裝配燃氣輪機發動機的方法和裝置的製作方法
2023-10-24 01:21:37 1
專利名稱：裝配燃氣輪機發動機的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種燃氣輪機發動機，尤其涉及一種操作燃氣輪機發動機的方法和裝置。
背景技術：
至少一些公知的燃氣輪機發動機包括串聯的流體設備、風扇組件、低壓壓縮機、高壓壓縮機、燃燒器、高壓渦輪機、和低壓渦輪機。有時高壓壓縮機、燃燒器、和高壓渦輪機合起來稱做核心發動機。公知的風扇組件包括多個從轉子或輪盤成徑向向外延伸的沿圓周方向間隔開的風扇葉片。每個風扇葉片包括翼型部分和整體的燕尾形根部部分。該燕尾形部分容納於轉子內互補成形的燕尾槽內。
一些公知的風扇組件可能容易被吸入風扇內的外來物體損壞，這些外來物體例如是鳥類或者冰雹。特別地，當外來物體碰撞到風扇葉片時，該風扇葉片或風扇葉片的一部分可能從轉子輪盤上脫落，這樣可能會損壞相鄰的風扇葉片或其它發動機部件，如果在風扇殼體內沒有包括葉片，還可能對飛行器本身造成損壞。
為了減少當外來物體被吸入風扇內時葉片材料損失的程度，當給葉片施加足夠大的力時，一些公知的風扇組件允許燕尾槽內的葉片進行受到限制地轉動。這種受到限制的葉片轉動對於防止葉片受損是有益的。在其它公知風扇組件中，在相鄰風扇葉片之間延伸的風扇平臺由鄰近風扇葉片的區域形成，這些風扇葉片是易脆的，從而可以在衝撞發生的情況下保持葉片的旋轉能力。另外，至少在一些公知設備中，風扇平臺可以由輕質複合材料製成。儘管同金屬材料相比這種輕質複合材料可以提供更好的重量和疲勞優點，但是這種輕質複合材料通常比金屬材料更脆弱，因此更易於受到外來物體衝撞造成的損害，尤其是在平臺的易脆區域或附近更是如此。
發明內容
一方面，本發明提供了一種裝配燃氣輪機發動機風扇平臺的方法。該方法包括確定平臺上易受衝撞損害的易脆區域，形成與平臺易脆區域形狀一致的包覆金屬，將該包覆金屬粘合到易脆區域上。
另一方面，本發明提供了一種燃氣輪機發動機的風扇平臺。該平臺包括臺體部分和連接到臺體部分的氣流路徑表面。臺體部分和氣流路徑表面限定出穿過發動機延伸的氣流路徑的至少一部分。防衝擊隔板可增強氣流路徑表面。防衝擊隔板包括金屬包覆層，該金屬包覆層的輪廓與氣流路徑表面的輪廓基本一致。該包覆金屬粘合到氣流路徑表面上。
另一方面，本發明提供了一種燃氣輪機發動機。該燃氣輪機發動機包括風扇和風扇平臺，該風扇具有多個沿周向間隔的風扇葉片，該風扇平臺在一對沿周向相鄰的風扇葉片之間延伸，在兩者之間限定出風扇氣流路徑。該平臺包括氣流路徑表面。氣流路徑表面的一部分包括粘合到其上的一層包覆金屬。該包覆金屬具有基本上與氣流路徑表面形狀相一致的輪廓。
圖1是示例性的燃氣輪機發動機的示意圖；圖2是圖1所示燃氣輪機發動機所包括的風扇組件放大的示意圖；圖3是圖2所示風扇組件所包括的風扇平臺和被截斷的風扇葉片的透視圖；以及圖4是圖3所示風扇平臺從風扇葉片分離開的透視圖。
具體實施例方式
圖1是示例性的燃氣輪機發動機10的示意圖。燃氣輪機發動機10包括風扇組件12，低壓壓縮機14，高壓壓縮機16和燃燒器組件18。燃氣輪機發動機10還包括以串聯且軸流的關係布置的高壓渦輪機20和低壓渦輪機22。風扇12、壓縮機14和渦輪機22由第一軸24連接，壓縮機16和渦輪機20由第二軸26連接。在一種實施方式中，渦輪機10是GE90渦輪機，可以從位於美國俄亥俄州辛辛那提市的通用電氣公司購得該渦輪機。
在工作中，空氣從位於該發動機10的上遊側28流過風扇組件12和低壓壓縮機14。在該實施例中，風扇12流出的一部分氣流被輸送給低壓壓縮機14，同時對於渦輪機10和飛行器(未示出)的各種應用，風扇12流出的氣流的剩餘部分可以旁路通過壓縮機14。壓縮空氣從低壓壓縮機14提供給高壓壓縮機16。然後壓縮空氣被輸送給燃燒器組件18，在燃燒器組件18內與燃料混合併被點燃。燃燒氣體從燃燒器18中引導出來以驅動渦輪機20和22。
