支承可變旁通閥系統的方法和裝置的製作方法
2023-05-18 11:07:46
專利名稱：支承可變旁通閥系統的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本申請總的涉及燃氣渦輪發動機，尤其涉及用於燃氣渦輪發動機中的可變旁通閥系統。
背景技術：
至少一些已知的燃氣渦輪發動機包括在核心發動機上遊的一個風扇。該核心發動機包括成串聯流動關係的一個低壓壓縮機或一個增壓器，和一個高壓壓縮機。該低壓壓縮機和高壓壓縮機壓縮通過風扇進入燃燒室的氣流，該氣流流過增壓器的輸入部分和排出部分，然後再流過高壓壓縮機的輸入部分和排出部分。將該增壓器設計成在超過專用設計的節流閥調整時，便於對高壓壓縮機提供優化氣流。在節流閥偏離設計調整情況下，增壓器可供給比高壓壓縮機能夠流出的空氣更多，這可以造成發動機中的氣流不穩定。
為了便於緩解不穩定氣流的影響，至少一些已知的燃氣渦輪發動機包含可變的放氣閥(VBV)系統。該系統在不穩定氣流的條件下，轉動旁通門，使它打開，讓增壓器的氣流排出和繞過高壓壓縮機。放氣門和閥可保護增壓器和高壓壓縮機，免受可能的空氣動力學失速。至少一些已知的VBV系統包括一個調和圓環(unison ring)，該圓環由從增壓器框架結構伸出的專用圓環支承支承著。該結構支承可防止調和圓環在施加工作負載作用過程中產生過度的變形。調和圓環的過大變形可以在VBV系統中產生大的應力，這些應力隨著時間的推移，可導致VBV系統過早的損壞。
該調和圓環與二個作動器雙臂曲柄和10個門雙臂曲柄連接。液壓作動器的作用造成作動器雙臂曲柄的轉動，使該圓環轉動，從而接著使門轉動。雙臂曲柄通過掛鈎和球形支承附件與門連接。在該圓環與雙臂曲柄連接中，圓環套筒在各雙臂曲柄和調和圓環之間延伸，且相對於雙臂曲柄配置成在各圓環套筒和各雙臂曲柄之間界定一預先確定的間隙。
裝配包括專用的圓環支承的一個已知的VBV系統可能是一個費時和冗長的過程，因為圓環內徑和專用支承之間的間隙寬度很小。因為支承必需插入調和圓環的內徑內面，因此當間隙較小時，裝配包括專用支承的增壓器就更困難。然而，如果間隙太大，則不能很好地支承圓環，以減少系統應力。另外在至少一些已知的系統中，雙臂曲柄與套筒的間隙寬度被預定得足夠大，以利於減少在工作過程中圓環套筒和各雙臂曲柄的接觸。然而，加寬間隙使VBV系統的總尺寸增大，VBV系統的成本和重量增加。
當間隙寬度最優時，裝配VBV系統也可能是個費時和冗長的過程。特別是，至少在一些已知的系統中，間隙寬度被預定得足夠大，以減少在工作過程中圓環套筒和各雙臂曲柄之間的接觸。然而，加寬間隙使VBV系統的總的尺寸增大，VBV系統的成本和重量增加。另一方面，雖然減少間隙寬度可提高專用結構支承的有效性，減小寬度使VBV系統的裝配更困難，並還會增加雙臂曲柄與圓環套筒之間不希望的接觸機會。
發明概述本發明的一個方面提供了一種裝配燃氣渦輪發動機的可變旁通閥系統的方法。該方法包括將一調和圓環沿圓周配置在燃氣渦輪發動機內，使該調和圓環處在結構框架的徑向外部；將至少一個雙臂曲柄與調和圓環連接，使調和圓環徑向只由所述至少一個雙臂曲柄支承；和將至少一個雙臂曲柄與和結構框架連接的雙臂曲柄支承連接。
本發明的另一個方面提供了一種燃氣渦輪發動機的可變旁通閥(VBV)系統。VBV系統包括在燃氣渦輪發動機內，在圓周方向隔開一定距離的多個雙臂曲柄；和與該多個雙臂曲柄連接，用於控制多個雙臂曲柄位置的一個環形調和圓環。該調和圓環徑向只由多個雙臂曲柄支承。
本發明的再一個方面提供了一種燃氣渦輪發動機。該燃氣渦輪發動機包括一個結構框架，和用於有選擇地控制通過發動機的至少一部分的氣流的一個可變旁通閥(VBV)系統。該結構框架在燃氣渦輪發動機內在圓周方向延伸。該可變的旁通閥(VBV)系統包括與該結構框架轉動連接的至少一個雙臂曲柄，和與雙臂曲柄連接，使該一圓環經向只由雙臂曲柄支承的一個環形調和圓環。該調和圓環用於有選擇地控制所述雙臂曲柄工作的位置。
附圖的簡要說明
圖1為燃氣渦輪發動機的示意圖；圖2為可以在圖1所示的發動機中使用的可變旁通閥系統的部分視圖；圖3為圖2所示可變旁通閥系統的一部分的放大的橫截面圖。
