CN103987922B - 具有错位的定子叶片护罩 - Google Patents

Abstract

根据本公开的一示例性实施例的涡轮机的定子叶片组件包括除了其它可能物件外的护罩，所述护罩具有前边缘、后边缘和至少一个周向边缘。当被安装于涡轮机内时，前边缘相对于后边缘周向地错位。在前述定子叶片组件实施例的再一实施例中，所述周向边缘包括与所述涡轮机的轴线对齐的部分。在前述定子叶片实施例中任一个的再一实施例中，叶片从护罩沿径向延伸。在前述定子叶片实施例中任一个的再一实施例中，所述叶片是悬臂式叶片。

Description

具有错位的定子叶片护罩

相关申请的交叉引用

本申请要求美国非临时申请No.13/325,026的优先权，该美国非临时申请在2011年12月13日提交，并且通过引用并入本文。

背景

本公开总体上涉及定子叶片组件，并且更特别地涉及定子叶片护罩，其限制定子叶片组件的运动。

涡轮机通常包括围绕轴线周向地分布的定子叶片的阵列。定子叶片引导流体穿过涡轮机。移动穿过涡轮机的流体对定子叶片施加载荷。

当被加载时，周向相邻定子叶片可能相对于彼此非所需地轴向偏移(或漂移)。具有周向重叠部分的周向相邻定子叶片经受特别高的载荷，其可增加偏移的可能性。载荷的一个分量可能相反于穿过涡轮机的总体流动方向。

一些涡轮机压缩器壳体包括增加的特征，其限制定子叶片的轴向移动，来限制非所需的偏移。所述特征增加涡轮机的复杂性。

发明内容

根据本公开的一示例性实施例的涡轮机的定子叶片组件包括除了其它可能物件外的护罩，所述护罩具有前边缘、后边缘和至少一个周向边缘。当被安装于涡轮机内时，前边缘相对于后边缘周向地错位。

在前述定子叶片组件实施例的再一实施例中，所述周向边缘包括与所述涡轮机的轴线对齐的部分。

在前述定子叶片实施例中任一个的再一实施例中，叶片从护罩沿径向延伸。

在前述定子叶片实施例中任一个的再一实施例中，所述叶片是悬臂式叶片。

在前述定子叶片实施例中任一个的再一实施例中，所述周向边缘从所述前边缘延伸至所述后边缘，并且所述周向边缘的第一部分与所述周向边缘的第二部分对齐并周向地错位。

在前述定子叶片实施例中任一个的再一实施例中，所述周向边缘包括在所述第一部分与所述第二部分之间延伸的带角(angled)边缘部分。

在前述定子叶片实施例中任一个的再一实施例中，所述带角边缘部分具有角度，其与所述第一部分和所述第二部分错位，所述带角边缘部分被构造成与周向相邻叶片的带角边缘部分间隔开。

在前述定子叶片实施例中任一个的再一实施例中，所述护罩被构造成在所述涡轮机的操作期间当被加载时仅通过所述周向边缘的除所述带角边缘部分外的部分与周向相邻护罩接触。

在前述定子叶片实施例中任一个的再一实施例中，所述周向边缘具有台阶区域。

在前述定子叶片实施例中任一个的再一实施例中，所述周向边缘包括所述护罩的第一周向边缘和第二周向边缘，所述第一周向边缘仿似所述第二周向边缘的轮廓。

在前述定子叶片实施例中任一个的再一实施例中，所述护罩是外径护罩。

根据本公开的另一示例性实施例的涡轮发动机包括除了其它可能物件外的定子叶片阵列，所述定子叶片阵列包括围绕轴线周向地分布的多个定子叶片。定子叶片中的每个包括护罩和从护罩朝轴线延伸的叶片。所述定子叶片中的每个在操作期间克服周向相邻定子被周向地加载。所述护罩中的至少一个具有前边缘、后边缘和至少一个周向边缘。所述前边缘相对于所述后边缘周向地错位。

