CN104508250B - 用于燃气涡轮发动机中的支柱的整流片 - Google Patents

用于燃气涡轮发动机中的支柱的整流片 Download PDF

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Abstract

一种燃气涡轮发动机支柱整流片(10,110)，包括：内带和外带；在带之间延伸的中空翼型形导叶(12,112)；其中整流片(10,110)沿穿过带和导叶(12,112)的横向平面分开，限定了鼻件(24,124)和尾件(26,126)；其中导叶(12,112)由在前缘与后缘之间延伸的间隔开的侧壁(18)限定，各个侧壁(18)由横向平面分成前部和后部；其中侧壁部分中的各个承载具有匹配面(40,46,140,146)的沿径向向内延伸的柱(32,34,132,134)，柱(32,34,132,134)定位成：成对的柱(32,34,132,134)位于彼此附近，其中它们的相应的匹配面(40,46,140,146)接触彼此；以及一对开槽扣(38,138)，各个扣(38,138)将一对柱(32,34,132,134)包绕和夹持在一起；其中机械元件(76,143)接合成对的柱(32,34,132,134)的匹配面(40,46,140,146)，以便阻止成对的柱(32,34,132,134)的相对径向移动。

Description

用于燃气涡轮发动机中的支柱的整流片
技术领域
本发明大体上涉及燃气涡轮发动机的涡轮，并且更具体地涉及用于此类发动机的静止结构部件的整流片。
背景技术
燃气涡轮发动机经常地包括静止涡轮框架，也称为内部涡轮框架或涡轮中心框架("TCF")，其提供从支承发动机的旋转轴的轴承到外壳的结构负载通路，该外壳形成发动机的基干结构。涡轮框架通常包括由环形外环包绕的环形的位于中心的毂，其由多个沿径向延伸的支柱互连。涡轮框架横跨涡轮的燃烧气体流动通路，并且因此暴露于操作中的高温。相比于未暴露于燃烧气体流动通路的其它结构部件，此类框架通常称为"热框架"。
为了保护它们免受高温，涡轮框架典型地衬有耐高温材料，其将框架结构与热流动通路气体隔离。衬里必须提供总流动通路覆盖，包括框架外环或壳、毂结构和支柱。
保护支柱的一个已知构造在于联锁分开的整流片布置，在该联锁分开的整流片布置中，独立的整流片/喷嘴构件的前区段和后区段夹在支柱周围。该布置使用了凸片和扣(或柱和扣)联接组件，其具有带矩形开口的扣，该矩形开口收纳大体上矩形的凸片，以在组装于框架之后将整流片半部保持在一起。授予Manteiga等人的美国专利8,152,451中描述了该凸片和扣布置的实例。
尽管有效地将整流片半部装固在一起，但现有技术矩形柱/扣构造需要柱和扣的相配加工的紧公差，以确保部件的对准和配合，并且依靠扣接头中的间隙来适应组装。这可导致组装和操作中的空隙，产生潜在的"面向前的梯级"或"面向后的梯级"，以及空气泄漏到流动通路中。
因此，存在对主动地锁定来避免流动通路梯级的涡轮支柱整流片的柱和扣接头的需要。
发明内容
该需要由本发明解决，本发明提供了用于使柱和扣联接布置与剪切部件结合以防止失准的涡轮框架的分开式整流片组件。
根据本发明的一个方面，一种用于燃气涡轮发动机中的支柱的整流片包括：内带；外带；在内带与外带之间延伸的中空翼型形导叶；其中整流片沿穿过内带、外带和导叶的大体上横向平面分开，以便限定鼻件和尾件；其中导叶由在前缘与后缘之间延伸的一对间隔开的侧壁限定，侧壁中的各个由横向平面分成前部和后部；其中侧壁部分中的各个承载沿径向向内延伸的柱，各个柱包括匹配面，柱定位成使得成对柱位于彼此附近，其中它们的相应的匹配面接触彼此；以及一对开槽扣，其中各个开槽扣将一对柱包绕和夹持在一起；其中机械元件接合成对的柱的匹配面，以便阻止成对的柱的相对径向移动。
附图说明
本发明可通过参照结合附图进行的以下描述来最佳地理解，在该附图中：
图1为根据本发明的方面构成的支柱整流片的透视图；
图2为图1的支柱整流片的分解透视图；
