沖擊圈元件附接和密封的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括通過聯(lián)接圈元件聯(lián)接在一起的至少兩個(gè)沖擊圈元件的渦輪和用于制造該渦輪的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在渦輪中，特別是在渦輪的渦輪級中，諸如內(nèi)壁或平臺等的渦輪部件暴露于渦輪的熱工作流體。因此，冷卻系統(tǒng)被用于冷卻渦輪部件。
[0003]為了冷卻目的，冷卻空氣系統(tǒng)被安裝，用于將冷卻空氣流提供至熱渦輪部件和/或用于防止燃燒氣體的熱流經(jīng)過主流動(dòng)環(huán)體的內(nèi)、外壁溢出。用于安裝冷卻空氣系統(tǒng)和用于提供冷卻流體的有效冷卻循環(huán)的空間是有限的。此外，復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)昂貴且可靠性低。此外，高量的冷卻空氣可能會(huì)不利地影響到渦輪性能。
[0004]為了控制冷卻流體，用環(huán)形沖擊圈覆蓋用于供給冷卻流體的冷卻通道。環(huán)形沖擊圈包括多個(gè)冷卻孔，冷卻流體通過該多個(gè)冷卻孔被從冷卻通道排出至燃?xì)鉁u輪內(nèi)的期望位置。
[0005]沖擊圈和安裝沖擊圈的支撐結(jié)構(gòu)包括相對于各個(gè)沖擊圈的不同的熱膨脹使得引起了歸因于由不同熱膨脹產(chǎn)生的間隙的空氣泄漏。
[0006]US 2005/0241314 Al公開一種用于燃?xì)鉁u輪尾管的冷卻結(jié)構(gòu)。截面為近似L型的沖擊冷卻板包括大量孔并且通過焊接被安裝至燃?xì)鉁u輪的導(dǎo)葉罩的肋。
[0007]GB 2 035 466 Al公開了一種具有沖擊擋板的渦輪罩支撐。沖擊擋板的沖擊擋板腿被安裝至燃?xì)鉁u輪的罩。
[0008]EP I 500 789 Al公開了一種燃?xì)鉁u輪的沖擊冷卻的圈段，其中環(huán)形沖擊圈元件被安裝至導(dǎo)葉承載件。
[0009]EP I 038 093 BI公開了一種用于改進(jìn)的葉尖間隙控制的渦輪被動(dòng)熱閥。冷卻通道形成在燃?xì)鉁u輪的罩與沖擊圈元件之間，其中冷卻流體通過沖擊圈元件流動(dòng)至內(nèi)側(cè)罩或者從內(nèi)側(cè)罩離開。
[0010]US 4，805，398公開了一種包括環(huán)形沖擊圈元件的渦輪機(jī)。環(huán)形沖擊圈元件沿著周向方向彼此重疊以便提供閉合圈型沖擊圈元件布置。
[0011]EP 2 299 063 Al公開了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的沖擊擋板。沖擊擋板是在沖擊圈元件的兩個(gè)自由端部具有緊固元件以使得能夠?qū)崿F(xiàn)沖擊圈元件的閉合的單件式分裂沖擊圈元件。
[0012]US 4 337 016 A公開了一種用于限制冷卻空氣至外殼與鄰接結(jié)構(gòu)之間的流路的設(shè)備。討論了使得該裝置能夠?qū)⑧徑咏Y(jié)構(gòu)密封地接合以阻塞冷卻空氣的泄漏并以容納直徑上的改變的各種構(gòu)造細(xì)節(jié)。密封裝置是環(huán)形的并且具有雙壁、分段圈和位于分段圈的徑向內(nèi)側(cè)的分段內(nèi)壁。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的可以是提供一種包括具有在燃?xì)鉁u輪組成部件的熱膨脹期間的降低了的冷卻空氣損失的沖擊冷卻系統(tǒng)的渦輪。
