4和出气口5。导气管3在其径向内端部处包括绕径向轴线的环形支承件6。空气提取机构包括缓冲管7，缓冲管7设置在导气管3中以吸收涡轮机工作时的离心力和振动的作用。优选地，缓冲管7是由以开口分离的瓣状部组成并且抵靠在导气管3的内壁上。缓冲管7在其径向内端部处还包括绕径向轴线的法兰部8，法兰部8阻挡导气管3的支承件6。导气管3的支承件6和缓冲管7的法兰部8限定了空气提取机构的凸缘14。支承装置2包括绕与纵向轴线X大体上平行的轴线的环形支撑元件9。特别是，支撑元件9包括绕纵向轴线X的形成主体的大体上为圆柱形的壁。该主体支承在彼此邻近且同轴的盘的轴套26的附近。支承装置2包括锁止装置，该锁止装置配置为使支撑元件在盘42的至少一个上至少径向和轴向固定。支撑元件9包括诸如钻孔之类的至少一个圆柱形沟槽10，该沟槽10沿径向轴向Y穿过支撑元件9的主体。特别地，支撑元件9包括设置在主体中的多个沟槽10。形成主体9的壁被穿孔以形成沟槽10。每个沟槽10用于容置沿径向轴线Y的空气提取机构。空气提取机构1容置在各沟槽10中并适当调整以限制或消除沿纵向轴线的自由度。沟槽10的直径大体上等于导气管2的外直径。凸缘14抵靠在支撑元件9的径向内面15上。特别地，径向内面15形成肩部。呈球面的径向内面15的形状优选地与支承件6的径向外表面6a互补。径向内面15和径向外表面6a相接触。二者的互补性使得能够优化二者之间的配合并限制空气提取机构相对于纵向轴线X的自由度。导气管的支承件6和缓冲管的法兰部8部分径向设置在支撑元件9的内部。特别是，导气管的支承件6抵靠在支撑元件9的径向内面15上。
优选地，参照图3和5，锁止装置包括阻挡环11，阻挡环11是的能够将提取机构1支持或紧密安装在沟槽10中，并阻止提取机构1朝向压缩机的内部径向滑动。换言之，阻挡环11使得提取机构1能够相对于支撑元件9径向锁止。阻挡环11还使得能够更好地支持空气提取机构在离心力的作用下在支撑元件9上径向固定。如图7中更加准确所示，阻挡环11具有倒T形的横截面。该倒T形的横截面包括第一翼部17和第二翼部18，以及环形胫部19。环形胫部19沿径向轴线Y延伸。根据涡轮机是否处于工作状态，第一翼部17能够抵靠在支撑元件9的环形臂部13的自由端部的面上。对于第二翼部18，根据涡轮机是否处于工作状态，能够抵靠在凸缘14的环形径向内表面20上；该凸缘14在此为缓冲管7的法兰部8。在安装之后，凸缘14的一部分径向地设置在支撑元件9的主体和阻挡环11之间。臂部13自支撑元件9的轴向延伸部35的内表面21(朝向涡轮机的纵向轴线X)内部径向延伸以作为锁止装置。轴向延伸部35自支撑元件9的主体的第一侧16a延伸。径向臂部13在与第一侧16a所在的平面大体上平行的错位平面内延伸，以使得一旦空气提取机构1组装在沟槽10中，则空气提取机构1、尤其是空气提取机构1的凸缘14与径向臂部13的一部分相隔一段距离。换言之，径向臂部13与空气提取机构1的凸缘14轴向地相隔一段距离。由此在径向臂部13和凸缘14之间形成凹槽12。阻挡环11的一部分设置为使得不存在离心力的作用(转子不转动)时凸缘14被支承为与径向内面15相隔很小的距离或者相接触。在离心力的作用下，凸缘14紧贴在径向内表面15上。阻挡环11的环形胫部19设置在凹槽12中，特别是在臂部13的径向内面13a和边缘23之间。臂部13的径向内面13a朝向提取机构1的凸缘14。边缘23是由法兰部8的多个外表面以及支承件6形成的。凸缘14的边缘23包括过渡部23a，过渡部23a与阻挡环的胫部19配合以限制提取机构相对于支撑元件9绕径向轴线Y的旋转自由度。有利地，但非限制性地，阻挡环11具有开口以便于安装。换言之，阻挡环11是具有开口的开环，开口使环11的两个自由端部分开。阻挡环11是由金属材料制成的。该金属材料或金属材料合金的一个例子是英科耐尔
