CN106536866B - 可用在燃气涡轮发动机内的定子静叶系统 - Google Patents

Abstract

用于燃气涡轮发动机（12）的定子组件（10），包括：多个定子静叶（20），其每一个由总体细长的翼面（34）形成，总体细长的翼面（34）具有前缘（36），后缘（38），压力侧（40），吸入侧（42），联接至第一端部（44）的内端壁（14），以及联接至第二端部（46）的外端壁（16），该第二端部（46）与第一端部（44）相对；第一径向外连接条（22），其联接至一部分定子静叶（20）的每个外端壁（16）；至少一个内对准销（48），其在相邻的内端壁（14）之间延伸，以便使相邻的内端壁（14）联接在一起；至少一个前部内密封环（50），其附接至内端壁（14）；以及至少一个可变形密封件（52），其联接至前部内密封环（50）的至少一个径向内表面（54），其中，至少一个可变形密封件（52）包括面朝上游的接触表面（110）和径向面朝内的接触表面（112）。

Description

可用在燃气涡轮发动机内的定子静叶系统

技术领域

本发明一般针对在燃气涡轮发动机内的定子静叶翼面，并且更具体地针对用于定子静叶翼面的支撑系统。

背景技术

涡轮发动机通常包括从壳体向内径向延伸的多排静止压缩机定子静叶，并且包括附接至转子组件以用于使转子转动的多排可转动压缩机叶片。常规的涡轮发动机通常包括带有多个静止翼面的段，这些静止翼面共同地称为定子。定子段在稳定的气体压力载荷下沿上游方向偏转，并且该偏转取决于段被如何约束至外壳而围绕圆周变化。段的未被约束端偏转得更多并且到上游转子盘具有较小的轴向间隙。这个问题已经在美国专利8,123,354 B2中提出，但是其要求至少十三个定制部件以及至少二十二个步骤以组装定子。因此，存在需求以便控制定子静叶翼面的偏转和对准，从而以更高效的方式形成定子。

发明内容

可用在燃气涡轮发动机中的定子组件被公开，并且该定子组件被构造成约束内端壁和外端壁从而限制偏转并防止相对于相邻的叶片转子盘的间隙损失。定子组件可以由多个定子静叶形成，定子静叶具有用第一径向外连接条联接在一起的内端壁和外端壁。在至少一个实施例中，第一和第二径向外连接条可以形成第一和第二定子静叶段，第一和第二定子静叶段一起形成周向延伸的定子组件。可以用限制偏转的一个或多个周向延伸的对准销使内端壁和外端壁联接在一起。定子组件可以包括从内端壁向内径向延伸的一个或多个可变形密封件，由此可变形密封件可以包括面朝上游的接触表面以及在径向上面朝内的接触表面。

在至少一个实施例中，用于燃气涡轮发动机的定子组件可以包括多个定子静叶，该多个定子静叶的每一个由总体细长的翼面形成，该翼面具有前缘，后缘，压力侧，吸入侧，联接至第一端部的内端壁，以及联接至第二端部的外端壁，该第一端部与第二端部相对。定子组件还可以包括联接至一部分定子静叶的每个外端壁的第一径向外连接条，以及在相邻的内端壁之间延伸以便使相邻的内端壁联接在一起的一个或多个内对准销。定子组件可以包括附接至内端壁的一个或多个前部内密封环，以及联接至前部内密封环的至少一个径向内表面的一个或多个可变形密封件。

在至少一个实施例中，一个或多个定子静叶可以与内端壁和外端壁形成为整体。在另一实施例中，每个定子静叶可以与内端壁和外端壁形成为整体。第一径向外连接条可以定位在外端壁的径向外表面中的凹陷内。第二径向外连接条可以联接至没有附接至第一径向外连接条的其余定子静叶的每个外端壁，由此形成第一定子静叶段和第二定子静叶段，第一定子静叶段和第二定子静叶段一起形成周向延伸的定子组件。定子组件还可以包括一个或多个防转动槽，该一个或多个防转动槽定位在第一和第二定子静叶段之间的两个界面中的至少一个中。

