转子叶片布置
阅读：932发布：2020-05-12
专利汇可以提供转子叶片布置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开题为“ 转子 叶片 布置”。公开了用于气体 涡轮 引擎的转子的叶片，该 转子叶片 都是根据相同的设计制造的。然而，制造公差意味着实际上每个单独的叶片与其他叶片不同。提议将叶片围绕转子的圆周布置，以限制由于给定叶片与其两个相邻叶片之间的振动响应的差异而在叶片中引起的过大应 力 。，下面是转子叶片布置专利的具体信息内容。
1.一种用于气体涡轮引擎的转子，所述转子包括转子毂部和多个转子叶片，每个转子叶片在转子叶片根部处附接到所述转子毂部，其中：
所述转子叶片围绕所述转子毂部沿周向布置，使得每个转子叶片具有两个相邻转子叶片；
每个转子叶片的质量大于、小于或等于所有所述转子叶片的中值转子叶片质量；
对于质量大于所述中值的大多数转子叶片，所述相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有大于所述中值的质量；并且
对于质量小于所述中值的大多数转子叶片，所述相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有小于所述中值的质量。
2.根据权利要求1所述的转子，其中对于不限定或不表现出所述中值转子叶片质量的所有转子叶片：
质量大于所述中值的转子叶片具有质量也大于所述中值的至少一个相邻转子叶片；并且
质量小于所述中值的转子叶片具有质量也小于所述中值的至少一个相邻转子叶片。
3.根据权利要求1所述的转子，其中：
所述转子叶片形成包括总共n个转子叶片的转子叶片组，所述转子叶片组中的所述转子叶片的质量的标准偏差由σmass给出；并且
对于大多数所述转子叶片，所述转子叶片的质量与其相邻转子叶片中的至少一个转子叶片的质量之差小于所述转子叶片组中的所述转子叶片的质量的所述标准偏差σmass。
4.根据权利要求3所述的转子，其中所述转子叶片组中的任何给定转子叶片的所述质量与其相邻转子叶片中的至少一个转子叶片的所述质量之差小于所述转子叶片组中的所述转子叶片的质量的所述标准偏差σmass。
5.根据权利要求1所述的转子，其中每个转子叶片在按质量升序排列的所述转子叶片的列表中具有位置；并且
大多数所述转子叶片在按质量排序的所述转子叶片的列表中的位置在至少一个相邻转子叶片在所述列表中的位置的三位以内。
6.根据权利要求1所述的转子，其中至少两个相邻叶片具有比所述中值转子叶片质量更接近最重叶片的质量的平均质量。
7.根据权利要求1所述的转子，其中至少两个相邻叶片具有比所述中值转子叶片质量更接近最轻叶片的质量的平均质量。
8.根据权利要求1所述的转子，包括：
至少p个沿周向相邻叶片组成的子集R，所述叶片的质量均大于所述中值转子叶片质量，其中p由下式给出：
p＝max{g∈Z|g≤(n-1)/x}
其中：
Z为一组整数；
n是所述转子中的转子叶片的总数；并且
x为小于(n-1)/2的偶数。
9.根据权利要求8所述的转子，其中x＝2或x＝4。
10.根据权利要求8所述的转子，包括沿周向相邻叶片的至少两个此类子集R，所述沿周向相邻叶片的质量均大于所述中值转子叶片质量，每个子集R沿周向由质量小于所述中值转子叶片质量的至少一个叶片隔开，其中：
子集R的数量等于x/2。
11.根据权利要求8所述的转子，其中在沿周向相邻叶片的所述子集R内，每个叶片的质量小于沿周向更接近所述子集R内的最大质量叶片的所述相邻叶片的所述质量。
12.根据权利要求11所述的转子，其中所述子集R内具有所述最大质量的所述叶片沿周向居中定位，使得所述子集R中在所述最大质量叶片的逆时针侧上的叶片数量与所述子集R中在所述最大质量叶片的顺时针侧上的叶片数量之差为0或1。
13.根据权利要求1所述的转子，包括：
至少q个沿周向相邻叶片的子集S，所述沿周向相邻叶片的质量均小于所述中值转子叶片质量，其中q由下式给出：
q＝max{j∈Z|j≤(n-1)/y}
其中：
Z为一组整数；
n是所述转子中的转子叶片的总数；并且
y为小于(n-1)/2的偶数。
14.根据权利要求13所述的转子，其中y＝2或y＝4。
15.根据权利要求13所述的转子，包括沿周向相邻叶片的至少两个此类子集S，所述沿周向相邻叶片均具有小于所述中值转子叶片质量的质量，每个子集S沿周向由质量大于所述中值转子叶片质量的至少一个叶片隔开，其中：
子集S的数量等于y/2。
16.根据权利要求13所述的转子，其中在沿周向相邻叶片的所述子集S内，每个叶片的质量大于沿周向更接近所述子集S内的最小质量叶片的所述相邻叶片的所述质量。
17.根据权利要求16所述的转子，其中所述子集S内具有所述最小质量的所述叶片沿周向居中定位，使得所述子集S中在所述最小质量叶片的逆时针侧上的叶片数量与所述子集S中在所述最小质量叶片的顺时针侧上的叶片数量之差为0或1。
18.根据权利要求1所述的转子，包括总共n个转子叶片，其中：
如果将所述转子叶片按照质量从1到n排序布置，其中1是最重的转子叶片，n是最轻的转子叶片，那么转子叶片1以及转子叶片2、3和4中的任何一个转子叶片为相邻转子叶片，并且其中，可选地：
