專利名稱：渦輪機(jī)的改進(jìn)的高壓渦輪、相關(guān)的導(dǎo)向葉片扇形部以及飛行器發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪導(dǎo)向葉片組件的組裝。其主要可應(yīng)用于飛行器發(fā)動機(jī)(例如，渦輪噴氣發(fā)動機(jī))中的高壓渦輪的導(dǎo)向葉 片組件的組裝。
背景技術(shù)：
在渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的高壓渦輪中，通常通過固定在殼體的底部(也叫做內(nèi)部殼體 的輪廓)來裝配導(dǎo)向葉片組件。在下文中，我們將把內(nèi)部殼體的輪廓稱為支撐或直接固定 至渦輪內(nèi)部殼體的結(jié)構(gòu)元件的組合。類似地，“外部殼體的輪廓”的表達(dá)將用來表示支撐或 直接固定至外渦輪殼體的結(jié)構(gòu)元件的組合。已經(jīng)提供了幾種固定方案。本質(zhì)上可將其主要 分成兩類那些通常使用的需要作為用于固定至內(nèi)部殼體的輪廓的裝置的螺栓連接，例如 那些在專利申請EP 1 369 552中描述的，以及那些使用其它固定裝置的，例如銷。例如，使用銷的這種解決方案是在專利申請F(tuán)R 2 189 632和EP 0 513956中描述 的。在圖1中示出了由申請人目前所使用的一個具有銷的解決方案。關(guān)于氣流(在圖1中，從左至右)，使用名稱“上游”和“下游”。同樣地，關(guān)于元件 相對于渦輪軸(在圖1中，位于底部)的位置，使用術(shù)語“外部的”、“外的”、“內(nèi)部的”和“內(nèi) 的”、“方位角的”。因此，方位角位置與相對于渦輪軸的旋轉(zhuǎn)軸線的方位角相對應(yīng)。圖1示 出，高壓導(dǎo)向葉片組件包括限定一行位于高壓渦輪的移動葉片2的行的上游的固定穩(wěn)流葉 片1的扇形部。經(jīng)由銷4將扇形部1的內(nèi)邊緣10固定至渦輪的內(nèi)部殼體3的輪廓的所謂 的內(nèi)錐部分(inner cone part)30。此內(nèi)部殼體3的輪廓尤其包括導(dǎo)向葉片殼體31。扇形 部1的外邊緣11軸向地抵靠在環(huán)形零件50上，環(huán)形零件50支撐移動葉片2且直接固定至 渦輪機(jī)的外部殼體5。由于此裝配(外邊緣的軸向支承以及通過內(nèi)邊緣的銷固定)的原因， 所以，在渦輪機(jī)的運行過程中，固定導(dǎo)向葉片1可在下游或上游方向上傾斜幾度，目的是彌 補(bǔ)可能在外部殼體5和內(nèi)部殼體3之間出現(xiàn)的不均勻膨脹。然而，這種裝配使得可能無法 產(chǎn)生過多應(yīng)力并無法確保密封。在渦輪的運行過程中，在氣體的推動下，導(dǎo)向葉片組件的固 定葉片1軸向地抵靠在兩個用橢圓代表的區(qū)域上，應(yīng)力或多或少平衡分布的內(nèi)區(qū)域Zl和外 區(qū)域Z2。換句話說，在區(qū)域Zl中施加固定導(dǎo)向葉片1的推力的一半，在區(qū)域Z2中施加另一 半推力。因此，不管通常用來組裝渦輪導(dǎo)向葉片組件的固定解決方案如何，尤其是具有由 申請人:使用的銷的固定方案，必須為內(nèi)部殼體的輪廓和外部殼體的輪廓的提供足夠的標(biāo)示 尺寸，也必須能夠?qū)λ┘拥膽?yīng)力起作用。這種標(biāo)示尺寸必須伴隨內(nèi)部殼體和外部殼體的 給定質(zhì)量的延伸，尤其是導(dǎo)向葉片殼體，其可以是明顯的。那么，本發(fā)明的目的是提出一種通過減小或甚至消除在氣體推動的操作過程中施 加在內(nèi)部殼體的輪廓上的力，使得能夠減小渦輪的導(dǎo)向葉片殼體的質(zhì)量的解決方案。
換句話說，本發(fā)明的目的是，制造使得能夠?qū)⑺型屏κ┘釉谕獠繗んw的輪廓上 并彌補(bǔ)可能出現(xiàn)在外部殼體的輪廓和內(nèi)部殼體的輪廓之間的軸向不均勻膨脹的渦輪導(dǎo)向 葉片組件。

發(fā)明內(nèi)容