定子组件的内对准销可以由一个或多个周向延伸的前部内对准销以及一个或多个周向延伸的后部内对准销形成。周向延伸的前部内对准销可以定位在总体细长的翼面的前部，并且周向延伸的后部内对准销可以定位在总体细长的翼面的后部。

定子组件还可以包括在相邻的外端壁之间延伸以便使相邻的外端壁联接在一起的一个或多个外对准销。外对准销可以由一个或多个周向延伸的前部外对准销以及一个或多个周向延伸的后部外对准销形成。周向延伸的前部外对准销可以定位在总体细长的翼面的前部，并且周向延伸的后部外对准销可以定位在总体细长的翼面的后部。

定子组件还可以包括附接至后部内对准销的后部的内端壁的一个或多个后部内密封环。定子组件还可以包括联接到至少一个后部内密封环的径向内表面的一个或多个可变形密封件。

该定子组件的优点在于，该定子组件可以由六个现成部件和六个定制部件形成，仅要求大约17个步骤以制造并完成组装，由此与常规系统相比节省了时间和金钱并且降低了复杂性。

该定子组件的另一个优点在于，该定子组件不需要焊接、硬涂覆或应力释放。

该定子组件的又一个优点在于，该定子组件不需要机加工整个组件，这减少了举升时间和对于大型机加工工具的需求。

该定子组件的另一个优点在于，该定子组件不需要涂覆整个组件，这减少了举升时间、对于设备的需求以及航运成本。

该定子组件的又一个优点在于，该定子组件使得能够在不切割或焊接密封环的情况下更换密封环。

该定子组件的另一个优点在于，该定子组件使得能够在不切割或焊接单个翼面的情况下更换单个翼面。

该定子组件的又一个优点在于，该定子组件允许在发动机之间混用盖子和底座半部（base halves），从而降低维修库存和处理成本。

该定子组件的另一个优点在于，该定子组件提供可以由90度段形成的灵活的构造，以便进一步降低维修库存和处理成本，并且增加组装和拆卸的容易性。

该定子组件的又一个优点在于，该定子组件可以提供机械阻尼。

该定子组件的另一个优点在于，可以螺栓连接内密封环和外密封环，由此提供容易的组装和更换。

该定子组件的又一个优点在于，该定子组件可以消除在常规的定子组件中由于分段而导致的泄漏。

下面更详细地描述这些和其他实施例。

附图说明

包括在说明书中并形成说明书的一部分的附图示出了当前公开的发明的实施例，并且与说明书一起公开了本发明的原理。

图1是在燃气涡轮发动机内的压缩机定子静叶段的透视图。

图2是在图1中的截面线2-2处截取的燃气涡轮发动机内的压缩机定子静叶段的横截面视图。

图3是在图2中的细节线3-3处截取的燃气涡轮发动机内的定子组件的透视细节图。

图4是沿图3中的截面线4-4截取的定子组件的翼面的横截面视图。

图5是在图4中的细节线5-5处截取的定子组件的内端壁的细节图。

图6是在图4中所示的定子组件的内端壁的细节图。

具体实施方式

如在图1-6中所示，可用在燃气涡轮发动机12中的定子组件10被公开，并且该定子组件10被构造成约束内端壁和外端壁14、16从而限制偏转并防止相对于相邻的叶片转子盘18的间隙损失。定子组件10可以由具有内端壁和外端壁14、16的多个定子静叶20形成，多个定子静叶20由第一径向外连接条（tie bar）联接在一起。在至少一个实施例中，如在图3中所示，第一和第二径向外连接条22、24可以形成第一和第二定子静叶段26、28，该第一和第二定子静叶段26、28一起形成周向延伸的定子组件10。可以用限制偏转的一个或多个周向延伸的对准销30而使内端壁和外端壁14、16联接在一起。定子组件10可以包括从内端壁14向内径向延伸的一个或多个可变形密封件32。

在至少一个实施例中，用于燃气涡轮发动机12的定子组件10可以由多个定子静叶20形成，如在图3中所示，每个静叶20由总体细长的翼面34形成，翼面34具有前缘36；后缘38；压力侧40；吸入侧42，该吸入侧在与压力侧40相对的翼面34的一侧上；联接至第一端部44的内端壁14，以及联接至第二端部46的外端壁16，该第二端部46与第一端部44相对。在至少一个实施例中，如在图4中所示，定子静叶20中的一个或多个可以与内端壁14和外端壁16形成为整体。在又一个实施例中，定子静叶20中的每一个可以与内端壁14和外端壁16形成为整体。可以在没有焊接连接的情况下移除并更换总体细长的翼面34。