转子叶片2和转子叶片3、4和5中的任何一个转子叶片为相邻转子叶片，与所述转子叶片1和2、3和4中的任何一个不同并且基本上沿周向相对。
19.一种气体涡轮引擎(10)，所述气体涡轮引擎包括根据权利要求1所述的转子。
20.一种组装气体涡轮引擎(10)的转子(100)的方法，所述转子包括转子毂部(110)和多个转子叶片(120)，每个转子叶片的质量大于、小于或等于所有转子叶片的中值转子叶片质量，所述方法包括：
使用转子叶片根部(125)将每个转子叶片附接到所述转子毂部，以便围绕所述转子毂部沿周向布置所述转子叶片，使得每个转子叶片具有两个相邻转子叶片，其中：
所述方法还包括布置所述转子叶片使得：
对于质量大于所述中值的大多数转子叶片，所述相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有大于所述中值的质量；并且
对于质量小于所述中值的大多数转子叶片，所述相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有小于所述中值的质量。
转子叶片布置
技术领域
背景技术
[0003] 在使用中，转子级围绕引擎轴线旋转。因此，该转子必须充分平衡，以便防止不希望的不平衡效应，诸如振动，这可能导致部件的磨损和/或过早失效。
[0004] 该转子的转子叶片可以与转子毂部分开制造，该转子叶片固定到转子毂部中以形成转子。尽管每个转子叶片被设计并且预期具有相同的质量，但制造公差意味着叶片的质量通常存在小但可测量的差异。因此，为了确保转子整体上足够平衡，通常围绕转子毂部的圆周以特定图案来布置叶片。
[0005] 就这一点而言，图1是气体涡轮引擎转子100的示意图，该转子具有附接到毂部110的多个转子叶片120。转子叶片120围绕毂部110周向地布置，在每对相邻叶片之间具有相等的周向间距。围绕毂部110的每个转子叶片120的周向位置标记为A至AJ，如图1所示。
[0006] 图2是示出在传统布置中在围绕转子100圆周的每个位置A至AJ处的每个叶片的质量的示意图。根据具有叶片组中的中值质量的叶片的质量来将这些叶片的质量归一化。如图中所示，传统图案具有之字形图案，每个叶片的质量大于具有中值质量的叶片的质量，该中值质量的叶片的相邻叶片各自具有小于具有中值质量的叶片的质量。这种传统的布置使得沿径向相对的叶片具有相似的质量。因此，例如，如果位置A处的叶片(可以称为上止点)具有最大质量(如图2所示)，则位置S处的叶片具有第二大质量。
[0007] 已经开发了上述和图2中所示的传统布置以便平衡转子100以及有可能平衡给定的一组叶片。发明内容
[0008] 根据一个方面，提供了一种用于气体涡轮引擎的转子，该转子包括转子毂部和多个转子叶片，每个转子叶片在转子叶片根部附接到转子毂部。该转子叶片围绕转子毂部周向布置，使得每个转子叶片具有两个相邻转子叶片。每个转子叶片的质量大于、小于或等于所有转子叶片的中值转子叶片质量。对于质量大于中值的大多数转子叶片，其两个相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有大于中值的质量。对于质量小于中值的大多数转子叶片，其两个相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有小于中值的质量。
[0009] 根据一个方面，提供了一种用于气体涡轮引擎的转子，该转子包括转子毂部和多个转子叶片，每个转子叶片在转子叶片根部附接到转子毂部，包括：
[0010] 至少(例如确切地说)p个周向地相邻叶片组成的子集R，这些叶片的质量均大于中值转子叶片质量，其中p由下式给出：
[0011] p＝max{g∈Z|g≤(n-1)/x}
[0012] 其中：
[0013] Z为一组整数；
[0014] n是转子中的转子叶片的总数；并且
[0015] x为小于(n-1)/2的偶数。
[0016] 质量大于中值转子叶片质量的大多数叶片可包含在子集R中。
[0017] 根据一个方面，提供了一种用于气体涡轮引擎的转子，该转子包括转子毂部和多个转子叶片，每个转子叶片在转子叶片根部附接到转子毂部，包括：
[0018] 至少(例如确切地说)q个周向地相邻叶片组成的子集S，这些叶片的质量均小于中值转子叶片质量，其中q由下式给出：
[0019] q＝max{j∈Z|j≤(n-1)/y}
[0020] 其中：
[0021] Z为一组整数；
[0022] n是转子中的转子叶片的总数；并且
[0023] y为小于(n-1)/2的偶数。
[0024] 质量小于中值转子叶片质量的大多数叶片可包含在子集S中。
[0025] 根据一个方面，提供了一种用于气体涡轮引擎的转子，该转子包括转子毂部和多个转子叶片，每个转子叶片在转子叶片根部附接到转子毂部，其中：
[0026] 转子叶片形成包括总共n个转子叶片的转子叶片组，该转子叶片组中的转子叶片的质量标准偏差由σmass给出；并且
[0027] 对于大多数转子叶片(例如全部、n-1、n-2或n-3)，转子叶片的质量与其相邻转子叶片中的至少一个的质量之差小于该转子叶片组中的转子叶片的质量标准偏差σmass。
[0028] 根据一个方面，提供了一种组装气体涡轮引擎的转子的方法，该转子包括转子毂部和多个转子叶片，每个转子叶片的质量大于、小于或等于所有转子叶片的中值转子叶片质量，该方法包括：
