專利名稱：用于渦輪機的壓縮空氣啟動器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于渦輪機的空氣啟動器，所述渦輪機特別是用于例如飛機的渦 輪機。
背景技術：
渦輪機飛機引擎通常裝備有空氣啟動器，其包括(從前向后)空氣入口導管、渦 輪以及將通過例如附加齒輪箱(AGB)連接到這些引擎上的動力傳送機構。當被供應以壓縮空氣時，啟動器渦輪將使動力傳送機構旋轉，動力傳送機構進而 將使渦輪機轉子旋轉，由此啟動。用于飛機引擎的空氣啟動器通常被設計為在地面啟動這些引擎，而且還在引擎停 轉時在空中重新啟動引擎。因此，空氣啟動器的可靠性對飛機的安全而言是最重要的，而且有必要獲得使用 這些啟動器的認證。已知類型的空氣啟動器包括包圍其渦輪并固定到其空氣入口導管的前殼體，和 包圍這些啟動器的動力傳送機構的后殼體。這些啟動器的前殼體的后端與其后殼體的前端沿軸向分開，以形成將供來自這些 啟動器的渦輪的空氣流通過的排放流動路徑的環形出口空間。兩個殼體通常通過穿過排放流動路徑的臂而剛性連接。而且，前殼體的后端和后殼體的前端通常通過柱形篩連接，柱形篩限制在止動時 外來噴射物進入排放流動路徑的風險和在操作過程中當發生事故時碎片被噴射出排放流 動路徑的風險。啟動器中的渦輪爆炸是很罕見的情況，其在理論上可能在渦輪轉子空轉或此渦輪 的軸斷裂之后發生。在發生這種事故的情況下，碎片可能高速噴射到渦輪內并對包圍此渦輪的前殼體 產生沖擊。由于渦輪的旋轉運動，這種碎片可能將徑向力及切向力傳送到前殼體，這可能產 生傳送到此前殼體的轉矩，因而碎片可能破壞將此前殼體連接到后殼體的臂，并在出口篩 固定到這些殼體的端部時可能破壞出口篩，從而導致啟動器的這兩個殼體之間的分離。為避免啟動器殼體分離的風險，已知解決方案包括通過結構元件連接前殼體的 后端和后殼體的前端，所述結構元件的制造材料能夠耐受由于渦輪爆炸所致的應力，這些 結構元件可能被置于從排放流動路徑至出口篩附近的位置。然而，這種類型的啟動器具 有缺點。所述結構元件必須由相對較重和/或相對較 貴的材料制成。而且，在渦輪爆炸的情況下，這些結構元件可能將由于碎片在啟動器前殼 體上沖擊所致的轉矩傳送到此啟動器的后殼體，這可能會損壞渦輪機上的后殼體的附加機 構。
發明內容
本發明的目的特別是針對這些問題提供簡單、經濟、高效的解決方案，以避免上述缺點。特別地，其目的是使空氣啟動器的前殼體和后殼體分離的風險最小化，特別是在 此啟動器的渦輪爆炸的情況下。另一目的是限制在這種渦輪爆炸之后傳送到后殼體的力。為實現上述目的，本發明提供一種用于渦輪機的空氣啟動器，其包括渦輪，其由 所述啟動器的前殼體包圍；渦輪動力傳送機構，其由所述啟動器的后殼體包圍；所述前殼 體與后殼體的剛性連接機構；排放流動路徑，其被設計以運送來自所述渦輪的空氣流，該排 放流動路徑在所述前殼體的后端與所述后殼體的前端之間開通，而且剛性連接機構穿過該 排放流動路徑；所述排放流動路徑的出口篩，其圍繞渦輪軸延伸，所述出口篩的前端和后端 包括將所述前殼體和后殼體分別沿軸向保持到所述篩的機構，這些軸向保持機構被設計為 至少防止所述前殼體與后殼體之間的相對分離，其中，至少所述將殼體之一沿軸向保持到 所述篩的機構能夠實現所述出口篩和殼體的相對旋轉。當前殼體和后殼體的剛性連接機構發生破壞時，例如在啟動器渦輪爆炸之后，將 殼體沿軸向保持到篩的機構可保持啟動器的整體性，同時防止傳入前殼體的旋轉力通過傳 入所述篩而被傳送到后殼體并由此導致此篩的破壞或者損壞將啟動器連接到渦輪機的機 構。