為此目的，本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)的高壓渦輪，包括至少一個由環(huán)形行的固定穩(wěn) 流葉片形成的導(dǎo)向葉片組件和旋轉(zhuǎn)地安裝在導(dǎo)向葉片組件下游的葉片式轉(zhuǎn)子，所述導(dǎo)向葉 片組件包括外邊緣和內(nèi)邊緣，其特征在于，外邊緣軸向地抵靠在渦輪的外部殼體的輪廓上， 并且，內(nèi)邊緣以軸向滑動連接的方式與渦輪的內(nèi)部殼體的輪廓連接，該軸向滑動連接允許 內(nèi)邊緣沿著發(fā)動機(jī)軸線是自由的，其中，由葉片的外邊緣的軸向支承形成軸向止擋。因此，在本發(fā)明的上下文中出現(xiàn)的軸向滑動連接是術(shù)語的技術(shù)意義上的滑動連 接，對于葉片的內(nèi)邊緣，其由此允許沿著發(fā)動機(jī)(換句話說，是渦輪機(jī))的軸線的自由度。通過葉片的外邊緣的軸向支承來實現(xiàn)葉片的軸向止擋由此實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明追求 的目的，因為，通過內(nèi)部殼體的輪廓上的這種軸向滑動連接，在渦輪機(jī)的運行過程中，在外 部殼體的輪廓上施加所有推力。在本發(fā)明的上下文中定義的軸向滑動連接決不是允許一定軸向位移的組件，例如 具有伸縮接頭的組件。具有伸縮接頭的葉片的內(nèi)邊緣的組件不在本發(fā)明的范圍內(nèi)，因為其 必須在操作過程中對渦輪機(jī)的推力的部分起作用。外部殼體的輪廓可包括固定至外部殼體的環(huán)形支撐部，并且，導(dǎo)向葉片的外邊緣 抵靠在環(huán)形支撐部上。根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，-內(nèi)部殼體的輪廓包括具有多個軸向凹槽的環(huán)形件，-每個內(nèi)導(dǎo)向葉片邊緣包括朝向內(nèi)部殼體的輪廓延伸并被構(gòu)造為鉤子的延伸部， 一組鉤子被定向在渦輪的上游方向上，另一組鉤子被定向在渦輪的下游方向上，鉤子在一 對彼此固定的凸緣中互鎖，通過多個銷來實現(xiàn)軸向滑動連接，所述多個銷從至少一個凸緣 朝向渦輪的內(nèi)部徑向延伸并分別容納在內(nèi)部殼體的輪廓的環(huán)形件的一個軸向凹槽中。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，由此將剛性高壓導(dǎo)向葉片組件冠部制造為具有一對 相對于彼此固定的環(huán)形凸緣，組件被軸向滑動地連接至拱形內(nèi)部殼體的延伸部分。此連接 允許組件居中并且是軸向自由的。通過葉片的外邊緣(尤其是下游外軌道)在外部殼體的 輪廓上的軸向支承來實現(xiàn)軸向止擋(負(fù)載支承，load-bearing)。有利地，該隊凸緣通過螺栓連接相對于彼此固定。優(yōu)選地，上游導(dǎo)向葉片延伸部分的一部分和上游凸緣被構(gòu)造為限定足夠?qū)挼耐?道，以從上游對導(dǎo)向葉片組件提供空氣。優(yōu)選地，多個銷從其向內(nèi)延伸的凸緣是上游凸緣，并且，其中，包括容納有銷的軸 向凹槽的內(nèi)部殼體的輪廓的環(huán)形件是固定至導(dǎo)向葉片組件的內(nèi)渦輪殼體上游的構(gòu)件。當(dāng)導(dǎo)向葉片組件包括至少一個扇形部時，所述凸緣中的一個可包括多個軸向突出 部，所述多個軸向突出部的各自寬度對應(yīng)于將相同定向的同一導(dǎo)向葉片組件扇形部的兩個 鉤子分開的距離，所述凸緣的突出部和所述導(dǎo)向葉片組件扇形部的鉤子相對于彼此布置， 以組成允許導(dǎo)向葉片的方位角定位的榫卯系統(tǒng)。
