CN105275869B - 轴流式涡轮机组压缩机的罩中具有密封格架的叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴流式涡轮机组的定子(28)。该定子(28)包括具有引导表面(54)的圆形壁(34)，诸如内部罩(34)，以便引导涡轮机组的一次流(18)。定子还包括定子叶片(26)的半圆排，每个定子叶片包括从引导表面在涡轮机组的一次流(18)中径向地延伸的轮叶(40)以及固定部分(42)。叶片的固定部分(42)包括具有杆并固定和/或密封在罩(34)中的格架(36)，以便经由格架(36)将叶片(26)固装至罩。定子(28)包括在内部罩(34)内侧布置的可磨材料的接合件(38)，格架(36)固定在其中，以便确保叶片(26)与内部罩(34)之间的保持、固装。叶片通过增材生产来生产。

Description

轴流式涡轮机组压缩机的罩中具有密封格架的叶片

技术领域

本发明涉及一种轴流式涡轮机组的定子级。更明确地，本发明涉及罩与轴流式涡轮机组的定子叶片之间的固装。本发明还涉及设有定子叶片的轴流式涡轮机组。

背景技术

由于穿过涡轮机组的气流，涡轮机组提供机械工作。这些流由壳体和一系列的内部罩引导。通常，内部罩经由定子叶片连接至涡轮机组的壳体。叶片具有有固定部分的内部端部，罩连接至固装部分。例如，已知使用保持杆将罩固定至叶片的环形排。

专利文献EP2735707A1公开了一种轴流式涡轮机组压缩机的整流器。该整流器包括内部壳体、从该壳体径向延伸的叶片的环形排，以及连接至叶片内部端部的内部罩。这些叶片端部中的每个具有保持钩，保持杆接合在保持钩中。杆和钩嵌入可磨材料层中，可磨材料施加于叶片的内侧，这允许罩被保留。由该结构提供的保持力很大，尤其抵抗吸入的发生。但是，它需要增加另外的保持杆，该保持杆增加组件成本而且使整流器更重。在分段罩的情况下，罩可以关于杆倾斜。因此，在杆的区域围绕杆的可磨材料受到高水平的压力并且可能被损坏。

发明内容

本发明的目的是解决由现有技术提出的至少一个问题。更明确地，本发明的目的是改善叶片与壁之间的固定。此外，本发明的目的是减小具有连接至叶片的壁的组件定子的成本，同时改善固定并且优化叶片与壁之间力的分布。

技术方案

本发明涉及一种轴流式涡轮机组的定子，尤其是压缩机的定子，该定子包括：壁，其是圆形或圆弧的形式，该壁包括引导涡轮机组的流的引导表面；定子叶片圆排或半圆排，定子叶片中的至少一个包括从引导表面在流中径向地延伸的轮叶以及与轮叶相反地、径向地从所述引导表面(54)延伸的固定部分；值得注意的是，叶片的固定部分包括固定至壁的格架，以便经由格架将叶片固装至壁。

根据本发明的一有利实施例，格架是具有交织杆的三维格架，交织杆结合至彼此以便形成网格，格架在轮叶的厚度和/或长度上和/或在径向方向上包括数个网格。

根据本发明的一有利实施例，至少一个叶片包括前缘、后缘、内弧表面以及外弧表面，内弧表面和外弧表面从前缘延伸至后缘；以及格架，其从前缘延伸至轮叶的后缘并且从内弧表面延伸至外弧表面。

根据本发明的一有利实施例，壁是内部罩或内部罩的片段，优选地内部罩和/或壁是由具有有机基质的复合材料生产。

根据本发明的一有利实施例，壁包括至少一个开口，固定部分布置在该开口中，优选地，格架径向地延伸超过开口，更优选地，格架径向地与开口隔开。

根据本发明的一有利实施例，壁与填充格架的材料是一体的并且由填充格架的材料形成。

根据本发明的一有利实施例，定子包括密封接合件，其径向地相对于引导表面抵靠所述壁放置，格架至少部分地固定在接合件的径向厚度中，可选地，接合件包括基质和与格架接触的球。

