CN105003467A - 用于轴流式涡轮机压缩机内部护罩的叶片保持环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴流式涡轮机的低压压缩机的定子。所述定子包括的环形排的定子叶片26，所述定子叶片包括穿过内部护罩28的开口36的径向末端34，并且所述径向末端包括具有由钩44形成的椎体的径向保持狭槽38。所述定子还包括在所述内部护罩28上用于保持叶片26的环30。所述环30是周向地弯曲的，以便插入到多个保持狭槽38内，并且展现出具有拱形横断面的条带形式，所述轮廓抵接所述椎体，以使所述环30保持在狭槽38内部中。所述护罩28包括由硅树脂制成的可磨损材料环形层32，其围绕所述环以阻止所述环30的拱形轮廓的弯曲，从而防止其与所述狭槽38的椎体脱离。

Description

用于轴流式涡轮机压缩机内部护罩的叶片保持环
技术领域
本发明涉及一种轴流式涡轮机压缩机的定子。更具体地，本发明涉及一种具有用于轴流式涡轮机叶片的保持的环的定子。本发明还涉及一种轴流式涡轮机。
背景技术
为了界定环形流，轴流式涡轮机的定子通常设置有界定所述流的内部和外部的同轴护罩。所述定子还包括在护罩之间径向延伸的环形排的叶片。叶片可被插入到设置在护罩中的开口内，并且它们可以单独的方式被保持在所讨论的护罩上。
所述保持可在保持环的帮助下实现，所述保持环与叶片的在所述流之外定位超出护罩的末端中形成的狭槽相互作用。
文献GB 748,912 A公开了轴流式涡轮机的压缩机护罩上的叶片组件。所述护罩包括具有用于插入叶片末端的开口的两个环形壁。每个叶片展现出在护罩外部上径向地延伸的自由末端，其包括保持狭槽。叶片的所述狭槽展现出朝向外部的窄部。所述狭槽成排地定位并接收横断面是拱形的叶片保持环。当以这种方式定位时，所述环形成阻挡叶片的边缘。
然而，叶片可遭受能够将叶片从其环分离的高拉伸载荷。事实上，在拉伸载荷的情况下，狭槽的倾斜边缘可通过使其进一步拱起而挤压所述环，使得所述环可以从狭槽离开。所关心的叶片就不再被它的环保持。
发明内容
技术问题
本发明具有的目的是解决由现有技术所引起的问题中的至少一个。更具体地，本发明具有的目的是改进在轴流式涡轮机的叶片与具有拱形横断面的环之间的保持。本发明还具有的目的是增加转子的使用寿命，所述转子具有在环的帮助下保持在护罩上的叶片。
技术解决方案
本发明具有的目的是轴流式涡轮机的定子，特别是压缩机的定子，所述定子包括具有环形排的开口的护罩；通过穿过所述开口(36)基本上径向地延伸的环形排的定子叶片，每个叶片包括保持狭槽(38)以及用来在涡轮机的流中延伸的叶片桨叶(blade leaf)，每个保持狭槽包括具有椎体并相对于被相应的叶片穿过的开口位于叶片桨叶的另一侧的入口；插入所述狭槽中的用于叶片的至少一个保持环，所述环展现出具有拱形横断面的条带形式，其与所述椎体相接触，使得所述环保持在所述狭槽中，其特征在于，所述护罩包括包围所述环的横断面的可磨损材料层，从而阻止所述拱形横断面的弯曲，以防止所述环由于变形而从所述狭槽的椎体离开。
根据本发明的一个有利实施方式中，所述环圆周地弯曲，从而平行于护罩，所述环与护罩开口径向地隔一段距离。
根据本发明的一个有利实施方式，如果不存在可磨损材料层，所述环构造为通过压平或通过进一步弯曲拱形轮廓从而被引入到狭槽内和/或从狭槽移除，所述变形可能是该环的塑性变形。
根据本发明的一个有利实施方式，所述环是构造为能够在其轴向长度和/或径向高度上弹性地变形至少5％，并且优选地至少10％的弹簧，所述环由弹簧钢制成，优选地由45S7、55S7、45SCD6、60SC7、45SW8、45C4、50CV4等级的钢制成。
