CN104279008A - 轴流式涡轮机的具有双固定装置的定子叶片扇区 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定子叶片扇区(28、30)，其被设计成固定至轴流式涡轮机的外壳(22)，所述扇区包括多个叶片，所述叶片具有被并置从而描绘出圆弧的平台(34)。至少其中一个所述平台在其外表面上包括固定螺钉(32)，并且至少另一个平台不具有固定螺钉，所述平台(34)在它们的相邻边缘处固定在一起。本发明还涉及定子或定子的一部分(5)，包括形成基本上圆形的壁部的外壳和沿所述壁部布置的叶片扇区。所述外壳包括通过纵向法兰(24)彼此连接的若干部分(22)。不具有固定螺钉的平台与所述法兰(24)对置。

Description

轴流式涡轮机的具有双固定装置的定子叶片扇区

技术领域

本发明涉及轴流式涡轮机领域，例如喷射发动机，尤其是涡扇发动机。更特别地，本发明涉及这种机器中的带叶片的定子。所述带叶片的定子可位于这种机器的压缩机或其中一个压缩机或涡轮或其中一个涡轮上。

背景技术

已公开专利EP2075412A1公开了用于将定子叶片固定至轴流式涡轮机的压缩机定子级的壳上的装置。每个叶片包括固定平台和形成该叶片的空气动力学部分的翼部。该壳包括插有叶片平台的沟槽。该平台在其外表面上包括固定螺钉或螺栓。该螺钉用于穿过定子壳的壁部并且与用于夹紧叶片的螺母配合。这种附接方法要求装配并且调整每个单独的叶片。因此，其需要一些时间来装配，尤其是对于具有大量叶片的大直径涡轮机来说更是如此。此外，螺钉的重量相当可观。

已公开专利EP2339120A1公开了用于将定子叶片固定在轴流式涡轮机的压缩机定子级的壳中的另一设备。该叶片可装配在壳上的扇区中。为此，扇区中的中央叶片是通过平台的区段和内壳的区段而被径向插入的。扇区的端部处的每个叶片在径向方向上的每一端包括平台，所述平台被螺旋拧紧至定子壳和内壳。更具体地，其中一个叶片的外平台由两个相邻扇区共用并且通过其螺钉提供与外部平台区段的连接和固定。内部平台确保两个相邻内壳区段之间的连接。这类安装需要制造和实施大量部件。此外，端部叶片与中央叶片不相同。另外，由于仅有端部叶片提供与定子壳的刚性连接，固定的硬度是有限的。而且，外部平台的存在也增加了重量。

已公开专利GB2250782A公开了用于将定子叶片固定至轴流式涡轮机的压缩机定子级的壳的另一设备。主叶片与外壳和内壳一体形成，后者包括叶片之间的狭槽以用于插入中间叶片。因此，与由金属材料制成的主叶片形成对照，这些中间叶片可由复合材料制成。这一教导的目的是便于受损叶片的替换。但是，与前面的教导相似，它需要使用两种叶片。另外，由于仅有主叶片经由所述壳确保内壳和辅助叶片的刚度，定子级的刚度是有限的。

发明内容

本发明的目的是提供一种固定定子叶片的方法，其克服上述现有技术中的至少一个缺陷。更确切地，本发明旨在提供一种固定的方法，其提供令人满意的刚度并且同时重量轻。更确切地，本发明旨在提供一种固定的方法，其可与这样的外壳或壳体相兼容：该外壳或壳体设有用于固定该外壳或壳体的、可能与叶片固定螺钉发生干涉的装置。

本发明涉及用于固定到轴流式涡轮机的外壳上的定子扇区，所述扇区包括多个叶片，所述叶片具有平台和翼部，所述平台被并置从而描绘出圆弧，所述翼部从每个平台的内表面突出并且指向由所述平台描绘的圆弧的中心，其中，至少一个平台在其外表面上包括固定螺钉，并且至少另一个平台不具有固定螺钉，所述平台在它们的边缘处固定到一起。