[0014]該目的通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的渦輪、特別是燃?xì)鉁u輪及用于制造該渦輪的方法來解決。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，呈現(xiàn)出一種渦輪、特別是燃?xì)鉁u輪。渦輪包括沿著渦輪的周向方向延伸的支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)包括冷卻空氣可被引導(dǎo)通過的槽。槽沿著周向方向延伸。
[0016]渦輪進(jìn)一步包括具有多個(gè)第一孔的第一沖擊圈元件和具有第二冷卻孔的第二沖擊圈元件。第一沖擊圈元件和第二沖擊圈元件沿著周向方向被依次地安裝至槽，使得槽被第一沖擊圈元件和第二沖擊圈元件覆蓋。
[0017]渦輪進(jìn)一步包括布置在第一沖擊圈元件與第二沖擊圈元件之間的第一聯(lián)接圈元件，使得槽被第一沖擊圈元件與第二沖擊圈元件之間的第一聯(lián)接圈元件覆蓋。第一聯(lián)接圈元件形成與第二沖擊圈元件的滑動(dòng)接觸使得可提供第一聯(lián)接圈元件與第二沖擊圈元件之間的相對移動(dòng)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，呈現(xiàn)出一種用于制造渦輪、特別是燃?xì)鉁u輪的方法。根據(jù)該方法，形成沿著渦輪的周向方向延伸的支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)包括冷卻空氣可被引導(dǎo)通過的槽。槽沿著周向方向延伸。形成包括多個(gè)第一冷卻孔的第一沖擊圈元件和包括多個(gè)第二冷卻孔的第二沖擊圈元件。將第一沖擊圈元件和第二沖擊圈元件沿著周向方向依次地安裝至槽使得槽被第一沖擊圈元件和第二沖擊圈元件覆蓋。形成沿著周向方向布置在第一沖擊圈元件與第二沖擊圈元件之間延伸的第一聯(lián)接圈元件，使得槽被第一沖擊圈元件與第二沖擊圈元件之間的第一聯(lián)接圈元件覆蓋。形成在第一聯(lián)接圈元件與第二沖擊圈元件之間的滑動(dòng)接觸使得可提供第一聯(lián)接圈元件與第二沖擊圈元件之間的相對移動(dòng)。
[0019]渦輪可以特別地是例如用于發(fā)電或用于航空器推進(jìn)的燃?xì)鉁u輪。渦輪通常包括可圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。轉(zhuǎn)動(dòng)軸線限定了燃?xì)鉁u輪的軸向方向。與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線交叉且垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的方向被表示為徑向方向。以到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的恒定半徑圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線行進(jìn)的方向被表示為周向方向。周向方向的切線垂直于徑向方向和軸向方向。
[0020]支撐結(jié)構(gòu)表示燃?xì)鉁u輪的例如適于承載葉片、導(dǎo)葉或渦輪的其他殼體部件的結(jié)構(gòu)。例如，支撐結(jié)構(gòu)可以包括內(nèi)側(cè)導(dǎo)葉承載件、外側(cè)導(dǎo)葉承載件、內(nèi)側(cè)罩、外側(cè)罩、內(nèi)側(cè)殼體和/或外側(cè)殼體。
[0021]槽可以形成在支撐結(jié)構(gòu)的徑向內(nèi)側(cè)或外側(cè)表面中。具體地，槽可以沿著周向方向走向并且包括圈型環(huán)形狀。槽被聯(lián)接至用于將冷卻流體注入到槽內(nèi)的冷卻流體入口并且可以被聯(lián)接至冷卻流體出口，冷卻流體可以從由冷卻流體出口從槽中流掉。
[0022]第一、第二沖擊圈元件可以由金屬或復(fù)合纖維形成，其中第一、第二沖擊圈元件是薄的并且具有板和片材金屬狀結(jié)構(gòu)。第一、第二沖擊圈元件包括相應(yīng)的第一、第二冷卻孔，冷卻流體可以通過這些第一、第二冷卻孔在槽與圍繞各個(gè)沖擊圈元件的部位之間流動(dòng)。第一、第二沖擊圈元件可以具有I型、L型或U型輪廓。