包括突出部的凸緣優(yōu)選地是下游凸緣。每個凸緣優(yōu)選地由一個一體零件組成，其環(huán)形形狀具有允許組裝整個環(huán)形行的固 定葉片的長度。本發(fā)明還涉及一種渦輪導(dǎo)向葉片扇形部，其包括至少一個固定穩(wěn)流葉片，其一個 側(cè)邊緣包括被構(gòu)造為分成不同定向的兩組的鉤子的延伸部分，一組朝向前邊緣，另一組朝 向葉片的后邊緣。渦輪導(dǎo)向葉片組件扇形部可包括單個固定穩(wěn)流葉片。側(cè)邊緣的延伸部分可有利地包括一組兩個鉤子。本發(fā)明還涉及一種包括鉤子的環(huán)形凸緣，所述鉤子旨在通過與如前所述的扇形部 的多組鉤子中的一組互鎖來配合。環(huán)形凸緣可包括銷。本發(fā)明還涉及一種飛行器發(fā)動機(jī)，所述飛行器發(fā)動機(jī)包括如前所述的高壓渦輪。本發(fā)明具有以下主要優(yōu)點-消除內(nèi)部殼體的輪廓上的力，-可能減小內(nèi)部殼體的輪廓(特別是導(dǎo)向葉片殼體)的厚度尺寸，并由此可能減小質(zhì)量。


通過閱讀參考下圖實現(xiàn)的詳細(xì)描述，將更好地發(fā)現(xiàn)其它優(yōu)點和特征，其中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)高壓渦輪的部分縱向截面圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明的高壓渦輪的一個實施方式的部分縱向截面圖，圖3A至圖3E示出了組裝根據(jù)本發(fā)明的高壓渦輪的導(dǎo)向葉片的不同的連續(xù)步驟。
具體實施例方式如圖1所示，上面描述了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的高壓渦輪。這種渦輪的裝配的缺點是，限 定了來自區(qū)域Zl和區(qū)域Z2之間的氣體的推力的均等分布。因此，必須提供內(nèi)部殼體3的 輪廓，特別是對于導(dǎo)向葉片殼體31，將尺寸構(gòu)造為足夠接收區(qū)域Zl中的推力。本發(fā)明的目的是，使所有軸向力從導(dǎo)向葉片組件HP 1通過外部殼體5的輪廓，或 在區(qū)域Z2中通過。為此目的，在區(qū)域Zl (在圖2中，由黑色水平線LG代表)中產(chǎn)生軸向滑動連接。在 所示實施方式中，由于剛性環(huán)形冠部而實現(xiàn)軸向滑動連接，剛性環(huán)形冠部由上游凸緣60、下 游凸緣61和至少一個與凸緣60、61鉤住的導(dǎo)向葉片扇形部1形成。用具有螺釘7和螺母 8的系統(tǒng)鎖定如此形成的剛性冠部。更精確地，內(nèi)部殼體3的輪廓包括具有多個軸向凹槽300的內(nèi)錐30(圖2D)。導(dǎo)向葉片扇形部1的每個內(nèi)邊緣10包括延伸部分100，該延伸部分100朝向內(nèi)部 殼體3的輪廓延伸并被構(gòu)造為鉤子，一組鉤子IOOa朝向渦輪的上游方向定向，并且另一組 鉤子IOOb朝向渦輪的下游方向定向。將鉤子IlOaUlOb在這對凸緣60、61的具有互補(bǔ)形 狀的鉤子600、610中互鎖。用螺釘/螺母系統(tǒng)7、8將零件60、61相對于彼此固定。用多個抗旋轉(zhuǎn)銷601來實現(xiàn)軸向滑動連接LG，所述抗旋轉(zhuǎn)銷從上游凸緣朝著渦輪的內(nèi)部徑向地延伸(圖2和圖3B)，并且，將所述銷子分別容納在內(nèi)部殼體3的輪廓的內(nèi)錐 30的軸向凹槽300中的一個中。由此限定的冠部在拱形內(nèi)部殼體3的延伸部分的延長處和內(nèi)錐30具有連接界面。 此連接具有幾個功能定心功能、軸向滑動功能和抗旋轉(zhuǎn)功能。連接的滑動功能允許剛性冠部沿著發(fā)動機(jī)軸線具有自由度。在導(dǎo)向葉片組件HP 的力的作用下，剛性冠部僅在外部殼體5的輪廓上(在下游外軌道DHP 11 ；區(qū)域Z2)接觸， 在內(nèi)錐30上不產(chǎn)生軸向力。換句話說，用外部殼體5傳遞力。將DHP扇形部的上游內(nèi)邊緣IOOa和上游凸緣60的鉤子100a、600分別設(shè)計為執(zhí) 行以下功能-通過限定提供至該端的空氣通道C，對導(dǎo)向葉片組件DHP的扇形部1提供空氣 (圖 3B，圖 3C)，-對導(dǎo)向葉片組件DHP的扇形部1進(jìn)行方位角定位。更精確地，為了實現(xiàn)扇形部1的方位角定位，下游凸緣61包括多個軸向突出部 611，多個軸向突出部的各自寬度對應(yīng)于將相同定向的同一導(dǎo)向葉片扇形部的兩個鉤子 IOOa分開的距離。