图3为图1的支柱整流片的扣和柱的一部分的示意性平面视图；
图4为图3的扣和柱的局部断面侧视图；
图5为根据本发明的方面构成的备选支柱整流片的透视图；
图6为图5的支柱整流片的分解透视图；
图7为图6的支柱整流片的扣和柱的一部分的示意性平面视图；以及
图8为图5的支柱整流片的柱的一部分的后视立面图。
具体实施方式
参照附图，其中相同的附图标记表示全部各视图中的相同元件，图1绘出了适于用于燃气涡轮发动机中的支柱整流片10(例如，用以包绕和保护结构框架的结构支柱或服务管)。支柱整流片10包括翼型形导叶12，其支承在弓形外带14与弓形内带16之间。内带16和外带14为轴向长形的，并且定形成使得它们限定穿过涡轮框架的流动通路的一部分。
导叶12为轴向长形的，并且包括在前缘20与后缘22之间延伸的间隔开的侧壁18。侧壁18定形为以便形成空气动力整流片，用于燃气涡轮发动机框架支柱或已知类型的其它类似结构(未示出)。包括内带16、外带14和导叶12的支柱整流片10的构件大体上沿公共横向平面分开，以使支柱整流片10具有鼻件24和尾件26(见图2)。侧壁18中的各个分成前部和后部。
鼻件24和尾件26由适于高温操作的金属合金，如，钴基或镍基"超级合金"铸成，并且可利用特定的晶体结构，如，定向凝固(DS)或单晶以已知方式铸成。一种适合的材料的实例为商业上已知为RENE N4的镍基合金。
侧壁18之间的内部侧向间距选择成使得鼻件24可在支柱或其它结构上面从前向后轴向地滑动，并且尾件26可在支柱或其它结构上面从后向前轴向地滑动。这容许了安装或除去鼻件24或尾件26，而不拆卸涡轮框架或除去支柱。侧壁18的内侧向内表面基本上没有任何凸起、钩、凸部或将干涉自由轴向滑动的其它特征。
可选的是，鼻件24和尾件26的匹配面28和30可具有至少部分为非平面的形状，作为阻止冷却空气泄漏或摄入热流动通路气体的器件。
器件提供用于将鼻件24和尾件26装固于彼此。在所示的实例中，鼻件24包括柱32，其沿大体上径向向内的方向邻近其后面28延伸，并且尾件26包括柱34，其沿大体上径向向内的方向直接邻近其前面30延伸。当组装时，柱32和34收纳在金属扣38的槽口62中。(注意的是，为了容许组装，柱32和34可沿并非严格为发动机中心线的径向而是垂直于穿过发动机的水线切口的方向定向；即，柱32和34将大体上平行于彼此)。
柱32和34和扣38可共同地构造成限定"三脚架"接触构造，其自动对准，并且不需要构件部分的精确的相配加工。
柱32中的各个包括面对鼻件/尾件分开线的匹配面40、与匹配面40相对的压力面42，以及一对间隔开的侧面44。压力面42设置成与发动机径向方向"R"(其还平行于鼻件/尾件分开线)成锐角"A"。匹配面40包括形成在其中的横向凹槽41(在所示的实例中，凹槽具有半圆形截面形状)。凹槽41的轴线平行于穿过发动机的水线切口延伸。凹槽41在下文更详细描述的钻孔操作期间形成。
柱34中的各个包括面对鼻件/尾件分开线的匹配面46，以及一对间隔开的侧面48。侧面48定向成形成"V"形，并且连同匹配面46，它们形成平面视图中的大体上三角形。侧面48大体上平行于径向方向"R"延伸。匹配面46包括形成在其中的横向凹槽43(在所示的实例中，凹槽具有半圆形截面形状)。凹槽43的轴线平行于穿过发动机的水线切口延伸。凹槽43在下文更详细描述的钻孔操作期间形成。
扣38为具有前端50和后端52、内表面54和外表面56，以及侧表面58和60的整体结构。槽口62形成在扣38中，从内表面54延伸至外表面56。槽口62包括前端50附近的前壁64，以及后端52附近的一对侧壁66。前壁64大体上为平面的，并且与外表面56成锐角倾斜。前壁64成角，以便在安装时大体上平行于柱32的压力面42。侧壁66中的各个大体上为平面的。侧壁66定向成以便在安装时大体上平行于柱34的侧面48。侧壁66定向成形成"V"形，并且连同前壁64，它们从外表面56形成平面视图中的大体上三角形。过渡壁68可使侧壁66和前壁64互连。槽口62尺寸和形状确定成使得在组装时，在柱32的侧面44与槽口62之间将基本上没有接触。