[0029] 使用转子叶片根部将每个转子叶片附接到转子毂部，以便围绕转子毂部周向地布置该转子叶片，使得每个转子叶片具有两个相邻转子叶片，其中：
[0030] 该方法还包括布置转子叶片，使得：
[0031] 对于质量大于中值的大多数转子叶片，其相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有大于中值的质量。并且
[0032] 对于质量小于中值的大多数转子叶片，其相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有小于中值的质量。
[0033] 以所述和/或要求保护的方式布置转子叶片的步骤可以包括有意地(或主动地)选择叶片以形成所述和/或要求保护的图案。
[0034] 应当理解，本公开的不同方面可以单独应用或组合应用。
[0035] 本公开认识到，虽然图2中所示的转子叶片的传统布置可以提供足够的动态转子平衡，但是它可能导致其他有害效应。具体地，叶片的质量m根据以下公式与该叶片的自然频率f相关：
[0036]
[0037] 其中：
[0038] f＝特定模式下叶片的自然频率
[0039] m＝叶片的质量
[0040] k＝特定模式下叶片的刚度
[0041] 因此，叶片的质量与其自然频率之间存在相关性。本公开认识到传统的图2布置导致一些叶片具有与其两个相邻叶片明显不同的自然频率。例如，一般来讲，位置C处的叶片的自然频率可以显著低于位置B和D处的叶片的自然频率(尽管三个叶片的刚度k存在任何差异)。因此，在给定的激发频率(可以是引擎转速的倍数)下，转子盘和叶片的系统响应不会在单个调谐频率下发生；一个叶片(例如位置C处的叶片)可以经历比调谐系统更低的振动响应幅度，而其两个相邻叶片(例如在位置B和D处)可以经历更大的振动响应幅度。这可能是因为激发频率基本上与相邻叶片(例如在位置B和D处)的自然频率匹配，但是不能很好地匹配中间叶片(例如在位置C处)的自然频率。
[0042] 本公开认识到，一个叶片(例如图2示例中的叶片C)与其两个相邻叶片(例如图2示例中的叶片B和D)之间的振动响应的这种差异可导致转子100的某些区域产生高水平的应力。例如，该差异振动幅度可以在中间叶片(例如图2示例中的叶片C)的叶片根部(即，叶片120的用于将其附接到毂部110的部分)周围引起特别高的应力。本公开认识到，在特定模式下具有明显不同于两个相邻叶片的自然频率的任何叶片在运行期间可能特别容易经受增加的应力(例如在根部周围)，并且图2所示的传统平衡布置可能导致至少一些叶片经历这种不希望的效应。
[0043] 本文所述和/或要求保护的转子和方法至少部分地解决了传统的平衡布置产生的增加的应力。例如，所述和/或要求保护的叶片布置可以显著降低叶片(其可以被称为中间叶片)具有与两个相邻叶片的自然频率显著不匹配的自然频率的可能性。这可能意味着中间叶片两侧的两个叶片没有表现出彼此相似的响应(并且与中间叶片不同)来达到给定的激发频率，并且因此不会例如通过相对于中间叶片的大且至少部分同步的振动幅度在中间叶片中产生大应力。
[0045] 可选地，对于没有限定或表现出中值转子叶片质量的所有转子叶片(并且进一步可选地，对于在一些布置中限定或表现出中值转子叶片质量的一个或多个转子叶片)，质量大于中值的转子叶片具有质量也大于中值的至少一个相邻转子叶片。可选地，对于没有限定或表现出中值转子叶片质量的所有转子叶片(并且进一步可选地，对于在一些布置中限定或表现出中值转子叶片质量的一个或多个转子叶片)，质量小于中值的转子叶片具有质量也小于中值的至少一个相邻转子叶片。
[0046] 在转子叶片数量n为奇数的情况下，中值转子叶片质量由具有中值质量的转子叶片限定，该转子叶片是第(n+1)/2重的转子叶片，即该叶片具有相等数量的((n-1)/2)个比它轻的叶片和比它重的叶片。
[0047] 在转子叶片数量n为偶数的情况下，中值转子叶片质量被定义为第n/2和第(n+2)/2重的叶片的平均质量(因此，例如，如果有36个叶片，则中值转子叶片质量是第18重和第19重的叶片的平均质量)。
[0048] 转子叶片可以形成包括总数为n的转子叶片的转子叶片组。
[0049] 该转子叶片组中的转子叶片的质量标准偏差可以由σmass给出。对于大多数转子叶片，转子叶片的质量与其相邻转子叶片中的至少一个转子叶片的质量之差可小于该转子叶片组中的转子叶片的质量标准偏差σmass。例如，对于该n个转子叶片组中的至少n-5、n-4、n-3、n-2、n-1个或所有转子叶片，转子叶片的质量与其相邻转子叶片中的至少一个转子叶片的质量之差可小于该转子叶片组中的转子叶片的质量标准偏差σmass。
[0050] 每个转子叶片可以在按质量升序排列的转子叶片列表中具有一个位置。这n个转子叶片中的大多数(例如，大于一半、n-5个、n-4个、n-3个、n-2个、n-1个或全部)在按质量排序的转子叶片列表中的位置可以在至少一个相邻转子叶片在该列表中的位置的五位以内，例如四位、三位或二位。
[0051] 至少两个相邻叶片(即相邻叶片)可具有与中值叶片质量相比更接近最重叶片质量的平均质量。