根据本发明的优选实施方式，所述扇区包括三个叶片：中央叶片和在所述中央叶片的任一侧上的两个侧部叶片，所述中央叶片的平台是不具有固定螺钉的平台，所述侧部叶片的两个平台是具有固定螺钉的平台。

根据本发明的优选实施方式，形成所述扇区的一个端部的、具有螺钉的所述平台的至少其中一个边缘包括肩部，所述肩部被设计成叠覆相邻扇区的相邻边缘。扇区的端部指的是在扇区的周向方向上。

根据本发明的优选实施方式，所述扇区包括三个叶片：中央叶片和在所述中央叶片的任一侧上的两个侧部叶片，所述中央叶片的平台是具有固定螺钉的平台，所述侧部叶片的两个平台是不具有固定螺钉的平台。

根据本发明的优选实施方式，形成所述扇区的一个端部的、不具有固定螺钉的所述平台的至少其中一个边缘包括肩部，所述肩部被设计成被相邻扇区的相邻边缘所叠覆。扇区的端部指的是在扇区的周向方向上。

根据本发明的优选实施方式，所述扇区具有偶数个叶片，具有带固定螺钉的平台的叶片和具有不带螺钉的平台的叶片沿着所述扇区交替地布置。优选地，具有带螺钉的平台的叶片与具有不带螺钉的平台的叶片相邻，以此类推。

根据本发明的优选实施方式，形成所述扇区的一个端部的、具有固定螺钉的所述平台的边缘包括被设计成叠覆相邻扇区的相邻边缘的肩部，和/或，形成所述扇区的另一个端部的、不具有固定螺钉的所述平台的边缘包括被设计成被相邻扇区的相邻边缘所叠覆的肩部。扇区的端部指的是在扇区的周向方向上。

根据本发明的优选实施方式，所述平台通过焊接和/或钎焊固定在一起。

根据本发明的优选实施方式，所述叶片在其内端处包括用于机械固定至内壳的装置，所述装置优选地包括至少1个、优选2个孔。

本发明还涉及优选为压缩机的轴流式涡轮机的定子或定子的一部分，包括外壳和定子叶片，所述外壳形成基本上圆形的壁部，并且所述定子叶片位于所述壁部的内表面上的至少一个环形排(row)中，所述叶片形成扇区，其中，至少其中一个扇区如本发明所述。

根据本发明的优选实施方式，所述叶片排的所有扇区或者至少其中一个扇区如本发明所述，所述各扇区优选地是相同的。

根据本发明的优选实施方式，所述壁部在其外部表面上包括将所述壁部固定在所述叶片排或至少其中一个叶片排处的装置，所述扇区被设计成使得具有不带螺钉的平台的叶片位于所述装置上。

根据本发明的优选实施方式，所述外壳的壁部包括围绕其圆周的若干部分，所述部分在其周向端部处包括轴向延伸的法兰，所述法兰被设计成彼此配合从而固定所述壁部的所述部分，位于所述法兰处的叶片是那些具有不带固定螺钉的平台的叶片。

根据本发明的优选实施方式，所述壁部由复合材料制成，所述复合材料优选地具有有机基体并且优选地具有强化纤维。

本发明还涉及一种轴流式涡轮机，包括承载转子叶片的转子和承载定子叶片的定子或定子的一部分，其中，所述定子或定子区段如本发明所述。

本发明的特征的优势在于，它们能够实现具有令人满意的强度和硬度的固定，同时限制该固定的重量并且便于在这样一种外壳上的固定：该外壳在其外表面上具有用于连接其部分的、可能与固定螺钉发生干涉的装置。