参照图3，当鼻件24和尾件26组装于彼此时，各个柱32的匹配面40接触对应柱34的匹配面46。扣38的槽口62收纳柱32和34。槽口62的侧壁66支承抵靠柱34的对应侧面48，并且槽口62的前壁64支承抵靠柱32的压力面42。当扣38沿大体上径向方向朝鼻件24和尾件26移动时，压力面42的相互作用迫使扣38抵靠侧面48，除去两个柱32和34之间和扣38与柱32和34之间的大致所有间隙。就柱32和34和槽口62并未与它们的标称规定大小相配来说，扣38简单地推到柱32和34上达或大或小的程度。
一旦扣38干配合并且所有组装间隙除去，则扣38暂时地装固于柱34。例如，扣38可定位点焊于柱34。作为备选，孔可线性钻取穿过扣38和柱34，并且压配合安装的扣销70。鼻件24接着可除去，并且扣38例如通过已知的硬钎焊工艺刚性地装固于柱34。
一旦扣38装固于柱34，则鼻件24和尾件26重新组装。扣38的前部和柱32和34之间的分开线接着线性钻取，导致了扣38的前部中的孔72和74(见图3)。线性钻取操作形成上文所述的凹槽41和43。压配合剪切销76接着安装成接合孔72，但不接合凹槽41或43。可选的是，孔74可立桩或型锻。剪切销76为剪切部件的典型实例。其它类型的机器元件如方键可用作剪切部件来替代圆形截面剪切销76。
为了随后将支柱整流片10组装在发动机中，尾件26在支柱上面沿轴向向前滑移(未示出)。接下来，鼻件24在支柱上面沿轴向向后滑移，并且枢转，以使柱32接合槽口62。
剪切销76接着完全驱动就位，以使它们接合凹槽41和43，以及孔72和74。型锻的孔74用作用于剪切销76的次级固持特征。作为备选，剪切销76可在驱动就位之后立桩或型锻。
最后，鼻件24和尾件26的径向外端通过匹配凸缘80(见图2)与剪切螺栓78或安装的其它类似紧固件装固在一起。甚至在剪切销76未就位的情况下，压力面42与槽口62的前壁64之间的相互作用抵抗鼻件24的移动。如果鼻件24将在操作中移动，则其仅可移动至产生关于燃烧气体流动通路的面向后的梯级的位置，并非不合乎需要的面向前的梯级。
当鼻件24和尾件26与就位的剪切销76组装在一起时，剪切销76与凹槽41和43之间的相互作用抵抗或阻止鼻件24与尾件26的相对径向移动(见图4)。该构造防止了鼻件在操作中移动，并且因此避免了关于燃烧气体流动通路的面向前的梯级和面向后的梯级两者。注意的是，剪切销特征和锥形特征可独立地或组合地结合。
扣与柱的接头可通过压制剪切销76来与柱32和34解除接合而拆卸。类似于常规链销工具(未示出)的简单的手动或机动销压制类型的工具可用于该目的。
图5和6绘出了备选的支柱整流片110。其结构，包括材料选择，除柱的构造之外，与上文所述的支柱整流片10大致相同。并未详细具体描述的支柱整流片110的元件可认作与支柱整流片10的对应元件相同。支柱整流片110包括翼型形导叶112、外带114和内带116，并且大体上沿公共横向平面分开，以限定鼻件124和尾件126。
鼻件124包括柱132，其沿大体上沿径向向内的方向邻近其后面128延伸，并且尾件126包括柱134，其沿大体上沿径向向内的方向直接邻近其前面130延伸。当组装时，柱132和134收纳在金属扣138的槽口中。(注意的是，为了容许组装，柱132和134可沿并非严格为发动机中心线的径向而是垂直于穿过发动机的水线切口的方向定向；即，柱132和134将大体上平行于彼此)。
柱132和134和扣138可共同地构造成限定如上文所述的"三脚架"接触构造。
柱132中的各个包括面对鼻件/尾件分开线的匹配面140。匹配面140结合对准元件141，其限定至少一个元件，该至少一个元件关于另外平面的匹配面140的其余部分沿轴向方向凸出或凹入。在所示的实例中，对准元件141为"S形切口"或S形轮廓或其它类似形状(见图7)。S形切口的轴线垂直于穿过发动机的水线切口延伸，并且可在用于将鼻件124与尾件126分开的相同切割程序期间形成。