通過允許前殼體相對于后殼體旋轉，這樣的旋轉力可至少部分地消散，這可能是 因為使用根據本發明的軸向保持機構所致。根據本發明的啟動器可更好地滿足認證要求，同時比已知類型的啟動器更輕更可罪。優選地，將所述殼體沿軸向保持到篩的機構包括保持裝置，所述保持裝置連接到 篩的對應端并面對所述殼體的沿軸向的止動元件延伸。當前殼體和后殼體的剛性連接機構破壞時，篩的保持裝置將保持與殼體止動元件 支承接觸，從而將此篩沿軸向保持到此殼體。有利地，所述殼體在其面對所述排放流動路徑的端部處包括沿徑向向外延伸的環 形壁，此環形壁可形成法蘭，用于連接兩個殼體的剛性連接機構。在本發明第一實施例中，殼體的環形壁形成此殼體的止動元件。優選地，所述出口篩包括兩個大致環形的端部分，在這兩個端部分之間布置有中 間部分，在該中間部分中形成有供來自渦輪的空氣流通過的開口。篩的端部分的機械強度足以使其可將殼體沿軸向保持到篩上。有利地，所述篩的至少一個端部分朝向啟動器的內側沿徑向彎曲并形成所述保持
直ο所述篩的此端部分通過與所述殼體的所述止動元件支承接觸而將殼體沿軸向保 持到篩上。在本發明第二實施例中，啟動器包括環形部分，所述環形部分包括固定到所述殼 體的所述環形壁上的徑向法蘭；和朝向所述啟動器的內側沿徑向延伸并且被布置為與所述 殼體的所述環形壁分開一軸向距離以形成此殼體的所述止動元件的壁。
有利地，此環形部分的截面為U形，所述U形的開口面對所述啟動器的內側。這樣，上述環形部分限定一朝向啟動器內側開通的環形槽，所述殼體的環形端壁 和所述保持裝置可裝配在所述環形槽中。如果可行，則此槽也可包含剛性連接機構的徑向法蘭。在本發明第二實施例中，所述篩包括兩個大致環形的端部分，在這兩個端部分之 間布置有中間部分，在所述中間部分中形成有供來自所述渦輪的空氣流通過的開口，所述 篩的至少一個所述端部分朝向所述啟動器的外側沿徑向彎曲并形成所述保持裝置。于是，所述篩的此端部分可通過與形成所述殼體的止動元件的環形部分的所述側 壁支承接觸而將所述殼體沿軸向保持到所述篩。通常，有利地，所述篩的另一個端部分固定到另一所述殼體上。這避免了在正常操作過程中所述篩相對于殼體的軸向移位，即使所述篩的保持裝 置未與對應殼體的止動元件接觸，但延伸而與此止動元件相距一定軸向距離。這樣可使篩的制造公差增大，從而降低篩的制造成本。優選地，所述篩的兩個端部分通過臂相互連接，在所述臂之間形成前述開口。有利地，所述篩由形成柱體一部分的至少兩段形成，所述至少兩段沿周向端對端 地裝配，以利于將所述篩組裝到啟動器上。
在閱讀以下結合附圖而作為非限制性示例給出的描述之后，將可更好地理解本發 明，而且本發明的其它細節、優點和特征將變得清楚，其中圖1是根據本發明第一實施例的空氣啟動器的示意性側視圖；圖2是顯示出圖1中所示空氣啟動器的一部分的示意圖的軸向截面；圖3是顯示出根據本發明第二實施例的空氣啟動器的一部分的示意圖的軸向截 面。在這些附圖中，相同的附圖標記用于表示相同或相似的元件。
具體實施例方式圖1顯示出按照本發明第一實施例的空氣啟動器，其被設計為裝配在渦輪噴氣飛 機上。這種啟動器包括空氣入口導管10，圍繞驅動渦輪的大致柱形的前殼體12，圍繞 動力傳送機構的大致柱形的后殼體14，和將啟動器附接到渦輪噴氣飛機(未示出)并將啟 動器連接到此渦輪噴氣機的附加齒輪箱的機構16。空氣入口導管10將被連接到可置于機上或地面的高壓空氣源。附接和連接機構16被設計為將動力傳送機構與渦輪噴氣機轉子在旋轉時相互固 定，并將啟動器固定到渦輪噴氣飛機上。在操作過程中，以公知的方式，供應到渦輪的高壓空氣流使此渦輪的葉輪旋轉，此 葉輪進而使得通過連接機構16連接到渦輪噴氣飛機轉子的動力傳送機構旋轉。前殼體12和后殼體14的相互面對的端沿軸向相互分開，以形成環形出口空間18， 來自渦輪的空氣可通過該環形出口空間18排出。