[0052] 至少两个相邻叶片(即相邻叶片)可具有与中值叶片质量相比更接近最轻叶片质量的平均质量。
[0053] 如别处所述，转子可包括至少(例如确切地说)p个周向相邻叶片组成的子集R，这些叶片的质量均大于中值叶片质量，其中p由下式给出：
[0054] p＝max{m∈Z|m≤(n-1)/x}
[0055] 其中：
[0056] Z为一组整数；
[0057] n是转子中的转子叶片的总数；并且
[0058] x为小于(n-1)/2的偶数。
[0059] p的值(即，子集R中叶片的数量)可以为例如2和n/2之间的任何整数。
[0060] 仅以举例的方式，x的值可以为2、4、6、8、10、n/2(其中n为偶数)或(n-1)/2(其中n为奇数)。
[0061] 转子可包括至少两个这样的周向相邻叶片子集R，这些叶片的质量均大于中值叶片质量。每个子集R可沿周向由质量小于中值叶片质量的至少一个叶片隔开。子集R的数量可等于x/2。
[0062] 在周向相邻叶片的子集R内，每个叶片的质量可以小于沿周向更接近该子集R内的最大质量叶片的相邻叶片的质量。
[0063] 具有子集R内p个叶片中的最大质量的叶片可以沿周向居中定位。这可能意味着在子集R中最大质量叶片的逆时针侧上的叶片数量与在子集R中最大质量叶片的顺时针侧上的叶片数量之差为0或1。在p为奇数的情况下，子集R中具有最大质量的叶片的任一侧的子集R中可以存在(p-1)/2个叶片。在p为偶数的情况下，在该子集中具有最大质量的叶片的一侧可以存在(p-2)/2个叶片，另一侧可以存在p/2个叶片。可以认为子集R中叶片的质量沿周向远离子集R中具有最大质量的叶片顺序地减小。
[0064] 对于具有多于一个子集R的布置，任何两个子集中的叶片数量的差异可以是一个或更少，即可以是0或1。
[0065] 如别处所述，转子可包括至少(例如确切地说)q个周向相邻叶片组成的子集S，这些叶片的质量均小于中值叶片质量，其中q由下式给出：
[0066] q＝max{j∈Z|j≤(n-1)/y}
[0067] 其中：
[0068] Z为一组整数；
[0069] n是转子中的转子叶片的总数；并且
[0070] y为小于(n-1)/2的偶数。
[0071] q的值(即，子集S中叶片的数量)可以为例如2和n/2之间的任何整数。
[0072] 仅以举例的方式，y的值可以为2、4、6、8、10、n/2(其中n为偶数)或(n-1)/2(其中n为奇数)。
[0073] 转子可包括至少两个这样的周向相邻叶片子集S，这些叶片的质量均大于中值叶片质量。每个子集S可沿周向由质量大于中值叶片质量的至少一个叶片隔开。子集S的数量可等于y/2。
[0074] 在周向相邻叶片的子集S内，每个叶片的质量可以大于沿周向更接近该子集S内的最大质量叶片的相邻叶片的质量。
[0075] 具有子集S内q个叶片中的最小质量的叶片可以沿周向居中定位。这可能意味着在子集S中最小质量叶片的逆时针侧上的叶片数量与在子集S中最小质量叶片的顺时针侧上的叶片数量之差为0或1。在q为奇数的情况下，子集S中具有最大质量的叶片的任一侧的子集S中可以存在(q-1)/2个叶片。在q为偶数的情况下，在该子集中具有最小质量的叶片的一侧可以存在(q-2)/2个叶片，另一侧可以存在q/2个叶片。可以认为子集S中叶片的质量沿周向远离子集S中具有最小质量的叶片顺序地减小。
[0076] 对于具有多于一个子集S的布置，任何两个子集中的叶片数量的差异可以是一个或更少，即可以是0或1。
[0077] 转子可以包括质量均大于中值叶片质量的周向相邻叶片组成的一个或多个子集R，以及质量均小于中值叶片质量的周向相邻叶片组成的一个或多个子集S。子集R的数量可以等于子集S的数量。子集R的数量与子集S的数量之差可以小于或等于1。子集R和子集S可以围绕转子的圆周周向交替。子集R可以邻接子集S放置和/或放置在两个子集S之间。子集S可以邻接子集R放置和/或放置在两个子集R之间。
[0078] 如果转子总共有n个转子叶片，那么如果将转子叶片按照质量降序从1到n排序布置，其中1是最重的转子叶片，n是最轻的转子叶片，那么转子叶片1(最重的叶片)以及转子叶片2、3和4中的任何一个(或多个)可以为相邻转子叶片。例如，转子叶片1和2可以是相邻转子叶片。又如，转子叶片1和3可以是相邻转子叶片。又如，转子叶片1和4可以是相邻转子叶片。
[0079] 除此之外或另选地，转子叶片2(第二重叶片)以及转子叶片3、4和5中的任何一个(或多个)可以是相邻转子叶片。当然，单个转子叶片不能使用两次。转子叶片2可以基本上与转子叶片1沿周向相对。基本上沿周向相对可以意味着，例如，最接近转子上的位置的两个叶片中的一个叶片直接沿周向相对。
[0080] 应当理解，许多不同的精确叶片布置符合并享受与本公开相关联的优点。然而，仅以举例的方式，如果将转子叶片按照质量从1到n排序布置，其中1是最重的转子叶片，n是最轻的转子叶片，那么转子可包括顺序为1、3、n、n-2的转子叶片圆周序列。仅另一个示例的方式，转子可以包括顺序为2、4、n-1、n-3的转子叶片圆周序列。
[0081] 在需要时，转子还可包括一个或多个平衡质量。此类平衡质量可以确保转子充分平衡。此类平衡质量通常例如相对于叶片的质量非常轻。此类平衡质量可以放置在任何合适的位置，例如在转子毂部上。在一些布置中，可能不需要平衡质量。