柱134中的各个包括面对鼻件/尾件分开线的匹配面146。匹配面146结合对准元件143，其限定至少一个元件，该至少一个元件关于另外平面的匹配面146的其余部分沿轴向方向凸出或凹入。在所示的实例中，对准元件143为"S形切口"或S形轮廓或其它类似形状(见图7)。S形切口的轴线垂直于穿过发动机的水线切口延伸，并且可在用于将鼻件124与尾件126分开的相同切割程序期间形成。对准元件143与柱132的对准元件141互补。
扣138为包括形成在其中的槽口162的整体结构。当鼻件124和尾件126组装于彼此时，各个柱132的匹配面140接触对应的柱134的匹配面146。扣138的槽口162收纳柱132和134。
一旦扣138干配合并且所有组件间隙除去，则扣138暂时地装固于柱134。例如，扣138可定位点焊于柱134。作为备选，孔可线性钻取穿过扣138和柱134，并且安装压配合的扣销170。鼻件124接着可除去，并且扣138例如通过已知的硬钎焊工艺刚性地装固于柱134。
为了随后将支柱整流片110组装在发动机中，尾件126在支柱上面沿轴向向前滑移。接下来，鼻件124在支柱上面沿轴向向后滑移，并且枢转，以使柱132接合槽口162。
最后，鼻件124和尾件126的径向外端通过匹配凸缘180(见图6)与剪切螺栓178或安装的其它类似紧固件装固在一起。当鼻件124和尾件126组装好时，对准元件141和143之间的相互作用抵抗鼻件124关于尾件126的径向移动。更具体而言，如图8中所示，在对准元件141的长轴线"L"与径向方向R之间存在非零角。该关系产生了干涉状态，这防止或阻止了鼻件124和尾件126沿径向方向的相对移动，并且因此避免了关于燃烧气体流动通路的面向前的梯级和面向后的梯级两者。
注意的是，本文所述的扣和柱构造可在分开的整流片的内侧端处、其外侧端处，或在两端处使用。
本文所述的分开式整流片构造具有优于现有技术设计的若干优点，包括：1)制造公差免除，降低成本。2)通过引导接合而容易组装，降低成本。3)接头自动对准，导致零间隙配合。4)最小化流动通路空隙，减少磨损。5)减小通过流动通路空隙的泄漏，改进发动机性能。6)避免进入流动通路的面向前的梯级，改进发动机性能。
本发明排除了实现相配配合所需的柱和扣所要求的传统紧公差，以便于生产性、组装和分开线处的受限的泄漏损失。提出的本发明提供了防止分开线处进入流动通路的空气动力学上不合乎需要的梯级同时进一步减小扣与柱组装空隙(导致了泄漏到流动通路中的后侧加压空气的减少)的附加益处。
成本由于宽松的公差和简化的设计而降低。本发明允许了使用"铸态"扣，这与精确相配的加工详细部件相反。
前文描述了用于燃气涡轮发动机的分开式整流片扣接头。尽管已经描述了本发明的特定实施例，但对本领域技术人员而言将显而易见的是，可作出对其的各种改型而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明的优选实施例的前述描述和用于实践本发明的最佳模式提供用于仅图示的目的，并且不用于限制的目的。

Claims (15)

1.一种用于燃气涡轮发动机中的支柱的整流片(10,110)，包括：
内带(16,116)；
外带(14,114)；
在所述内带与所述外带之间延伸的中空翼型形导叶(12,112)；
其中所述整流片(10,110)沿穿过所述内带(16,116)、外带(14,114)和导叶(12,112)的横向平面分开，以便限定鼻件(24,124)和尾件(26,126)；
其中所述导叶(12,112)由在前缘与后缘之间延伸的一对间隔开的侧壁(18)限定，所述侧壁(18)中的各个由所述横向平面分成前部和后部；
其中侧壁部分中的各个承载沿径向向内延伸的柱(32,34,132,134)，各个柱(32,34,132,134)包括匹配面(40,46,140,146)，所述柱(32,34,132,134)定位成使得成对柱位于彼此附近，其中它们的相应的匹配面(40,46,140,146)接触彼此；以及