圖2是風扇組件12放大的示意圖。風扇組件12包括多個沿轉子輪盤32周向間隔的風扇葉片30。轉子輪盤32具有軸向間隔開的上遊側34和下遊側36，它們被徑向外表面38隔離開。轉子輪盤32連接到第一軸24上。錐形機頭罩40連接到轉子輪盤上遊側34，從而形成氣流42進入風扇組件12的空氣動力學氣流路徑的大致邊界。低壓壓縮機14處於風扇組件12的下遊，低壓壓縮機14包括連接到轉子輪盤32下遊側36的捲軸46。
風扇組件12還包括多個不連續的風扇平臺50，每個風扇平臺50位於相鄰的風扇葉片30之間。風扇平臺50基本上延伸覆蓋徑向外表面38，每個平臺50包括臺體52和從錐形機頭罩40基本上延伸到捲軸46的徑向外部氣流路徑表面54。氣流路徑表面54用於確定相鄰風扇葉片30之間從錐形機頭罩40到低壓壓縮機14的氣流的空氣動力學氣流路徑表面。
圖3是風扇平臺50的透視圖，風扇平臺50連接到風扇組件12內並與風扇葉片30鄰接，為了簡明該風扇葉片被截斷。圖4所示是從風扇組件12中移走的風扇平臺50。平臺50具有上遊端56和下遊端58。易脆的側邊緣60與風扇葉片30鄰接，在外來物體碰撞風扇葉片30的情況下，該側邊緣60是可能被壓扁，從而使得風扇葉片30繼續轉動而不會產生對風扇葉片30的損壞。
平臺50由輕質複合材料製成。在一個實施例中，平臺50由碳纖維製成，該碳纖維由樹脂傳遞模製工藝獲得。一般來說，複合材料具有理想的疲勞特性，但是這種材料可能是易脆的並且缺乏耐衝擊、耐腐蝕性。因此，為了提高平臺50的衝擊阻力和耐衝擊性，氣流路徑表面54的至少一部分包覆有金屬，從而形成至少部分穿過氣流路徑表面54而延伸的防衝擊隔板或防冰雹板70。更具體地說，在這個實施例中，防冰雹板70鄰接易脆邊緣60而形成，這樣可以在不明顯影響壓碎易脆邊緣60所需負荷的同時，可以提高耐衝擊性。
防冰雹板70的大小和位置可根據風扇旋轉方向和進入的冰雹或其它外來物體的估算軌跡來選擇，風扇旋轉方向如箭頭A所示，進入的冰雹或其它外來物體的估算軌跡如箭頭B所示，這將在後面進行詳細描述。例如，風扇葉片30的旋轉連同進入的冰雹或其它外來物體的大概軌跡一起，使得氣流路徑表面54的至少一些區域受到衝撞的危險減少。這些考慮用於限制防冰雹板70的大小，這樣防冰雹板70可以連接到最易損的區域，例如沿平臺50的上遊部分72，如圖3所示防冰雹板70的位置。
在該實施例中，防冰雹板70與易脆邊緣60鄰接，並且對上遊端56和下遊端58兩者來說，更接近上遊端56，這樣更容易受到外來物體衝撞而損壞的氣流路徑表面54的區域基本被防冰雹板70蓋住。因此，防冰雹板70給氣流路徑表面54提供了耐衝撞性，而不會明顯影響邊緣60的易脆性。
防冰雹板70是金屬包覆層，該金屬包覆層形成的輪廓基本上與氣流路徑表面54的輪廓的至少一部分相吻合。在該實施例中，防冰雹板70由鋁製成。但是可以理解的是，防冰雹板70也可以由其它材料製成。防冰雹板70的厚度是可選擇的，從而可以提供理想的抗衝撞和抗腐蝕能力。例如，當防冰雹板70由鋁製成時，防冰雹板70的厚度範圍在大約0.010到0.030英寸之間，其中0.020英寸的厚度被認為是提供了重量、材料強度和材料成本之間的最佳平衡。
如上所述，風扇旋轉速度和可能的外來物體軌跡被認為是確定了沿氣流路徑表面54的易損區域。防冰雹板70的尺寸使其延伸覆蓋該易損區域。在該實施例中，一旦確定了氣流路徑表面54上防冰雹板70的位置，一塊退火鋁被冷壓成型為具有被蓋住的氣流和後部表面54區域的輪廓。成型後，對這塊金屬防冰雹板70進行熱處理和時效處理，從而可以提高材料強度。接下來，對防冰雹板70進行表面侵蝕處理，從而為粘合到平臺50上做好準備，給防冰雹板70施加陽極處理層從而使防冰雹板70與平臺50絕緣。將防冰雹板70與平臺50絕緣可以防止平臺50內碳纖維和防冰雹板70的鋁之間的電化腐蝕作用，該電化腐蝕作用可以導致鋁材料的侵蝕。
然後，使用防冰雹板70和平臺50之間支承的薄膜粘合劑把受過陽極化處理的防冰雹板70粘合到平臺50上，該薄膜粘合劑包括玻璃纖維網或紗罩層。紗罩層也可以將防冰雹板70的鋁與平臺50的碳纖維絕緣。另外，粘合劑中的紗罩層也可以保持一個期望的薄膜粘合劑厚度，從而將防冰雹板70固定到平臺50上。在一個實施例中，薄膜粘合劑厚度在大約3到5密耳(毫英寸)。