將凸緣61的突出部611和所述扇形部的鉤子600相對于彼此布置，以形 成使得能夠?qū)?dǎo)向葉片扇形部進(jìn)行方位角定位的榫卯系統(tǒng)(圖3A)。為了實現(xiàn)導(dǎo)向葉片組件的組裝，進(jìn)行如下操作(在圖3A至圖3D中，用箭頭代表作 用方向)-通過將鉤子IOOb和下游凸緣61的鉤子610進(jìn)行互補(bǔ)的互鎖，在下游凸緣61中 安置導(dǎo)向葉片扇形部1(圖3A)，-通過將鉤子IOOa和上游凸緣的鉤子600進(jìn)行互補(bǔ)的互鎖，在由下游凸緣61和扇 形部1形成的子組件中組裝上游凸緣60 (圖:3B)，-通過螺栓連接7、8來旋擰連接由此形成的剛性冠部，每個螺栓連接由螺釘7和螺 栓8組成(圖3C)，-通過將每個銷601插入形成于內(nèi)錐中的相應(yīng)軸向凹槽300中的一個，將旋擰組裝 的冠部與內(nèi)部殼體3的輪廓的內(nèi)錐30組裝在一起(圖3D)，-將安裝于具有冠部的軸向滑動連接LG中的內(nèi)錐30與內(nèi)部殼體3的輪廓固定，以 完成最終的組裝(圖3E)。毫無疑問地，在不超出本發(fā)明的范圍的前提下，可提供許多改進(jìn)或替代方式。例如，雖然在所示實施方式中，每個扇形部1包括單個固定葉片，但是也可將本發(fā) 明實現(xiàn)為具有分別包括幾個固定葉片的扇形部。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)的高壓渦輪，包括至少一個由環(huán)形行的固定穩(wěn)流葉片形成的導(dǎo)向葉片 組件和旋轉(zhuǎn)地安裝在所述導(dǎo)向葉片組件下游的葉片式轉(zhuǎn)子，所述導(dǎo)向葉片組件包括外邊緣 和內(nèi)邊緣，其特征在于，所述外邊緣(11)軸向地抵靠在所述渦輪的外部殼體的輪廓(5，50) 上，并且，所述內(nèi)邊緣(10)以軸向滑動連接(LG)的方式與渦輪的內(nèi)部殼體的輪廓(3，30) 連接，所述軸向滑動連接允許內(nèi)邊緣(10)沿著發(fā)動機(jī)軸線是自由的，其中，由葉片的外邊 緣的軸向支承形成軸向止擋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓渦輪，其特征在于，所述外部殼體的輪廓(5，50)包括固 定至所述外部殼體(5)的環(huán)形支撐部(50)，并且，導(dǎo)向葉片的外邊緣(11)抵靠在所述環(huán)形 支撐部(50)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓渦輪，其特征在于-所述內(nèi)部殼體的輪廓(3，30)包括具有多個軸向凹槽(300)的環(huán)形件(30)，-每個內(nèi)導(dǎo)向葉片邊緣(10)包括朝向所述內(nèi)部殼體(3)的輪廓延伸并被構(gòu)造為鉤子的 延伸部，一組鉤子(IOOa)被定向在所述渦輪的上游方向上，并且另一組鉤子(IOOb)被定向 在所述渦輪的下游方向上，所述鉤子(100a，100b)在彼此固定的一對凸緣(60，61)中互鎖， 通過多個銷(601)來實現(xiàn)所述軸向滑動連接(LG)，所述多個銷從至少一個所述凸緣(60)朝 向所述渦輪的內(nèi)部徑向延伸并各自容納在所述內(nèi)部殼體的輪廓的環(huán)形件的一個所述軸向 凹槽中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓渦輪，其特征在于，所述一對凸緣(60，61)通過螺栓連接 (7,8)相對于彼此固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4中任一項所述的高壓渦輪，其特征在于，上游導(dǎo)向葉片延伸部分 (IOOa)的一部分和上游凸緣(60)被構(gòu)造為限定足夠?qū)挼耐ǖ?C)，以從上游對所述導(dǎo)向葉 片組件提供空氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的高壓渦輪，其特征在于，從其向內(nèi)延伸有所述多 