CN102472297A - 包括振动阻尼垫片的用于飞机涡轮发动机的带有叶片的定子圆环的外部壳体部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种形成用于带有叶片的圆环部件(20)的外部壳体部件(28)的组件，所述带有叶片的圆环部件(20)应用于飞机涡轮发动机内的压缩机或涡轮定子，所述组件包括多个基本部件(30)以及振动阻尼垫片(34)，每一个所述振动阻尼垫片(34)被插入到两个与之相关联的基本部件之间。根据本发明，所述每一个振动阻尼垫片(34)的轮廓大致地与所述基本部件(30)的轮廓相同。

Description

包括振动阻尼垫片的用于飞机涡轮发动机的带有叶片的定子圆环的外部壳体部件
本发明通常涉及飞机涡轮机，特别地涉及涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机类型。
更特别地，本发明涉及这类涡轮机的压缩机或涡轮机定子，更精确地涉及带有叶片的圆环的部件(sector)，其包括多个定子叶片以及两个支撑所述叶片的同心壳体，所述壳体将穿过涡轮机的分别向内和向外的主流径向划定界限。这类带有叶片的圆环通常由几个部件首尾相接地排列在一起而形成，通常在压缩机或涡轮机中作为导片或喷嘴使用。
涡轮机通常依次包括：低压压缩机，高压压缩机，燃烧室，高压涡轮以及低压涡轮。压缩机以及涡轮包括几排具有周向间隔的移动叶片，所述移动叶片排被同样具有周向间隔的几排固定叶定分开。在现代的涡轮机中，高动力应力被施加在导片和喷嘴上。技术的进步导致了为了获得相同或更好的性能的级段数量的减少，导致每一级段更大的负荷。进一步地，所述生产技术的变化也导致了零件数量的减少，这就减少了零件之间的连接阻尼效应。特别地，当可磨损的夹头(cartridge)硬焊技术得以使用时，其消除了消耗振动能量的主要来源。
专利文件FR-A-2 902 843公开了解决这一震动问题的装置，其是通过使用狭缝或径向切口、斜向切口或在其它方向上的切口将所述外部壳体部件断成基本部件，所述基本部件相互之间沿切线方向存在固定间隔，每一个基本部件支撑带有叶片的圆环部件上的单一叶片。进一步地，呈条状的阻尼插入物被插入到所述基本部件之间。其操作原理则是引入所述结构动态学特性中的钢度非线性。该非线性是通过系统的临界振动级而得以触发的。这一振动活动引起了所述叶片的基本部件与阻尼插入物之间的相对运动。而这些相对运动则引起所述阻尼插入物附着力的相继丧失和恢复，从而导致系统局部钢度的连续变化。因此，产生震动活动的模型被相关固有频率的永久振动打乱。由于动力系统状态的连续变化，所述系统的共振无法建立。这减小了系统中的振动幅度。
然而，虽然这一解决方法就减小振动而言是符合要求的，但其还是能够有所改进的。此外，在所述文件FR-A-2 902 843中所公开的这一解决方法中，在所述空气动力流动通道与所述压缩机外侧之间的压力梯度的作用下，在这些阻尼插入物上施加径向向内的作用力，以使所述阻尼插入物被夹持且与所述基本部件的摩擦表面相接触。其缺点在于所述压力梯度不足以压迫所述插入物使其与所述摩擦表面相接触。在这种情况下，首先则会导致震动阻尼的性能有所下降，也有可能导致所述空气流动通道的气密性的损失。
事实上，这一解决方案的另外一个缺点在于，所述带有叶片的圆环部件中的其中一个叶片将会超负荷。作用于叶片上空气动力作用力包含有无法在外部壳体部件内被抵抗的切向组成部分，这是因为所术外部壳体部件被分割为切线地彼此分开的基本部件。因此，这些切向组成部分得以合并，并且在穿过与安装在所述圆环部件上的防转止挡块相邻设置的叶片之前先穿过所述带有叶片的圆环部件的内部壳体部件。因此，由于所述外部壳体部件无法沿着切线方向传递静力(static force)，该叶片将承受非常大的负荷。
因此，本发明的目的在于至少部分地克服上述在现有技术实施方式中所出现的问题。
本发明所完成的第一目的在于提供一种组件，该组件形成用于带有叶片的圆环部件的外部壳体部件，所述带有叶片的圆环部件将被用于飞机涡轮发动机内的压缩机或涡轮机定子，所述外部壳体部件首先包括多个彼此之间沿着所述组件的切线方向具有间隔的基本部件，其次还包括沿着所述切线方向直接连续地放置的振动阻尼垫片，每一个所述振动阻尼垫片被插入到两个与之相关联的基本部件之间。
