專利名稱：具有懸垂轉子葉片結構的對轉渦輪的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及渦輪發動機技術領域，是一種對轉渦輪，更具體的說，是一種具有
懸垂轉子葉片結構的對轉渦輪。
背景技術：
經過半個多世紀的發展，航空發動機的常規技術已經相當成熟，通過常規方式改 進部件來提高發動機的性能越來越困難，進一步提高發動機的性能必須要有新的思路。對 轉發動機是目前發展前景較好且實際應用條件較成熟的發動機，它使用的對轉渦輪具有2 個或2個以上的轉子，分別安裝在回轉軸線重合的內、外軸上，燃氣依次流經各葉柵推動相 鄰轉子相對逆向旋轉并輸出功率。對轉發動機的特點是l)減小了導向葉片彎角或取消了 相鄰對轉級之間的一排導向器，減小了流動損失，降低了成本，提高了推重比。2)雙軸對轉 抵消了陀螺力矩，提高了動力系統的機動性和可靠性。然而，目前的航空發動機使用的對轉 渦輪還存在以下有待解決的問題 a、當前的對轉渦輪僅在一個交界面上發生對轉，最多只能省去一排導向器，當渦 輪級數不多時，重量能有效降低，當渦輪級數較多時，僅實現了陀螺力矩的減小，降低的重 量卻不夠明顯。 b、大涵道比要求內軸轉子實現較大的出功量，在內軸轉速和單級膨脹比的限制 下，內軸轉子需要具有較多的低壓渦輪級。如何在低的內軸轉速下，以盡可能少的級數保證 風扇耗功的需要，是當前對轉渦輪需要解決的問題。 c、在級間無導葉對轉風扇中，下游葉片的氣流進口相對速度較大，其流道中不可 避免的會存在超音截面。這樣，對轉渦輪需實現用無超音截面的流動滿足出功要求，以避免 發動機流道內出現2個超音截面所導致的調節難度增大。
實用新型內容為了解決現有技術存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種具有懸垂轉子葉 片結構的對轉渦輪，在各推力等級、不同涵道比的發動機上實現單排導向器，或多排導向器 的數量減少，從而減少發動機的軸向長度并提高其推重比。 為達到上述目的，本實用新型的技術解決方案是 —種具有懸垂轉子葉片結構的對轉渦輪，其包括導向器、內軸、外軸、軸承和內、外 機匣；其包括單個或多個懸臂、渦輪盤；還包括多個懸垂轉子葉片、非懸垂轉子葉片、輻條 其中 懸臂呈環形筒狀，是與內軸、外軸共一軸線的空心薄壁旋轉體，其母線由渦輪的通 流設計結果決定； 多個懸垂轉子葉片均沿徑向放置，各個葉片的外端沿周向均勻固定在懸臂上游內 壁面上，構成一排懸垂轉子葉柵； 懸臂跨過非懸垂轉子葉片的頂部，懸臂下游末端固定在多個輻條的外端上，每個輻條的內端固定在內軸的末端上，把懸垂轉子葉片從高溫高壓燃氣獲得的扭矩傳遞給內 軸，驅動風扇或低壓壓氣機。 所述的具有懸垂轉子葉片結構的對轉渦輪，其所述多個懸臂，至少為兩個，相互間
串聯固接，此時內軸由排數等于懸臂個數的懸垂轉子葉柵驅動，外軸由排數不小于懸臂個
數的非懸垂轉子葉柵驅動，懸垂轉子葉柵與非懸垂轉子葉柵的轉向均相反。 利用本實用新型提供的具有懸垂轉子葉片結構的對轉渦輪不僅使驅動內軸的轉
子葉片能夠位于相鄰外軸轉子葉片之間，實現了多排轉子葉柵對轉，減少多排渦輪導向器，
而且使懸垂轉子葉片優先獲得了入口溫度較高的燃氣，使大涵道比發動機的風扇能夠用較
少級數的懸垂轉子葉柵通過內軸驅動。
圖1為本實用新型一種具有懸垂轉子葉片結構的對轉渦輪的第一實施例的結構 簡圖； 圖2為圖1中A-A線剖視圖，為實施例移去導向器和部分外機匣后的立體圖； 圖3為本實用新型的第二實施例，以串聯兩個懸臂的方式增加具有懸垂轉子葉片 結構的對轉渦輪級數的結構示意圖。