根据本发明的一有利实施例，接合件包括可磨材料层，其通过磨损与涡轮机组的转子配合，格架至少部分地布置在可磨材料层的径向厚度中，可选地，可磨材料层包括硅树脂材料。

根据本发明的一有利实施例，格架延伸过壁轴向长度和/或壁径向高度的大部分。

根据本发明的一有利实施例，轮叶包括在其径向高度的大部分上、优选地在其径向高度的全部上延伸的实心主体。

根据本发明的一有利实施例，格架包括小于60％、优选地小于30％、更优选地小于10％的紧密度。

根据本发明的一有利实施例，固定部分是第一固定部分，并且格架是第一格架，壁是第一壁，至少一个叶片还包括具有第二格架的第二固定部分，第二格架相对于轮叶于第一格架径向地相反并且固定在与第一壁同心的第二壁中。

根据本发明的一有利实施例，叶片包括固装平台，可选的，具有固装轴，其相对于轮叶与格架相反地径向地布置；优选地，定子包括外部壳体，平台固装至外部壳体。

根据本发明的一有利实施例，轮叶、格架，以及可选地固装平台是一体的并且通过增材生产来生产，优选地基于钛粉末。

根据本发明的一有利实施例，引导表面径向地在轮叶与固定部分之间的高度处。

根据本发明的一有利实施例，至少一个或每个固定部分连接至轮叶。

根据本发明的一有利实施例，壁包括上游轴向的一半和下游轴向的一半，优选地，格架与轴向的一半中的一个轴向地隔开，可选地，与上游的一半隔开。

根据本发明的一有利实施例，壁可以是环形或大致管状，或者形成环形圈部分或者管部分。

根据本发明的一有利实施例，固定部分包括通道网，其延伸穿过固定部分和格架，可选地轴向地和/或横向地延伸。

根据本发明的一有利实施例，格架包括规则网格，或者网格是可变的，可选地，网格在径向远离轮叶的方向上变得更密集，或者在前缘或后缘的区域变得更密集。

根据本发明的一有利实施例，格架和壁由不同的材料生产。

根据本发明的一有利实施例，格架用聚合物材料填充，诸如弹性体树脂。

根据本发明的一有利实施例，格架包括至少一个杆，其延伸过轮叶的长度或宽度的大部分，优选地延伸过轮叶的长度或宽度的全部。

根据本发明的一有利实施例，格架包括至少两组平行杆，优选地至少三组平行杆，每组平行杆包括垂直于其它组杆的杆。

根据本发明的一有利实施例，格架包括至少四组平行杆，每组平行杆包括相对于其它组杆定向在60°的杆。

根据本发明的一有利实施例，格架延伸过轮叶轴向长度和/或厚度的大部分，优选地延伸过轮叶轴向长度和/或厚度的全部。

根据本发明的一有利实施例，在不固定至罩的情况下，格架大多是空的，优选地75％空的，更优选地90％空的。

格架的紧密度应理解成是由形成格架的材料占据的体积与布置格架的总体积之间的比值。

根据本发明的一有利实施例，格架的轴向长小于开口或每个开口。

根据本发明的一有利实施例，轮叶和每个固定部分形成径向堆叠。

本发明还涉及一种包括定子的涡轮机组，值得注意的是，定子是依照本发明的，可选地，壁包括上游轴向的一半和下游轴向的一半，优选地，格架与轴向的一半中的一个轴向地隔开，可选的，与上游的一半隔开。

提供的优点

本发明能够改善叶片与壁之间的固定的稳定性。本发明可选地经由接合件增加和分布了固定部分与壁之间的接触表面，以至如在第一整流器和在最后的蒸馏其上的倾斜和不对称的罩更稳定。格架分布叶片与壁之间的力。小于轮叶紧密度的格架的紧密度减小了定子的质量。

