CN102132010B - 用于具有减小的重量的涡轮发动机的固定叶片组件、以及包括至少一个这种固定叶片组件的涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

一种用于涡轮发动机的固定叶片组件，包括内壳体(18)和至少两个形成高压导向叶片组件的角形扇部(8.1)，每个角形扇部(8.1)包括用于将角形扇部(8.1)固定在壳体(18)上的紧固突出部(22)，固定叶片组件包括可磨耗材料的环(28)，所述可磨耗材料的环通过多个螺钉-螺母组件(30)在移动叶片组件一侧上固定于壳体(18)上，固定叶片组件还包括用于插入形成于紧固突出部(22)和安装夹(34)中的第一孔中的角形扇部(8.1)的径向保持销(36)，所述孔具有基本上平行于纵向轴线(X)的轴线，当螺钉-螺母组件(30)将可磨耗材料支撑部的环固定在壳体(18)上时，用相同的螺钉-螺母组件(30)将安装夹(34)固定在壳体(18)上。

Description

用于具有减小的重量的涡轮发动机的固定叶片组件、以及包括至少一个这种固定叶片组件的涡轮发动机

技术领域和背景技术

本发明涉及一种涡轮发动机的固定叶片组件，所述叶片组件包括可磨耗材料的环，并且涡轮发动机包括至少一个这种叶片组件。

飞机涡轮喷气发动机传统地包括高压压缩机、低压压缩机、燃烧室、高压涡轮发动机和低压涡轮发动机。

压缩机旨在增加大气的压力，燃烧室将由压缩机压缩的空气与燃料混合并燃烧该混合物，然后，用该高温气流驱动安置在喷射流中的涡轮。涡轮特别用来驱动压缩机。

压缩机包括转子叶片和固定导向叶片，以引导压缩级之间的气流。

在燃烧室的输出处，设置固定高压导向叶片组件，旨在在热气流接触高压涡轮之前校正离开燃烧室的热气流。此高压导向叶片组件包括固定在壳体(叫做内壳体)上的环以及径向向外延伸的叶片。所述内壳体确保压缩机和涡轮之间的连接。

导向叶片组件由几个扇部组成，每个扇部固定在内壳体上。

传统地，每个扇部包括平台和用于固定至壳体的紧固突出部，叶片从所述平台径向向外延伸，并且，所述紧固突出部径向向内延伸。所述突出部包括两个孔，所述两个孔旨在与设置于高压涡轮一侧的内壳体的两个孔对准，将销插入这些对准的孔中，在销的下游增加凸缘，以轴向地保持这些销。

例如，从文献FR 2 907 499中得知此类型的涡轮喷气发动机。

此类型的固定是令人满意的。然而，在航空领域中，总是会研究减小各种部件的质量。

此外，航空发动机的输出在很大程度上取决于固定零件之间的气流的控制，例如导向叶片组件和转子零件，例如高压涡轮。为了具有最小的间隙，在定子上固定有由可磨耗材料制成的圆盘。将此环设计为，确保密封涡轮，并且在与定子偶然接触的情况中损坏(degrade)和保护涡轮机的叶片。例如，可磨耗材料具有蜂窝结构。

在文献FR 2 907 499中，通过用螺钉固定在壳体上的可磨耗材料支撑环来支撑可磨耗材料。

因此，本发明的一个目的是，提供一种用于涡轮发动机的固定叶片组件，使得能够减小涡轮发动机的总长度。

本发明的另一个目的是，提供质量减小的涡轮发动机的固定叶片组件。

发明内容

通过用于涡轮发动机的固定叶片组件来实现之前提到的目的，该固定叶片组件包括固定叶片、固定叶片固定于其上的壳体、由固定于转子叶片一侧上的壳体上的可磨耗材料制成的环，其中，经由可磨耗材料的环在壳体上的固定连接将固定叶片固定在壳体上。减小实现此固定叶片组件所需的零件的数量，从而减小其质量，并减小支承其的涡轮发动机的质量。