發明詳述圖1為燃氣渦輪發動機10的示意圖，它包括低壓壓縮機12，高壓壓縮機14和燃燒室16。發動機10還包括高壓渦輪18和低壓渦輪20。壓縮機12和渦輪20由第一根轉子軸24連接，而壓縮機14和渦輪18由第二根轉子軸26連接。在一個實施例中，發動機10為OhioCincinnati的General Electric Aircraft Engines公司，銷售的GE 90發動機。在另一個實施例中，燃氣渦輪發動機10為GrneralElectric Aircraft Engines公司銷售的CF6發動機。
工作時，空氣通過低壓壓縮機12流動，並且壓縮的空氣從低壓壓縮機12送至高壓壓縮機14。然後，壓縮的空氣輸送至燃燒室16，從燃燒室16出來的氣流驅動渦輪18和20。
圖2為可以與發動機10一起使用的可變的旁通閥(VBV)系統50的部分視圖。圖3為可變的旁通閥(VBV)系統50的一部分的放大的橫截面圖。VBV系統50包括一個調和圓環52，多個雙臂曲柄54，多個雙臂曲柄支承56和多個旁通門60。更具體地說，在示例性實施例中，系統50包括12個在發動機10內，沿圓周方向彼此隔開的雙臂曲柄54。每一個雙臂曲柄54包括一個上遊端70，一個下遊端72和在它們之間延伸的一個本體74。末端70和72之間具有固有的徑向剛度。雙臂曲柄54配置成使其本體74基本上與發動機10的對稱的中心軸線(沒有示出)平行。
每一個雙臂曲柄的上遊端70包括在雙臂曲柄54的徑向外側82和徑向內側84之間延伸的一個軸承座圈80。軸承座圈80包含一個軸承件85，其內徑86的大小可以容納一個緊固件88。在示例性實施例中，緊固件88上作有螺紋。每一個雙臂曲柄的下遊端72與每一個相應的雙臂曲柄支承56連接，該雙臂曲柄支承與發動機風扇框架90固定連接，並通過作動器掛鈎91，與至少一個作動器89轉動連接。門掛鈎92連接在雙臂曲柄54和每一個相應的旁通門60之間，使雙臂曲柄54的動作造成旁通門60接著的轉動。
發動機風扇框架90，在發動機10內圍繞在低壓壓縮機12和高壓壓縮機14(如圖1所示)之間延伸的一條流動通道100沿圓周方向延伸。旁通門60在空轉，低功率工作和瞬態負載條件過程中，有選擇地工作，以調節進入高壓壓縮機14中的氣流。更具體地說，在如圖2所示的關閉位置，旁通門60與風扇框架90密封接觸，可防止空氣繞過高壓壓縮機14。
雙臂曲柄54從每一個雙臂曲柄支承56向上伸出，與調和的圓環52連接。調和圓環52為環形，並包括一個徑向外部分110和一個徑向內部分112。在示例性實施例中，部分110和112基本上相同，並基本上平行。每一個部分110和112包括多個分別穿過它們的開口114和116。部分110和112的位置使每一組開口114和116基本上是同心地對準的。調和圓環的徑向外部分110和徑向內部分112彼此隔開一個距離120，該距離比雙臂曲柄上遊端70的厚度t1寬。
多個圓環套筒130插入上述每一個部分的開口114和116中。更具體地說，每一個圓環套筒130包括一個基本上為圓柱形的部分132，和從該部分132沿徑向向外伸出的一個環形唇部134。因此，唇部134的外徑D1和D5比圓柱形部分132的外徑D2和D6大。另外，唇部外徑D1和D5比調和圓環的每一個開口114和116的相應直徑D3和D4大，而圓柱形部分的直徑D2和D6比調和圓環的開口的直徑D5和D4稍大。因此，每一個圓環套筒的圓柱形部分132至少是部分地安置在調和圓環的每一個開口114和116內，使每一個套筒的環形唇部134與調和圓環每一個開口110和112的外表面140接觸。每一個圓環套筒130還包括一個穿過它的開口142。開口142的尺寸被作成可容納緊固件88。
雙臂曲柄軸承150插入在每一個雙臂曲柄上遊端的軸承座圈80內。在示例性實施例中，軸承150為球軸承，並具有較大的軸向承載能力。球軸承150的高度h1比雙臂曲柄上遊端的厚度t1大，因此，軸承150從雙臂曲柄的每一個側面82和84向外伸出一個距離154，至相應的軸承的徑向外接觸表面156和軸承的徑向內接觸表面158。