根据本发明的一个有利实施方式，在所述环区域中沿轴向地，所述可磨损材料层的径向大多数位于护罩与所述环之间。
根据本发明的一个有利实施方式，所述环的条带厚度小于1mm，优选小于0.25mm，并且更优选地小于0.1mm。
根据本发明的一个有利实施方式，所述环的拱形横断面刻画了十分之一的圆与半圆之间，优选地在六分之一与三分之一的圆之间，并且更优选的在五分之一与四分之一的圆之间。
根据本发明的一个有利实施方式，所述环的拱形横断面展现出大致平行于轴流式涡轮机旋转轴线的主伸长。
根据本发明的一个有利实施方式，可磨损材料层是覆盖所述环的条带的两个面的环形层，并且所述环在叶片之间的间隔的整个长度上被可磨损材料层包围，可磨损材料层还填充在叶片周围的护罩开口。
根据本发明的一个有利实施方式，所述狭槽是径向开放的，狭槽的径向深度大于所述环的径向高度。
根据本发明的一个有利实施方式，每个狭槽包括两个轴向相对的钩，其关闭所述狭槽中的通道，从而允许该环的径向保持。
根据本发明的一个有利实施方式，所述护罩是内部护罩，所述护罩和环被分段，该护罩的每个段包括至少三个用于插入叶片的开口。
根据本发明的一个有利实施方式，所述环包括相对于护罩的弯曲表面，所述环优选地包括两个径向地突起的圆形边缘，并且径向地定位在所述护罩的一侧。
根据本发明的一个有利实施方式，所述可磨损材料层包括弹性体或硅树脂，它可能已经被弹性体或硅树脂填满，并且用来通过磨损与轴流式涡轮机的转子相互作用。
根据本发明的一个有利实施方式，所述环是具有恒定的拱形和弯曲厚度的材料的条带。
根据本发明的一个有利实施方式，所述狭槽的尾部径向地朝向内部移动更加靠近彼此。
根据本发明的一个有利实施方式，所述狭槽的宽度径向地朝向内部减少。
根据本发明的一个有利实施方式，所述横断面的拱形形状形成条带的增厚，和/或形成所述环横向宽度上的减少。
所述环展现出在定子的圆周方向上的主伸长，所述横向方向垂直于所述圆周方向。
根据本发明的一个有利实施方式，所述可磨损材料层是胶合或粘附到所述环上的。
根据本发明的一个有利实施方式，所述可磨损材料层包围所述叶片。
根据本发明的一个有利实施方式，所述可磨损材料层形成绕所述环的横断面的材料块。
根据本发明的一个有利实施方式，所述可磨损材料层展现出恒定的径向厚度和/或在所述叶片间的恒定轴向长度。
根据本发明的一个有利实施方式，所述狭槽是径向保持狭槽。
根据本发明的一个有利实施方式，所述环可轴向地压缩，以进一步弯曲其拱形轮廓，从而在没有磨损材料层的情况下允许所述环的引入或移除。
根据本发明的一个有利实施方式，所述护罩能够界定涡轮机的轴向环形流，所述叶片桨叶用来径向地延伸进入所述环形流(根据情况与其偏离)。
根据本发明的一个有利实施方式，所述可磨损材料层防止所述环通过改变拱形横断面的曲率而离开所述狭槽的椎体。
本发明还涉及一种包括定子的轴流式涡轮机，其特征在于，所述定子与本发明一致，所述涡轮机优选地包括装配有与本发明一致的定子的低压压缩机。
提供的优势
所提出的定子架构带来可磨损材料层与所述环之间的协同作用。可磨损材料层通过锁定其弯曲而提高了环的稳定性，从而保证它的保持力。所述环靠着椎体、在槽中最佳地固定就位。所述环能够改进叶片与可磨损材料层之间的机械连接。通过形成缓冲以吸收在冲击的情况下出现的任何应力峰值，护罩与环之间的可磨损材料层的存在有利于在那一点上所述力的分布。这样，叶片到护罩的径向保持更加牢固。锁定可磨损材料层的功能可以由可能是复合材料的任何聚合物材料实现，所述可磨损功能是可选的。