此外，因为减小待组装的零件的数量，所以简化了生产。从而也降低了成本。

换句话说，用单个连接将可磨耗材料的环和固定叶片组装在壳体上。在高压导向叶片组件的情况中，用相同的机械连接将可磨耗材料的环和导向叶片组件的叶片固定在内壳体上。

然后，本发明主要涉及一种用于具有纵向轴线的涡轮发动机的固定叶片组件，其包括壳体和至少两个设置有叶片的角形扇部，所述角形扇部被固定在壳体上，每个角形扇部均包括平台和紧固突出部，至少一个叶片从所述平台径向向外伸出，所述紧固突出部用于将角形扇部固定在壳体上，所述紧固突出部从平台径向向内伸出，所述固定叶片组件包括由支撑部支撑的可磨耗材料的环，所述支撑部在转子叶片组件一侧经由多个螺钉-螺母组件固定于壳体上，所述固定叶片组件还包括用于径向保持角形扇部的销，所述角形扇部被插入形成于紧固突出部和安装夹中的第一孔中；所述孔具有基本上平行于纵向轴线的轴线，当螺钉-螺母组件将可磨耗材料的环的支撑部固定在壳体上时，所述安装夹通过相同的螺钉-螺母组件固定在壳体上。

在一个实施方式中，每个销包括垂直于销的轴线径向向外延伸的裙部，所述裙部轴向地限定头部和尾部，所述头部容纳在安装夹的第一孔中，并且裙部通过其一个面平直地抵靠安装夹，以将销的轴线与安装夹垂直地定向。

在另一实施方式中，每个销包括由肩部连接的具有较小截面的部分和具有较大截面的部分，所述第一孔中的每个包括环形阶梯部，所述肩部抵靠环形阶梯部，以防止径向保持销远离壳体轴向地移动。