在每一個圓環套筒130和每一個相應的軸承接觸表面156和158之間形成間隙160。間隙160可容納在裝配過程中的零件公差的積累，並可允許雙臂曲柄軸承150有一個正常的徑向運動量。
在發動機工作過程中，VBV系統50起動，可使氣流排出和繞過高壓壓縮機14。特別是，旁通門60的有選擇工作可防止在發動機10內產生空氣動力學失速。更具體地說，當調和圓環52被驅動時，雙臂曲柄54轉動，根據調和圓環52的驅動方向不同，可使旁通門60從開放位置轉動至關閉位置，或相反。另外，當圓環52驅動時，雙臂曲柄的球面軸承的徑向的外接觸表面156或軸承的徑向內接觸表面158，與相應的圓環套筒130接觸，不需要另外的專用的結構支承，而可對調和圓環52進行徑向支承。更具體地說，根據施加在VBV系統50和雙臂曲柄的球軸承150上的負載的不同，可以減小間隙160，使軸軸承150可與圓環套筒130「接觸到底」，並對調和圓環52進行附加的徑向支承。
結果，如本技術領域內已知那樣，經過VBV系統的負載通道170，從直接傳入增壓器法蘭改變成經雙臂曲柄54和雙臂曲柄支承56傳入風扇框架90。另外，因為圓環52徑向由從調和圓環52的圓周向下伸出的12個雙臂曲柄54支承，因此與其他已知的VBV系統比較，通過VBV系統50，傳送至圓環52的負荷分布更均勻，這樣，通過系統50的應力較小。
在裝配VBV系統50的過程中，因為不存在專用的支承與調和圓環52產生幹涉，又因為在安裝調和圓環52後，安裝在發動機10內的零件。不需要圍繞著專用支承找準方向，因此可以減少發動機10的裝配時間，勞動強度也較小。另外，因為不需要專用的支承，因此可減小VBV系統50的裝配成本和發動機的總重量。
上述燃氣渦輪發動機的可變的旁通閥系統成本較低且可靠。可變的旁通閥系統包括一個調和圓環，該調和圓環徑向只由雙臂曲柄支承。因此，可變的旁通閥系統不包括任何專用的調和圓環支承，這樣，可減少發動機的裝配成本和發動機的總重量。另外，因為可變的旁通閥系統包括12個雙臂曲柄，該系統徑向由雙臂曲柄支承，使在工作過程中，從調和圓環傳出的負載，通過調和圓環均勻地分布。結果，可變的旁通閥系統可延長發動機的有效壽命，價格低廉和可靠。
以上，詳細說明了可變旁通閥系統的示例性實施例。該系統不是僅限於本文所述的具體例子，而是每次裝配的部件可與本文所述的其它部件獨立地和單獨地使用。每一個可變的旁通閥零件還可與其他可變旁通閥零件結合來使用。
雖然本發明利用各種具體實施例來說明本發明，但技術熟練的人知道、可以在權利要求書的精神和範圍內，對本發明改進。
權利要求
1.一種裝配燃氣渦輪發動機可變旁通閥系統(50)的方法，所述方法包括在該燃氣渦輪發動機(10)內安置一徑向延伸的調和圓環(52)，使該調和圓環處在結構框架(90)徑向外部；將至少一個雙臂曲柄(54)與該調和圓環連接，使該調和圓環徑向只由所述至少一個雙臂曲柄支承；和將至少一個雙臂曲柄與跟該結構框架連接的雙臂曲柄支承(56)連接。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵為，將至少一個雙臂曲柄(54)與調和圓環(52)連接的步驟還包括將球面軸承(156)與所述至少一個雙臂曲柄的末端(70)連接；和通過該球軸承，使該調和圓環與該至少一個雙臂曲柄連接。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵為，將至少一個雙臂曲柄(54)與調和圓環(52)連接的步驟還包括，使至少一個套筒(130)與調和圓環連接，使該套筒在該調和圓環和該至少一個雙臂曲柄之間延伸。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵為，將至少一個雙臂曲柄(54)與調和圓環(52)連接的步驟還包括，利用一個螺紋緊固件(88)使該調和圓環與該雙臂曲柄連接，該緊固件穿過該調和圓環的開口(114)，並穿過該至少一個雙臂曲柄的開口。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵為，將至少一個雙臂曲柄(54)與調和圓環(52)連接的步驟還包括，使至少12個雙臂曲柄與該調和圓環連接，使這些雙臂曲柄在圍繞結構框架(90)的圓周方向間隔開。