在叶片中，格架形成减小刚度的区域，其具有更高的柔性并且能够通过限制传递至壁的能量来吸收、抑制冲击。杆相对于径向方向可以是倾斜的，以便促使格架的径向扩展以及在径向撕力的情况下进一步减小所传递的能量。以这种方式，保持和安装变得更加可靠。

格架的使用与壁和接合件在固定部分上的铸造兼容。对于特定的保持阻力，该解决方案减小了组件成本

附图说明

图1示出根据本发明的轴流式涡轮机组。

图2是根据本发明的涡轮机组压缩机的图像。

图3是侧面看时，根据本发明的涡轮机组定子的横截面。

图4是轴向看时，根据本发明的部分涡轮机组定子的横截面。

具体实施方式

在下文的描述中，术语内部或内部的以及外部或外部的涉及相对于轴向涡轮机组的旋转轴线的位置。

图1以简易方式示出轴流式涡轮机组。在这种特定的情况下，轴流式涡轮机组是双流涡轮风扇发动机。该涡轮风扇发动机2包括称为低压压缩机4的第一压缩水平、称为高压压缩机6的第二压缩水平、燃烧室8，以及一个和多个涡轮水平10。在操作期间，经由轴心轴传递至转子12的涡轮10的机械动力使两压缩机4和6移动。降压器具可以增加传递至压缩机的旋转速度。可替代地，不同的涡轮级每个经由同心轴可以连接至压缩机级。同心轴包括与各排定子叶片相关联的数排转子叶片。因此，转子关于其旋转轴线14的旋转允许产生空气流并且逐渐压缩直至燃烧室8的入口。

通常，称为风扇或鼓风机16的入口通气机联接至转子12并且产生空气流，该空气流被分成穿过上述涡轮机组的不同水平的一次流18以及沿机器穿过环形管道(部分示出)以便随后在涡轮的出口处再加入一次流的二次流20。二次流可以加速以便产生反应。一次流18和二次流20是环形流，它们经由涡轮机组的壳体来引导。为此，壳体具有可以是内部或外部的圆柱形壁或罩。

图2是如图1的轴流式涡轮机组2的压缩机的剖视图。压缩机可以是低压压缩机4。此处，在此处可以观察部分风扇16以及一次流18和二次流20的分离突出部22。转子12包括数排转子叶片24，在本例中是三排。

压缩机4包括数个整流器，在该情况下是四个，每个整流器包含成排定子叶片26。整流器与风扇16或者与转子叶片排相关联，以便调整空气流从而将流速转换成压力。

压缩机包括定子28，可选地具有外部壳体30，其形成支撑分离突出部22的分隔件。该分隔件支撑整流器和布置在整流器之间的环形可磨材料层。外部壳体30可以是圆形或环形和/或由半外壳形成。其可以由具有有机基质的复合材料生产。定子叶片26从外部壳体30的分隔件大致径向地延伸，并且使用通轴32固定在那个位置。

定子28包括至少一个壁34，优选地数个壁，诸如经由固定部分连接至定子叶片26的内部端部的内部罩34。壁34和外部壳体30是同心的。至少一个定子叶片26的固定部分包括格架36，优选地，定子叶片26的排的每个叶片包括具有格架36的固定部分，更优选地，涡轮机组的至少一个压缩机4的每个定子叶片26包括具有格架36的固定部分。格架或每个格架36可以固定或者密封至壁34和/或至内部罩34。

定子28可包括与壁34或每个壁34相关联的至少一个接合件38。格架或每个格架可以接合在接合件38中以便固定在那个位置并且形成定子叶片26与接合件之间的固装，从而该安装在定子叶片26与相关联的壁34之间。所示的定子28是压缩机的定子，但是本发明同样可以很好地用于涡轮定子或者用于涡轮机组鼓风机的定子。

