CN105431615B - 涡轮发动机壳体及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造涡轮发动机壳体(1)的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：制造(E1)多个部段(2)，这些部段(2)中的至少一部分部段通过铸造制造并且在它们表面上包括在铸造步骤期间产生的紧固元件(3)，在通过铸造制造部段(2)的步骤期间，在部段(2)的端部处产生装配带(8)，部段(2)可通过该装配带来装配；以及将部段(2)端部对端部地装配(E2)，以形成壳体(1)的环(5)。本发明还涉及一种涡轮发动机壳体(1)。

Description

涡轮发动机壳体及制造方法

技术领域

本发明涉及一种涡轮发动机壳体和一种用于制造涡轮发动机壳体的方法。

背景技术

图1示出了涡轮发动机的包括风扇100的上游部件，该风扇被风扇壳体101所围绕。包括环103或套环的中间壳体102对风扇100壳体加以延伸。

中间壳体102的环103包括多个紧固元件，紧固元件使得能够将诸如附件驱动模块(或accessory drive module，ADM)之类的涡轮发动机构件紧固到壳体102。

这种中间壳体例如在专利FR2925120或在专利申请FR1262269中进行了描述。

通常地，通过在铝、铁或钛原料块(raw bulks)的主体之中进行机械加工来制造中间壳体102。之后将待装配的构件添加到通过对上述块进行机械加工所形成的部件。

该方案具有若干缺点。

其涉及复杂的机械加工步骤，这就导致了制造成本的增加。

此外，必须将紧固元件添加到上述部件，由于使装配得以实现的附加的垫环、螺丝和法兰的重量，上述部件更重了。

发明内容

为改善现有的方案，本发明提出了一种用于制造涡轮发动机壳体的方法，特征在于其包括以下步骤：

-制造多个部段，这些部段中的至少一部分部段通过铸造制造，并且在它们的表面上包括在铸造步骤中得到的附接元件，以及

-将所述部段端部对端部地装配，以形成壳体的环。

通过采用单一下述特征或这些特征的技术上可行的任一组合而有利地完成本发明：

-在通过铸造制造部段的步骤中，在部段的端部处和/或附接元件处得到装配带，所述部段可通过所述装配带进行装配；

-所述方法包括在装配部段之前对所述装配带的外表面进行机械加工的步骤；

-所述方法包括通过焊接或螺栓连接对部段进行装配的步骤；

-所述方法包括在对所述部段进行装配之后的步骤：

o对所述部段进行机械加工，以在所述部段的表面上形成附加的紧固元件，和/或

o至少部分地对所述装配带进行机械加工。

本发明进一步涉及涡轮发动机壳体，其特征在于，涡轮发动机壳体包括环，所述环由多个部段的组件组成，所述部段中的至少一部分部段通过铸造的方法制造成与它们的表面上的附接元件成一体。