因此，本發明提供的防冰雹板，可以以節省成本和可靠的方式給脆弱的風扇平臺提供抗衝撞性。另外，在沒有明顯增加重量和減小平臺邊緣易脆性的同時，該防冰雹板可以提高耐衝撞性和抗侵蝕性。通過考慮風扇旋轉和可能的外來物體軌跡，易損區域可用於確定防冰雹板的大小和防冰雹板的有利位置。因此，防冰雹板可以以節省成本和可靠的方式延長風扇組件的有效使用壽命。
前面已經詳細描述了風扇平臺和防冰雹板的實施例。防冰雹板並不限於具體實施例中所描述的那樣，防冰雹板的每個方面可以像描述的那樣獨立使用和不與其它方面一起使用。每個方面也可以與其它風扇平臺組件一起使用。如上所述的實施例在沒有明顯影響風扇平臺邊緣易脆性和明顯增加重量的前提下，給複合的風扇平臺提供了耐衝撞性。
儘管以各種具體實施例的方式描述了本發明，本領域技術人員可以認識到，可以在權利要求的精神實質和範圍內對本發明進行各種改進。
部件列表10燃氣輪機發動機12風扇組件14低壓壓縮機16高壓壓縮機18燃燒器20高壓渦輪22低壓渦輪機24第一軸26第二軸30風扇葉片32轉子輪盤34轉子輪盤上遊側36轉子輪盤下遊側38轉子輪盤徑向外表面40錐形機頭罩46 LP壓縮機捲軸50風扇平臺52風扇平臺臺體54氣流路徑表面56風扇平臺上遊端58風扇平臺下遊端60風扇平臺易脆邊緣70防冰雹板72風扇平臺上遊部分
權利要求
1.一種燃氣輪機發動機(10)的風扇平臺(50)，該平臺包括臺體部分(52)；連接到所述臺體部分上的氣流路徑表面(54)，所述臺體部分和所述氣流路徑表面限定出延伸穿過該燃氣輪機發動機的氣流路徑的至少一部分；和防衝擊隔板(70)，其用於增強所述氣流路徑表面，所述防衝擊隔板包括金屬包覆層，該金屬包覆層的輪廓與所述氣流路徑表面的一部分(72)的輪廓基本一致，所述防衝擊隔板接合到所述氣流路徑表面上。
2.如權利要求1所述的風扇平臺(50)，其特徵在於，所述臺體(52)和所述氣流路徑表面(54)由複合材料製成。
3.如權利要求2所述的風扇平臺(50)，其特徵在於，所述臺體(52)和所述氣流路徑表面(54)由包括碳纖維的複合材料製成。
4.如權利要求1所述的風扇平臺(50)，其特徵在於，所述包覆金屬包括鋁。
5.如權利要求4所述的風扇平臺(50)，其特徵在於，所述包覆金屬具有大約千分之二十英寸的厚度。
6.如權利要求1所述的風扇平臺(50)，其特徵在於，所述包覆金屬包括陽極處理層。
7.如權利要求1所述的風扇平臺(50)，其特徵在於，所述包覆金屬被侵蝕處理。
8.如權利要求1所述的風扇平臺(50)，其特徵在於，利用粘合劑將所述包覆金屬粘合到所述氣流路徑表面(54)上。
9.一種燃氣輪機發動機，其包括風扇(12)，該風扇包括多個沿周向間隔的風扇葉片(30)；和風扇平臺(50)，該風扇平臺(50)在一對沿周向相鄰的風扇葉片之間延伸，在兩者之間限定出風扇氣流路徑，所述平臺包括氣流路徑表面(54)，所述氣流路徑表面的一部分包括粘合到其上的一層包覆金屬，所述包覆金屬具有基本上與所述氣流路徑表面輪廓相一致的輪廓。
10.如權利要求9所述的燃氣輪機發動機(10)，其特徵在於，所述風扇平臺(50)由複合材料製成，所述包覆金屬包括鋁。
全文摘要
一種燃氣輪機發動機(10)的風扇平臺(50)，該平臺包括臺體部分(52)；和連接到所述臺體部分上的氣流路徑表面(54)。臺體部分和氣流路徑表面限定出延伸穿過該燃氣輪機發動機的氣流路徑的至少一部分。防衝擊隔板(70)增強所述氣流路徑表面，所述防衝擊隔板包括金屬包覆層，該金屬包覆層的輪廓與所述氣流路徑表面的一部分(72)的輪廓基本一致。該包覆金屬粘合到該氣流路徑表面上。
文檔編號F04D19/00GK1651746SQ20051005185
公開日2005年8月10日 申請日期2005年1月21日 優先權日2004年1月21日
發明者G·A·波萊伊, B·P·奧維貝克 申請人:通用電氣公司