CN104011333A - 涡轮机组压气机导向叶片组件 - Google Patents

Abstract

扇区化的涡轮机组压气机导向叶片组件包括组装的扇体，该扇体形成两个同心的壳环，一个外壳环和一个内壳环，在壳环之间设置叶片，叶片的前缘和后缘接近壳环的横向面，并且其外壳环外部提供有用于安装所述扇体的外壳的连接装置。有利地，所述连接装置轴向地偏移壳环的后横向面，这样它突出地位于叶片的前和后缘之间对准叶片处。

Description

涡轮机组压气机导向叶片组件

本发明涉及用于压气机，特别地高压压气机的导向叶片组件，该压气机设计用于航空器的涡轮机组，诸如涡轮喷气发动机。

通常，用于涡轮喷气发动机的压气机包括沿着发动机的纵向轴线对准以及交替地由形成压气机转子的可移动的级和形成定子的固定的级所构成的多个连续的级，该可移动的级的叶片组件通过相对于所述轴线偏转气流而加速气流，该固定的级的叶片组件部分地转换压力下的流速和将所述流导向顺次的可移动的级。

高压压气机定子的最后一级或多级是扇区化导向叶片组件，在扇体一个接一个连续组装在外部安装壳中后，其主要形成两个同心壳环，一个外壳环和一个内壳环，在壳环之间布置叶片组件的叶片，在双流涡轮轴发动机中，在主气流级，气流通过该叶片组件的叶片。外壳环提供有连接装置，诸如(弯曲形式的)周缘接合边缘，根据流的方向称为前和后，用于连接压气机定子的外壳，而内壳环在连接用于有关转子的密封装置的其外侧上具有耐磨装置。

在涡轮喷气发动机中，导向叶片组件是静态地(气动力和机械力通过外壳)以及动态地(例如，涉及瞬时发动机工作相期间明显的振动)工作的部件，并且因此使用Haig曲线提前限定它们的尺寸，该Haig曲线可以确定它们的机械强度和疲劳抗性。

使用该曲线，由此确定对于在所述部件的点处给定的静态应力，在该点处的最大容许的动态应力。此外，由经验已知要求最大可能的最大动态应力，以能够容许发动机上更大的振动应答。

在常规固定的导向叶片组件的情况下，最大静态应力的区域和动态应力的区域位于导向叶片组件上相同的地方，即，在组装的扇体所形成的圆柱形外壳环的后面。因此，大大地减小了容许的动态应力，因为最大的静态应力位于在相同的地方，这限制导向叶片组件的工作可能性和其疲劳抗性，特别地在持续振动的发动机速度时。

本申请人的专利FR2945331公开了用于最佳化动态应力的方案，所述方案包括在焊接到壁上的至少一些叶片的后边缘和后缘之间，在上部壳环的圆柱形壁中钻马蹄形孔，以使壳环局部地更“柔性”。这允许相当大地减小弯曲的后边缘的转接半径中静态应力，以增加最大的动态应力和提高动态运转中导向叶片组件的疲劳极限。

尽管当在叶片的后缘和外壳环的后周缘边缘之间存在足够的空间以在那里钻孔时，这种类型的方案是得到准许的，但是如果空间不充足，这种方案是不可能的，因为它将要求也要钻孔通过后边缘，以通过壳环的壁。这种方案将消弱导向叶片组件太多，并且由此不适于这种类型的导向叶片组件。

本发明的目的是克服这种缺陷。

因此，用于涡轮机组的扇区化的压气机导向叶片组件具有包括组装的扇体的类型，该扇体形成两个同心壳环，一个内壳环和一个外壳环，在壳环之间设置叶片，该叶片的前缘和后缘相对于压气机中循环的气流分别地接近壳环的前和后横向面，其外壳环外部提供有用于安装所述扇体的外壳的连接装置。

根据本发明，这种导向叶片组件是值得注意的，因为所述的连接装置包括根据权利要求1的特征。

因此，通过轴向地偏移垂直于叶片的连接装置，静态应力，也就是说壳的气动力和应力不再集中和位于在外壳环的后面或下游部分，而是在叶片的区域中，并且由此与还位于导向叶片组件的外壳环的后面部分的区域中的动态应力分离。通过相对于壳偏移壳环的连接装置，在分离的这些应力中，其不再被叠加，外壳环的后面部分受到更小的载荷，因为它没有静态应力，并且现在仅受到动态应力。因此，该后面的部分可以以增加的最大容许的动态应力和由此以更高的振动发动机速度工作，在那里没有损坏的风险。通过这种方式，提高了导向叶片组件的振动能力，换而言之抗给定的气动力刺激的能力。