根据本发明，每一个振动阻尼垫片的轮廓大致地与所述基本部件的轮廓相同。
由于所述垫片的特殊轮廓，所述垫片与所述基本部件之间的摩擦面较大，从而导致了阻尼效果的改善。
另外，所述垫片被迫与所述基本部件的摩擦表面相接触的事实能够导致这些元件之间完美的密封，而不受所述空气动力流动通道与所述压缩机或涡轮的外部之间的压力差的影响。该密封通过结构而获得，所述垫片大致沿着切线方向向所述基本部件的摩擦表面施加作用力。注意到所述密封在操作过程中得以进一步地加强，这是由于应用施加在所述定子叶片上、所述基本部件上的空气动力的切向组成部分增强了使所述摩擦表面与所述垫片相互接触的作用力。
关于施加在所述叶片上的空气动力的切向组成部分，注意到本发明的一个主要优点在于该组成部分可以穿过形成外部壳体部件的组件，这是因为由于所述振动阻尼垫片的特定位置，所述外部壳体部件沿切线方向非常坚固，即使其沿所述切线方向被分割成部件。其结果是不再有超负荷的叶片，因此所述叶片得以大致均匀地负载。
最后，注意到通过采取与所述基本部件的轮廓大致相同的轮廓，所述主要环流(又称作空气流动通道)的外部径向分界线，在相互之间具有间隔的基本部件之间被完美地重新建立。
优选地，所述垫片与两个沿所述切线方向相互面对面的平行的平面摩擦表面相接触，所述摩擦表面被设置于与所述垫片相关联的两个基本部件上，所述垫片具有两面互补且相互平行的平面摩擦表面，其与所述基本部件的相对应的摩擦表面相互协作。所述摩擦表面与互补的摩擦表面之间的平面接触通过摩擦提供了符合要求的震动衰减。也可能在单次的机械加工操作的过程中，例如通过单次切割操作，同时产生两个摩擦表面以获得笔直的狭缝，也就是说狭缝在一个确定的平面内，随后相应的垫片得以安置于相应的狭缝内部。这使得制造如本发明所述的组件变得非常简单，从而大幅度节省了成本和时间。
优选地，所述垫片设置有钩状物以将其夹持于所述压缩机或涡轮定子上的适合的位置，因此，这些钩状物具有与固定在所述基本部件上的钩状物相同的轮廓。
优选地，所述基本部件通过径向狭缝彼此分开，所述径向狭缝被所述震动阻尼垫片完全填满。
优选地，所述震动阻尼垫片大致沿所述组件的轴向或倾斜方向延伸。
本发明的另外一个目的在于提供安装于飞机涡轮机的压缩机或涡轮机定子上的带有叶片的圆环部件，该部件包括形成如上所述的外部壳体部件的组件、内部壳体部件以及相互之间具有切向间隔的多个叶片，所述叶片插入到所述形成外部壳体部件的组件与所述内部壳体部件之间。在这种情况下，每一个基本部件将支撑一个单独的定子叶片，或者可能是几个叶片，这并不超出本发明的范围。
所述带有叶片的圆环可能会形成压缩机的导片或涡轮的喷嘴。
另外，所述圆环部件优选地在5-60°的角度范围延伸，但也能够延伸至360°，从而形成完整的带有叶片的圆环。
本发明的另一个目的在于提供一种飞机涡轮机，所述飞机涡轮机包括配备有一个或多个如上所述的带有叶片的圆环部件的压缩机或涡轮定子。
本发明的其它优点以及技术特征将出现在下面所给出的详细的，非限制性的说明中。
将参考说明书附图进行说明，其中：
图1示出了涡轮机的剖视图，所述涡轮机配备有一个或多个本发明所述的带有叶片的圆环部件。
图2示出了图1中所示出的涡轮机的高压压缩机的具代表性的一部分的剖视图，其包括本发明所述的带有叶片的圆环部件；
图3示出了如前图中所示的带有叶片的圆环部件的透视图，所述部件采取其在本发明的一个较佳实施方式中的形式；
图4示出了如前图中所示的带有叶片的圆环部件的一部分的轴向视图；
图5示出了前图中所示的带有叶片的圆环部件的垫片和基本部件的沿图4中的V-V线的剖视图；
图6a到6c示出了制作前图中所示的带有叶片的圆环部件的制作过程中的不同步骤的示意图。
首先参考图1，该附图示出了本发明所适用的飞机涡轮喷气发动机100。沿着从上游到下游的方向，所述飞机涡轮喷气发动机100依次包括：低压压缩机2，高压压缩机4，环形燃烧室6，高压涡轮机8以及低压涡轮机10。
