CN101153547B - 安装定子叶片的装置和涡轮喷气发动机及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将涡轮定子叶片安装到涡轮机环形壳体(20)内的装置，所述叶片包括叶尖，形成带有两个边缘(141，142)的平台(14)，其中一个边缘形成上游边缘(141)，另一个边缘形成下游边缘(142)，还包括翼面(11)和叶根(13)，环形壳体(20)包括圆周槽(23)，该圆周槽位于壳体内壁，带有上游侧面(21)和下游侧面(22)，所述叶片通过平台(14)在圆周槽(23)内的接合而固定，上游边缘抵住圆周槽(23)的上游侧面(21)，而下游边缘抵住圆周槽(23)的下游侧面(22)，圆周槽(23)的下游侧面(22)呈狭槽(22)形状，沿上游方向轴向张开，平台的下游边缘(23)与所述下游侧面(22)相衔接，另外还使用了一个固定机构(40)，目的是将平台(14)固定在上游一侧的圆周槽内，其中，叶片包括一个在翼面(11)和上游边缘之间的平台部分(14)，这部分平台上带有透孔(17)，用来安装所述固定机构(40)。

Description

安装定子叶片的装置和涡轮喷气发动机及安装方法

技术领域

本发明涉及涡轮机领域，特别涉及旁路(bypass)涡轮喷气发动机。 

飞机推进用的旁路涡轮喷气发动机包括风扇，一般是一种上游风扇，通过一个中央主环形部分输送环形气流，气流送入发动机，带动风扇运转，另外还包括旁路外部的环形部分，将气流排放到大气中，提供一种相当大的推力。风扇安装在一个风扇壳体内，外部地界定了旁路气流。主气流壳体在分隔前部处将主气流与旁路气流分开。 

本发明涉及到定子叶片或导直叶片在风扇下游位置的固定和安装。 

背景技术

涡轮喷气发动机上导直叶片的安装是一项中型发动机上已经掌握了的技术，诸如CFM型发动机。这种安装技术传统上称之为一项“嵌入/支撑”型安装。例如，用于在风扇壳体和主气流壳体之间在旁路流中安装导直叶片，目的是将旁路气流方向变直，这样就使其沿发动机轴线方向，如图1所示。 

在一种应用中，例如像这种，定子叶片包括一个叶尖，形成一个带有两个边缘的平台，其中一个边缘形成了上游边缘，另一个形成了下游边缘，还包括翼面和叶根。风扇壳体包括圆周槽，该槽形成在壳体内壁上，带有上游侧面和下游侧面，叶尖通过平台在圆周槽内的接合而被固定。平台通过两个固定螺丝被固定在圆周槽内，翼面两个侧面的两边各一个螺丝，如图1所示。在翼面的另一端，叶片根部通过与主气流壳体内开口的接合而得到固定。 

对于中型发动机来说，发动机的径向尺寸足以让机械师能够在主气流壳体和风扇壳体之间操纵叶片，也就是说，可以转动并平移叶片，而不会出现撞击壳体或已经安装好的叶片的风险。可以“从后边”接近叶片，即在旁路气流中的叶片的下游，使得维护作业和更换损坏叶片容易些。 

通过与中型发动机相比较，对于一定数量的叶片来讲，风扇壳体周围叶片的线性密度在小型发动机上比较高，角度密度则相同。就定子叶片的安装而言，存在着一定程度的问题。 

平台-其周围尺寸需要很大才能安装固定螺丝-在壳体周围都靠的很近。因此，很难将叶片插入发动机，特别是将叶片装入风扇壳体槽内时，可以横向移动的空间非常有限。平台固定螺丝位于翼面两个侧面的两侧，接合在两个相邻的翼面之间， 采用螺丝拧紧设备很难接近这些螺丝。 

发明内容

本发明的一个目的是减少这些不足，提出了一种可将定子叶片安装到环形壳体内的装置和方法，从而可以将叶片非常迅速地插入壳体并很简单地固定到位。 

为此，本申请人提出了用于固定涡轮机定子叶片在涡轮机环形壳体内的装置，叶片包括叶尖，形成带有两个边缘的平台，其中一个边缘形成上游边缘，另一个形成下游边缘，还包括翼面和叶根；环形壳体包括圆周槽，该槽位于壳体内壁上，带有上游侧面和下游侧面，叶片通过平台在圆周槽内的接合而被固定，上游边缘抵住上游侧面，下游边缘抵住圆周槽的下游侧面，圆周槽的下游侧面呈狭槽状，沿上游方向轴向张开，平台的下游边缘啮合在所述下游侧面，并使用了一个固定机构，目的是将平台装入上游一侧的圆周槽内，其中，叶片包括在翼面和上游边缘之间的平台部分，这部分平台上带有透孔，用来安装所述固定机构。 

有利地，圆周槽的下游侧面不需要任何附带的固定机构，这样就很容易将叶片插入壳体内并固定。固定机构只与翼面上游连接，可以使得叶片从发动机的前端固定，而不是从翼面的两侧固定。然后，固定机构可以很方便地用拧紧工具拧紧，从而可将平台非常迅速地固定到圆周槽内。 