[0082] 在需要平衡质量的情况下，组装转子级的方法可以包括使转子平衡，例如通过确定要在哪里添加质量(例如周向位置)和添加多少质量，然后在确定的位置添加确定的质量。
[0083] 根据一个方面，提供了一种气体涡轮引擎，其包括如本文所述和/或要求保护的一个或多个转子。此类转子可以设置在引擎的任何位置，例如风扇、压缩机或涡轮机中。
[0084] 本文所述和/或要求保护的转子可以特别地但非排他性地在受迫振动在转子的转子叶片的特定振动模式的自然频率处或附近的情况下有效。这种受迫可以是例如机械和/或空气动力受迫。仅以举例的方式，受迫可能是由于引擎旋转和/或可能处于与引擎转速相关的频率，诸如处于引擎速度本身(所谓的第一引擎阶次，或1EO)、引擎速度的两倍(2EO)或引擎转速的任何倍数(例如最高5EO、10EO、15EO、20EO或甚至大于20EO)。
[0085] 应当理解，在本文任何地方使用术语“至少一个相邻转子叶片”(或类似术语)的情况下，这可以理解为“相邻转子叶片中的一个或两个”。同样如本文所用，“相邻”可以表示“周向相邻”。因此，例如，术语“相邻转子叶片”可以用术语“周向相邻转子叶片”代替。
[0086] 如本文其他地方所述，本公开可涉及气体涡轮引擎。此类气体涡轮引擎可包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮、燃烧器、压缩机和将该涡轮连接到该压缩机的芯轴。此类气体涡轮引擎可包括位于引擎核心的上游的(具有风扇叶片的)风扇。
[0087] 本公开的布置可以涉及包括一个或多个转子的任何类型的气体涡轮引擎。仅以举例的方式，气体涡轮引擎可以(或可以不)包括经由齿轮箱驱动的风扇。因此，该气体涡轮引擎可包括齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度来驱动风扇。至齿轮箱的输入可直接来自芯轴或者间接地来自芯轴，例如经由正齿轮轴和/或齿轮。芯轴可将涡轮和压缩机刚性地连接，使得涡轮和压缩机以相同的速度旋转(其中，风扇以更低的速度旋转)。
[0088] 如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何合适的通用架构。例如，气体涡轮引擎可具有将涡轮和压缩机连接的任何所需数量的轴，例如一个轴、两个轴或三个轴。仅以举例的方式，连接到芯轴的涡轮可以是第一涡轮，连接到芯轴的压缩机可以是第一压缩机，并且芯轴可以是第一芯轴。该引擎核心还可包括第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮、第二压缩机和第二芯轴可被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。
[0089] 在此类布置结构中，第二压缩机可轴向定位在第一压缩机的下游。该第二压缩机可被布置成(例如直接接收，例如经由大致环形的管道)从第一压缩机接收流。
[0090] 齿轮箱(如果存在)可被布置成由被构造成(例如在使用中)以最低旋转速度旋转的芯轴(例如上述示例中的第一芯轴)来驱动。例如，该齿轮箱可被布置成仅由被构造成(例如在使用中)以最低旋转速度旋转的芯轴(例如，在上面的示例中，仅第一芯轴，而不是第二芯轴)来驱动。另选地，该齿轮箱可被布置成由任何一个或多个轴驱动，该任何一个或多个轴例如为上述示例中的第一轴和/或第二轴。
[0091] 该齿轮箱可以是减速齿轮箱(因为风扇的输出比来自芯轴的输入的旋转速率低)。可以使用任何类型的齿轮箱。例如，齿轮箱可以是“行星式”或“星形”齿轮箱，如本文别处更详细地描述。齿轮箱可以具有任何期望的减速比(定义为输入轴的旋转速度除以输出轴的旋转速度)，例如大于2.5，例如在3到4.2、或3.2到3.8的范围内，例如，大约或至少3、3.1、
3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1或4.2。例如，传动比可以在前一句中的任何两个值之间。仅以举例的方式，齿轮箱可以是“星形”齿轮箱，其具有在3.1或3.2到3.8的范围内的传动比。在一些布置结构中，传动比可在这些范围之外。
3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1或4.2。例如，传动比可以在前一句中的任何两个值之间。仅以举例的方式，齿轮箱可以是“星形”齿轮箱，其具有在3.1或3.2到3.8的范围内的传动比。在一些布置结构中，传动比可在这些范围之外。
[0092] 在如本文所述和/或所要求保护的任何气体涡轮引擎中，燃烧器可被轴向设置在风扇和一个或多个压缩机的下游。例如，在提供第二压缩机的情况下，燃烧器可直接位于第二压缩机的下游(例如在其出口处)。以另一个示例的方式，在提供第二涡轮的情况下，可将燃烧器出口处的流提供至第二涡轮的入口。该燃烧器可设置在一个或多个涡轮的上游。
[0093] 该压缩机或每个压缩机(例如，如上所述的第一压缩机和第二压缩机)可包括任何数量的级，例如多个级。每一个级可包括一排转子叶片(其中一些可以如本文所述/或要求保护的那样布置)和一排定子叶片，该排定子叶片可为可变定子叶片(因为它们的入射角可以是可变的)。该排转子叶片和该排定子叶片可彼此轴向偏移。