具體實施方式本實用新型的一種具有懸垂轉子葉片結構的對轉渦輪，包括導向器、內軸、外軸、 軸承和內、外機匣；其包括單個或多個懸臂、渦輪盤；其還包括多個懸垂轉子葉片、非懸垂 轉子葉片、輻條。 其中，導向器固定在內外機匣之間。
內軸通過軸承固定在內、外機匣上，外軸通過中介軸承固定在內軸上；內軸與外軸
共一軸線。 懸臂呈環形筒狀，是與內軸、外軸共一軸線的空心薄壁旋轉體；其母線沿流向從前 到后一般是擴張型，由渦輪熱態子午流道的設計尺寸決定； 根據渦輪出功量的需要，渦輪中的懸臂可以是單個，也可以是被串聯起來的多 個. 當多個懸臂串聯時，相鄰懸臂通過焊接或者螺栓連接。 所述多個懸垂轉子葉片均沿徑向放置，各個葉片的外端沿周向均勻的用榫接、焊
接或整體葉盤的方式固定在懸臂上游內壁面上，構成一排懸垂轉子葉柵； 當多個懸臂串聯時，與只有單個懸臂時一樣，每個懸臂的上游內壁面均安裝一排
懸垂轉子葉柵。 渦輪盤固定在外軸上。 所述多個非懸垂轉子葉片均沿徑向放置，各個葉片的內端沿周向均勻的用榫接、 焊接或整體葉盤的方式固定在渦輪盤外緣上，構成一排非懸垂轉子葉柵，與懸垂轉子葉柵 的轉向相反； 非懸垂轉子葉柵的上端壁是與其反向旋轉的懸臂的內壁面，即懸臂跨過非懸垂轉 子葉柵；每排懸垂轉子葉柵的下游必有一排與之相鄰的非懸垂轉子葉柵；[0028] 當多個懸臂串聯時，與只有單個懸臂時一樣，每個懸臂均跨過一排非懸垂轉子葉 柵；此時懸垂轉子葉柵與非懸垂轉子葉柵在軸線上交錯排列，外軸由至少兩排非懸垂轉子 葉柵驅動，各非懸垂轉子葉柵與懸垂轉子葉柵的轉向相反。 當M(M為大于1的自然數)個懸臂串聯時，可以布置N(N為大于M的自然數)排 非懸垂轉子葉柵布置在渦輪流道中。此時，(N-M)排非懸垂轉子葉柵位于流道的最前端；與 傳統同轉渦輪一樣，(N-M)中的各排非懸垂轉子葉柵前均需設置一排導向器；剩下的M排懸 垂轉子葉柵和非懸垂轉子葉柵沿流向位于第(N-M)排非懸垂轉子葉柵之后，并如上述多個 懸臂串聯時的方法在軸線上交錯排列。此時，外軸由N排非懸垂轉子葉柵驅動，內軸由M排 懸垂轉子葉柵驅動。這樣，本實用新型實現了單排導向器，或多排導向器的數量減少。 多個輻條分別沿周向均勻的徑向放置，每一輻條的外端與懸臂固接，內端與內軸 固接；工作時，多個輻條不僅把懸垂轉子葉片從高溫高壓燃氣獲得的扭矩傳遞給內軸，驅動 風扇或低壓壓氣機，而且把非懸垂轉子葉片受到的軸向推力傳遞給內軸； 當多個懸臂串聯時，沿流向排列的最后一個懸臂固定在輻條上。此時輻條支撐串 聯起來的多個懸臂及固定在各個懸臂上的懸垂轉子葉柵，使內軸由排數等于懸臂個數的懸 垂轉子葉柵驅動。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型的具有懸垂轉子葉片結構的對轉渦輪 進行詳細說明。 由圖1、2可見，該實施例為具有懸垂轉子葉片結構的l+l/2對轉渦輪(1的含義是 包含導向器和轉子葉柵的1個級，1/2的含義是只包含轉子葉柵的1個級)。在內機匣5和 外機匣9之間固定有導向器8。多個懸垂轉子葉片10榫接于懸臂12的上游內壁面，構成懸 垂轉子葉柵。螺釘7將輪轂6固定在外軸2上，構成懸垂轉子葉柵的下端壁。渦輪盤ll固 定在外軸2上，是螺栓4順序穿過渦輪盤11上的通孔、外軸2上相對應的通孔后，以螺母固 緊相接。多個非懸垂轉子葉片13榫接于渦輪盤11的外邊緣上，構成非懸垂轉子葉柵。懸 臂12外壁面后部有與輻條15相同個數的、沿周向均勻分布的凸臺28，凸臺28上設有一軸 向通孔。多個輻條15的內、外端均設有一軸向通孔。凸臺28固定在輻條15上，是螺栓14 順序穿過凸臺28上的通孔、輻條15外端相應的通孔后，以螺母固緊相接。