图2示出了所述高压压缩机4的一部分。在已知方式中，所述压缩机包括在平行于所述压缩机的轴12的轴向方向上交替设置的定子叶片排14以及转子叶片排16。所述定子叶片18周向地/成切线地绕轴12分布，所述定子叶片18被包括在被称作是带有叶片的圆环20的定子的一部分内，优选的沿着圆周方向22建造于部件内。因此，在下文中，我们将涉及带有叶片的圆环部件20，可以被理解的是这个部件20优选地在5°到60°之间的角度范围内延伸，但也可能延伸至360°，从而形成完整的带有叶片的圆环。
部件20，形成涡轮喷嘴或压缩机导向叶片的全部或部分，包括形成内表面的内部壳体部件24，所述内表面径向地为穿过所述涡轮机的主环流26划界，该壳体部件24支撑所述定子叶片18的固定根部。除了这些叶片18以外，所述部件20也包括形成外部壳体部件28的组件，其形成径向地为主环流划界的外表面，而所述外部壳体部件28支撑所述叶片18的固定头部。
在这方面，注意到所述部件20也包括安装在所述壳体部件24上的已知附加元件，诸如形成环形密封轨迹的径向内部可磨耗涂层29，其与由所述转子级16支撑的密封装置31相接触，所述转子级16支撑转子叶片并且被设置于与之相关联的部件20的下游侧面。所述旋转密封装置31为已知的迷宫式密封型或唇密封型密封装置。
图3示出了所述带有叶片的圆环部件20。在所描述的优选的实施方式中，所述整个涡轮喷嘴或压缩机导片是由多个这样的部件20首尾相接的放置而获得的，而每一个则形成了该带有叶片的圆环的呈角度或圆周的部分。所述呈角度的部件20(仅有的一个可以从图3中看出)优选地被除去了任何相互连接的刚性的直接的机械连接，它们毗邻的端部得以简单地相互面对面地放置，具有或不具有间隙。
更具体地参考图3和图4，这些附图示出了由单一元件组成的内部圆环部件24，且没有被分割。另一方面，形成外部壳体部件28的组件通过笔直径向的或略有倾斜的狭缝32沿着切线方向22被分割为彼此之间具有间隔的基本部件30，从而在所述直接相邻的部件30之间形成间隙。每个狭缝32是沿着两个直接相邻的叶片18之间的中直线(median straight line)形成的，每一个基本部件30支撑单个固定的定子叶片18。设置在所述部件端部的两个基本部件30中的一个支撑旋转止挡块33，所述旋转止挡块33径向地向外突出，并且将与压缩机定子的其它零件以已知的方式合作。
所述组件28还包括置于所述直接相邻的基本部件30之间的振动阻尼垫片34。
更精确地，所述每一个振动阻尼垫片34被置于两个呈平行面的摩擦表面38之间，所述两个摩擦表面38沿着切线方向22彼此相对，且被设置在与所述垫片相关联的两个基本部件30上的彼此相对的相对应的切向端部(tangential ends)。相类似地，每一个垫片34具有两个相互平行的互补的平面摩擦表面40，所述平面摩擦表面40也平行于与之合作的两个相对应的平面摩擦表面38，并且与其相互接触。
因此，每一个垫片34在所述两个直接相邻的基本部件30之间被挤压，并且具有与所述摩擦表面38的形状互补的形状。
优选地，每一对摩擦表面38和40之间的接触在所述垫片34被放置在两个与其相关联的基本部件30之间就得以产生。因此，所述垫片34大致沿着切线方向施加作用力，使其互补平面摩擦表面40与所述基本部件的摩擦表面38相接触。有益地，这些作用于所述基本部件上的作用力在操作过程中通过额外应用作用在所述定子叶片上的空气动力的切向组成部分而得以增加。
正如图5所示，本发明的一个特别的技术特征在于所述垫片34的轮廓大体上所述基本部件的轮廓相同，这一相同的轮廓与所述外部壳体部件的轮廓相对应。在这一公开中，所述轮廓涉及沿着所述切向方向22所看到的所述元件的整体形状，尽管在图5中示出了其剖面视图。
因此，与所述基本部件30相类似地，每一个垫片34的下表面充当所述空气流动通道的外部径向定界。因此，由形成在所述垫片34以及所述部件30上的这些表面46依次构成的所述空气流动通道的整个环形定界表面从视图的空气动力点(aerodynamic point of view)开始是大致连续的，这是由于在所述连续的表面46之间不存在台阶。