图3示出定子28。在此处可见经由定子叶片26连接至外部壳体30的内部罩，叶片的格架36容纳在接合件38中。

叶片或每个叶片26包括数个径向部分，其包括在流中径向延伸的轮叶40以及至少一个固定部分42。可选地，叶片26可包括形成组件支撑件的固装平台44。该平台44可以使用其固装轴32和锁栓46固装至外部壳体30，或者具有符合外部壳体孔的孔。平台可以是矩形或平行四边形形式的板，并且可以被可磨材料上游和下游的环形层48轴向地毗邻。平台44可以压靠外部壳体30和/或可以适合于外部壳体30，可选地，其长度的大部分上。叶片包括经由内弧表面和外弧表面连接至后缘52的前缘50。叶片26可以是向内弯曲的、拱形的。

壁34可以是内部罩34。壁可以包括用于引导和限制诸如涡轮机组的一次流18的流的引导表面54。该表面通常是环形的，可选地，大致圆柱形，并且可以是分段角形的。其在轮叶40的整个长度上延伸，并且可以在上釉和下游的方向上延伸超过。

壁34可包括至少一个开口56或者成排开口56，每个开口56尤其是通过固定接收用于叶片26的固定部分42以便固装它。该固装可以以不同的方式进行，例如用杆。叶片26穿过的开口56与轮叶40之间的空间可以使用硅树脂58的焊料(bead)关闭以便防止渗漏。固定部分42可包括平滑部分以便与焊料58配合，格架相对于焊料58和/或开口56径向地凹进。轮叶40可以从壁34、从开口56朝外侧径向地延伸。可替代地，壁可以包括凹处，格架固定在该凹处中。

壁可以具有网状结构，该网状结构具有倒“U”形式的轮廓，该轮廓通过关于旋转轴线14的旋转来形成，网状结构具有由径向部分径向地延伸和轴向地界定的轴向部分，诸如套管。

与由公转绕轴线14的一个倒“U”的形式的旋转装置形成的轮廓线网，具有轴向部分，如一个套筒，径向延伸并通过径向部分轴向分隔。网络可界定一个内部环形空间中。网状结构可以界定内部环形空间。壁34可以是金属的或者是具有有机基质的复合材料的，以便减小质量，同时优化刚性。壁34可以是圆形的或者形成圆弧。壁可以是罩片段，也就是说，是圆的角扇区的形式。在该情况下，由于端部对端部放置的数个片段，定子形成圆形。

定子28可以包括环形或半环形密封接合件38，其相对于引导表面54与轮叶40相反地抵靠壁34布置。该接合件38可以放置在壁34的网状结构的环形空间中，并且可以填充该空间。其可以围绕叶片26或轮叶40的端部，并且可以引入固定部分或每个固定部分42中。接合件38可以是弹性体材料，其形成基质，诸如硅树脂。接合件可以是可磨材料的环形层，其在与转子接触的情况下可以破碎。接合件包括基质和微粒，诸如球，以便促使接合件的易碎本质。这些球可以与格架配合并且配置成改善固定。

格架或每个格架36可以形成内部端部、叶片26的尖端。格架或每个格架36可包括连接至彼此的杆60。杆可以在其交叉处连接至彼此。杆60可以形成在其节点的交叉处，可选地，节点集成在杆的横截面中。格架可以是一体的。

格架或每个格架36可以是平面的和/或形成在弯曲的表面上，例如，与内弧表面或外弧表面的径向扩展平行。格架可以是大致双向的，例如，具有由杆60形成的平坦的网格。格架或每个格架可以是三维的并且具有多面体网格，其边缘由杆60形成。网格可以是四面体和/或立方体的。其杆60可以依照至少三个方向的布置，例如，垂直于彼此。杆60可以形成具有同一方向和/或同一曲率的各组杆60。