因为以这种方式产生的锚固不再仅仅依赖叶片与可磨损材料之间的粘合，这样的定子的使用寿命被改进。在涉及风扇叶片的吸入或脱离的冲击情况下，叶片将能够更好地保持附接到它们的护罩上。
附图说明
图1描绘了根据本发明的轴流式涡轮机。
图2是根据本发明的涡轮机的压缩机示图。
图3示出了根据本发明的涡轮机定子沿在图2中指示的轴线3-3的截面。
图4描绘了根据本发明的安装在护罩中的叶片末端。
具体实施方式
在以下描述中，表述内部和外部指的是相对于轴流式涡轮机的旋转轴线的位置。
图1是轴流式涡轮机的简化图示。在这种特定的情况下，所述涡轮机是一种涡扇发动机。所述涡扇发动机2包括被称为低压压缩级4的第一压缩级、被称为高压压缩级6的第二压缩级、燃烧室8，以及一个或多个涡轮级10。在操作时，涡轮10的机械功率经由中心轴传送，直到转子12将两个压缩机4和6设置于运动中。缩小装置(Reduction means)可以增加传递至压缩机的旋转速度。每个不同的涡轮级也可以通过同心轴连接到压缩机级。后者包括与定子叶片排相关联的几排转子叶片。转子围绕其旋转轴线14的旋转由此使得空气流能够产生，并能够逐渐压缩后者直到进入燃烧室10的入口。
通常称为风扇或吹风机16的入口通风设备连接到转子12，并产生被分成初级流18和次级流20的空气流，所述初级流18穿过涡轮机的上述不同级，所述次级流20在后来离开涡轮的出口处重新加入初级流之前穿过沿所述机器的环形导管(部分地描绘)。次级流可以产生反推作用这样的方式加速。初级流18和次级流20是环形流，并且它们经由涡轮机的壳体引导，并且它们能够轴向地循环。为此目的，所述壳体展现出圆柱形壁或可以是内部和外部的护罩
图2是诸如在图1中描绘的轴流式涡轮机的压缩机的横截面视图。所述压缩机可以是低压压缩机4。风扇16的一部分以及用于分离所述初级流18与次级流20的唇缘22可在这里观察到。转子12可包括若干排的转子叶片24，在此特定例子中是三排。
低压压缩机4包括具有多个整流器的定子，在此特定例子中整流器数量是四个，每一个包括环形排的定子叶片26。每个整流器与风扇16或转子叶片排相关联以便以将流动速度转化为压力的方式整流所述空气流。定子叶片26从外部定子壳体基本上径向地延伸，并且它们可以在诸如榫钉或锁栓的销子的帮助下固定在那里。所述定子壳体可以是外部护罩。
所述定子包括至少一个使得能够引导初级流18的护罩28，例如是内部护罩28。所述定子可包括多个护罩，例如多个内部护罩。每个护罩28展现出环形排的开口。后者以均匀的方式绕内部护罩的周边分布，并且被叶片的末端穿过用于其锚固的目的。每个护罩可以包括通常是管状或大致圆椎体的环形壁，以及定位在所述环形壁的轴向末端的一个或两个环形凸缘。每个环形凸缘径向地朝向内部或外部延伸。护罩28可以由例如钛合金的金属制成，或者由复合材料制成以减少它们的质量。护罩形成叶片之间的机械连接。
所述定子包括用于叶片26的保持的至少一个或多个环30。每个环30被引入到形成在所述叶片的末端处的狭槽内，所述末端例如是径向地位于内部护罩下方的内部末端。所述定子可包括多个环30，每个与环形排的叶片相关联，以便将所述排的叶片径向地保持在相关联的护罩上。