如圖2中所示，渦輪的葉輪20被渦輪罩22包圍，渦輪罩22被設置為緊鄰由葉輪 20支撐的葉片24的尖端，從而引導高壓空氣流通入渦輪。罩22自身被保持環26包圍，當此渦輪爆炸時，保持環26將以公知的方式吸收朝 向渦輪外噴射的任何碎片的所有或一些沖擊能量。啟動器包括兩個共軸的環形封套28和30，封套28和30分別限定流動路徑32的 內側和外側，流動路徑32用于來自渦輪的空氣流，其通常被稱為排放流動路徑。所述環形封套28和30在其后端處包括相應的徑向環形法蘭34和36。所述徑向 環形法蘭34和36通過栓接到分別在后殼體14的前端和前殼體12的后端形成的徑向環形 法蘭38和40而被固定，使得排放流動路徑32開通到在殼體12和14的這些端之間形成的 環形出口空間18中。環形封套28和30的截面從前端朝向后端變寬，而且這些封套彎曲以將空氣流從 排放流動路徑32的入口至其出口沿徑向向外引離。環形封套28和30通過徑向臂42相互連接，徑向臂42由鋁制成并穿過排放流動 路徑32。在圖1和2所示的示例中，這些壁42與環形封套28和30被制成為單一件。臂42在前殼體12與后殼體14之間形成剛性連接，由此保持啟動器在正常操作過 程中的整體性。而且，排放流動路徑32由大致柱形的出口篩44保護，出口篩44圍繞渦輪軸45從 前殼體12的后端延伸直至后殼體14的前端。此篩44被設計以防止在止動時外來噴射物進入排放流動路徑，并限制在操作過 程中任何碎片被噴射出啟動器的風險(特別是在渦輪爆炸時)。出口篩44包括其中具有開口的中間部分46，用于將兩個大致環形的部分(即，分 別為前部分和后部分)相互連接。出口篩44由具有良好機械強度和良好耐高溫性能的材料制成，例如由 "Hastelloy X”(注冊商標)制成。這種篩通過沿周向端對端地安裝的兩個柱形部分形成， 以利于將篩組裝到啟動器上。出口篩44的前端部分朝向啟動器內側沿徑向彎曲，并形成徑向法蘭48，用于將篩 44附接到環形封套30和前殼體12的對應的徑向法蘭36和40。為了實現這一目的，前殼 體12的法蘭40和篩44的法蘭48通過圍繞啟動器軸線均勻分布的螺栓50而分別與法蘭 36的前面和后面保持固定接觸。篩44的后端部分也朝向啟動器的內側沿徑向彎曲，且此后端部分位于后殼體14 的徑向法蘭38的后端之后，并與此法蘭相距短的軸向距離而沒有固定到此法蘭。此后端部 分形成徑向壁52，徑向壁52形成將篩44沿軸向保持到后殼體14的保持裝置，這將在下文 中更清楚描述。徑向壁52的徑向內端朝向啟動器的后端彎曲，并形成提高此徑向壁52的 機械強度的突出部53。長形開口 54切入出口篩44的中間部分46中，而且這些開口 54通過將此篩44的 端部分相互連接的篩44的臂56而相互分離。如果此啟動器的渦輪爆炸，則出 口篩44使所述殼體和啟動器保持相互固定。在這樣的事故中，來自葉輪20的碎片可能沿徑向噴射并導致對渦輪罩22和保持 環26的嚴重沖擊，從而以與葉輪20旋轉方向58相同的方向(圖1)將旋轉力施加于前殼體12。這些旋轉力之大可足以破壞在前殼體12與后殼體14之間形成剛性連接的臂42。 然后，由于渦輪中氣體沖壓而被施加以沿向前方向軸向力的啟動器前殼體12向前移動，直 到篩44的后端的徑向壁52與后殼體14的前端的徑向法蘭38接觸，由此將此后殼體14沿 軸向保持到此篩44上。通過篩的徑向壁52將后殼體14沿軸向保持到出口篩44，使得前殼體12和篩44 可相對于后殼體14自由旋轉。這樣，使在前殼體12上的旋轉力可被消散，而不破壞篩44 的臂56，也不會傳送到后殼體14和啟動器的附接和連接機構16。