在前述涡轮发动机实施例的再一实施例中，所述定子叶片是悬臂式定子叶片。

在前述涡轮发动机实施例中任一个的再一实施例中，所述护罩是径向外侧护罩。

在前述涡轮发动机实施例中任一个的再一实施例中，所述护罩沿着包括台阶区域的周向边缘与周向相邻护罩交接。

在前述涡轮发动机实施例中任一个的再一实施例中，所述多个定子叶片中的每个包括单个护罩和单个叶片。

在前述涡轮发动机实施例中任一个的再一实施例中，所述定子叶片阵列是非旋转阵列。

在前述涡轮发动机实施例中任一个的再一实施例中，风扇或压缩器包含定子叶片阵列。

在前述涡轮发动机实施例中任一个的再一实施例中，穿过所述风扇且不穿过所述压缩器的空气体积与穿过所述风扇且穿过所述压缩器的空气体积的涵道比(bypassratio)大于10。

附图说明

从详细描述中，所公开示例的各个特征和优点对本领域的技术人员将变得清楚明了。伴随详细描述的附图可被简要地描述如下：

图1示出了一示例涡轮机的截面图。

图2示出了图1的涡轮机的一示例定子叶片组件的透视图。

图3示出了与周向相邻定子叶片组件交接的图2的定子叶片组件的透视图。

图4示出了图3的定子叶片组件的沿径向面向外侧的表面。

图5示出了图3的定子叶片组件的沿径向面向内侧的表面。

图6示出了在图1的涡轮机的剖切部分内与两个周向相邻定子叶片组件交接的图2的定子叶片组件的透视图。

具体实施方式

参考图1，一示例涡轮机，比如燃气涡轮发动机10，围绕轴线A周向地设置。燃气涡轮发动机10包括风扇14、低压压缩器部段16、高压压缩器部段18、燃烧部段20、高压涡轮部段22和低压涡轮部段24。其它示例涡轮机可以包括更多或更少的部段。

所公开实施例中的发动机10是一种高涵道齿轮传动结构航空器发动机。在一个所公开的实施例中，发动机10的涵道比大于十(10:1)，涡扇14的直径明显地大于低压压缩器16的直径，并且低压涡轮24具有大于5:1的压力比。然而，应该理解的是：以上参数只是齿轮传动结构发动机的一个实施例的示例，并且本申请适用于包括直接驱动型涡扇的其它燃气涡轮发动机。

操作期间，空气在低压压缩器部段16和高压压缩器部段18中被压缩。压缩空气然后与燃料混合并在燃烧部段20中燃烧。燃烧的产物膨胀越过高压涡轮部段22和低压涡轮部段24。空气流大体沿方向F移动穿过燃气涡轮发动机10。

低压压缩器部段16和高压压缩器部段18各自分别包括转子28和30。高压涡轮部段22和低压涡轮部段24各自分别包括转子36和38。转子36和38响应于膨胀而旋转，以可旋转地驱动转子28和30。转子36以筒管(spool)40联接至转子28，而转子38以筒管42联接至转子30。

引导叶片的阵列44用于引导流体穿过低压压缩器部段16和高压压缩器部段18的各个级。引导叶片的另一些阵列48用于引导流体穿过低压涡轮部段22和高压涡轮部段24的各个级。

然而，本公开中描述的示例并不局限于所描述的双筒管燃气涡轮结构，并且可以用于其它结构，比如单筒管轴向设计、三筒管轴向设计和再一些结构。也就是说，存在多种类型的燃气涡轮发动机以及其它涡轮机，其可受益于本文所公开的示例。

参考图2且继续参考图1，燃气涡轮发动机10的定子叶片组件50包括护罩(shroud)54和叶片58。该示例定子叶片组件50是燃气涡轮发动机10的高压压缩器部段18中位于定子叶片组件的阵列44之一内的数个定子叶片组件之一。