所述定子包括与至少一个护罩相关联的至少一层或多层材料层32。材料层中的至少一层或每层可以是容纳在内部护罩28的中空中的可磨损材料层32，或者易碎材料层。至少一层或每层可以是环形的。可磨损材料层32可具有基本恒定的厚度，这样形成条带。这些可磨损材料层32用来通过与转子密封件或周向翅片的磨损而相互作用，从而确保密封，例如动态密封。可磨损材料层32确保气密填充并且可以是结构性的。每层可磨损材料可以提供缓冲。每层可磨损材料可粘附到环，和/或粘附到护罩，和/或粘附到叶片。在涡轮机的操作中，所述转子移位和变形，从而使得密封件的径向末端撇去相关联的可磨损材料层。它们可以在那里产生环形沟槽。
一个或每个护罩28可以由形成圆的角扇区的多个环形段形成。所述环30也可以与可磨损材料层32以相同方式分段。所述环形段呈现拱形形状。它们各自展现定子叶片26的内部末端被引入其内的多个开口。例如，每个环形段可以被连接到至少三个叶片，并且可能被连接到四个叶片。
图3描绘了轴流式涡轮机的定子，其具有一系列通过保持环30以及可磨损材料层32连接到护罩28的定子叶片26。所述定子根据沿在图2中指示的轴线3-3的截面而被描绘。本方法可以应用到内部护罩以及外部护罩。
叶片26的末端34穿过护罩28的开口36，所述末端例如是内部末端。每个开口36可以采取相关联叶片的形式，或者可以构成围绕叶片26的自由空间。所述自由空间可以由可磨损材料层32填充，或由附加的硅树脂接头(未示出)填充，以保证接合处中的密封。每个叶片26在护罩28的两侧可以表现出轮廓的连续性。除了轮廓的连续性外，叶片的末端34包括保持狭槽38。这些狭槽38通过例如正接触与它们的相关环30接合。所述叶片包括定位在所述流中的叶片桨叶，和相对于护罩与叶片桨叶径向相对的末端。护罩分隔位于所述流中的叶片桨叶的末端。
所述环30可具有条带的形式，所述条带具有两个面。每个面可由可磨损材料层32覆盖。所述环30可由在叶片26的每一末端34之间或沿着护罩的整个长度的可磨损材料层32包围。所述环30可以这样的方式弯曲，以便与相关联护罩28的内部环形表面或外部环形表面交界。所述环30可径向地离护罩28的环形表面保持一定距离。以这种方式，可磨损材料层32的一部分可被定位在护罩28与环30之间。在所述环30的区域中沿轴向地，所述可磨损材料层的大多数的径向厚度可能位于护罩与所述环之间。
在环30与护罩28之间的空间有利地被可磨损材料层32占据。可磨损材料层可与护罩和环接触。由此，力可以更好地分布在环30与护罩28之间，并因此可以更好地分布在叶片26与护罩28之间。应力集中度被减少，这提高了护罩28的使用寿命，和/或允许为了减轻它而被薄型化。所述环30可形成护罩28的增强核心。护罩28可以形成用于可磨损材料层32的支撑件，和/或覆盖可磨损材料层32的保护膜。
可磨损材料层32可以包括弹性体，其粘弹性性质与环30的存在结合提高在定子中存在振动的情况下的缓冲效果。可磨损材料层32可以粘附到叶片26，和/或粘附到护罩28，和/或粘附到所述环30。粘合剂可以施加到所述环30以用于它到其周围环境的粘附。可磨损材料层32可以是硅树脂，可能与球体一起以提高易碎性。
至少一个或每个环30的材料可以是金属。所述金属可以是锰硅钢(mangano-siliceous steel)，例如有1.5％至2％的硅，例如有0.6％至0.7％的锰、0.4％至0.6％的碳。所述金属或钢可以含有铬、和/或钨、和/或钼和/或钒。钢可以是45S7、55S7、45SCD6、60SC7、45SW8或45C4、50CV4类型的。所述金属还可以是有1％至2％的铍的铜。所述百分比是重量百分比。
图4描绘了有通过环30固定到护罩28的叶片的径向末端34的定子的放大，所述环30封装于在护罩内部施加的可磨损材料层32中。