在另一实施方式中，每个径向保持销包括由肩部连接的具有较小截面的第一部分和具有较大截面的第二部分，所述肩部抵靠安装夹的第一孔的外围，以防止销远离壳体轴向地移动。

每个销可通过安装夹的第一孔中的第一纵向端来束缚(crimped)。

有利地，径向保持销的第二纵向端容纳在壳体的第一孔中，有利地，这些孔不是通孔。在一个替代方式中，所述销可被束缚在壳体的第一孔中。

在一个有利实例中，安装夹包括螺钉-螺母组件所通过的第二孔，螺母被束缚在安装夹的第二孔中。然后，有利地，可提供旋转地锁定螺母的装置。然后，丢失螺母的危险非常小。

例如，用每个在其外围上包括至少一个平截面的螺母，并用包括与每个第二孔毗邻的突出部的夹子，来获得旋转锁定，平截面与突出部配合，以防止螺母的旋转。

在一个替代实施方式中，用安装夹形成螺母，例如，通过在安装夹的第二孔中攻螺纹形成。

有利地，提供覆盖可磨耗材料的环的紧固螺钉的头部的保护罩。

壳体可以是内壳体，并且，角形扇部形成高压涡轮导向叶片组件，安装夹被定位在燃烧室一侧上。

本发明还涉及一种涡轮发动机，其包括至少一个根据本发明的固定叶片组件。

附图说明

通过以下描述和附图，将更好地理解本发明，其中：

图1A是燃烧室和高压涡轮处的根据本发明的涡轮喷气发动机的一部分的纵向截面图，

图1B是图1A的涡轮喷气发动机的导向叶片组件的角形扇部的前视图，

图2是高压导向叶片组件在内壳体上的固定处的图1的放大图，

图3是从燃烧室看的内壳体的透视图，

图4A和图4B是根据角形扇部的径向保持销和安装夹之间的连接的两个替代实施方式的图2的详细视图，

图4C和图4D是根据径向保持销和内壳体之间的连接的两个替代实施方式的图2的详细视图，

图5A至图5C是与不同组装位置中的图2相同的视图。

具体实施方式

以下描述将提供用于高压涡轮的导向叶片组件的详细描述；然而，本发明不限于高压导向叶片组件，而是应用于任何用于涡轮发动机的固定叶片组件，例如压缩机导向叶片组件。

对于说明书，我们将考虑图1中从左至右的方向，其与气流的流动方向相应，用上游代表左侧，用下游代表右侧。

为了简化的目的，在各种所述实施方式中，我们将用相同的参考标记表示具有相同功能和基本上相同结构的元件。此外，我们将把由可磨耗材料制成的环叫做“可磨耗材料的环”。

图1A示出了具有旋转轴线X的根据本发明的涡轮发动机的详细视图。此涡轮喷气发动机特别包括燃烧室2，上游设置有用于来自压缩机(未示出)的空气的进气口4和用于燃烧气体的出气口6。涡轮喷气发动机还包括布置在出气口6下游的高压导向叶片组件8、导向叶片组件8下游的高压涡轮10，该涡轮10驱动压缩机。

燃烧室2由固定在外壳体上的径向外壳14和固定在内壳体18(叫做“内壳体”)上的径向内壳16组成。内壳体在纵向轴线X周围具有旋转的形状。

导向叶片组件8被固定在内壳体18上。如图1B中详细示出的，导向叶片组件8包括在径向外环9和径向内环11之间延伸的叶片12。叶片12被布置在燃烧气体的流径上的出气口6下游，这些叶片12旨在，在与高压涡轮10接触之前引导离开燃烧室2的气流。

导向叶片组件8由至少两个分别固定在内壳体18上的角形扇部8.1组成。作为一个实例，导向叶片组件8包括16个角形扇部8.1，每个角形扇部设置有两个叶片。

叶片12从平台20径向向外延伸，形成导向叶片组件8的内冠部11的一部分。用于将平台20固定在内壳体18上的紧固突出部22在支撑叶片12的平台20的相对面上朝向平台20的内部径向地伸出。

当将所有角形扇部8.1固定在内腔室上时，首尾相连放置的平台形成连续的环。

角形扇部8.1被固定在内壳体18的下游端部分24上。在所示实例中，从上游至下游，内壳体18的下游端部分24由以下部分组成：回转锥形部分24.1(其较大直径的端部定向在下游方向上)、与锥形部分连接的管状部分24.2、以及与管状部分24.2连接的环形部分24.3。环形部分24.3被包含在垂直于纵向轴线X的平面中。

在管状部分24.2和环形部分24.3之间，壳体还包括径向向外延伸的环形伸出部24.4，所述伸出部24.4被设置于离环形部分24.3一距离处，所述距离基本上等于紧固突出部22的厚度。

可磨耗材料的环26被固定在支撑部28上，经由该支撑部将环固定至内壳体18。

支撑部28包括管状部分28.1(可磨耗材料的环26固定在该管状部分的内周边上)和管状部分28.1下游的锥形部分28.2，锥形部分28.2提供这样的锥度，使得将其容纳在内壳体18的端部24的锥形部分24.1中。

用分别通过内壳体和支撑部28的锥形部分24.2和28.2的螺钉-螺母组件30，将支撑部28固定在内壳体18上。如图3所示，螺钉-螺母组件始终规则地分布在壳体周围。

在所示实例中，螺钉30.1的头部位于径向内侧上，即位于支撑部28的锥形部分28.2的径向内侧上，并且，螺母位于径向外侧上。

有利地，用保护罩32覆盖螺钉头部30.1，以便减小由于螺钉头部的空气动力破坏，并保护螺钉头部不受到高温的影响。

根据本发明，用螺钉-螺母组件30将导向叶片组件的角形扇部8.1固定在内壳体上，螺钉-螺母组件30用来将可磨耗材料的环26固定在内壳体18上。

更具体地，将角形扇部8.1在部件34和内壳体18之间固定于内壳体18上。

部件34形成具有与内壳体18的端部24相似形状的安装夹，并且，其尺寸使得安装夹可围绕在端部24周围。

结果，从上游至下游，安装夹34包括布置在垂直于纵向轴线X的平面中的锥形部分34.1、管状部分34.2和环形部分34.3。锥形部分34.1向外覆盖锥形部分24.1，并且，螺钉30.1通过锥形部分34.1，管状部分34.2向外覆盖管状部分24.2，并且，环形部分34.3与紧固突出部22的上游面接触。