参见图3至6，支撑元件9包括沿轴向延伸的横向的第一延伸部22。第一延伸部自环形的第二侧16b凸出。第二侧16b与第一侧16a是轴向相对的。横向的第一延伸部22与轴向延伸部35是轴向相对的。在本示例中，横向的第一延伸部22在相对于轴向延伸部35的平面大体上径向错位的平面内延伸。第一延伸部22的平面在轴向延伸部35的平面的上方径向延伸。在本实施例中，该第一延伸部22被容置和容纳在下游盘42b的具有横向开口的环形槽部24中。优选地，但非限制性地，第一延伸部被容纳在槽部24中并具有游隙，以允许第一延伸部膨胀，如图4中所示。更准确地，槽部24是由加强筋25形成的，加强筋25从盘42(此处为下游盘42b)的横向面开始轴向延伸，并且在横向的第二延伸部(此处为下游盘42b对的环形径向内轴环27)的下方径向延伸。径向内轴环27与径向外轴环44是同轴的。当空气提取机构安装在沟槽10之一中时，径向内轴环27朝向空气提取机构。第一延伸部22安装在与径向内轴环27(不转动转子)相距较小距离处。更准确地，如前文所述并如图4中所示，在第一延伸部和第二延伸部27之间设置径向游隙JR。第二侧16b具有锥形台形表面28。锥形台形表面28相对于径向轴线Y倾斜一预定角度。预定角度α介于35°和50°之间。
支承装置2还包括轴向设置在下游转子盘42b的一部分和支撑元件9之间的楔紧环29。特别是，楔紧环29轴向安装在加强筋25和支撑元件之间。该楔紧环29配置为使得当涡轮机工作时在离心力的作用下第一延伸部22在轴环27上固定。为此，楔紧环29具有大体上为圆锥台形的截面。楔紧环29的至少两个表面与支撑元件9和盘42的对应表面配合。更准确地，如图8中所示，楔紧环29更准确地具有上游的第一圆锥台形表面30，第一圆锥台形表面30与对应的第二表面相接触，第二表面在此是由第二侧16b的第二圆锥台形表面28限定的。楔紧环29包括第三圆锥台形表面31，第三圆锥台形表面31与盘42的对应第四表面32相接触。该第四表面32是由下游盘42b的加强筋25的凸边支持的。圆锥台形的第三和第四表面彼此正对设置。楔紧环29设置在其圆锥台形表面30、31之间。楔紧环的圆锥台形表面30、31使得还能够调整楔紧环在盘和支撑元件9之间的位置。有利地，楔紧环29具有开口，以便于安装。换言之，楔紧环29是具有开口的开环，该开口使楔紧环29的两个自由端部分开。优选地，但非限制性地，楔紧环是由金属材料制成的。该金属材料或金属材料合金的一个例子是英科耐尔
从图3和5中能够看出，轴向延伸部35是针对上游盘42a设置的。特别是，上游盘42a包括自上游盘42b的内面轴向延伸的凸起部33。当空气提取机构安装正在支撑元件9的沟槽之一中时，凸起部朝向空气提取机构。凸起部33位于上游盘42b的轴套26附近。轴向延伸部35正对该凸起部33。凸起部33具有大体上为三角形的截面。特别地，凸起部33沿与径向轴线Y垂直的径向方向上厚度增大。
如图4中所示，在安装时，第一延伸部22静止且与第二延伸部27轴向地部分重叠。尤其是，支撑元件9以距离下游盘42b至少一径向游隙JR的方式安装。第一延伸部22安装在与第二延伸部27相距较小距离处。同样地，在支撑元件9和上游盘42a之间设置轴向游隙JA。轴向延伸部35的自由端部在轴向上与上游盘42a的凸起部33相距一距离。
当涡轮机工作时，离心力的作用从支撑环29的第一和第三圆锥台形表面30、31传递，以使得支撑环29使第一延伸部22在槽部24中固定，并且尤其在离心力的作用下径向抵靠径向内轴环27。同时，支撑元件9的轴向延伸部35紧贴在凸起部33的最厚部分，以使得支撑元件9在上游盘42a上轴向固定。支撑元件9和转子盘42a、42b之间的径向游隙JR和轴向游隙JA减小甚至消除。此设置由此在涡轮机工作时具有轴向和径向紧密性，以及轴向和径向的良好支承。