附图说明

图1是根据本发明的轴流式涡轮机的截面图。

图2是图1中涡轮机的压缩机定子的透视图。

图3是图2中定子的横截面视图。

图4是图2和图3中定子的叶片扇区的第一实例的平面图。

图5是图2和图3中定子的叶片扇区的第二实例的平面图。

图6是图2和图3中定子的叶片扇区的第三实例的平面图。

具体实施方式

在以下说明中，术语“内”或“内部”以及“外”或“外部”指的是相对于轴流式涡轮机的旋转轴线的位置。

图1示出了轴流式涡轮机的简化图。在本例中其是双流式涡轮喷气飞机。涡轮喷气飞机2包括称为低压压缩机4的第一压缩级、称为高压压缩机6的第二压缩级、燃烧室8以及一个或更多个涡轮级10。在运行中，涡轮10的机械动力通过中心轴传输给转子12并且驱动两个压缩机4和6。还原机理会增加传输给压缩机的旋转速度。可替代地，不同的涡轮级各自可通过同心轴与压缩机级连通。后者包括多个与定子叶片排(blade row)相关联的转子叶片排(blade row)。转子绕其旋转轴线14的旋转产生气流并且逐渐压缩该气流直到燃烧室10的进口。

进口风机通常被称为风机16，其联接于转子12并且产生气流，该气流被分成主气流(primary flow)18和次气流20，该主气流18通过涡轮机的上述不同水平处，该次气流20通过沿机器长度的环形管道(局部示出)、然后在涡轮机出口处再次汇入主气流(main flow)。主气流18和次气流20是环形气流并且被引导通过涡轮机的定子5。

图2是图1中涡轮机的低压压缩机4的定子5的透视图。在本例中其是具有用纤维强化的有机基体的复合材料的机壳。定子5可包括外壳22，外壳22基本上包括两个部分22，每个部分形成半壳。这些部分22中的每一个包括在两个周向端部边缘中的每一个处的固定法兰24。这些固定法兰在基本上平行于机器的旋转轴线的方向上大致纵向地延伸。这种外壳构造形式的优势在于其能够围绕转子12装配(图1)，该转子上一体形成有叶片。当叶片被焊接到转子上的短桩上或当叶片是在转子的主体中机加工出时尤其如此。当转子所承载的叶片与该转子一体形成时，通常不可能通过使定子轴向滑动而围绕定子设置该转子，因为首先遇到转子的定子叶片会撞击第一排转子叶片。使用由多个扇形部分组成的外壳能够使装配过程不再是轴向的而是基本上径向的，从而避免转子和定子叶片之间的干涉问题。

在图2中可见定子5进口处的第一排定子叶片26和对应的内壳(shell)40。图示外壳具有沿着其长度延伸的两个部分22。在实际操作中，该外壳可包括轴向方向上的若干区段。因此该外壳可以由若干区段形成，这些区段形成彼此装配的壳(shell)，这些部分中的至少一个是由若干扇形部分组成的。

图3是图2中外壳5的、在一排定子叶片处截取的横截面视图。仅示出了该外壳的与安装法兰24相邻的那些部分。

在左边可见该外壳的部分22的连接法兰24处的、各具有三个叶片26的两个扇区28，每个扇区位于壁部的两个部分之间的接点的任一侧上。这两个扇区中的每一个包括位于中央叶片的平台34上的固定螺钉32，两个侧部叶片的平台不具有固定螺钉。该平台通过例如焊接或钎焊而刚性地连接在一起。这种构造一方面通过将固定螺钉数量从3个减到2个而允许减轻重量，其次避免了位于固定法兰24处的叶片固定螺钉的可近性问题和空间的减少。

叶片排的剩余部分可通过首尾相连地定位叶片扇区28而完成。但是，其它的扇区构造也是可能的。

图3的右手边示出了可替代左手边的构造。具有三个叶片26的区段30横跨壁部的两个部分22之间的接点。叶片平台34以与图中左手边扇区28类似的方式、例如通过焊接或钎焊而彼此刚性地连接。在扇区30的情况下，中央叶片的平台不具有固定螺钉，而侧部叶片的平台各自具有固定螺钉32。以与图中左手边构造类似的方式，该构造首先通过将固定螺钉的数量从3个减少到1个而能够减轻重量，其次避免了位于固定法兰24处的叶片固定螺钉的可近性问题和空间的减少。