环形部分34.3在其径向外端处的其下游面上包括在下游方向上伸出的环34.4。

紧固突出部被布置在环形部分24.3的上游面和安装夹34的环34.4之间。这两个面限制角形扇部8.1的轴向运动。提供轴向间隙，以允许高压导向叶片组件在操作过程中的倾斜；在操作过程中，来自气体的应力在下游方向上挤压高压导向叶片组件。

此外，根据本发明，通过使用在壳体18的环形部分24.1和安装夹的环形部分24.1之间平行于纵向轴线延伸并穿过紧固突出部22的销36，径向地保持角形扇部8.1。

为此目的，每个紧固突出部22包括图1B所示的两个通孔38、40，其形成于定中心在轴线X上的圆形部分的弧上。其中一个孔38具有圆形截面，其直径基本上等于径向保持销36的直径，以允许将保持销36放在孔38中，并且，另一个孔40具有椭圆形截面，将其较大的尺寸沿着定中心在轴线X上的圆弧定向，其较小的直径与径向保持销36的直径基本上相等。甚至在尺寸变化的情况中，圆形孔和椭圆形孔的实现方式也允许装配。

在所示实例中，销36在其下游端处容纳在形成于内壳体18的环形部分24.1的上游面中的非通孔41中。此实施方式使得能够不会破坏内腔室18的任一侧上的两个处于不同压力下的区域之间的密封，并能够确保角形扇部和内壳体之间的连接的良好刚性。

图4C和图4D示出了内壳体18和销36之间的连接的替代方式。

在图4C中，环形部分24.3包括平面上游面，销36的尾部36.1的自由端抵靠在所述面上。此实施方式非常简单，并且不会损坏密封。

在图4D中，环形部分24.3包括多对容纳每个销36的尾部36.1的自由端的通孔41’，孔41’的对数等于待固定的角形导向叶片组件的数量。此实施方式易于制造，并确保角形扇部和内壳体之间的连接的良好刚性。

在图2所示的实例中，环形部分34.3包括具有平行于纵向轴线X的轴线的通孔42，并且，销36通过每个通孔42。存在和角形扇部8.1与内壳体18之间形成的连接一样多的销的对。

在图2所示的实例中，用孔42中的第一纵向端束缚每个销36。有利地，每个销36包括裙部44，裙部44在上游侧上限定头部36.1并在下游侧上限定尾部36.2，头部36.1被束缚在孔42中。

裙部44使得能够使销36的垂直于环形部分34.3的轴线定向。此外，其对销形成轴向止挡，并固定在下游方向上伸出的销36或尾部36.2的部分的长度。

在头部的长度和安装夹的厚度足以确保销相对于安装夹的垂直性并对销形成轴向止挡的情况中，可省略这种裙部。

与头部36.1束缚在孔42中相反，可设置，形成对其具有足够长度以从上游方向上的孔42伸出的螺纹头36.1，并在每个头部上拧上螺母，然后，有利地，将这些螺母束缚在孔42中。

还可考虑将销束缚在壳体的环形部分24.3中，而不是夹子24中。此替代方式具有简化维修的优点，因为，当去除夹子时，角形扇部8.1留在壳体上，由销支撑。

还可考虑使用这样的销，每个销设置有裙部，并且，其在壳体和夹子中的安装均具有间隙。

图4A和图4B示出了轴向地阻止销的其它实施方式。

在图4A中，孔44’包括由在下游方向上定向的环形阶梯部44.1’连接的两个具有不同直径的部分，并且，销36’的上游端包括由肩部36.3’连接的具有较小直径36.1’的部分和具有较大直径36.2’的部分，肩部压在环形阶梯部上并轴向地阻止销。