定子组件10可以包括第一径向外连接条22，第一径向外连接条22可以联接到至少一部分定子静叶20中的每个外端壁16。第一径向外连接条22可以定位在外端壁16的径向外表面58中的凹陷56内。第一径向外连接条22可以经由一个或多个连接器60而附接至外端壁16。在至少一个实施例中，如在图3中所示，一个或多个连接器60可以定位成与外端壁16上的第一周向端部62相邻，并且一个或多个连接器60定位成与外端壁16上的第二周向端部64相邻，第二周向端部位于与第一周向端部62相对的外端壁16的端部上。在至少一个实施例中，至少一个连接器60可以由一个或多个螺栓、螺钉、铆钉、以及已经存在或尚未想到的其他连接器形成，但是不限于上述内容。在至少一个实施例中，连接器60可以由多个连接器60形成，诸如但不限于，与外端壁16上的第一周向端部62相邻的三个连接器，以及与外端壁16上的第二周向端部64相邻的三个连接器60。在至少一个实施例中，第一径向外连接条22可以经由一个或多个螺栓66而附接至外端壁16，该一个或多个螺栓66与外端壁16上的第一周向端部62相邻。

定子组件10还可以包括联接至没有附接至第一径向外连接条22的其余定子静叶20的每一个的外侧壁的第二径向外连接条24，以便形成第二定子静叶段28。类似地，第一径向外连接条22可以使多个定子静叶20联接在一起以便形成第一定子静叶段26。第一和第二径向外连接条22、24形成第一定子静叶段26和第二定子静叶段28，第一定子静叶段26和第二定子静叶段28一起形成周向延伸的定子组件10。在至少一个实施例中，第一和第二定子静叶段26、28可以每一个形成定子组件10的一半，并且可以在水平中点68处联接在一起。第一和第二定子静叶段26、28在其他实施例中可以具有其他构造。

定子组件10还可以包括一个或多个防转动槽70，如图3中所示，该防转动槽位于第一和第二定子静叶段26、28之间两个界面72的至少一个中。定子组件10可以包括第一防转动槽74，第一防转动槽74定位在定子组件10的第一侧78上的位于第一和第二定子静叶段26、28之间的第一界面76处；以及第二防转动槽80，第二防转动槽80定位在定子组件10的第二侧84上的位于第一和第二定子静叶段26、28之间的第二界面82处，该第二侧84位于与第一侧78总体相对的定子组件10的一侧上。防转动槽70可以至少部分地延伸至第一和第二定子静叶段26、28的两者中。防转动槽70可以不延伸至外端壁16的上游边缘86或外端壁16的下游边缘88。

如在图4-6中所示，定子组件10还可以包括在相邻的内端壁14之间延伸以便使相邻的内端壁14联接在一起的一个或多个内对准销48。在至少一个实施例中，内对准销48可以由一个或多个周向延伸的前部内对准销90以及一个或多个周向延伸的后部内对准销92形成。周向延伸的前部内对准销90可以定位在总体细长的翼面34的前部，并且周向延伸的后部内对准销92可以定位在总体细长的翼面34的后部。

定子组件10还可以包括在相邻的外端壁16之间延伸以便使相邻的外端壁16联接在一起的一个或多个外对准销94。在至少一个实施例中，外对准销94可以由一个或多个周向延伸的前部外对准销96和一个或多个周向延伸的后部外对准销98形成。周向延伸的前部外对准销96可以定位在总体细长的翼面34的前部，并且周向延伸的后部外对准销98可以定位在总体细长的翼面34的后部。