一对开槽扣(38,138)，其中各个开槽扣(38,138)将一对所述柱包绕和夹持在一起；
其中机械元件(76)接合所述成对柱的匹配面(40,46,140,146)，以便阻止所述成对柱的相对径向移动。
2.根据权利要求1所述的整流片(10,110)，其特征在于：
所述匹配面(40,46,140,146)中的各个具有形成在其中的横向凹槽(41,43)；并且
剪切部件沿侧向穿过各个开槽扣(38,138)，并且接合所述成对柱的匹配面(40,46,140,146)中的所述横向凹槽(41,43)，以便阻止所述成对柱的相对径向移动。
3.根据权利要求2所述的整流片(10,110)，其特征在于，所述剪切部件为圆形截面销。
4.根据权利要求1所述的整流片(10,110)，其特征在于，所述匹配面(40,46,140,146)中的各个包括至少一个对准元件(143)，所述至少一个对准元件(143)关于另外平面的匹配面(40,46,140,146)的其余部分沿轴向方向凸出或凹入，所述柱(32,34,132,134)定位成使得所述成对柱位于彼此附近，其中它们的相应的匹配面(40,46,140,146)接触彼此，使得相应的对准元件(143)接合彼此。
5.根据权利要求4所述的整流片(10,110)，其特征在于，所述对准元件具有S形轮廓。
6.根据权利要求4所述的整流片(10,110)，其特征在于，在所述对准元件(143)的长轴线与径向方向之间存在非零角，限定了防止相对径向移动的干涉状态。
7.根据权利要求1所述的整流片(10,110)，其特征在于：
各对相邻的柱(32,34,132,134)包括至少两个非平行面；并且
其中各对相邻的柱(32,34,132,134)以三脚架接触构造接触对应的开槽扣(38,138)的槽口。
8.根据权利要求1所述的整流片(10,110)，其特征在于，所述尾件(26,126)的各个侧壁部分的所述柱包括匹配面和与所述匹配面相对的一对侧面，所述侧面定向成形成"V"形。
9.根据权利要求1所述的整流片(10,110)，其特征在于，所述鼻件(24,124)的各个侧壁部分的所述柱包括匹配面、与所述匹配面相对的压力面(42)，以及侧接所述压力面(42)的一对间隔开的侧面，其中所述压力面(42)设置成与所述横向平面成锐角。
10.根据权利要求9所述的整流片(10,110)，其特征在于，所述开槽扣(38,138)的槽口(62,162)尺寸和形状确定成使得在组装时，在所述柱的侧面与所述槽口(62,162)之间将没有接触。
11.根据权利要求1所述的整流片(10,110)，其特征在于：
所述开槽扣(38,138)为具有前端和后端、内表面和外表面以及侧表面的整体结构；
槽口(62,162)形成在所述开槽扣(38,138)中，从所述内表面延伸至所述外表面，所述槽口(62,162)包括邻近所述前端的前壁，以及邻近所述后端的一对侧壁；
所述侧壁定向成形成"V"形；并且
连同所述前壁，所述侧壁从所述外表面形成平面视图中的三角形。
12.根据权利要求11所述的整流片(10,110)，其特征在于：
所述开槽扣(38,138)的前壁为平面的，并且与所述外表面成锐角倾斜，以便在安装时平行于所述柱的压力面；并且
所述开槽扣(38,138)的侧壁中的各个为平面的，并且所述侧壁定向成以便在安装时平行于所述柱的侧面。
13.根据权利要求1所述的整流片(10,110)，其特征在于，销穿过所述柱(32,34,132,134)中的至少一个和所述开槽扣(38,138)。
14.根据权利要求1所述的整流片(10,110)，其特征在于，所述侧壁(18)的匹配表面具有非平面形状。
15.根据权利要求1所述的整流片(10,110)，其特征在于，所述开槽扣(38,138)通过硬钎焊装固于所述尾件(26,126)的柱(32,34,132,134)。
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