示例叶片58沿径向从护罩54朝轴线A延伸。护罩54因此被视为外护罩。示例定子叶片组件50包括单个护罩，因此被视为悬臂式定子叶片组件。

只有一个叶片58从示例护罩54延伸。在另一些示例中，多于一个的叶片58可以从护罩54延伸。

护罩54包括轴向前边缘66和轴向后边缘70。称为前和后是相对于穿过燃气涡轮发动机10的总体流动方向。注意，轴向前边缘66相对于轴向后边缘70周向地错位。也就是说，轴向前边缘66不与轴向后边缘70处于周向对齐。

护罩54的周向边缘74和78从前边缘66延伸至后边缘70。周向边缘74和78包括台阶区域82。台阶区域82将周向边缘74和78从与前边缘66对齐的周向位置过渡为与后边缘70对齐的周向位置。

周向边缘74包括第一轴向延伸部分86、第二轴向延伸部分90和带角边缘部分94。带角边缘部分94在第一轴向延伸部分86与第二轴向延伸部90之间延伸。在该示例中，第一和第二轴向延伸部分86和90平行于轴线A。

外半径部96将带角边缘部分94过渡到第一轴向延伸部分86中。内半径部98将带角边缘部分94过渡到第二轴向延伸部分90中。

在该示例中，轴向延伸部分86和90都与轴线A对齐。带角边缘部分94与轴向延伸部分86和90大约45°错位。

在该示例中，周向边缘78的轮廓仿似周向边缘74的轮廓。周向相邻定子叶片的周向边缘也仿似周向边缘74的轮廓。周向相邻定子叶片因此能够在燃气涡轮发动机10内安装就位时与定子叶片组件50嵌套。

尽管周向边缘的轮廓大体彼此仿似，但是示例周向边缘并不是彼此的确切复制品。例如，台阶区域82被设计成与周向相邻定子叶片的台阶区域略微间隔开。相比之下，第一和第二轴向延伸部分86和90被设计成直接接触周向相邻定子叶片的轴向延伸部分。

现在参考图3-6且继续参考图1-2，在燃气涡轮发动机10的操作期间，工作流体的流股沿方向D移动经过定子叶片组件50、周向相邻定子叶片组件50a和周向相邻定子叶片组件50b。移动穿过燃气涡轮发动机10的流体对定子叶片组件50、50a和50b施加载荷，如公知的。在这些定子叶片组件50、50a和50b上的载荷L至少具有轴向分量La和周向分量Lc。注意，轴向分量La相反于方向D。

在该示例中，定子叶片组件50的台阶区域82与定子叶片组件50a的台阶区域82a彼此略微间隔开。因此，在台阶区域82与台阶区域82a之间存在间隙g。由于间隙g，没有载荷L通过台阶区域82和台阶区域82a从定子叶片组件50传递至定子叶片组件50a。相反，轴向分量La被引导通过表面100，并且或许穿过在前边缘66处的表面104。

在另一些示例中，台阶区域82可以接触台阶区域82a；然而，仍然不存在通过台阶区域82和台阶区域82a的显著载荷传递。

引导轴向分量La通过表面100和104，以及引导周向分量Lc通过轴向延伸部分86和90，不会促进定子叶片组件50相对于定子叶片组件50a偏移或漂移(rack)。限制偏移和漂移会限制定子叶片组件50与定子叶片组件50a之间的轴向对齐不良。

由于台阶区域82，护罩54可以被视为具有V形(chevron)形状或轮廓。由于台阶区域82，当叶片组件50和50a被加载时，护罩54的面对轴向的表面接触与之相邻的定子叶片组件50a的相邻表面。

所公开示例的特征包括定子叶片护罩，其具有台阶区域，所述台阶区域限制定子叶片护罩与周向相邻护罩之间的相对移动。向护罩中并入限制特征会消除对壳体中用以防止这种漂移运动的特征的需求。所公开的示例在几何学上限制漂移。

