渦輪機(jī)組壓氣機(jī)導(dǎo)向葉片組件的制作方法
【專利摘要】扇區(qū)化的渦輪機(jī)組壓氣機(jī)導(dǎo)向葉片組件包括組裝的扇體，該扇體形成兩個(gè)同心的殼環(huán)，一個(gè)外殼環(huán)和一個(gè)內(nèi)殼環(huán)，在殼環(huán)之間設(shè)置葉片，葉片的前緣和后緣接近殼環(huán)的橫向面，并且其外殼環(huán)外部提供有用于安裝所述扇體的外殼的連接裝置。有利地，所述連接裝置軸向地偏移殼環(huán)的后橫向面，這樣它突出地位于葉片的前和后緣之間對(duì)準(zhǔn)葉片處。
【專利說明】渦輪機(jī)組壓氣機(jī)導(dǎo)向葉片組件
[0001]本發(fā)明涉及用于壓氣機(jī)，特別地高壓壓氣機(jī)的導(dǎo)向葉片組件，該壓氣機(jī)設(shè)計(jì)用于航空器的渦輪機(jī)組，諸如渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0002]通常，用于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)包括沿著發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線對(duì)準(zhǔn)以及交替地由形成壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的可移動(dòng)的級(jí)和形成定子的固定的級(jí)所構(gòu)成的多個(gè)連續(xù)的級(jí)，該可移動(dòng)的級(jí)的葉片組件通過相對(duì)于所述軸線偏轉(zhuǎn)氣流而加速氣流，該固定的級(jí)的葉片組件部分地轉(zhuǎn)換壓力下的流速和將所述流導(dǎo)向順次的可移動(dòng)的級(jí)。
[0003]高壓壓氣機(jī)定子的最后一級(jí)或多級(jí)是扇區(qū)化導(dǎo)向葉片組件，在扇體一個(gè)接一個(gè)連續(xù)組裝在外部安裝殼中后，其主要形成兩個(gè)同心殼環(huán)，一個(gè)外殼環(huán)和一個(gè)內(nèi)殼環(huán)，在殼環(huán)之間布置葉片組件的葉片，在雙流渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)中，在主氣流級(jí)，氣流通過該葉片組件的葉片。外殼環(huán)提供有連接裝置，諸如(彎曲形式的)周緣接合邊緣，根據(jù)流的方向稱為前和后，用于連接壓氣機(jī)定子的外殼，而內(nèi)殼環(huán)在連接用于有關(guān)轉(zhuǎn)子的密封裝置的其外側(cè)上具有耐磨裝置。
[0004]在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，導(dǎo)向葉片組件是靜態(tài)地(氣動(dòng)力和機(jī)械力通過外殼)以及動(dòng)態(tài)地(例如，涉及瞬時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作相期間明顯的振動(dòng))工作的部件，并且因此使用Haig曲線提前限定它們的尺寸，該Haig曲線可以確定它們的機(jī)械強(qiáng)度和疲勞抗性。
[0005]使用該曲線，由此確定對(duì)于在所述部件的點(diǎn)處給定的靜態(tài)應(yīng)力，在該點(diǎn)處的最大容許的動(dòng)態(tài)應(yīng)力。此外，由經(jīng)驗(yàn)已知要求最大可能的最大動(dòng)態(tài)應(yīng)力，以能夠容許發(fā)動(dòng)機(jī)上更大的振動(dòng)應(yīng)答。
[0006]在常規(guī)固定的導(dǎo)向葉片組件的情況下，最大靜態(tài)應(yīng)力的區(qū)域和動(dòng)態(tài)應(yīng)力的區(qū)域位于導(dǎo)向葉片組件上相同的地方，即，在組裝的扇體所形成的圓柱形外殼環(huán)的后面。因此，大大地減小了容許的動(dòng)態(tài)應(yīng)力，因?yàn)樽畲蟮撵o態(tài)應(yīng)力位于在相同的地方，這限制導(dǎo)向葉片組件的工作可能性和其疲勞抗性，特別地在持續(xù)振動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度時(shí)。