叶片26的末端34穿过护罩28并在流体流的相对侧上延伸超过所述护罩。末端34包括保持狭槽或锚固狭槽38。所述狭槽38可轴向地或径向地定向。表述定向可用来指开口。狭槽可主要地轴向延伸，并可径向地开口。狭槽38可在叶片26的末端34中形成切口。保持狭槽38界定一个空间，所述环30集成到所述空间以确保它的保持。
狭槽38包括所述环经由其引入或撤出的入口，以及与所述入口相对的基部40。所述狭槽可展现出椎体或窄部。椎体可形成在所述入口与基部40之间，并且可以是逐渐发展的。它形成在关于入口的通道的宽度上的缩小。狭槽38可包括接合入口与基部40的两个尾部42。所述尾部42可以形成椎体这样的方式移动更靠近彼此。叶片的末端34可以形成椎体这样的方式包括两个钩44。它们可以局部地移动更靠近彼此。因为狭槽38是径向地开口的，所述椎体是轴向的。在轴向开口狭槽的情况下，它可以是径向的。
所述环30具有条带或带子的形式，其主伸长沿着护罩28的圆周。条带的横断面是拱形的，并且展现出弯曲的形状。弯曲的外观允许环30的横向宽度减少，和/或允许其厚度增加，所述厚度垂直于伸长并垂直于横向方向。所述环30的轮廓展现出主伸长。取决于例如所述椎体的朝向和其保持功能，此主伸长可以是径向或轴向定向的。所述环或至少其条带基本上是纤细的。它的厚度小于1.00mm并且可能小于0.25mm。
横断面的拱形形状周转圆的一部分，并且可能多于一圈。所述轮廓可以周转曲线或圆在180°与30°之间的一部分，优选地是在120°与60°之间，更加优选地是在90°与72°之间。拱形形状与椎体以确保所述环在狭槽中的保持这样的方式接触，并且它还可以与狭槽的基部接触。所述环30可包括相对于护罩的凹面，从而使得可磨损材料层的一部分能够被护罩限制。
所述拱形形状使得它能够增加环30的轮廓的整体尺寸。它可由此提供用于叶片保持的更大的接触表面。除了它的拱形方面外，所述条带可具有恒定厚度。所述环30的拱形横断面展现了相对的柔性，这允许通过挤压它而将其引入到狭槽38内。它可以被横向地或轴向地挤压以进入狭槽内，例如通过被塑性地变形。在它被引入狭槽内时，所述环还可以是弹性变形的弹簧。它可以径向地或轴向地弹性变形超过5％，并且优选地超过所涉及尺寸的10％。
为了防止逆变形，所述环30被可磨损材料层32保持。可磨损材料层32环绕所述轮廓，例如绕整个横断面环绕。这个可磨损材料层32可展现出大于护罩28的径向厚度的一半的厚度。它可以阻挡所述轮廓的弯曲以将所述环30锁定在狭槽38中，以便在所述环在其变形之后被拉出狭槽的情况下防止它离开。取决于弯曲关于椎体的朝向，这种变形然后可以增加所述拱形的曲率，或使其变平。
上面介绍的特性化特征是对一个护罩和/或一个环，和/或一层可磨损材料层，和/或一个狭槽详细说明的。然而，各特性化特征可应用到在涡轮机的定子中的所有护罩和/或所有环，和/或所有磨损材料层，和/或所有狭槽，或者应用到其大部分。

Claims (15)

1.轴流式涡轮机(2)的定子，特别是压缩机(4；6)的定子，所述定子包括：
-具有环形排的开口(36)的护罩(28)，
-通过穿过所述开口(36)基本上径向地延伸的环形排的定子叶片(26)，每个叶片包括保持狭槽(38)以及用来在涡轮机的流中延伸的叶片桨叶，每个保持狭槽(38)包括具有椎体并相对于被相应的叶片(26)穿过的开口(36)位于所述叶片桨叶的另一侧的入口，
-插入所述狭槽中的用于叶片(26)的至少一个保持环(30)，所述环(30)展现出具有拱形横断面的条带形式，其与所述椎体相接触，使得所述环(30)保持在所述狭槽(38)中，