每一个垫片34和每一个部件30也包括钩状物，以将其保持在所述压缩机定子的另外一部分的合适的位置，更准确地，固定钩状物48向前突出，而固定钩状物50则向后突出。如图2所示，所述钩状物48和50被安置于相对应的环形狭缝52和54内，以将所述部件20固定于所述定子的其它部分上，所述环形狭缝52和54设置于所述压缩机定子的另外一部分。
完全填充在所述狭缝中的所述垫片34通过与所述摩擦面38相接触所产生的摩擦实现振动衰减的作用，基于在专利文件FR-A-2 902 843中所公开的关于所述垫片的上述物理原理。它们也具有密封作用以及允许作用于所述定子叶片上的所述空气动作用力的切向组成部分穿过的作用。在这方面更加通常地，每一个垫片34能够在供其插入的两个基本部件30之间传递切向作用力。
所述基本部件30以及所述垫片34所使用的材料的性质大致相同，优选地，为有金属特性的；并且对所述材料性质加以选择以使得所述垫片优先于所述基本部件30磨损。
也注意到，沿着切线方向的每一个垫片的长度与每一个基本部件的长度之间的比值在0.5到1之间，所述切线方向也与厚度相对应。
图6a到图6c以图解方式示出了所述带有叶片的圆环部件20的制造过程。首先，从图6a中可以看出，一体式组件100由浇注或机械加工成型的内部壳体部件24、外部壳体部件28以及定子叶片18构成。下一步则是通过简单而廉价的加工在所述外部壳体部件28上开设笔直的径向狭缝32，以获得如图6b中以图解方式示出的基本部件30。例如，所述这些狭缝32可以通过切割所述部件28而被简单地加工出来。
最后，图6c所示出的最后步骤包括：简单地通过将所述垫片滑入到与其相对应孔洞中将该振动阻尼垫片34放置在形成有摩擦表面的所述狭缝32内适当的位置上。
注意到，优选地，精确的滑动调整间隙使其相对容易地将所述垫片插入到与之相关联的狭缝内，再通过所述两个摩擦表面38之间的挤压作用力独立地将所述垫片夹持于所述狭缝中。
显而易见地，那些本领域的技术人员能够对如上所述的发明做出各种各样的修改，单独地使用非限制性的实施例。

Claims (7)

1.一种形成用于带有叶片的圆环部件(20)的外部壳体部件(28)的组件，所述带有叶片的圆环部件(20)应用于飞机涡轮机内的压缩机定子，所述组件首先包括多个沿着所述组件的切线方向(22)设置且彼此之间具有间隔的基本部件(30)，其次还包括振动阻尼垫片(34)，每一个所述振动阻尼垫片(34)被插入到与之相关联的沿着所述切线方向直接相邻的两个基本部件(30)之间；
其特征在于，所述每一个振动阻尼垫片(34)的轮廓大致地与所述基本部件(30)的轮廓相同。
2.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述垫片被迫与沿着所述切线方向(22)彼此相对的两个呈平行平面摩擦表面(38)相接触，所述摩擦表面(38)设置于与所述垫片相关联的所述两个基本部件(30)上，而且在所述垫片(34)中也具有两个互补的平面摩擦表面(40)，所述平面摩擦表面(40)相互平行，且与所述基本部件上的两个相对应的平面摩擦表面合作。
3.如权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述垫片(34)设置有钩状物(48、50)以将其夹持于所述压缩机或涡轮定子的适合的位置上。
4.如前面任一项权利要求所述的组件，其特征在于，所述基本部件(30)被径向狭缝(32)彼此分开，所述径向狭缝(32)被所述振动阻尼垫片(34)完全填满。
5.如前面任一项权利要求所述的组件，其特征在于，所述振动阻尼垫片(34)大致沿所述组件的轴向或倾斜方向延伸。
6.一种安装于飞机涡轮机的压缩机定子的带有叶片的部件(20)，其包括如前面任一项权利要求所述的形成外部壳体部件(28)的组件，内部壳体部件(24)以及多个彼此之间具有切向间隔的叶片(18)，所述叶片(18)插入到所述形成外部壳体部件(28)的组件与内部壳体部件(24)之间。
7.一种飞机涡轮机，其包括配备有一个或多个如权利要求6所述的带有叶片的圆环部件的压缩机定子。
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