[0007]本 申請(qǐng)人:的專利FR2945331公開了用于最佳化動(dòng)態(tài)應(yīng)力的方案，所述方案包括在焊接到壁上的至少一些葉片的后邊緣和后緣之間，在上部殼環(huán)的圓柱形壁中鉆馬蹄形孔，以使殼環(huán)局部地更“柔性”。這允許相當(dāng)大地減小彎曲的后邊緣的轉(zhuǎn)接半徑中靜態(tài)應(yīng)力，以增加最大的動(dòng)態(tài)應(yīng)力和提高動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)中導(dǎo)向葉片組件的疲勞極限。
[0008]盡管當(dāng)在葉片的后緣和外殼環(huán)的后周緣邊緣之間存在足夠的空間以在那里鉆孔時(shí)，這種類型的方案是得到準(zhǔn)許的，但是如果空間不充足，這種方案是不可能的，因?yàn)樗鼘⒁笠惨@孔通過后邊緣，以通過殼環(huán)的壁。這種方案將消弱導(dǎo)向葉片組件太多，并且由此不適于這種類型的導(dǎo)向葉片組件。
[0009]本發(fā)明的目的是克服這種缺陷。
[0010]因此，用于渦輪機(jī)組的扇區(qū)化的壓氣機(jī)導(dǎo)向葉片組件具有包括組裝的扇體的類型，該扇體形成兩個(gè)同心殼環(huán)，一個(gè)內(nèi)殼環(huán)和一個(gè)外殼環(huán)，在殼環(huán)之間設(shè)置葉片，該葉片的前緣和后緣相對(duì)于壓氣機(jī)中循環(huán)的氣流分別地接近殼環(huán)的前和后橫向面，其外殼環(huán)外部提供有用于安裝所述扇體的外殼的連接裝置。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，這種導(dǎo)向葉片組件是值得注意的，因?yàn)樗龅倪B接裝置包括根據(jù)權(quán)利要求I的特征。
[0012]因此，通過軸向地偏移垂直于葉片的連接裝置，靜態(tài)應(yīng)力，也就是說殼的氣動(dòng)力和應(yīng)力不再集中和位于在外殼環(huán)的后面或下游部分，而是在葉片的區(qū)域中，并且由此與還位于導(dǎo)向葉片組件的外殼環(huán)的后面部分的區(qū)域中的動(dòng)態(tài)應(yīng)力分離。通過相對(duì)于殼偏移殼環(huán)的連接裝置，在分離的這些應(yīng)力中，其不再被疊加，外殼環(huán)的后面部分受到更小的載荷，因?yàn)樗鼪]有靜態(tài)應(yīng)力，并且現(xiàn)在僅受到動(dòng)態(tài)應(yīng)力。因此，該后面的部分可以以增加的最大容許的動(dòng)態(tài)應(yīng)力和由此以更高的振動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度工作，在那里沒有損壞的風(fēng)險(xiǎn)。通過這種方式，提高了導(dǎo)向葉片組件的振動(dòng)能力，換而言之抗給定的氣動(dòng)力刺激的能力。
[0013]所述外殼的連接裝置包括相對(duì)于通過葉片的流方向的前周緣邊緣和后周緣邊緣，該前周緣邊緣位于所述扇體的外殼環(huán)的上游前橫向面，該后周緣邊緣偏移外殼環(huán)的下游橫向面，并且突出地位于葉片的前緣和后緣之間。
[0014]有利地，所述偏移的后周緣邊緣基本上突出地位于葉片的前緣和后緣之間葉片中心處。因此，靜態(tài)應(yīng)力不僅偏移殼環(huán)的后面，而且因?yàn)椴牧象w積，所以也被減小，其中引起靜態(tài)應(yīng)力在后邊緣、殼環(huán)和葉片之間經(jīng)過的力更大，在該位置葉片的厚度最大。
[0015]在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述外殼的連接裝置包括在外殼環(huán)的周緣上提供和突出地位于葉片的前緣和后緣之間的環(huán)形凸緣。在分離應(yīng)力方面的結(jié)果與前面的實(shí)施方式相似，外殼環(huán)的后面不再受到靜態(tài)應(yīng)力。
[0016]優(yōu)選地，所述連接凸緣突出地位于葉片前緣和后緣的中心處，在通過增加材料體積而減小靜態(tài)應(yīng)力方面產(chǎn)生了與以前相同的優(yōu)點(diǎn)。
[0017]特別地，所述后周緣邊緣或所述凸緣在所有扇體上可以連續(xù)地或不連續(xù)地延伸。
[0018]附圖中的圖將清楚地表示如何產(chǎn)生本發(fā)明。在這些圖中，相同的附圖標(biāo)記數(shù)字指相似的構(gòu)件。
[0019]圖1表示在示意性縱向截面中渦輪機(jī)組的高壓壓氣機(jī)的一部分，該渦輪機(jī)組帶有定子級(jí)和接著的轉(zhuǎn)子級(jí)，該定子級(jí)具有根據(jù)本發(fā)明的固定導(dǎo)向葉片組件。