尽管不同示例具有在说明中示出的特定部件，但是本发明的实施例并不局限于那些特定组合。能够将来自一个示例的部件或特征的一部分与来自另一示例的特征或部件结合使用。

前面的描述在本质上是示例性的而不是限制性的。所公开示例的变型和修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的，其并不一定背离本公开的实质。因此，给予本公开的法律保护的范围只能通过研究后附权利要求书来确定。

Claims (15)

1.一种涡轮机的定子叶片组件，包括：

护罩，其具有前边缘、后边缘和至少一个周向边缘，其中当安装于所述涡轮机内时，所述前边缘相对于所述后边缘周向地错位，

其中，所述至少一个周向边缘从所述前边缘延伸至所述后边缘，并且所述周向边缘的第一部分与所述周向边缘的第二部分对齐并周向地错位，

其中，所述周向边缘包括在所述第一部分与所述第二部分之间延伸的带角边缘部分，并且

其中，所述护罩被构造成在所述涡轮机的操作期间当被加载时仅通过所述周向边缘的除所述带角边缘部分外的部分与周向相邻护罩接触。

2.如权利要求1所述的定子叶片组件，其中，所述至少一个周向边缘包括与所述涡轮机的轴线对齐的部分。

3.如权利要求1所述的定子叶片组件，包括：从所述护罩沿径向延伸的叶片。

4.如权利要求3所述的定子叶片组件，其中，所述叶片是悬臂式叶片。

5.如权利要求1所述的定子叶片组件，其中，所述带角边缘部分具有角度，其与所述第一部分和所述第二部分错位，所述带角边缘部分被构造成与周向相邻叶片的带角边缘部分间隔开。

6.如权利要求1所述的定子叶片组件，其中，所述周向边缘具有台阶区域。

7.如权利要求1所述的定子叶片组件，其中，所述至少一个周向边缘包括所述护罩的第一周向边缘和第二周向边缘，所述第一周向边缘仿似所述第二周向边缘的轮廓。

8.如权利要求1所述的定子叶片组件，其中，所述护罩是外径护罩。

9.一种涡轮发动机，包括：

定子叶片阵列，其包括围绕轴线周向地分布的多个定子叶片，所述多个定子叶片中的每个包括护罩和从所述护罩朝所述轴线延伸的叶片，

其中，所述多个定子叶片中的每个在操作期间克服周向相邻定子叶片被周向地加载，

其中，所述护罩中的至少一个具有前边缘、后边缘和至少一个周向边缘，其中所述前边缘相对于所述后边缘周向地错位，

其中，所述至少一个周向边缘从所述前边缘延伸至所述后边缘，并且所述周向边缘的第一部分与所述周向边缘的第二部分对齐并周向地错位，

其中，所述周向边缘包括在所述第一部分与所述第二部分之间延伸的带角边缘部分，并且

其中，所述护罩被构造成在所述涡轮发动机的操作期间当被加载时仅通过所述周向边缘的除所述带角边缘部分外的部分与周向相邻护罩接触。

10.如权利要求9所述的涡轮发动机，其中，所述多个定子叶片是悬臂式定子叶片。

11.如权利要求9所述的涡轮发动机，其中，所述护罩是径向外侧护罩。

12.如权利要求9所述的涡轮发动机，其中，所述多个定子叶片中的每个包括单个护罩和单个叶片。

13.如权利要求9所述的涡轮发动机，其中，所述定子叶片阵列是非旋转阵列。

14.如权利要求9所述的涡轮发动机，进一步包括：风扇和包含所述定子叶片阵列的压缩器。

15.如权利要求14所述的涡轮发动机，其中，穿过所述风扇且不穿过所述压缩器的空气体积与穿过所述风扇且穿过所述压缩器的空气体积的涵道比大于10。