[0023]具體地，第一沖擊圈元件和第二沖擊圈元件是結(jié)構(gòu)上不同的元件。換言之，第一沖擊圈元件和第二沖擊圈元件不能被看作一體的且整體上唯一的結(jié)構(gòu)，而是必須被理解為單獨(dú)空間上隔的開且沿著周向方向鄰接的非重疊沖擊圈元件。
[0024]第一沖擊圈元件和第二沖擊圈元件沿著周向方向被依次地安裝至槽。第一、第二沖擊圈元件可以沿著周向方向覆蓋槽并一起形成環(huán)形圈型輪廓?？蛇x地，第一沖擊圈元件和第二沖擊圈元件可以僅覆蓋槽的沿著周向方向的特定部分并且可以因此形成半個(gè)圈型輪廓。
[0025]第一聯(lián)接圈元件可以由于第一沖擊圈元件和第二沖擊圈元件相同的材料制成。例如，第一聯(lián)接圈元件可以由金屬材料或纖維復(fù)合材料制成。第一聯(lián)接圈元件可與第一沖擊圈元件和第二沖擊圈元件中的至少一個(gè)滑動(dòng)接觸。具體地，第一聯(lián)接圈元件被固定至第一沖擊圈元件并從第一沖擊圈元件沿著周向方向延伸至第二沖擊圈元件。第一聯(lián)接圈元件與第二沖擊圈元件重疊且可以沿著第二沖擊圈元件在周向方向上滑動(dòng)。因此，第一聯(lián)接圈元件形成了相對于第二沖擊圈元件的浮動(dòng)和滑動(dòng)接觸。
[0026]特別地，第一聯(lián)接圈元件包括徑向內(nèi)側(cè)和徑向外側(cè)表面。相應(yīng)地，第二沖擊圈元件包括徑向內(nèi)側(cè)表面和徑向外側(cè)表面。第一聯(lián)接圈元件以其徑向內(nèi)側(cè)表面與第二沖擊圈元件的徑向外側(cè)表面接觸或者以其徑向外側(cè)表面與第二沖擊圈元件的徑向內(nèi)側(cè)表面接觸。第一聯(lián)接圈元件將第一沖擊圈元件與第二沖擊圈元件之間的空隙(間隙)橋接。
[0027]因此，通過本發(fā)明，提供了包括至少兩個(gè)沖擊圈元件、即第一沖擊圈元件和第二沖擊圈元件的沖擊圈元件系統(tǒng)。因此，因?yàn)闆_擊圈元件系統(tǒng)被分裂成多個(gè)圈元件、即至少第一、第二沖擊圈，所以沖擊圈元件的熱膨脹被限制并降低，并且允許了第一聯(lián)接圈元件跨越各個(gè)第一、第二沖擊圈元件的鄰接表面滑動(dòng)。
[0028]根據(jù)傳統(tǒng)途徑，使用了整體形成的單個(gè)帶狀沖擊圈，其全部圍繞周向方向延伸并形成了環(huán)形且圈型的輪廓。因此，在重疊的接頭和各個(gè)端部處，單個(gè)帶狀的傳統(tǒng)沖擊圈具有處理復(fù)雜的大的熱膨脹。與此相比，通過本發(fā)明，沖擊圈系統(tǒng)被分成多個(gè)沖擊圈元件，使得在各個(gè)沖擊圈元件之間的接口處，僅發(fā)生與產(chǎn)生一個(gè)大空隙的一個(gè)巨大的熱膨脹相比容易處理的較小的熱膨脹。
[0029]因此，因?yàn)楦鱾€(gè)第一、第二沖擊圈元件之間的較小空隙在密封要求方面易于處理，所以降低了冷卻空氣的泄漏。
[0030]根據(jù)進(jìn)一步的示例性實(shí)施例，第一聯(lián)接圈元件被固定至第一沖擊圈元件。第一聯(lián)接圈元件也可以通過包括了例如一體形成、焊接、熔接、鉚接和粘結(jié)的組中的任一個(gè)被固定至第一沖擊圈元件。
[0031]根據(jù)進(jìn)一步的示例性實(shí)施例，第二沖擊圈元件包括沿著周向方向延伸的引導(dǎo)槽。引導(dǎo)槽被形成用于與第一聯(lián)接圈元件接合使得第一聯(lián)接圈元件可在引導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)。特別地，在第二聯(lián)接圈的端面處，可以形成沿著周向方向的U型軌。U型軌與第一聯(lián)接圈元件接合。因此，第一聯(lián)接圈元件