[0020]圖2是圖1的導(dǎo)向葉片組件的部分立體圖，具有軸向地偏移的后接合邊緣。
[0021]圖3是從上面看的圖2的導(dǎo)向葉片組件的視圖。
[0022]圖4是根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)向葉片組件的另一個(gè)實(shí)施方式的立體圖。
[0023]圖1中所示的壓氣機(jī)部分I是具有軸線A的航空器渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)的一部分，并且它示出了形成固定導(dǎo)向葉片組件3的定子級(jí)2，該定子級(jí)下游發(fā)現(xiàn)了所述壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子級(jí)4。通常,定子導(dǎo)向葉片組件3被扇區(qū)化,換而言之，由多個(gè)扇體5構(gòu)成,該扇體5 —個(gè)接一個(gè)接連地安裝在環(huán)形外殼6中，該環(huán)形外殼用于安裝這些扇體和通過連接或接合裝置7保持它們?cè)谶m當(dāng)位置，以由此形成導(dǎo)向葉片組件其整體。
[0024]在下面的圖和說明書中示例了單個(gè)扇體5，現(xiàn)在參考該扇體，記住它適于所有扇體，在這種情況下，參考實(shí)際的導(dǎo)向葉片組件3其整體。導(dǎo)向葉片組件的每個(gè)扇體5包括外殼環(huán)8和內(nèi)殼環(huán)10，該外殼環(huán)8具有圓柱形壁9，該內(nèi)殼環(huán)10也具有圓柱形壁11，所述殼環(huán)相對(duì)于軸線A是同心的，并且在它們之間提供葉片12，來自于風(fēng)扇上游的主氣流F通過葉片12，并且導(dǎo)向下游到燃燒室。為了幫助示例，已經(jīng)減少了分離軸線A與導(dǎo)向葉片組件的內(nèi)殼環(huán)10的距離。關(guān)于內(nèi)殼環(huán)，圖1示意了其外側(cè)以已知的方式涂覆有耐磨涂層25，靠著該耐磨涂層用轉(zhuǎn)子級(jí)4上所提供的多個(gè)唇26施加密封。[0025]例如，通過焊接，固定葉片12的頭部13和腳部14分別于外殼環(huán)8和內(nèi)殼環(huán)10的壁9和11上。葉片12沿著軸線A延伸殼環(huán)的幾乎整個(gè)寬度，這樣葉片的前緣15和后緣16相對(duì)于流方向F位于接近端橫向面17和18，它們分別是圓柱形殼環(huán)的壁9、11的前和后(或者上游和下游)面。
[0026]此外，在外殼環(huán)8的側(cè)壁9的外周緣上提供外殼6的連接裝置7，并且在該實(shí)施例中所述裝置包括滑軌和滑塊組件。在導(dǎo)向葉片組件的該第一實(shí)施方式中，因此由兩個(gè)彎曲的接合邊緣限定連接裝置7，該彎曲的接合邊緣是相對(duì)于流方向F的前或上游邊緣19以及后或下游邊緣20，以形成滑塊，并且它們?nèi)鐖D1中所示意性示意的接合在外殼6的形成滑軌的安裝和保持槽21中，該外殼6圍繞導(dǎo)向葉片組件I的扇體5。
[0027]圖1至圖3示意了前接合邊緣19基本上位于外殼環(huán)8的前橫向面17的直接上方，而后接合邊緣20根據(jù)本發(fā)明位于距離殼環(huán)的后橫向面18 —段距離處，基本上在圓柱形側(cè)壁9的中心中，因此葉片12的直接上方。立體上，提供所述后邊緣20，以突出地位于葉片12的中心，在這里，所述葉片最厚，如圖3所示。
[0028]通過基本上遠(yuǎn)到外殼環(huán)的側(cè)壁9的中心的后邊緣20向前邊緣19的該軸向偏移(最初，位于外殼環(huán)20的后面20處，即，接近葉片的后緣16，如示圖中虛線所示，圖2中附圖標(biāo)記20’)，所有氣動(dòng)力(通過導(dǎo)向葉片組件的流F)和外殼6所傳遞的機(jī)械應(yīng)力將進(jìn)入扇體5，經(jīng)過彎曲的后邊緣20所限定的轉(zhuǎn)接半徑，和在其中心處的葉片的頭部13，并且將由此被更大材料體積所吸收。因此，這些力在定子上產(chǎn)生的最大靜態(tài)應(yīng)力將更低。