所述外壳的连接装置包括相对于通过叶片的流方向的前周缘边缘和后周缘边缘，该前周缘边缘位于所述扇体的外壳环的上游前横向面，该后周缘边缘偏移外壳环的下游横向面，并且突出地位于叶片的前缘和后缘之间。

有利地，所述偏移的后周缘边缘基本上突出地位于叶片的前缘和后缘之间叶片中心处。因此，静态应力不仅偏移壳环的后面，而且因为材料体积，所以也被减小，其中引起静态应力在后边缘、壳环和叶片之间经过的力更大，在该位置叶片的厚度最大。

在另一个实施方式中，所述外壳的连接装置包括在外壳环的周缘上提供和突出地位于叶片的前缘和后缘之间的环形凸缘。在分离应力方面的结果与前面的实施方式相似，外壳环的后面不再受到静态应力。

优选地，所述连接凸缘突出地位于叶片前缘和后缘的中心处，在通过增加材料体积而减小静态应力方面产生了与以前相同的优点。

特别地，所述后周缘边缘或所述凸缘在所有扇体上可以连续地或不连续地延伸。

附图中的图将清楚地表示如何产生本发明。在这些图中，相同的附图标记数字指相似的构件。

图1表示在示意性纵向截面中涡轮机组的高压压气机的一部分，该涡轮机组带有定子级和接着的转子级，该定子级具有根据本发明的固定导向叶片组件。

图2是图1的导向叶片组件的部分立体图，具有轴向地偏移的后接合边缘。

图3是从上面看的图2的导向叶片组件的视图。

图4是根据本发明的导向叶片组件的另一个实施方式的立体图。

图1中所示的压气机部分1是具有轴线A的航空器涡轮喷气发动机的高压压气机的一部分，并且它示出了形成固定导向叶片组件3的定子级2，该定子级下游发现了所述压气机的转子级4。通常，定子导向叶片组件3被扇区化，换而言之，由多个扇体5构成，该扇体5一个接一个接连地安装在环形外壳6中，该环形外壳用于安装这些扇体和通过连接或接合装置7保持它们在适当位置，以由此形成导向叶片组件其整体。

在下面的图和说明书中示例了单个扇体5，现在参考该扇体，记住它适于所有扇体，在这种情况下，参考实际的导向叶片组件3其整体。导向叶片组件的每个扇体5包括外壳环8和内壳环10，该外壳环8具有圆柱形壁9，该内壳环10也具有圆柱形壁11，所述壳环相对于轴线A是同心的，并且在它们之间提供叶片12，来自于风扇上游的主气流F通过叶片12，并且导向下游到燃烧室。为了帮助示例，已经减少了分离轴线A与导向叶片组件的内壳环10的距离。关于内壳环，图1示意了其外侧以已知的方式涂覆有耐磨涂层25，靠着该耐磨涂层用转子级4上所提供的多个唇26施加密封。

例如，通过焊接，固定叶片12的头部13和脚部14分别于外壳环8和内壳环10的壁9和11上。叶片12沿着轴线A延伸壳环的几乎整个宽度，这样叶片的前缘15和后缘16相对于流方向F位于接近端横向面17和18，它们分别是圆柱形壳环的壁9、11的前和后(或者上游和下游)面。

此外，在外壳环8的侧壁9的外周缘上提供外壳6的连接装置7，并且在该实施例中所述装置包括滑轨和滑块组件。在导向叶片组件的该第一实施方式中，因此由两个弯曲的接合边缘限定连接装置7，该弯曲的接合边缘是相对于流方向F的前或上游边缘19以及后或下游边缘20，以形成滑块，并且它们如图1中所示意性示意的接合在外壳6的形成滑轨的安装和保持槽21中，该外壳6围绕导向叶片组件1的扇体5。