個銷(601)的凸緣(60)是上游凸緣，并且，其中，包括容納有銷的軸向凹槽(300)的內(nèi)部殼 體(3)的輪廓的環(huán)形件(30)是固定至所述導(dǎo)向葉片組件的內(nèi)部渦輪殼體(3)上游的構(gòu)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項所述的高壓渦輪，其特征在于，所述導(dǎo)向葉片組件包括 至少一個扇形部，其特征在于，所述凸緣中的一個包括多個軸向突出部(611)，所述多個軸 向突出部的各自寬度對應(yīng)于將同一導(dǎo)向葉片組件扇形部的相同定向的兩個鉤子(IOOa)分 開的距離，所述凸緣的突出部(611)和扇形部的鉤子(IOOa)相對于彼此布置，以組成允許 導(dǎo)向葉片的方位角定位的榫卯系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓渦輪，其特征在于，包括所述突出部的凸緣是下游凸緣 (61)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一項所述的高壓渦輪，其特征在于，每個凸緣(60，61)由一 個一體零件組成，其環(huán)形形狀具有允許組裝整個環(huán)形行的固定葉片(1)的長度。
10.一種渦輪導(dǎo)向葉片組件扇形部(1)，包括至少一個固定穩(wěn)流葉片，其特征在于，一 個側(cè)邊緣(10)包括被構(gòu)造為分成不同定向的兩組(100a，100b)的鉤子(100)的延伸部分， 一組朝向葉片的前邊緣，另一組朝向后邊緣。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪導(dǎo)向葉片組件扇形部(1)，其特征在于，所述渦輪導(dǎo)向 葉片組件扇形部包括單個固定穩(wěn)流葉片。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪導(dǎo)向葉片組件扇形部(1)，其特征在于，側(cè)邊緣(10) 的延伸部分能夠有利地包括一組兩個鉤子(100a，100b)。
13.一種環(huán)形凸緣(60，61)，包括鉤子(600，610)，所述鉤子(600,610)旨在通過與根據(jù) 權(quán)利要求10至12中任一項所述的扇形部的多組鉤子(100a，100b)中的一組互鎖來配合。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的環(huán)形凸緣(60，61)，其特征在于，所述環(huán)形凸緣包括銷 (601)。
15.一種飛行器發(fā)動機(jī)，包括根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的高壓渦輪。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于安裝渦輪機(jī)渦輪的導(dǎo)向葉片組件的新解決方案，該導(dǎo)向葉片組件由環(huán)形行的固定穩(wěn)流葉片形成。根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)向葉片組件的外邊緣(11)軸向地支承在渦輪機(jī)的外部殼體的輪廓(5，50)上，并且，導(dǎo)向葉片組件的內(nèi)邊緣(10)以軸向滑動連接(LG)的方式與渦輪機(jī)的內(nèi)部殼體的輪廓(3，30)連接，軸向滑動連接(LG)允許內(nèi)邊緣(10)沿著發(fā)動機(jī)軸線是自由的，而由葉片的外邊緣的軸向接觸實現(xiàn)軸向止擋。
文檔編號F01D9/04GK102132009SQ200980132890
公開日2011年7月20日 申請日期2009年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月26日
發(fā)明者阿蘭·多米尼克·根德勞德, 馬蒂厄·達(dá)科夫斯基 申請人:斯奈克瑪公司