[0029]因此，因?yàn)橥鈿きh(huán)8的側(cè)壁9的后面部分或端部22 (結(jié)束于后橫向面18的部分22)不再受到該最大靜態(tài)應(yīng)力，它可以吸收更大的最大容許的動(dòng)態(tài)應(yīng)力，因?yàn)樗鲎畲笕菰S的動(dòng)態(tài)應(yīng)力還是位于在所述后面部分22中。結(jié)果，通過分離應(yīng)力和相對(duì)于最大動(dòng)態(tài)應(yīng)力偏移最大靜態(tài)應(yīng)力，改善了導(dǎo)向葉片組件3和由此定子級(jí)2的振動(dòng)能力，換而言之改善了抗給定的氣動(dòng)力刺激的能力。
[0030]在圖4中示出了根據(jù)本發(fā)明的扇區(qū)化的導(dǎo)向葉片組件3的另一個(gè)實(shí)施方式。在該導(dǎo)向葉片組件的扇體5的立體圖中，可以看到分別地同心的外殼環(huán)8和內(nèi)殼環(huán)10，葉片12布置在它們之間。外殼的連接裝置7(在該圖中未示出)提供在外殼環(huán)8的外側(cè)上。這些連接裝置7，不像前面的實(shí)施方式中一樣，它包括從圓柱形殼環(huán)8的側(cè)壁9徑向地突出的單個(gè)環(huán)形凸緣23，后者以規(guī)律的間隔提供在它的周緣上，帶有用于固定到安裝殼的孔24，螺栓或相似裝置穿過該孔24。
[0031]有利地，凸緣23設(shè)置在殼環(huán)的壁的上游橫向面17和下游橫向面18之間，特別地葉片的前緣15和后緣16之間，基本上突出地位于其最大厚度的區(qū)域中。
[0032]具有中心凸緣23的這種類型的實(shí)施方式產(chǎn)生了與帶有兩個(gè)接合邊緣19、20前面實(shí)施方式相似的結(jié)果。由不同的力所引起的靜態(tài)應(yīng)力位于殼環(huán)的中心凸緣23的區(qū)域中和葉片的后部分的區(qū)域中，并且因此與殼環(huán)8的壁10的后面部分22 (其因此沒有靜態(tài)應(yīng)力)中所產(chǎn)生的最大動(dòng)態(tài)應(yīng)力分離。結(jié)果，可以增加最大容許的動(dòng)態(tài)應(yīng)力，而不損害導(dǎo)向葉片組件3的完整性，允許發(fā)動(dòng)機(jī)上更高水平的振動(dòng)。
[0033]而且，在所述外殼環(huán)8的側(cè)壁11的周緣上可以產(chǎn)生連續(xù)或不連續(xù)的前邊緣19和后邊緣20以及凸緣23。
【權(quán)利要求】
1.用于渦輪機(jī)組的扇區(qū)化的壓氣機(jī)導(dǎo)向葉片組件(3)，具有包括組裝的扇體(5)的類型，該扇體(5)形成兩個(gè)同心的外殼環(huán)(8)和內(nèi)殼環(huán)(10)，在殼環(huán)之間設(shè)置帶有前緣(15)和后緣(16)的葉片(12)，該前緣(15)和后緣(16)分別地接近殼環(huán)的前和后橫向面(17、18)，其外殼環(huán)(8)外部提供有用于安裝所述扇體的外殼(6)的連接裝置(7)，其特征在于:所述連接裝置(7)軸向地偏移外殼環(huán)(8)的后橫向面(18)和布置為吸收殼和導(dǎo)向葉片組件之間的靜態(tài)力，所述外殼的連接裝置(7)包括相對(duì)于通過葉片的流方向，位于所述扇體的外殼環(huán)的上游橫向面(17)處的前彎曲的周緣接合邊緣(19)以及偏移外殼環(huán)的下游橫向面(18)和突出地位于葉片(12)前緣和后緣之間葉片(12)之間直接上方的后彎曲的周緣接合邊緣(20)，或者在外殼環(huán)(8)的周緣上提供的和突出地位于葉片(12)的前緣和后緣之間葉片(12)直接上方的環(huán)形凸緣(23)，以及通過凸緣中孔(24)的固定螺栓或類似裝置，用于固定到安裝殼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)向葉片組件，其中所述后偏移的周緣邊緣(20)基本上突出地位于葉片的前緣(15)和后緣(16)之間的葉片中心處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)向葉片組件，其中所述連接凸緣(23)突出地位于葉片的前緣(15)和后緣(16)的中心處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求的導(dǎo)向葉片組件，其中所述后周緣邊緣(20)或所述凸緣(23)在所有扇體(5)上連續(xù)地或不連續(xù)地延伸。
【文檔編號(hào)】F04D29/54GK104011333SQ201280061542
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月19日
【發(fā)明者】羅納德·阿扎勒貝特, 尼古拉斯·克勞德·赫爾夫·拉豐, 達(dá)米恩·古梅特 申請(qǐng)人:斯奈克瑪