[0094] 该涡轮或每个涡轮(例如，如上所述的第一涡轮和第二涡轮)可包括任何数量的级，例如多个级。每一个级可包括一排转子叶片(其中一些可以如本文所述/或要求保护的那样布置)和一排定子叶片。该排转子叶片和该排定子叶片可彼此轴向偏移。
[0095] 本领域的技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征或参数可应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征或参数可应用于任何方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征或参数组合。附图说明
[0096] 现在将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案，其中：
[0097] 图1是气体涡轮引擎的转子的示意图；
[0098] 图2是示出围绕采用传统布置的转子圆周的转子叶片的质量和位置的曲线图；
[0099] 图3是气体涡轮引擎的截面侧视图；
[0100] 图4是气体涡轮引擎的上游部分的特写截面侧视图；
[0101] 图5是用于气体涡轮引擎的齿轮箱的局部剖视图；
[0102] 图6是示出根据本公开的示例的围绕转子圆周的转子叶片的质量和位置的曲线图；
[0103] 图7是示出根据本公开的示例的围绕转子圆周的转子叶片的质量和位置的曲线图；
[0104] 图8是示出根据本公开的示例的围绕转子圆周的转子叶片的质量和位置的曲线图；和
[0105] 图9是示出根据本公开的示例的围绕转子圆周的转子叶片的质量和位置的曲线图；
具体实施方式
[0106] 现在将参考附图讨论本公开的方面和实施方案。其他方面和实施方案对于本领域的技术人员而言是显而易见的。
[0107] 图3示出了具有主旋转轴线9的气体涡轮引擎10。引擎10包括进气口12和推进式风扇23，该推进式风扇产生两股气流：核心气流A和旁路气流B。气体涡轮引擎10包括接收核心气流A的核心11。引擎核心11以轴流式串联包括低压压缩机14、高压压缩机15、燃烧设备16、高压涡轮17、低压涡轮19和核心排气喷嘴20。短舱21围绕气体涡轮引擎10并限定旁路管道22和旁路排气喷嘴18。旁路气流B流过旁路管道22。风扇23经由轴26和周转齿轮箱30附接到低压涡轮19并由该低压涡轮驱动。
[0108] 在使用中，核心气流A由低压压缩机14加速和压缩，并被引导至高压压缩机15中以进行进一步的压缩。从高压压缩机15排出的压缩空气被引导至燃烧设备16中，在该燃烧设备中压缩空气与燃料混合，并且混合物被燃烧。然后，所得的热燃烧产物在通过核心排气喷嘴20排出之前通过高压涡轮机17和低压涡轮机19膨胀，从而驱动该高压涡轮机17和该低压涡轮机19以提供一些推进推力。高压涡轮17通过合适的互连轴27来驱动高压压缩机15。风扇23通常提供大部分推进推力。周转齿轮箱30是减速齿轮箱。
[0109] 图4中示出了齿轮传动风扇气体涡轮引擎10的示例性布置结构。低压涡轮机19(参见图3)驱动轴26，该轴联接到周转齿轮布置结构30的太阳轮或太阳齿轮28。在太阳齿轮28的径向向外处并与该太阳齿轮相互啮合的是多个行星齿轮32，该多个行星齿轮通过行星架34联接在一起。行星架34约束行星齿轮32以同步地围绕太阳齿轮28进动，同时使每个行星齿轮32绕其自身轴线旋转。行星架34经由连杆36联接到风扇23，以便驱动该风扇围绕引擎轴线9旋转。在行星齿轮32的径向向外处并与该行星齿轮相互啮合的是齿圈或环形齿轮38，其经由连杆40联接到固定支撑结构24。
[0110] 需注意，本文中使用的术语“低压涡轮”和“低压压缩机”可分别表示最低压力涡轮级和最低压力压缩机级(即，不包括风扇23)，和/或通过在引擎中具有最低旋转速度的互连轴26(即，不包括驱动风扇23的齿轮箱输出轴)连接在一起的涡轮级和压缩机级。在一些文献中，本文中提到的“低压涡轮”和“低压压缩机”可被另选地称为“中压涡轮”和“中压压缩机”。在使用此类另选命名的情况下，风扇23可被称为第一或最低压力的压缩级。
[0111] 在图5中以举例的方式更详细地示出了周转齿轮箱30。太阳齿轮28、行星齿轮32和环形齿轮38中的每一者包括围绕其周边以用于与其他齿轮相互啮合的齿。然而，为清楚起见，图5中仅示出了齿的示例性部分。示出了四个行星齿轮32，但是对本领域的技术人员显而易见的是，可以在要求保护的发明的范围内提供更多或更少的行星齿轮32。行星式周转齿轮箱30的实际应用通常包括至少三个行星齿轮32。
[0112] 在图4和图5中以举例的方式示出的周转齿轮箱30是行星式的，其中行星架34经由连杆36联接到输出轴，其中齿圈38被固定。然而，可使用任何其他合适类型的周转齿轮箱30。以另一个示例的方式，周转齿轮箱30可以是星形布置结构，其中行星架34保持固定，允许环形齿轮(或齿圈)38旋转。在此类布置结构中，风扇23由环形齿轮38驱动。以另一个另选示例的方式，齿轮箱30可以是差速齿轮箱，其中环形齿轮38和行星架34均被允许旋转。