在图4B中，销36”包括由肩部36.3”连接的具有较小直径36.1”的部分和具有较大直径36.2”的部分，并该肩部轴向地阻止销，肩部压在环形部分34.3的下游面上，孔44”的直径与具有较小直径36.1”的部分的直径基本相等。

有利地，将螺母30.2束缚在安装夹上。在所示实例中，夹子34的锥形部分34.1包括由螺钉通过的孔43。孔43提供比螺钉30.1的直径大的直径，并且，螺母包括与定向在孔43的侧面上的螺母的端部连接的束缚裙部46。每个束缚裙部46穿过孔的边缘和螺钉之间的孔，使这些裙部46变形，以执行束缚。

同样有利地，提供螺母30.2的旋转止挡。为此目的，螺母在其外边界上包括至少一个平截面48，有利地是两个，以简化螺母的定向，锥形部分34.1包括与每个孔毗邻的突出部50，与平截面配合，以防止螺母的旋转。

因此，由于束缚和旋转止挡的原因，螺母自身无法旋开并与螺母分离。因此，偶然损失螺钉-螺母组件的危险非常小。应理解，使用标准螺母的组件在本发明的范围内。

图3示出了下游侧的夹子的视图，有利地，使锥形部分34.1形成扇形，扇形部分包括孔42，并且，螺钉30.1通过所述扇形部分。此扇形使得能够减小夹子的质量。同样地，环形部分34.1也在容纳通过角形扇部的多对销的多对孔之间形成扇形。

此外，此打开形式使得能够更有弹性地进行安装，并使得能够获得一些间隙，如将在下面看到的。

我们现在将说明导向叶片组件的角形扇部在内壳体18上的安装。

角形扇部在固定于安装夹34上的销36上滑动。

使由此装配的安装夹34轴向地靠近内壳体，直到销36进入非通孔41为止。

将螺母30.2放在孔口处的锥形部分34.1上，平截面48与突出部50接触。

然后，将可磨耗材料的环放在内壳体18内部，使得锥形部分支撑在内壳体18的锥形部分24.1的内面上。可增加保护罩。

然后，将螺钉30.1插入内壳体18的内部，并通过可磨耗材料支撑部、壳体18和安装夹。

然后，将螺钉30.1拧入螺母30.2中。

结果，用单个螺钉-螺母组件30同时装配可磨耗材料的环和角形扇部。然后，简化并减轻叶片组件，并缩短制造时间。

有利地，可用夹子的护套增强夹子在紧固突出部22上的支承。

图5A至图5C示出了螺钉张紧过程中的不同零件之间的间隙的变化。

在部件的装配过程中，用销30获得安装夹在壳体18上的定中心。然后，将安装夹的管状部分34.2紧靠壳体18的管状部分24.2安置，并将保护罩紧靠壳体18的管状部分24.2。

然后，将螺钉30.1拧入螺母30.2中，这导致夹子的扇形部分朝着壳体倾斜，直到扇形部分的边缘与壳体接触为止，用字母A表示位置。

然后，继续张紧螺钉，直到通过反作用产生的必需的扭矩值使夹子的环形部分34.3的下游面与壳体的环形伸出部接触为止，用字母B表示。通过开放的安装夹的更大的弹性，便于间隙的重新获得。

可考虑不使用螺母并通过在夹子中形成内螺纹孔而将螺钉直接拧入夹子中，内螺纹在夹子中直接加工而成或以插入物的形式附接而成。

应理解，决不限制壳体和安装夹的具体形式，并且，可考虑没有锥形部分的轮廓。

Claims (16)