图1至图3示意了前接合边缘19基本上位于外壳环8的前横向面17的直接上方，而后接合边缘20根据本发明位于距离壳环的后横向面18一段距离处，基本上在圆柱形侧壁9的中心中，因此叶片12的直接上方。立体上，提供所述后边缘20，以突出地位于叶片12的中心，在这里，所述叶片最厚，如图3所示。

通过基本上远到外壳环的侧壁9的中心的后边缘20向前边缘19的该轴向偏移(最初，位于外壳环20的后面20处，即，接近叶片的后缘16，如示图中虚线所示，图2中附图标记20’)，所有气动力(通过导向叶片组件的流F)和外壳6所传递的机械应力将进入扇体5，经过弯曲的后边缘20所限定的转接半径，和在其中心处的叶片的头部13，并且将由此被更大材料体积所吸收。因此，这些力在定子上产生的最大静态应力将更低。

因此，因为外壳环8的侧壁9的后面部分或端部22(结束于后横向面18的部分22)不再受到该最大静态应力，它可以吸收更大的最大容许的动态应力，因为所述最大容许的动态应力还是位于在所述后面部分22中。结果，通过分离应力和相对于最大动态应力偏移最大静态应力，改善了导向叶片组件3和由此定子级2的振动能力，换而言之改善了抗给定的气动力刺激的能力。

在图4中示出了根据本发明的扇区化的导向叶片组件3的另一个实施方式。在该导向叶片组件的扇体5的立体图中，可以看到分别地同心的外壳环8和内壳环10，叶片12布置在它们之间。外壳的连接装置7(在该图中未示出)提供在外壳环8的外侧上。这些连接装置7，不像前面的实施方式中一样，它包括从圆柱形壳环8的侧壁9径向地突出的单个环形凸缘23，后者以规律的间隔提供在它的周缘上，带有用于固定到安装壳的孔24，螺栓或相似装置穿过该孔24。

有利地，凸缘23设置在壳环的壁的上游横向面17和下游横向面18之间，特别地叶片的前缘15和后缘16之间，基本上突出地位于其最大厚度的区域中。

具有中心凸缘23的这种类型的实施方式产生了与带有两个接合边缘19、20前面实施方式相似的结果。由不同的力所引起的静态应力位于壳环的中心凸缘23的区域中和叶片的后部分的区域中，并且因此与壳环8的壁10的后面部分22(其因此没有静态应力)中所产生的最大动态应力分离。结果，可以增加最大容许的动态应力，而不损害导向叶片组件3的完整性，允许发动机上更高水平的振动。

而且，在所述外壳环8的侧壁11的周缘上可以产生连续或不连续的前边缘19和后边缘20以及凸缘23。

Claims (4)

1.用于涡轮机组的扇区化的压气机导向叶片组件(3)，具有包括组装的扇体(5)的类型，该扇体(5)形成两个同心的外壳环(8)和内壳环(10)，在壳环之间设置带有前缘(15)和后缘(16)的叶片(12)，该前缘(15)和后缘(16)分别地接近壳环的前和后横向面(17、18)，其外壳环(8)外部提供有用于安装所述扇体的外壳(6)的连接装置(7)，其特征在于：所述连接装置(7)轴向地偏移外壳环(8)的后横向面(18)和布置为吸收壳和导向叶片组件之间的静态力，所述外壳的连接装置(7)包括相对于通过叶片的流方向，位于所述扇体的外壳环的上游横向面(17)处的前弯曲的周缘接合边缘(19)以及偏移外壳环的下游横向面(18)和突出地位于叶片(12)前缘和后缘之间叶片(12)之间直接上方的后弯曲的周缘接合边缘(20)，或者在外壳环(8)的周缘上提供的和突出地位于叶片(12)的前缘和后缘之间叶片(12)直接上方的环形凸缘(23)，以及通过凸缘中孔(24)的固定螺栓或类似装置，用于固定到安装壳。

2.根据权利要求1的导向叶片组件，其中所述后偏移的周缘边缘(20)基本上突出地位于叶片的前缘(15)和后缘(16)之间的叶片中心处。

3.根据权利要求1的导向叶片组件，其中所述连接凸缘(23)突出地位于叶片的前缘(15)和后缘(16)的中心处。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求的导向叶片组件，其中所述后周缘边缘(20)或所述凸缘(23)在所有扇体(5)上连续地或不连续地延伸。