叶片排的其余部分可通过首尾相连地定位叶片扇区30或通过交替地定位扇区28和扇区30而完成。但是，其它的扇区构造是可能的。

在外壳5的装配期间，各扇区首先附接于每个所述部分22，然后所述部分22围绕涡轮机的转子彼此接合。在图中左手边构造的情况下，各区段的端部边缘与壁部22的各部分的对应边缘齐平。在图3中右手边构造的情况下，扇区30被设计成叠覆壁部的两个部分22之间的接点，该扇区30被固定于其中一个部分并且该扇区的一部分从壁部的所讨论的部分突出。在装配了壁部的两个部分22后，扇区的该突出部分抵靠于壁部的另一部分的对应内表面而设置。在大致上垂直于法兰24的平面的方向上以及沿着大致上平行于所述平面的方向上的闭合运动的组合可能是必要的，以便允许将扇区的该突出部分上的固定螺钉插进壁部的另一部分中的对应孔中。

图4示出了图3中扇区30的更多细节。如所示，平台34之间通过焊接36至平台的两侧而刚性连接，该平台的两侧即外部表面和内部表面。有意思的是，注意到叶片26的翼部的内端可包括用于固定至内壳(见图2中附图标记40)的机械装置，该装置可以是孔。

注意到，扇区30的端部边缘可具有肩部48，该肩部48被设计成与外壳的壁部的内侧形成狭槽。然后这些外壳能够与对应的、相邻扇区的相邻边缘配合，尤其是在它们对应于扇区28的时候。

图5示出了图3中扇区28的更多细节。如所示，平台34之间通过焊接36至平台的、对应于外部表面和内部表面的两侧而刚性连接。

扇区的端部边缘包括肩部46，该肩部46形成朝向机器的旋转轴线开口的空腔。这些肩部46可与扇区30的对应肩部48相配合(图4)。当这些扇区交替地布置时，借助于扇区28的两个端部上的平台肩部所施加的压力，扇区30的端部处的固定螺钉确保了那些不具有固定螺钉的平台的牢固固定。

图6示出了叶片的扇区42的第三个实例。其包括6个具有交替布置的平台的叶片，即，沿着扇区的弯曲轮廓，具有螺钉的平台和不具有螺钉的平台接连地交替。

平台34之间的刚性连接通过平台的接触表面之间的钎焊44表示。

与图4和5中的那些类似，端部边缘可具有肩部46和48。扇区42可沿着外壳的壁部的内表面的圆形轮廓而首尾相连地布置，每个扇区的肩部48被放置就位，以便与已经被放置就位的扇区的肩部46相配合。

图6中的扇区42可具有不同数量的叶片，例如2个、4个或8个叶片。其包括偶数个叶片，这些叶片交替地布置，也就是说，一个具有螺钉的叶片跟在另一个不具有固定螺钉的叶片后面，并且以此类推。

叶片(特别是平台)、空气动力学翼部以及固定螺钉大体上由金属材料制得，优选为钛。

Claims (15)

1.一种定子叶片扇区(28、30、42)，用于附接至轴流式涡轮机(2)的外壳(22)，所述扇区包括多个叶片，所述叶片具有平台(34)和翼部(26)，所述平台(34)被并置从而描绘出圆弧，所述翼部(26)从每个平台(34)的内表面突出并且指向由所述平台描绘的圆弧的中心；