其特征在于
所述护罩(28)包括包围所述环(30)的横断面的可磨损材料层(32)，从而阻止所述拱形横断面的弯曲，以防止所述环由于变形而从所述狭槽(38)的椎体离开。
2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述环(30)周向地弯曲，从而平行于所述护罩(28)，所述环(30)与所述护罩的开口(36)径向地隔一段距离。
3.根据权利要求1至2的其中一项所述的定子，其特征在于，如果不存在可磨损材料层(32)，所述环(30)构造为通过压平或通过进一步弯曲其拱形轮廓从而被引入到所述狭槽(38)内和/或从狭槽(38)移除；所述变形可能是该环的塑性变形。
4.根据权利要求1至3的其中一项所述的定子，其特征在于，所述环(30)是构造为能够在其轴向长度和/或径向高度上弹性地变形至少5％，并且优选地至少10％的弹簧，所述环(30)由弹簧钢制成，优选地由45S7、55S7、45SCD6、60SC7、45SW8、45C4、50CV4等级的钢制成。
5.根据权利要求1至4的其中一项所述的定子，其特征在于，在所述环(30)的区域中沿轴向地，所述可磨损材料层(32)的径向大多数位于所述护罩(28)与所述环(30)之间
6.根据权利要求1至5的其中一项所述的定子，其特征在于，所述环(30)的条带厚度小于1mm，优选地小于0.25mm，并且更优选地小于0.1mm。
7.根据权利要求1至6的其中一项所述的定子，其特征在于，所述环(30)的拱形横断面刻画十分之一的圆与半圆之间，优选地在六分之一与三分之一的圆之间，并且更优选的在五分之一与四分之一的圆之间。
8.根据权利要求1至7的其中一项所述的定子，其特征在于，所述环(30)的拱形横断面展现出基本上平行于所述轴流式涡轮机(2)的旋转轴线(14)的主伸长。
9.根据权利要求1至8的其中一项所述的定子，其特征在于，所述可磨损材料层(32)是覆盖所述环(30)的条带的两个面的环形层，并且所述环在所述叶片(26)之间的间隔的整个长度上被可磨损材料层(32)包围，所述可磨损材料层(32)还填充所述护罩在叶片(26)周围的开口(36)。
10.根据权利要求1至9的其中一项所述的定子，其特征在于，所述狭槽(38)是径向开放的，所述狭槽的径向深度大于所述环(30)的径向高度。
11.根据权利要求1至10的其中一项所述的定子，其特征在于，每个狭槽(38)包括两个轴向相对的钩(44)，其关闭所述狭槽(38)中的通道，从而允许所述环(30)的径向保持。
12.根据权利要求1至11的其中一项所述的定子，其特征在于，所述护罩(28)是内部护罩，所述护罩和环被分段，所述护罩的每个段包括至少三个用于所述叶片(26)的插入的开口。
13.根据权利要求1至12的其中一项所述的定子，其特征在于，所述环(30)包括相对于所述护罩(28)的弯曲表面，所述环(30)优选地包括两个径向地突起的圆形边缘并且径向地定位在所述护罩的一侧。
14.根据权利要求1至13的其中一项所述的定子，其特征在于，所述可磨损材料层(32)包括弹性体或硅树脂，它可能已经被弹性体或硅树脂填满，并且用来通过磨损与所述轴流式涡轮机(2)的转子(12)相互作用。
15.一种包括定子的轴流式涡轮机(2)，其特征在于，所述定子与权利要求1至14中的其中一项一致，所述涡轮机(2)优选地包括装配有与权利要求1至14中的其中一项一致的定子的低压压缩机(4)。
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