用于燃气涡轮发动机的空气分离器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及在燃气涡轮发动机中提供密封的空气分离器。
【背景技术】
[0002]诸如燃气涡轮发动机的涡轮机械通常包括压缩机部段、燃烧器部段和涡轮部段。转子通常设置成轴向延伸穿过燃气涡轮发动机的各部段并且包括支撑压缩机部段和涡轮部段中旋转的叶片的结构。特别地，延伸穿过涡轮部段的转子的一部分包括接合在一起的多个涡轮轮盘，其中，每个涡轮轮盘适于支撑多个涡轮叶片。类似地，延伸穿过压缩机部段的转子的一部分包括接合在一起的多个压缩机轮盘，其中，每个压缩机轮盘适于支撑多个压缩机叶片。在涡轮部段和压缩机部段中的转子的部分由扭矩管连接。
[0003]鉴于高压力比和高发动机点火温度，诸如支撑在涡轮轮盘上的旋转的叶片结构的某些部件必须用诸如压缩机排放空气的冷却流体来冷却，以防止这些部件的过热。为了将压缩机排放空气的一部分导引至涡轮轮盘和相关联的叶片，空气分离器可安装在扭矩管上并接合在最前涡轮轮盘的前面上。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一方面，提供了一种包括转子结构的燃气涡轮发动机，该转子结构包括叶片轮盘结构和联接到叶片轮盘结构的扭矩管。叶片轮盘前面(forward face)相对于穿过发动机的热工作气体的轴向流限定在叶片轮盘结构的上游侧，并且扭矩管从前面轴向向前延伸。空气分离器被提供并包括圆柱形构件，该圆柱形构件围绕扭矩管设置以在圆柱形构件的内表面和扭矩管的外表面之间形成间隙。密封凸缘在圆柱形构件的后端处径向向外延伸，并且圆柱形构件的前端包括将圆柱形构件附接到扭矩管的安装结构。密封凸缘包括凸缘主体，该凸缘主体具有从圆柱形构件径向向外延伸的前侧和相对的后侧，前侧和后侧限定在两者间的凸缘厚度。头部部分位于凸缘主体的径向靠外自由端处。头部部分包括:轴向凸缘，其位于凸缘主体的轴向后方且限定用于与叶片轮盘前面接合的后密封面；以及前悬臂(forward cantilevered)头部质量体,其从凸缘主体轴向向前延伸。从与凸缘主体的前侧的连接部到头部质量体的轴向前面的头部质量体的轴向尺寸大于从头部质量体的径向内侧到头部质量体的径向最外侧的头部质量体的最大径向尺寸。
[0005]头部质量体的轴向尺寸可大于从凸缘主体的后侧到后密封面的轴向凸缘的轴向尺寸。头部质量体的轴向尺寸可以比轴向凸缘的轴向尺寸大约42%。
[0006]头部质量体的轴向尺寸可以大约五倍地大于在前侧和后侧之间的凸缘主体的轴向厚度。
[0007]凸缘主体可以在向前方向上远离叶片轮盘前面成角度，限定在凸缘主体的前侧和圆柱形构件的外表面之间的锐角。锐角可限定在凸缘主体的后侧和圆柱形构件的外表面之间，其中，圆柱形构件的后端可以是在从圆柱形构件的外表面径向向外的曲折点处与凸缘主体的后侧相交的平坦径向表面。
[0008]强力背衬可跨越在圆柱形构件的外表面和凸缘主体的前侧之间，并且强力背衬可从圆柱形构件径向向外跨越至从曲折点径向向外的与凸缘主体的前侧的交点。交点可位于在圆柱形构件的外表面和头部质量体的内侧之间的径向距离的至少约40%处。曲折点可位于在圆柱形构件的外表面和头部质量体的内侧之间的径向距离的至少约16%处。