根据实施例，所述部段由钛制成。

根据实施例，所述部段在其端部包括装配带，所述部段通过所述装配带进行装配。

特别地，所述装配带具有恒定的宽度，和/或所述装配带具有高度，该高度的轮廓遵循所述部段的端部的厚度轮廓的变化。

最后，本发明涉及一种涡轮发动机，所述涡轮发动机包括风扇和如之前所描述的壳体。

本发明具有多个优点。

通过铸造来制造部段使得能够从制造阶段起包含附接元件，这避免了随后的对附加的部件进行连接与螺栓连接的步骤。由此减少了相关的重量与成本。

本方案减少了壳体的制造所需的机械加工步骤的数量与复杂度。

另外本方案在壳体的重量与制造成本之间提供了良好的折中方案。

此外，所述壳体包括多个尺寸小于壳体本身的部段，制造工作因此可由更多的熔炉来执行。

所述部段的适中的尺寸因此使得能够改善铸造形成的公差。

最后，本方案甚至可应用于大尺寸的壳体，所述壳体被细分为较小尺寸的几个部段。

附图说明

本发明的其它特征和优点通过下文中的说明将变得明显，所述说明是纯说明性和非限制性的并且必须参照附图阅读，其中：

图1是涡轮发动机的局部视图；

图2是配备有紧固U形接头的类型的壳体的部段的图示；

图3是壳体的另一类型的部段的图示；

图4A和图4B是壳体的部段的组件的图示；

图5是在进一步的机械加工步骤之后的壳体的图示；

图6是用于制造壳体的方法的示意性图示。

具体实施方式

附图示出了用于制造涡轮发动机壳体1的不同步骤和元件。

举例而言，该涡轮发动机壳体可以是所谓的中间壳体1，如已在图1中示出的，该中间壳体在涡轮发动机中被并置在风扇壳体上。本方案还应用于涡轮发动机的其它壳体(风扇壳体等)。

诸如图2和图3中所示的多个部段2通过铸造来制造(步骤E1-用于对金属进行成型的方法，该方法在于将液态金属倾倒到模具中，以在冷却后复制出给定的部件)。

部段2在其表面上包括附接元件3。这些附接元件3尤其包括凸台或U形接头(clevis)，该凸台或U形接头用于紧固轴、法兰、臂或涡轮发动机的任何连接到壳体1的机械部件。附接元件3在上述铸造步骤中被制造。

归功于铸造工序，部段2被制造成与其表面上的附接元件3成一体，这就避免了螺栓连接和结合在附加部件上的步骤。

通常地，部段2包括充当结构的加强筋的肋7。这些肋7也是在铸造步骤中被制造。

在通过铸造制造部段2之后，将它们端部对端部地装配，以构成壳体1的环5。

部段2的装配可例如通过焊接来实施。其它装配操作也是可以的，例如，将部段2用螺栓连接在一起。

在变型中，装配包括用于改善壳体1的环5的圆度的热成型操作。

在一变型实施例中，一部分待装配的部段2(尤其圆形类的)使用诸如层压之类的不同的制造方法来制造。

部段2的制造可包括在部段2的端部得到装配带8，部段2通过该装配带来装配。这些带8通过经由铸造而结合来得到，或通过与部段2制为一体件来得到。

这些装配带8在铸造步骤中被制造。因此，装配带也与部段2成一体，并且不需要接合附加的部件。

这些处于部段2的端部的装配带8具有需要进行机械加工的原始铸造外表面8a。对带8的原始外表面8a的机械加工(步骤E2)在对部段进行装配之前实施。

带8尤其有利于将部段2焊接或螺栓连接到一起的操作，并且减少了部段2的端部处的厚度变化。

可使用不同形状的装配带8。一种简单的形状是平行六面体的形状。

根据示例性的实施例，装配带8具有恒定的宽度L。该宽度是装配带8的沿着与部段2构成的环5相切的轴线的尺寸(见图2)。

恒定的宽度L的这种选择能够实现焊接能量的更好地扩散或实现对用于均匀地分布螺栓连接力的材料的充分的分布并使用相同的螺钉。

装配带8的高度H可以是恒定的或可变的。

优选的是，高度H具有变化，变化的幅度是受限制的(尤其是，要避免阶梯式的突变)，以有利于将带8焊接到一起。

根据示例性实施例，高度H的轮廓遵循部段2的端部的厚度轮廓的变化。

高度H的轮廓不是严格地与部段2的端部的厚度的轮廓相同，以避免具有阶梯形的变化，但遵循其大致的形状。

这尤其可见于图2和图3中，图中可以看出：高度H的轮廓在与部段2的端部的厚度的轮廓相同的位置处具有最小值和最大值。

部段2是角部段(angular section)，其角度的范围按照多种准则变化，所述准则例如为所需的环的部段的数量、待制造的壳体的直径、铸造操作的制造公差和附接元件3在部段2上的位置。

环5包括至少两个部段2，但也可包括更多部段2(例如，在环的直径等于2米的情况下，弦长大约为600毫米的部段要十个左右)。

部段2的角度的范围选择成：使得位于所述部段的端部的装配带8不与部段2的附接元件3接触。

此外，可取的是，尽可能多地布置具有同一角度范围的部段2，以减少用于制造它们所需要的不同原料块的数量，并借此降低制造成本。

在通过部段2的装配带8对部段2进行装配(步骤E3)之后，带8可被至少部分地机械加工(步骤E4)。该机械加工使得能够将带8的厚度减小至严格的最小值(strict minimum)，以减少壳体1的重量。有利地，带8通过机械加工被去除(见图5，图中，在图4B中实现的装配之后，带8已经经过机械加工)。