其中，至少一个所述平台(34)在其外表面上包括固定螺钉(32)，并且至少另一个平台(34)不具有固定螺钉，所述平台在其相邻边缘处固定在一起。

2.根据权利要求1所述的定子叶片扇区(30)，其中，所述扇区包括三个叶片：中央叶片和在所述中央叶片的任一侧上的两个侧部叶片，所述中央叶片的平台是不具有固定螺钉的平台，所述侧部叶片的两个平台是具有固定螺钉的平台。

3.根据权利要求2所述的定子叶片扇区(30)，其中，形成所述扇区的一个端部的、具有固定螺钉的所述平台的至少其中一个边缘包括肩部(48)，所述肩部(48)被设计成叠覆相邻扇区的相邻边缘。

4.根据权利要求1所述的定子叶片扇区(28)，其中，所述扇区包括三个叶片：中央叶片和在所述中央叶片的任一侧上的两个侧部叶片，所述中央叶片的平台是具有固定螺钉的平台，所述侧部叶片的两个平台是不具有固定螺钉的平台。

5.根据权利要求4所述的定子叶片扇区(28)，其中，形成所述扇区的一个端部的、不具有固定螺钉的所述平台的至少其中一个边缘包括肩部(46)，所述肩部(46)被设计成被相邻扇区的相邻边缘所叠覆。

6.根据权利要求1所述的定子叶片扇区(42)，其中，其包括偶数个叶片，具有带固定螺钉的平台的叶片和具有不带固定螺钉的平台的叶片沿着所述扇区交替地布置。

7.根据权利要求6所述的定子叶片扇区(42)，其中，形成所述扇区的一个端部的、具有固定螺钉的所述平台的边缘包括被设计成叠覆相邻扇区的相邻边缘的肩部(48)，和/或，形成所述扇区的另一个端部的、不具有固定螺钉的所述平台的边缘包括被设计成被相邻扇区的相邻边缘所叠覆的肩部(46)。

8.根据权利要求1至7中一项所述的定子叶片扇区(28、30、42)，其中，所述平台通过焊接(36)和/或钎焊(44)固定在一起。

9.根据权利要求1至8中一项所述的定子叶片扇区(28、30、42)，其中，所述叶片(26)在其内端处包括固定至内壳(40)的机械固定装置(38)，所述装置优选地包括至少1个、优选2个孔。

10.一种优选为压缩机的轴流式涡轮机(2)的定子或定子的一部分(5)，包括外壳(22)和定子叶片，所述外壳(22)形成基本上圆形的壁部，并且所述定子叶片位于所述壁部的内表面上的至少一个环形排中，所述叶片形成扇区，其中，至少一个所述扇区(28、30、42)如权利要求1至9中一项所述。

11.根据权利要求10所述的定子或定子的一部分(5)，其中，所述叶片排的所有扇区(28、30、42)或者至少其中一个扇区如权利要求1至9中一项所述，所述扇区优选地是相同的。

12.根据权利要求10和11中一项所述的定子或定子的一部分(5)，其中，所述壁部(22)在其外表面上包括固定装置(24)，用于将所述壁部(22)的外部表面固定在叶片排或至少其中一个叶片排处，所述扇区(28、30、42)被设计成使得具有不带螺钉的平台的叶片位于所述装置(24)上。

13.根据权利要求10和12中一项所述的定子或定子的一部分(5)，其中，外壳的壁部包括围绕其圆周的若干部分(22)，所述部分在其周向端部处包括轴向延伸的法兰(24)，所述法兰(24)被设计成彼此配合从而固定所述壁部的所述部分，位于所述法兰(24)处的叶片是具有不带固定螺钉的平台的那些叶片。

14.根据权利要求10和13中一项所述的定子或定子的一部分(5)，其中，所述壁部(22)由复合材料制成，优选地具有有机基体并且优选地具有纤维。

15.一种轴流式涡轮机(2)，包括支撑转子叶片的转子和支撑定子叶片的定子或定子的一部分(5)，其中，定子或定子部分如权利要求10至14中一项所述。