格架或每个格架36可以在轮叶40的径向扩展中延伸。格架可以在前缘50与后缘52之间延伸，可选地，其延伸超过这些边缘。在引导表面54的区域，格架可以在轮叶40的弦的大部分上、优选地在轮叶40的弦的全部上延伸。格架或每个格架36可以在轮叶40上形成数个网格，优选地至少十个网格，更优选地至少五十个网格。格架或每个格架36可以在壁34的轴向长度的大部分上延伸。格架36的轴向扩展允许壁34相对于待限制叶片26的倾斜。这在壁在圆周上较短时可能发生。至少一个杆60或一组杆60可以在轮叶40和/或固定部分42的大部分上延伸、优选地在轮叶40和/或固定部分42的轴向全部上延伸。

格架或每个格架36可以具有可变的异类网格。该网格朝轮叶40可变得更紧密，并且可选地，在前缘50和后缘52的区域，例如，以便增加在吸入的情况下格架36的杆60能够传递的力。杆60朝内侧可以增加数量和/或变得更细。每个格架36的紧密度小于90％，优选地小于50％，更优选地小于50％。紧密度从一端到另一端可以加倍。其可以变化10％，优选地变化30％。可替代地，网格可以是恒定的、异类的，可选地的是局部的。

格架或每个格架36可以固定在接合件38中和/或固定在形成壁34和引导表面54的同一材料中。格架36嵌入接合件38的材料中，杆60合并在接合件38处。该接合件38被引入并且占据格架的网格以便填充网格。以这种方式，接合件38完全填充格架经由其杆没有占据的空间。接合件的所有这些性质可以变换至壁的材料。接合件38可以铸造在壁上，甚至突出。格架36可以在如通过旋转形成的接合件36的轮廓的大部分厚度上延伸。在接合件中的该固定深度改善了保持和密封效果。

图4示出了涡轮机组的部分定子28。经由格架36将壁34固装至另一壁30的成排的定子叶片26被示出，格架36稳固地结合至接合件38。

叶片排可以是环形或半环形排，也就是说，其描绘圆的角扇区。平台44由于其横向边缘可以接触彼此，以便定位叶片26，从而定位壁34。至少一个或每个格架36可以在轮叶40的厚度的扩展中径向延伸，该厚度可以依照圆周来理解。至少一个或每个格架36可以在引导表面54的区域延伸轮叶40的空气动力学轮廓，可选地，再现轮廓的拱形外形。

至少一个或每个格架36可以在轮叶40的厚度上形成数个网格，例如，至少两个，优选地至少五个，更优选地至少十个网格。至少一个或每个格架36可以在其最大厚度的区域中径向地具有主要轴向地延伸的数个杆。格架36可以比轮叶40更宽并且比相关联的开口56窄。

至少一个或每个格架36的高度可以大于轮叶40的最大宽度，优选地至少大三倍。至少一个或每个格架36可以与相关联的开口56和/或接合件38的内部表面径向地隔开。至少一个或每个格架36可以具有一般的围层，在引导表面54的区域中，围层的表面相对于相关联叶片的内弧表面62和外弧表面64是倾斜的。

固装平台44的存在完全是可选的，因为每个叶片可包括两个格架以便固定至两壁。该排的至少一个或每个叶片可包括第一内部固定部分和第二外部固定部分，第一内部固定部分通过其第一格架固定至内罩34，第二外部固定部分通过第二格架固定至外部壳体30。格架由轮叶分离，每个格架可以固定在外部壳体的网状结构的厚度中，尤其在其铸造时。

至少一个或每个叶片26，尤其是其轮叶40、其格架，以及可选地其平台44，或者其轮叶和其格架是一体的并且可以通过增材生产来生产。它们可以基于钛粉沫或聚合体来生产，以便形成一体的组件。叶片可形成具有混合结构的一体元件，具有实心的轮叶和部分空的格架。

叶片可以以叶片排的形式生产，叶片排具有至少一个或多个叶片，其具有固定格架和可选地用于安装在如其它叶片上的格架的同一径向侧的其它器具。在该可替代实施例中，叶片排可以具有公共平台，其具有数个轮叶。

Claims (16)