在前述示例中，在正常操作過程中，為出口篩44提供軸向保持的徑向壁52延伸而 與后殼體的徑向法蘭38相距一軸向距離，而不會接觸此法蘭38，除非在啟動器渦輪爆炸之 后前殼體12向前移位的時候。由于篩44的前端部分固定到前殼體并由此防止篩在正常操 作過程中相對于殼體沿軸向移位，因而不必使徑向壁52與后殼體的徑向法蘭38持續接觸。 因此，篩44的制造公差可增大，從而降低此篩的制造成本。作為變例，如果需要，則徑向壁52可與法蘭38持續接觸。而且，如果不采用附接徑向法蘭48，則篩44可包括第二徑向壁，第二徑向壁在篩 的前端處提供軸向保持，并從前殼體12的法蘭40向前延伸。然而，為了防止篩44在正常 操作過程中軸向移位，在這種情況下，優選保持此篩的兩個徑向壁分別與殼體12和14的對 應法蘭40和38持續接觸。在另一變例中，出口篩44可在其端部處包括兩個環形肋以替代徑向壁，所述肋分 別形成在篩44的前部分和后部分的徑向環形內表面上，這些肋被接合在分別形成于前殼 體12的后端和后殼體14的前端處的兩個形狀互補的槽中，從而以類似于前述的方式將這 些殼體沿軸向保持到篩44。圖3顯示出根據本發明第二實施例的空氣啟動器。這種啟動器包括用于所述排放流動路徑32的出口篩60，出口篩60類似于前述啟 動器的出口篩44，但其與篩44的不同之處在于，篩60的后端部分朝向啟動器的外側沿徑向 彎曲，從而形成從此啟動器的后殼體14的徑向法蘭38向前延伸的徑向壁62。這種啟動器包括U形環形部分64，該環形部分64朝向啟動器內側沿徑向打開，并 固定到限定排放流動路徑32內側的環形封套28的法蘭34上，且固定到后殼體14的前端 的法蘭38上。環形部分64具有后徑向壁66，其通過螺栓(圖3中未示出)或類似工具被固定 到后殼體14的法蘭38上；和前徑向壁68，其延伸而與封套28的法蘭34相距一軸向距離， 從而形成徑向環形槽70。出口篩60的后端的徑向壁62在環形部分64的環形槽70中自由延伸，使得此壁 62形成將出口篩60沿軸向保持到環形部分64的前徑向壁68，并由此保持到固定于此環形 部分64的后殼體14上的裝置。例如，環形部分64由沿周向端對端地安裝的兩個環段形成。通過類似于在前文中參照本發明第一實施例所述的方式，篩60的前端部分也向 外彎曲，并形成徑向法蘭48，用于將此篩60附接到環形封套30和前殼體12的相應的徑向法蘭。
篩44或篩60的具有開口 46的中間部分的形狀可不同于前述，這也在本發明的框 架以內。例如，此中間部分可由以格構交錯或布置的桿或臂形成。所述篩也可由多于一個 零件制成并由相互固定的元件構成，例如，通過兩個環形端機構和以端部固定到這些環形 機構的桿制成。總體而言，如果此啟動器的渦輪爆炸，則本發明能夠保持空氣啟動器的整體性，并 由此滿足相應的認證要求，而同時使這種啟動器的重量減輕并增加其可靠性。
權利要求
一種用于渦輪機的空氣啟動器，包括渦輪，其由所述啟動器的前殼體(12)包圍；渦輪動力傳送機構，其由所述啟動器的后殼體(14)包圍；所述前殼體(12)與所述后殼體(14)的剛性連接機構(42)；排放流動路徑(32)，其被設計以運送來自所述渦輪的空氣流，該流動路徑在所述前殼體(12)的后端與所述后殼體(14)的前端之間開通，而且該流動路徑被所述剛性連接機構(42)穿過；和所述排放流動路徑(32)的出口篩(44，60)，其圍繞渦輪軸(45)延伸，所述出口篩的前端和后端包括將所述前殼體(12)和所述后殼體(14)分別沿軸向保持到所述篩(44，60)的機構(48，52，62)，這些軸向保持機構被設計為至少防止所述前殼體(12)與所述后殼體(14)之間的相對分離，其特征在于，至少所述將所述殼體之一(14)沿軸向保持到所述篩(44，60)的機構(52，62)能夠實現所述篩(44，60)和所述殼體(14)的相對旋轉。