1.一种用于具有纵向轴线（X）的涡轮发动机的固定叶片组件，其包括壳体（18）和至少两个设置有叶片（12）的角形扇部（8.1），所述角形扇部（8.1）被固定在所述壳体（18）上，每个角形扇部（8.1）均包括平台（20）和紧固突出部（22），至少一个叶片（12）从所述平台径向向外伸出，所述紧固突出部用于将所述角形扇部（8.1）固定在壳体（18）上，所述紧固突出部（22）从所述平台（20）径向向内伸出，所述固定叶片组件包括由支撑部（28）支撑的可磨耗材料的环（26），所述支撑部在转子叶片组件一侧经由多个螺钉-螺母组件（30）固定于壳体（18）上，所述多个螺钉-螺母组件（30）穿过所述可磨耗材料的环（26）的支撑部（28），所述固定叶片组件还包括用于径向保持所述角形扇部（8.1）的销（36，36’，36’’），所述销被插入形成于所述紧固突出部（22）和安装夹（34）中的第一孔中，所述安装夹（34）相对于壳体（18）与所述可磨耗材料的环相对地设置，并且，所述固定叶片组件通过所述壳体（18）限定一凹槽，所述紧固突出部（22）布置在该凹槽中，所述第一孔具有平行于所述纵向轴线（X）的轴线，当所述螺钉-螺母组件（30）将所述可磨耗材料的环的支撑部固定在所述壳体（18）上时，所述安装夹（34）通过相同的螺钉-螺母组件（30）固定在所述壳体（18）上。

2.根据权利要求1所述的固定叶片组件，其中，每个销（36）包括垂直于销（36）的轴线径向向外延伸的裙部（44），所述裙部（44）轴向地限定头部（36.1）和尾部（36.2），所述头部（36.1）容纳在所述安装夹（34）的第一孔（42）中，并且所述裙部（44）通过其一个面平直地抵靠所述安装夹（34），以将所述销（36）的轴线与所述安装夹（34）垂直地定向。

3.根据权利要求1所述的固定叶片组件，其中，每个销（36’）包括由肩部（36.3’）连接的具有较小截面的部分（36.1’）和具有较大截面的第二部分（36.2’），所述第一孔中的每个均包括环形阶梯部（44.1’），所述肩部（36.3’）抵靠所述环形阶梯部，以防止销（36）远离所述壳体（18）轴向地移动。

4.根据权利要求1所述的固定叶片组件，其中，每个销（36’’）包括由肩部（36.3’’）连接的具有较小截面的第一部分（36.1’’）和具有较大截面的第二部分（36.2’’），所述肩部（36.3’’）抵靠所述安装夹的第一孔的周边，以防止所述销（36’’）远离所述壳体（18）轴向地移动。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的固定叶片组件，其中，每个销（36）通过所述安装夹（34）的第一孔中的第一纵向端来束缚。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的固定叶片组件，其中，所述销（36）的第二纵向端容纳在所述壳体的第一孔中。

7.根据权利要求6所述的固定叶片组件，其中，所述壳体的第一孔不是通孔。

8.根据权利要求6所述的固定叶片组件，其中，所述销（36）被束缚在所述壳体（18）的第一孔中。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的固定叶片组件，其中，所述安装夹（34）包括所述螺钉-螺母组件（30）所通过的第二孔（43），头部（36.1）被束缚在所述安装夹（34）的第二孔（43）中。

10.根据权利要求9所述的固定叶片组件，包括用于以旋转的方式锁定螺母的装置。

11.根据权利要求10所述的固定叶片组件，其中，每个螺母在其外围上包括至少一个平截面（48），并且，所述安装夹（34）包括与所述第二孔（43）中的每个毗邻的突出部（50），所述平截面（48）与所述突出部（50）相配合，以防止所述螺母（30.2）的旋转。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的固定叶片组件，其中，所述螺母由所述安装夹（34）形成。

13.根据权利要求12所述的固定叶片组件，其中，所述螺母通过在所述安装夹的第二孔中攻螺纹形成。

14.根据权利要求1至4中任一项所述的固定叶片组件，包括保护罩（32），所述保护罩覆盖所述可磨耗材料的环的紧固螺钉（30.1）的头部。

15.根据权利要求1至4中任一项所述的固定叶片组件，其中，所述壳体（18）是内壳体，并且，所述角形扇部（8.1）形成高压涡轮导向叶片组件，所述安装夹（34）被定位在燃烧室一侧上。

16.一种涡轮发动机，包括至少一个根据权利要求1至4中任一项所述的固定叶片组件。

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