固定机构优选由一个或两个螺丝组成。 

有利地，一个或两个螺丝都位于平台的上游端附近，从而可以将平台固定在圆周槽内。因为从上游端接近螺丝非常方便，所以也就很方便使用螺丝拧紧设备。 

在平台的下游边缘和所述狭槽的底部之间优选使用一层弹性材料。 

有利地，弹性材料的特点是可以在风扇的气流方向被叶片导直时阻尼叶片从上游向下游偏转。 

本发明还涉及一种带有上游风扇的旁路涡轮喷气发动机，通过一套定子叶片来导直风扇转子下游的气流方向，所述定子叶片通过本发明所提出的装置来固定在风扇壳体内。 

叶片优选位于风扇壳体和主气流壳体之间，叶片的根部与所述主流壳体的开口相啮合，留有间隙；另外，使用了一个密封件来填充所述间隙。 

有利地，所述间隙还可以很方便地用密封件填充，从而防止了气流冲入主气流壳体。 

叶片和主气流壳体优选采用金属或复合材料制成。 

本发明还涉及安装该装置叶片的方法，其中，叶片通过叶根接合在所述开口内，叶片采用这样一种方式倾斜，从而可以使平台的下游边缘装入圆周槽的下游狭槽内，叶片绕狭槽转动，将叶片折回上游，直到平台的上游边缘进入圆周槽，平台利用固 定机构固定到壳体上。 

有利地，这种安装方法可以很方便地将叶片安装在风扇壳体和主气流壳体之间，叶片相对于发动机轴线的横向移动次数很有限，但同时又促成了叶片的径向移动。 

密封件优选预先安装在翼面周围，叶根附近。 

有利地，在安装叶片时，无需将叶片倾斜，从而可以插入密封件，叶片在插入时，密封件已经滑装到翼面上。 

在平台的下游边缘和所述狭槽的底部之间优选使用一层弹性材料。 

有利地，所述弹性材料层可以很方便地在叶片插入前固定到位，目的是防止叶片偏移。 

附图说明

下面结合附图进行如下介绍，从而可以更好地了解本发明。附图如下： 

图1为带有导直叶片的涡轮喷气发动机的剖面图，位于风扇的下游，采用已有技术的固定装置固定； 

图2为根据本发明固定在环形壳体内的叶片的透视图； 

图3为根据本发明叶片平台固定到风扇壳体上的透视图； 

图4为根据本发明叶片固定到风扇壳体上的剖面图； 

图5为根据图2叶根与主壳体内的开口啮合的示意图。 

具体实施方式

参见图2，定子叶片10，或导直叶片10，在此实施例中，是安装在旁路涡轮喷气发动机的旁路气流的管道上，在风扇下游，风扇壳体20和主流壳体30之间。叶片10包括叶尖12，形成了带有两个边缘的平台14，上游边缘141和下游边缘142，翼面11和叶根13。叶片10和主气流壳体30在此是用金属制成的，但是，它们同样也可以用复合材料制成。 

叶片10径向位于气流中，叶根13指向发动机的轴线，翼面11包括前缘151和后缘152，平台14实际上与翼面11垂直。 

在此处平台14由平行六面体形成，其厚度在上游边缘141和下游边缘142之间缩小，上游边缘141的端部在其上游端成一个台阶1411，位于与壳体20相接触的平台端面上，所述台阶1411很容易将平台14插入所述壳体20内。下游边缘带有一个圆形部分1421。平台14上面带有两个通孔17、18，位于上游边缘141和翼面11之间的平台部分。通孔17和18均用来安装固定机构40。 

风扇壳体20包括在其内壁上形成的圆周槽23，平台14就插入该槽内。圆周槽 23包括上游侧面21和下游侧面22。下游侧面22带有一个狭槽，该狭槽带有一个圆形横端面，在上游方向轴向张开。叶片10通过其平台14在圆周槽23内的接合而被固定，上游边缘141则抵在上游侧面21，下游边缘142则抵住圆周槽23的下游侧面22上。下游边缘142的圆形部分1421与狭槽22相配合。上游侧面141和上游边缘21之间存在一个间隙，可以将平台14很容易地插入圆周槽23内。 

平台14的下游边缘142和所述狭槽22的底部之间设置了一层阻尼弹性材料60。当叶片10受到来自风扇的空气流的波动时，弹性材料60能够限制叶片10的偏转。这层弹性材料60包括一个固定片61，该固定片径向突出并与狭槽22附近的圆周槽23内壁处的缺口25相配合，固定片61将弹性材料60固定在狭槽22的底部。 

平台14通过螺丝40穿过通孔17、18被固定在圆周槽23内，如图3所示。参照图4，此处两个螺丝40都连接在上游端141处，从而将叶片12的叶尖12固定到位。 

在叶片10的另一端，叶根13与主气流壳体30内的通孔31相衔接，带有间隙，如图5所示。环形的密封件50在叶根13处滑过翼面11，这样，就使得叶片10在壳体30内的接合实现气密。 