2.如權利要求1所述的空氣啟動器，其中，所述將所述殼體(14)沿軸向保持到所述篩 (44,60)的機構包括保持裝置(52，62)，所述保持裝置連接到所述篩(44，60)的對應端并面 對所述殼體(14)的沿軸向的止動元件(38，68)。
3.如權利要求2所述的空氣啟動器，其中，所述殼體(14)在其面對所述排放流動路徑 (32)的端處包括沿徑向向外延伸的環形壁(38)。
4.如權利要求3所述的空氣啟動器，其中，所述殼體(14)的所述環形壁(38)形成法蘭 (42)，用于附接所述剛性連接機構。
5.如權利要求3或4所述的空氣啟動器，其中，所述殼體(14)的所述環形壁(38)形成 所述殼體(14)的所述止動元件。
6.如權利要求2所述的空氣啟動器，其中，所述篩(44)包括兩個大致環形的端部分 (48，52)，在這兩個端部分之間布置有中間部分(46)，在所述中間部分中形成有供來自所述 渦輪的空氣流通過的開口(54)。
7.如權利要求6所述的空氣啟動器，其中，所述篩(44)的至少一個所述端部分朝向所 述啟動器的內側沿徑向彎曲并形成所述保持裝置(52)。
8.如權利要求3所述的空氣啟動器，包括環形部分(64)，所述環形部分包括固定到所 述殼體(14)的所述環形壁(38)上的徑向法蘭(66)；和朝向所述啟動器的內側沿徑向延伸 并且被布置為與所述殼體(14)的所述環形壁(38)分開一軸向距離從而形成此殼體(14) 的所述止動元件的壁(68)。
9.如權利要求8所述的空氣啟動器，其中，所述環形部分(64)的截面為U形，所述U形 的開口面對所述啟動器的內側。
10.如權利要求8所述的空氣啟動器，其中，所述篩(60)包括兩個大致環形的端部分 (48，62)，在這兩個端部分之間布置有一中間部分(46)，在所述中間部分中形成有供來自所 述渦輪的空氣流通過的開口，所述篩(60)的至少一個所述端部分朝向所述啟動器的外側 沿徑向彎曲并形成所述保持裝置(62)。
11.如權利要求7或10所述的空氣啟動器，其中，所述篩(44，60)的其它端部分(48) 固定到另一所述殼體(12)。
12.如權利要求6或10所述的空氣啟動器，其中，所述篩(44，60)的所述兩個端部分 (48,52,62)通過臂(56)相互連接，在所述臂之間形成開口(54)。
13.如權利要求1所述的空氣啟動器，其中，所述篩(44，60)由形成柱體一部分的至少 兩段形成，所述至少兩段沿周向端對端地裝配。
全文摘要
用于渦輪機的空氣啟動器，包括前殼體(12)、后殼體(14)、在前殼體后端與后殼體前端之間開通的環形排放流動路徑(32)和排放流動路徑(32)的柱形出口篩(44)，出口篩的前端和后端包括將前殼體(12)和后殼體(14)分別沿軸向保持到篩(44)的機構(48，52)，其中，至少所述將殼體之一(14)沿軸向保持到篩(44)的機構(52)能夠實現篩(44)和此殼體(14)的相對旋轉。
文檔編號F02N15/10GK101846023SQ201010112778
公開日2010年9月29日 申請日期2010年2月4日 優先權日2009年2月5日
發明者雷切爾·樂圣 申請人:微型渦輪公司