[0113] 应当理解，图4和图5中所示的布置结构仅是示例性的，并且各种另选方案都在本公开的范围内。仅以举例的方式，可使用任何合适的布置结构来将齿轮箱30定位在引擎10中和/或用于将齿轮箱30连接到引擎10。以另一个示例的方式，齿轮箱30与引擎10的其他部分(诸如输入轴26、输出轴和固定结构24)之间的连接件(诸如图4示例中的连杆36、40)可具有任何期望程度的刚度或柔性。以另一个示例的方式，可使用引擎的旋转部分和固定部分之间(例如，在来自齿轮箱的输入轴和输出轴与固定结构诸如齿轮箱壳体之间)的轴承的任何合适布置结构，并且本公开不限于图4的示例性布置结构。例如，在齿轮箱30具有星形布置结构(如上所述)的情况下，技术人员将容易理解，输出连杆和支撑连杆以及轴承位置的布置结构通常不同于图4中以举例的方式示出的布置结构。
[0114] 因此，本公开延伸到具有齿轮箱类型(例如星形或行星齿轮)、支撑结构、输入和输出轴布置结构以及轴承位置中的任何布置结构的气体涡轮引擎。
[0115] 可选地，齿轮箱可驱动附加的和/或另选的部件(例如，中压压缩机和/或增压压缩机)。
[0116] 本公开可应用的其他气体涡轮引擎可具有另选配置。例如，此类引擎可具有另选数量的压缩机和/或涡轮和/或另选数量的互连轴。以另外的示例的方式，图3中所示的气体涡轮引擎具有分流喷嘴18、20，这意味着穿过旁路管道22的流具有自己的喷嘴18，该喷嘴与核心排气喷嘴20分开并沿径向在该核心排气喷嘴的外部。然而，这不是限制性的，并且本公开的任何方面也可应用于如下引擎，在该引擎中，穿过旁路管道22的流和穿过核心11的流在可被称为混流喷嘴的单个喷嘴之前(或上游)混合或组合。一个或两个喷嘴(无论是混合的还是分流的)可具有固定的或可变的面积。
[0117] 虽然所描述的示例涉及涡轮风扇引擎，但是本公开可应用于例如任何类型的气体涡轮引擎，诸如开放式转子(其中风扇级未被短舱围绕)或例如涡轮螺旋桨引擎。在一些布置结构中，气体涡轮引擎10可不包括齿轮箱30。
[0118] 气体涡轮引擎10的几何形状及其部件由传统的轴系限定，包括轴向(与旋转轴9对准)、径向(在图3中从下到上的方向)和周向(垂直于图3视图中的页面)。轴向、径向和周向相互垂直。
[0119] 图1为示出气体涡轮引擎10的转子100的示意图。转子100可为引擎10中的转子，例如压缩机部分14、15中的任何转子或涡轮机部分17、19中的任何转子。转子100被布置成围绕燃气涡轮引擎10的旋转轴线9旋转。
[0120] 转子100包括转子毂部110和转子叶片120。以举例的方式，图1中示出的转子100包括36个转子叶片120，但是应当理解，根据本公开的转子可包括任何数量(奇数或偶数)的转子叶片120。
[0121] 转子叶片120围绕毂部的圆周均匀地间隔开。因此，每一对相邻叶片120之间的角度与其他每一对相邻叶片120之间的角度相同。可以采用任何合适的方式将叶片120提供给毂部110。在图1的示例中，每个叶片120包括叶片根部125，叶片根部与毂部110中的对应狭槽115接合。应当理解，为清楚起见，叶片根部125和狭槽115仅在图1中的一个叶片位置(AA)处示出，但是所有叶片120都以相同的方式附接到毂部110。仅以举例的方式，根部125可以是枞树形设计或燕尾形设计。
[0122] 每个叶片120被提供到毂部110的周向位置(对应于图1示例中的狭槽115的位置)在图1中标记为A至AJ。因此，应当理解，字母A至AJ中的每一个字母表示转子100上的周向位置，而不是单个叶片。因此，如果交换两个叶片的位置，标记将保持不动。因此，可以将在标记有特定字母(例如，“E”)的周向位置处的叶片移动到不同的周向位置(例如，“AB”)而不改变图1中所示的圆周标记。
[0123] 可以使用任何合适的方法来将每个转子叶片120与毂部110和其他转子叶片120分开地制造，该方法可以包括例如铸造和/或机加工。每个转子叶片120预期具有与其他转子叶片120相同的质量。然而，由于制造公差，每个叶片120的实际质量与所有其他叶片有所不同。事实上，通常，每个叶片120的质量与每个其他叶片120的质量不同。
[0124] 因此，给定的一组n个叶片120具有一个中值质量。在叶片120的数量n为奇数的情况下，中值质量是该组中具有相等数量的更重叶片和更轻叶片的叶片的质量。在叶片120的数量n为奇数的情况下，中值质量是该组中具有n/2个较重叶片的叶片和具有(n-1)/2个较重叶片的叶片的平均质量。以举例的方式，图1的转子具有36个叶片，使得中值质量被计算为该叶片组中第18重和第19重的叶片的平均值。
[0125] 一旦计算出中值质量，就可以根据中值质量对该叶片组中的每个叶片120的质量进行归一化。
[0126] 图6至图9示出了根据本公开的示例的围绕转子100的圆周的转子叶片120的不同布置。具体地，图6至图9中的x轴示出了参考图1示意图的周向位置A至AJ，y轴示出了在每个周向位置A至AJ处的叶片的质量，该质量按照该叶片组的中值质量(即除以中值质量)被归一化。
[0127] 应当理解，用于图6至图9的示例的叶片组中的叶片120的特定(和归一化)质量仅作为示例，并且该叶片组中的叶片120的实际绝对质量或归一化质量可能具有任何分布。仅以举例的方式，该叶片组中最重的叶片120的质量(在图6中的位置A处示出)比中值质量大约5.5％，并且该叶片组中最轻的叶片120的质量(在图6中的位置C处示出)比中值质量小5％不到。