因此，定子叶片10就可以从前部安装。 

首先，弹性密封件60被插入下游狭槽22并固定到位，径向突出片61伸入圆周槽23的缺口25内。弹性材料60因此被固定到狭槽22的底部。 

然后，环形密封件50就经过叶片10的叶根13滑过翼面11，叶根的安装要高于其最后位置，这样就不会影响叶片10的叶根13的端部。 

而后，叶片10就向上以一个角度，进入主气流壳体30的通孔31内，叶根13指向下游，密封件50沿翼面11高出。叶根被进一步向下游方向推进，比其在所述壳体30内的最终位置更向下游方向，这样，就为叶片的气流方向导直保留了一些间隙。 

然后，将叶片10的叶尖12向下游方向移动，对其气流方向进行导直，叶根13在开口31处导向，下游边缘的圆形部分1421被插入圆周槽23的狭槽22内，狭槽22已经覆盖上一层弹性材料60。 

叶片10然后绕狭槽22旋转，将叶片10沿上游方向返回，直到平台14的上游边缘141与圆周槽23的底部相接触，上游侧面21和上游边缘141之间的间隙可以将平台14很容易地插入圆周槽23。 

环形密封件50然后沿翼面11滑动，密封件50填充了叶片10和通孔31之间的间隙。密封件50此处是用弹性材料制成，在插入时得到压缩，它和密封件50一旦位于叶片10和开口30之间时，便释放压力，这样，叶片10在壳体20内的接合就实现气密。 

最后，平台14通过将螺丝40插入平台14的上游边缘141而被固定在壳体20 上，从而将平台置于圆周槽23内。用螺丝拧紧工具将螺丝拧紧，上游边缘141可以随时从发动机的上游边接近。 

采用另一个方式时，在滑动密封件50将其滑入到下部密封位置时，螺丝40也可以部分地旋入平台14内，目的是在密封件50装上后可以保留一些间隙。当密封件50安装到位后，平台14在圆周槽23内的安装就算完成，然后，整个装置就是安全的。 

在使用期间，风扇的气流方向沿涡轮喷气发动机的轴线被导直，密封件50可以防止空气冲入主气流壳体30内，弹性材料60层可阻尼叶片10的偏移。 

当叶片10损坏时，按安装步骤的相反顺序可以很容易地进行更换，如果发现弹性材料60磨损，也可以很容易地对其进行更换。 

如上所述，叶片10的安装和拆卸方法非常适合壳体20周围呈高线性叶片密度的发动机。因此，这些方法特别适合于叶片10彼此非常靠近的小型发动机。 

Claims (10)

1.一种将涡轮机定子叶片固定到涡轮机环形壳体上的装置，所述叶片包括叶尖，形成带有两个边缘的平台，其中一个边缘形成上游边缘，另一个边缘形成下游边缘，还包括翼面和叶根，所述环形壳体包括圆周槽，该圆周槽位于壳体内壁上，带有一个上游侧面和一个下游侧面，所述叶片通过所述平台在所述槽内的接合而被固定，所述上游边缘抵住所述圆周槽的所述上游侧面，而所述下游边缘抵住所述圆周槽的所述下游侧面，所述圆周槽的所述下游侧面呈在上游方向轴向张开的狭槽的形状，所述平台的所述下游边缘与所述下游侧面相接合，一固定机构连接到所述平台，用来将所述平台固定在上游一侧的所述圆周槽内，其中，在所述翼面和所述上游边缘之间的平台的一部分带有透孔，用来安装所述固定机构。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述固定机构由一个螺丝组成。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述固定机构由两个螺丝组成。

4.根据上述权利要求所述的任一种装置，其特征在于：包括在所述平台的所述下游边缘和所述狭槽底部之间的一层弹性材料。

5.一种旁路涡轮喷气发动机，带有上游风扇，并具有风扇壳体和主气流壳体，所述涡轮喷气发动机包括一套定子叶片，对所述风扇转子下游的气流进行导直，通过上述权利要求所述的任一种装置将所述涡轮喷气发动机的叶片固定在所述风扇壳体内。

6.根据权利要求5所述的涡轮喷气发动机，所述叶片位于所述风扇壳体和所述主气流壳体之间，所述叶片根部与所述主气流壳体内的开口啮合，留有间隙，使用一密封件用于填充所述间隙。

7.根据权利要求5或者6所述的涡轮喷气发动机，其中，所述叶片和所述主气流壳体都采用金属或复合材料制成。

8.一种将定子叶片安装到权利要求5至7所述的任一种涡轮喷气发动机上的方法，其特征在于：所述叶片通过所述叶根啮合在所述开口内，所述叶片采用这样一种方式倾斜，从而可以使所述平台的所述下游边缘装入所述圆周槽的所述下游狭槽内，所述叶片绕所述狭槽转动，将所述叶片返回到上游，直到所述平台的所述上游边缘进入所述圆周槽，所述平台利用所述固定机构固定到所述壳体上。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：一密封件预先安装在所述翼面周围，所述叶根附近。

10.根据权利要求8或者9所述的方法，其特征在于：在所述平台下游边缘和所述狭槽底部之间使用了一层弹性材料。

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