輻條15固定在 內軸1上，是螺栓16順序穿過輻條15內端的通孔、內軸相對應的通孔后，以螺母固緊相接， 使懸垂轉子葉柵從高溫高壓燃氣獲得的扭矩能夠被傳遞給內軸1。螺釘18將內機匣19的 徑向支板17固定在外機匣9上。內軸1通過止推軸承20獲得內機匣19的支撐，外軸2通 過中介軸承3獲得內軸1的支撐。懸垂轉子葉柵、非懸垂轉子葉柵分別驅動內軸1、外軸2 以相反的方向旋轉。 由圖3可見，該實施例為通過串聯兩個懸臂實現的具有懸垂轉子葉片結構的 1/2+1/2+1/2+1/2對轉渦輪。懸臂27外壁面后部設有與輻條15個數相同的凸臺31，凸臺 31設有一軸向通孔。凸臺31固定在輻條15的外端上，是螺栓14順序穿過凸臺31上的通 孔、輻條15外端相對應的通孔后，以螺母固緊相接。懸臂27外壁面前部設有與其后部凸臺 31相同個數的凸臺30，凸臺30設有一軸向通孔。懸臂22外壁面后部設有與懸臂27外壁 面前部相同個數的凸臺29，凸臺29設有一軸向通孔。懸臂27、22相串聯，是螺栓26順序 穿過凸臺29上的通孔、凸臺30上相對應的通孔，用螺母固緊相接。多個懸垂轉子葉片21 榫接于懸臂22的上游內壁面。多個懸垂轉子葉片10榫接于懸臂27的上游內壁面。多個非懸垂轉子葉片24、13分別榫接于渦輪盤23、11的外邊緣上。渦輪盤23、11固定在外軸2 上，是多個螺栓4分別軸向順序穿過渦輪盤11上的通孔、外軸上的通孔、管狀定距環25、及 渦輪盤23上的通孔后，以螺母固緊相接；多個螺栓4沿周向均勻分布。轉子葉片21、24、10 和13構成的多排轉子葉柵沿燃氣流向依次布置在渦輪流道中，構成第1 4級轉子葉柵。 固定在外軸2上的每排非懸垂轉子葉柵，與它相鄰的上游懸垂轉子葉柵反向旋轉。
權利要求一種具有懸垂轉子葉片結構的對轉渦輪，其特征在于所述的具有懸垂轉子葉片結構的對轉渦輪包括導向器、內軸、外軸、軸承和內、外機匣；其包括單個或多個懸臂、渦輪盤；還包括多個懸垂轉子葉片、非懸垂轉子葉片、輻條其中懸臂呈環形筒狀，是與內軸、外軸共一軸線的空心薄壁旋轉體，其母線由渦輪的通流設計結果決定；多個懸垂轉子葉片均沿徑向放置，各個葉片的外端沿周向均勻固定在懸臂上游內壁面上，構成一排懸垂轉子葉柵；懸臂跨過非懸垂轉子葉片的頂部，懸臂下游末端固定在多個輻條的外端上，每個輻條的內端固定在內軸的末端上。
2. 根據權利要求1所述的具有懸垂轉子葉片結構的對轉渦輪，其特征在于所述多個 懸臂，至少為兩個，相互間串聯固接，此時內軸由排數等于懸臂個數的懸垂轉子葉柵驅動， 外軸由排數不小于懸臂個數的非懸垂轉子葉柵驅動，懸垂轉子葉柵與非懸垂轉子葉柵的轉 向相反。
專利摘要一種具有懸垂轉子葉片結構的對轉渦輪，涉及渦輪發動機技術，包括導向器、內軸、外軸、軸承和內、外機匣；其包括單個或多個懸臂、渦輪盤；其還包括多個懸垂轉子葉片、非懸垂轉子葉片、輻條。多個懸垂轉子葉片固定在懸臂的上游內壁面，構成懸垂轉子葉柵。懸臂跨過非懸垂轉子葉片的頂部，固接于輻條外端。輻條的內端固接于內軸末端。懸臂和輻條把懸垂轉子葉片從燃氣獲得的扭矩傳遞給內軸，驅動風扇或低壓壓氣機。外軸由多個非懸垂轉子葉片構成的非懸垂轉子葉柵驅動，與內軸轉向相反。多個懸臂可以被串聯，此時渦輪內、外軸分別由多排懸垂轉子葉柵、非懸垂轉子葉柵驅動，且內、外軸轉向相反。本實用新型可減少渦輪導向器排數，提高發動機推重比。
文檔編號F02C3/067GK201460989SQ20092011030
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月22日 優先權日2009年7月22日
發明者徐建中, 杜建一, 肖翔, 趙巍, 趙慶軍, 趙曉路 申請人:中國科學院工程熱物理研究所