[0128] 一组n个叶片可以按质量下降的顺序布置，使得叶片1是最重的叶片，叶片n是最轻的叶片。因此，可将叶片编号为1到n(即1、2、3......(n-2)、(n-1)、n)，其中叶片越轻，数字越大。
[0129] 在图6至图9中的每一个中，叶片120布置在位置A至AJ中，使得对于质量大于中值的大多数转子叶片(即，归一化质量大于1的叶片)，相邻转子叶片中的至少一个的质量也大于中值。相似地，对于质量小于中值的大多数转子叶片(即，归一化质量小于1的叶片)，相邻转子叶片中的至少一个的质量也小于中值。
[0130] 在图6的布置中，只有位置Q和AI处的叶片具有大于中值质量的质量，但没有质量大于中值的至少一个相邻转子叶片。然而，因为位置Q和AI处的叶片及其相邻叶片都接近中值质量，所以它们不会经历可能在质量与其两个相邻叶片明显不同的叶片(例如图2的传统布置中的叶片C)中引起的应力的显著增加。在图7的布置中，只有叶片Q的质量大于中值质量，但是没有质量大于中值的至少一个相邻转子叶片，同样是因为位置Q处的叶片及其相邻叶片是都接近中值质量，因此它们不会经历应力的显著增加。
[0131] 图8和图9示出了布置的示例，其中对于质量大于中值的所有转子叶片，相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有大于中值的质量。相似地，图8和图9是布置的示例，其中对于质量小于中值的所有转子叶片，相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有小于中值的质量。
[0132] 该组转子叶片120中的转子叶片的质量具有以传统方式计算的标准偏差σmass。仅以举例的方式，该转子叶片组(具有36个转子叶片)中的转子叶片120的归一化质量的标准偏差为0.028(即2.8％)。图6至图9的布置都是这样的布置的示例，其中转子叶片组中的任何给定转子叶片的质量与其相邻转子叶片中的至少一个的质量之差小于该转子叶片组的转子叶片的质量标准偏差σmass。
[0133] 图6至9是包含至少p个周向相邻叶片的子集R的布置的所有示例，这些叶片都具有大于中值叶片质量的质量，其中p由下式给出：
[0134] p＝max{g∈Z|g≤(n-1)/x}
[0135] 其中：
[0136] Z为一组整数；
[0137] n是转子中的转子叶片的总数；并且
[0138] x为小于(n-1)/2的偶数。
[0139] 图6和图7的布置各自包含8个这样的子集R，每个子集包含2个叶片(p＝2)，x的值为16(即，最大偶数小于(n-1)/2，其中n＝36)。
[0140] 图8的布置包含1个这样的子集R，其包含18个叶片(p＝17)，x的值为2。
[0141] 图9的布置包含2个这样的子集R，每个子集包含9个叶片(p＝8)，x的值为4。
[0142] 图6至图9是包含至少q个周向相邻叶片的子集S的布置的所有示例，这些叶片都具有小于中值叶片质量的质量，其中q由下式给出：
[0143] q＝max{j∈Z|j≤(n-1)/y}
[0144] 其中：
[0145] Z为一组整数；
[0146] n是转子中的转子叶片的总数；并且
[0147] y为小于(n-1)/2的偶数。
[0148] 图6和图7的布置各自包含8个这样的子集S，每个子集包含2个叶片(q＝2)，y的值为16(即，最大偶数小于(n-1)/2，其中n＝36)。
[0149] 图8的布置包含1个这样的子集S，其包含18个叶片(q＝17)，y的值为2。
[0150] 图9的布置包含2个这样的子集S，每个子集包含9个叶片(q＝8)，y的值为4。
[0151] 仅为了完整起见，并且作为非限制性示例，下表示出了对于图6至9中所示的每个布置，围绕转子100的圆周设置的转子叶片120的顺序。周向位置A至AJ与图1中所示的示意图有关。叶片编号是叶片在按叶片质量排序的列表中的位置，其中最重的叶片是叶片“1”，最轻的叶片是叶片“n”，在这种情况下是叶片“36”。换句话讲，给定的叶片比具有较小叶片编号的所有叶片更轻，并且比具有更大叶片编号的所有叶片更重。
[0152]
[0153]
[0154] 再次，应当理解，除了图6至9中以举例的方式示出的那些之外的多种叶片布置可以根据本公开并且享受与本公开相关联的优点。
[0155] 一旦叶片已经以期望的图案(例如图6至9中的任何一个的图案)布置，就可能需要使转子100平衡。如果需要，这可以通过添加一个或多个平衡质量来实现，诸如图1中以举例的方式示出的质量130。然而，一些布置可能不需要进一步平衡，在这种情况下可以省略平衡质量130。
[0156] 应当理解，本发明不限于上述实施方案，并且在不脱离本文中描述的概念的情况下可进行各种修改和改进。除非相互排斥，否则任何特征可单独使用或与任何其他特征组合使用，并且本公开扩展到并包括本文中描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。
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