[0009]根据本发明的另一方面，提供了一种包括转子结构的燃气涡轮发动机，该转子结构包括叶片轮盘结构和联接到叶片轮盘结构的扭矩管。叶片轮盘前面相对于穿过发动机的热工作气体的轴向流限定在叶片轮盘结构的上游侧，并且扭矩管从前面轴向向前延伸。空气分离器被提供并包括圆柱形构件，该圆柱形构件围绕扭矩管设置以在圆柱形构件的内表面和扭矩管的外表面之间形成间隙。密封凸缘在圆柱形构件的后端处径向向外延伸，并且圆柱形构件的前端包括将圆柱形构件附接到扭矩管的安装结构。密封凸缘包括凸缘主体，该凸缘主体具有从圆柱形构件径向向外延伸的前侧和相对的后侧，前侧和后侧限定在两者间的凸缘厚度。头部部分位于凸缘主体的径向靠外自由端处。头部部分包括轴向凸缘，该轴向凸缘位于凸缘主体的轴向后方且限定用于与叶片轮盘前面接合的后密封面。前悬臂头部质量体从凸缘主体轴向向前延伸。凸缘主体在向前方向上远离叶片轮盘前面成角度，锐角限定在凸缘主体的后侧和圆柱形构件的外表面之间，其中，圆柱形构件的后端是在从圆柱形构件的外表面径向向外的曲折点处与凸缘主体的后侧相交的平坦径向表面。强力背衬与圆柱形构件和凸缘主体一体地形成并且跨越在圆柱形构件的外表面和凸缘主体的前侧之间。强力背衬从圆柱形构件径向向外跨越至从曲折点径向向外的与凸缘主体的前侧的交点。
[0010]交点可位于在圆柱形构件的外表面和头部质量体的内侧之间的径向距离的至少约40%处。曲折点可位于在圆柱形构件的外表面和头部质量体的内侧之间的径向距离的至少约16%处。
[0011]从与凸缘主体的前侧的连接部到头部质量体的轴向前面的头部质量体的轴向尺寸可大约五倍地大于(five times greater than)在前侧和后侧之间的凸缘主体的轴向厚度。
[0012]从与凸缘主体的前侧的连接部到头部质量体的轴向前面的头部质量体的轴向尺寸可大于从凸缘主体的后侧到后密封面的轴向凸缘的轴向尺寸。头部质量体的轴向尺寸可以比轴向凸缘的轴向尺寸大约42%。
[0013]头部质量体的轴向尺寸可大于从头部质量体的径向内侧到头部质量体的径向最外侧的头部质量体的最大径向尺寸。
【附图说明】
[0014]虽然本说明书以特别地指出和清楚地主张本发明的权利要求书结束，但可以相信，本发明将从结合附图的以下描述更好地被理解，在附图中，类似的附图标记标示类似的兀件，并且其中:
图1是结合了本发明的方面的发动机的剖视图；
图2是根据本发明的方面的空气分离器的放大剖视图；
图2A是用于图2中所示空气分离器的头部部分的放大视图； 图3是结合了已知的空气分离器的发动机的剖视图；以及图4是图3中所示空气分离器的透视图。
【具体实施方式】
[0015]在优选实施例的以下详细描述中，对构成本发明的一部分的附图进行了引用，并且在附图中以举例说明方式而不是以限制方式示出了可在其中实践本发明的具体的优选实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用其它实施例并且可以进行更改。
[0016]参看图3，示出了结合已知的空气分离器120的燃气涡轮发动机。特别地，空气分离器120为圆柱形结构(图4)，其在发动机的涡轮部段的前端处被支撑在扭矩管116上。空气分离器120在空气分离器120的前端处的扭矩管116和空气分离器120的后端或尾端处的涡轮第I排轮盘114之间形成接口。在图示安装中，空气分离器120螺栓连接到扭矩管116并且以过盈配合组装到第I排轮盘114。
[0017]根据本公开的一方面，已经发现，在空气分离器120和涡轮第I排轮盘114之间的过盈接触处产生尽可能大的接触力是有利的。就这一点而言，本发明提供了改进，这种改进在具有用于与第I排轮盘114过盈接合的接触面160的头部部分142的区域中可影响在空气分离器120的后端处的质量分布和结构刚性。
[0018]根据本发明的一方面，提供了在发动机的整个操作过程中有利于在过盈配合处部件的牢固轴向接合的空气分离器设计。如参照图1可见，提供了包括转子结构12的燃气涡轮发动机10，转子结构12具有由第I排叶片轮盘14限定的叶片轮盘结构和联接到叶片轮盘14的扭矩管16。叶片轮盘前面18相对于穿过发动机10的热工作气体的轴向流限定在叶片轮盘1