1.一种轴流式涡轮机组(2)的定子(28)，所述定子(28)包括：

壁(34)，其是圆形或圆弧的形式，所述壁(34)包括用于引导所述涡轮机组的流(18、20)的引导表面(54)；

定子叶片(26)的圆排或半圆排，定子叶片(26)中的至少一个包括从所述引导表面(54)在所述流中径向地延伸的轮叶(40)以及与所述轮叶(40)相反地径向地从所述引导表面(54)延伸的固定部分(42)；

其特征在于，

所述叶片的固定部分(42)包括固定至所述壁(34)的格架(36)，以便经由所述格架(36)将所述叶片(26)固装至所述壁(34)。

2.根据权利要求1所述的定子(28)，其特征在于，所述格架(36)是具有相互连接的杆(60)的三维格架，所述相互连接的杆结合至彼此以便形成网格，所述格架(36)在所述轮叶(40)的厚度和/或长度上和/或在径向方向上包括数个网格。

3.根据权利要求1所述的定子(28)，其特征在于，至少一个叶片(26)包括前缘(50)、后缘(52)、内弧表面(62)和外弧表面(64)，所述内弧表面和所述外弧表面从所述前缘延伸至所述后缘；并且所述格架(36)从所述前缘延伸至所述轮叶(40)的后缘并且从所述内弧表面延伸至所述外弧表面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的定子(28)，其特征在于，所述壁(34)是内部罩(34)或内部罩(34)的片段，所述内部罩(34)和/或所述壁(34)是由具有有机基质的复合材料生产。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的定子(28)，其特征在于，所述壁(34)包括至少一个开口(56)，所述固定部分(42)位于所述开口中，所述格架(36)径向地延伸超过所述开口(56)。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的定子(28)，其特征在于，所述壁(34)与填充所述格架(36)的材料是一体的并且由填充所述格架(36)的材料形成。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的定子(28)，其特征在于，它包括密封接合件(38)，所述密封接合件径向地相对于所述引导表面(54)抵靠所述壁(34)放置，所述格架(36)至少部分地固定在所述接合件(38)的径向厚度中，所述接合件(38)包括基质和与所述格架接触的球。

8.根据权利要求7所述的定子(28)，其特征在于，所述接合件(38)包括可磨材料层，所述可磨材料层用来通过磨损与所述涡轮机组(2)的转子(12)配合，所述格架(36)至少部分地布置在所述可磨材料层的径向厚度中，所述可磨材料层包括硅树脂材料。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的定子(28)，其特征在于，所述格架(36)在所述壁(34)轴向长度和/或所述壁(34)径向高度的大部分上延伸。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的定子(28)，其特征在于，所述轮叶(40)包括在其径向高度的大部分上延伸的实心主体。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的定子(28)，其特征在于，所述格架(36)包括小于60％的紧密度。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的定子(28)，其特征在于，所述固定部分(42)是第一固定部分，并且所述格架(36)是第一格架，所述壁是第一壁，所述至少一个叶片还包括具有第二格架的第二固定部分，所述第二格架相对于所述轮叶与所述第一格架径向地相反并且固定在与所述第一壁同心的第二壁中。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的定子(28)，其特征在于，所述叶片(26)包括固装平台(44)，其具有固装轴(32)，所述固装平台相对于所述轮叶(40)与所述格架(36)相反地径向地布置；所述定子(28)包括外部壳体(30)，所述平台(44)固装至所述外部壳体(30)。

14.根据权利要求13所述的定子(28)，其特征在于，所述轮叶(40)、所述格架(36)，以及所述固装平台(44)是一体的并且基于钛粉末通过增材生产来生产。

15.一种包括定子(28)的涡轮机组(2)，其特征在于，所述定子(28)依照权利要求1至14中的任一项，所述壁(34)包括上游的轴向的半部和下游的轴向的半部，所述格架与所述轴向的半部中的其中一个轴向地隔开。

16.根据权利要求15所述的涡轮机组(2)，其特征在于，所述格架与上游的轴向的半部隔开。