6.一種燃氣渦輪發動機(10)的可變旁通閥(VBV)系統(50)，所述VBV系統包括在燃氣渦輪發動機內，沿圓周方向間隔的多個雙臂曲柄(54)；和與所述多個雙臂曲柄連接，用於控制所述多個雙臂曲柄作動的一個環形調和圓環(52)，所述調和圓環徑向只由所述多個雙臂曲柄支承。
7.如權利要求6所述的VBV系統(50)，其特徵為，每一個所述的雙臂曲柄(54)包括一個上遊端(70)和一個下遊端(72)，所述調和圓環(52)與每一個所述的雙臂曲柄上遊端連接，用以驅動所述多個雙臂曲柄。
8.如權利要求7所述的VBV系統(50)，其特徵為，每一個所述調和圓環(52)利用一螺紋緊固件(88)，與每一個所述的雙臂曲柄上遊端(70)連接。
9.如權利要求7所述的VBV系統(50)，其特徵為，每一個所述的雙臂曲柄上遊端(70)包括穿過其間的一個軸承座圈(80)，所述VBV系統還包括被插在每一個所述雙臂曲柄上遊端軸承座圈內的球面軸承(156)。
10.如權利要求6所述的VBV系統(50)，其特徵在於它還包括在所述雙臂曲柄(54)和所述調和圓環(52)之間延伸的至少一個套筒(130)。
11.如權利要求10所述的VBV系統(50)，其特徵為，所述雙臂曲柄(54)被構形成在工作過程中，與所述至少一個套筒(130)接觸。
12.如權利要求6所述的VBV系統(50)，其特徵為，所述多個雙臂曲柄(54)包括在燃氣渦輪發動機(10)內沿圓周方向隔開的12個雙臂曲柄。
13.如權利要求6所述的VBV系統(50)，其特徵為，所述調和圓環(52)被構形成使一條誘發的負載通道(170)穿過所述多個雙臂曲柄(54)。
14.一種燃氣渦輪發動機(10)，它包括在所述燃氣渦輪發動機內沿圓周方向延伸的一個結構框架(90)；和用於有選擇地控制流過所述燃氣渦輪發動機的至少一部分的氣流的可變旁通閥(VBV)系統(50)，所述VBV系統包括至少一個與所述結構框架可轉動地連接地雙臂曲柄(54)，和一個與所述至少一個雙臂曲柄連接的環形調和圓環(52)，使所述調和圓環沿徑向只由所述至少一個雙臂曲柄支承，所述調和圓環可選擇地控制所述至少一個雙臂曲柄的作動。
15.如權利要求14所述的燃氣渦輪發動機(10)，其特徵為，所述VBV系統調和圓環(52)被構形成使一誘發的負載通道(170)經所述至少一個雙臂曲柄(54)，通到所述結構框架(90)。
16.如權利要求15所述的燃氣渦輪發動機(10)，其特徵為，所述VBV系統調和圓環(52)利用一個螺紋緊固件(88)與所述至少一個雙臂曲柄(54)的一個末端連接。
17.如權利要求15所述的燃氣渦輪發動機(10)，其特徵為，所述VBV系統(50)還包括一個球軸承(156)，所述調和圓環(52)經所述球軸承，與所述至少一個雙臂曲柄(54)的一個末端(70)連接。
18.如權利要求15所述的燃氣渦輪發動機(10)，其特徵為，所述VBV系統(50)還包括在所述調和圓環(52)和所述至少一個雙臂曲柄(54)之間延伸的至少一個套筒(130)。
19.如權利要求18所述的燃氣渦輪發動機(10)，其特徵為，所述VBV系統(50)的至少一個雙臂曲柄(54)被構形成在工作過程中與所述至少一個套筒(130)接觸。
20.如權利要求15所述的燃氣渦輪發動機(10)，其特徵為，所述至少一個雙臂曲柄(54)還包括至少12個沿圍繞所述結構框架(90)的圓周方向隔開的雙臂曲柄。
全文摘要
一種裝配燃氣渦輪發動機可變旁通閥系統(50)的方法。該方法包括在燃氣渦輪發動機(10)內安置一徑向延伸的調和圓環(52)，使該調和圓環處在結構框架(90)徑向外部；將至少一個雙臂曲柄(54)與調和圓環連接，使調和圓環徑向只由所述至少一個雙臂曲柄支承；和將至少一個雙臂曲柄與跟該結構框架連接的雙臂曲柄支承(56)連接。
文檔編號F02K3/075GK1492129SQ03158810
公開日2004年4月28日 申請日期2003年9月12日 優先權日2002年9月13日
發明者K·A·巴徹爾德, K A 巴徹爾德, D·J·威爾蒂, 威爾蒂 申請人:通用電氣公司