此外，部段2在它们装配之后被机械加工，以在部段2的表面上形成附加的紧固元件12。

这些附加的元件12例如是这样的元件：这些元件的制造公差范围较窄并且在铸造步骤中不能实现。举例而言，这是在部段2的肋7上加工开口的情况。

根据实施例，部段2由钛制成。钛以其良好的机械抗性和良好的抗火性为人所知。这样就变得能够显著地减小法兰或主体的厚度。

相比于其它已知的材料(例如，铝)，对材料的这种选择因此减小了壳体1的重量，考虑到其它材料较低的机械和火抗性，使用其它已知的材料是较不适宜的。

此外，利用对用铸造方法产生的多个部段2进行装配来制造壳体1，使得能够减少原料块所需的材料，这尤其是相对于涉及在单块的主体中进行机械加工的方案而言。实际上，在此方案中，成品部段的材料与原料块的材料的比率显然比在单块材料体中进行机械加工更有利。

因此，虽然钛比铝具有更高的成本并且会产生机械加工性问题，但是选择钛作为原料块材料所产生的成本是低的，并且铝在铸造操作中也会产生模制问题。

通过铸造来制造部段2还使得能够从部段的制造阶段起就在部段2的表面上包含附接元件3，这避免了随后的对附加的部件进行接合与螺栓连接的步骤。由此减少了相关的重量与成本。

通过铸造对部段2进行预成型进一步减少了机械加工步骤的数量和复杂度，这进一步减少了相关的成本。

本方案应用于任何涡轮发动机壳体。本方案尤其可应用于涡轮发动机的中间壳体，该中间壳体沿气流(stream)的流动方向位于风扇壳体的下游。

有利地但非限制性地，本方案可应用于大尺寸的壳体，即，可应用于具有大于1.50米的直径的壳体。

Claims (8)

1.一种用于制造涡轮发动机壳体(1)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-制造多个部段(2)，所述部段(2)中的至少一部分部段是通过铸造制造的，并且在它们的表面上包括在铸造步骤中得到的附接元件(3)，

在通过铸造制造所述部段(2)的步骤中，在部段(2)的端部处得到装配带(8)，所述部段(2)能够通过所述装配带来装配，以及

-将所述部段(2)端部对端部地装配，以形成所述壳体(1)的环(5)。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：在装配所述部段(2)之前对所述装配带(8)的外表面进行机械加工的步骤。

3.根据权利要求1或2中的一项所述的方法，所述方法包括：通过焊接或螺栓连接来装配所述部段(2)的步骤。

4.根据权利要求1或2中的一项所述的方法，所述方法包括在装配所述部段(2)之后的步骤：

-对所述部段(2)进行机械加工，以在所述部段(2)的表面上形成附加的紧固元件(12)，和/或

-至少部分地对所述装配带(8)进行机械加工。

5.一种涡轮发动机壳体(1)，其特征在于，所述涡轮发动机壳体包括环(5)，所述环(5)由多个部段(2)的组件组成，所述部段(2)中的至少一部分部段通过铸造的方法制造成与它们的表面上的附接元件(3)成一体，所述部段(2)在其端部包括装配带(8)，部段(2)通过所述装配带来装配。

6.根据权利要求5所述的涡轮发动机壳体，其中，所述部段(2)由钛制成。

7.根据权利要求5或6中的一项所述的涡轮发动机壳体，其中，

-所述装配带(8)具有恒定的宽度(L)，和/或

-所述装配带(8)具有高度(H)，所述高度的轮廓遵循所述部段(2)的端部的厚度轮廓的变化。

8.一种涡轮发动机，所述涡轮发动机包括风扇和根据权利要求5至7中任一项所述的涡轮发动机壳体(1)。