如在图5和6中所示，定子组件10可以包括附接至内端壁14的一个或多个前部内密封环50，以及联接至前部内密封环50的一个或多个径向内表面54的一个或多个可变形密封件52。在至少一个实施例中，前部内密封环50可以是可移除的。前部内密封环50可以与一个或多个连接器60附接，诸如但不限于，前部轴向螺栓108。同样地，在至少一个实施例中，前部内密封环50没有经由焊接而附接，由此使得更换较快且成本较低。如在图6中所示，可变形密封件52可以包括面朝上游的接触表面110以及在径向上面朝内的接触表面112。面朝上游的接触表面110可以适于与上游转子盘18接触，而对于任一部件都没有机械磨损（distress）或热损伤的风险。当由静叶的气体载荷以及在前部和后部内密封环50、100上的压力而导致沿箭头114施加力时，能够发生接触。可变形密封件52可以是（但不限于是）蜂窝形密封件。在至少一个实施例中，前部内密封环50可以附接至在前部内对准销90的前部的内端壁14。一个或多个涂层116可以被涂覆至可变形密封件52，诸如但不限于，面朝上游的接触表面110或在径向上面朝内的接触表面112，或者两者，以便在可变形密封件52已经经受磨损时恢复密封。

在另一个实施例中，前部内密封环50可以由诸如但不限于形状记忆合金的材料形成。这样的材料能够使得当由摩擦接触加热时，前部内密封环50偏离与上游转子盘18的接触。与常规系统相比,诸如经由精密铸造而由形状记忆材料形成前部内密封环50可以是更加成本有效的。

定子组件10可以包括附接至在后部内对准销92后部的内端壁14的一个或多个后部内密封环100。一个或多个可变形密封件102可以联接至后部内密封环100的径向内表面104。联接至后部内密封环100的可变形密封件102可以是蜂窝形密封件或其他密封件。后部内密封环100可以经由一个或多个连接器60而联接至内端壁14，该一个或多个连接器60诸如但不限于后部轴向螺栓106。

在至少一个实施例中，定子组件10可以由六个定制部件以及六个现成部件形成，诸如之前描述的螺栓和销。定子组件10可以包括总体细长的翼面34，第一径向外连接条22，前部内密封环50，后部内密封环100，前部可变形密封件52，后部可变形密封件102，外径向螺栓60，外径向销，外对准销94，内对准销48，后部轴向螺栓106，以及前部轴向螺栓108。

制造定子组件10的方法可以包括比常规系统更少的步骤。在至少一个实施例中，定子组件10可以由大约十七个步骤形成，包括：从锻件或铸件中铣削翼面34；涂覆翼面流路径表面；从轧制环中车削外环；从轧制环中车削前部内密封环50；从轧制环中车削后部内密封环100；在外环中钻孔；在前部内密封环50中钻孔；在后部内密封环100中钻孔；将前部可变形密封件52钎焊至前部内密封环50；将后部可变形密封件102钎焊至后部内密封环100；车削或磨削前部可变形密封件52的内直径；车削或磨削后部可变形密封件102的直径；将外环切成两半；将前部内密封环50切成两半；将后部内密封环100切成两半；利用螺栓60和销48、90、92、96、98、线钻（line drill）、铰扩的径向销孔以及柱形紧固件而将翼面34和环50、102组装在一起；以及可选地修整流路径涂层。

为了说明、解释并描述本发明实施例的目的而提供上述内容。这些实施例的修改和改变对于本领域技术人员而言将是明显的，并且可以在不脱离本发明的范围或精神的情况下做出上述修改和改变。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机（12）的定子组件（10），所述定子组件（10）包括：

多个定子静叶（20），其每一个由总体细长的翼面（34）形成，所述翼面（34）具有前缘（36），后缘（38），压力侧（40），吸入侧（42），联接至第一端部（44）的内端壁（14），以及联接至第二端部（46）的外端壁（16），所述第二端部（46）与所述第一端部（44）相对；以及

第一径向外连接条（22），所述第一径向外连接条（22）联接至一部分定子静叶（20）的每个外端壁（16），

其特征在于，所述定子组件（10）进一步包括：

至少一个内对准销（48），所述至少一个内对准销（48）在相邻的内端壁（14）之间延伸，以便使相邻的内端壁（14）联接在一起；

至少一个前部内密封环（50），所述至少一个前部内密封环（50）附接至所述内端壁（14）；以及

至少一个可变形密封件（52），所述至少一个可变形密封件（52）联接至所述前部内密封环（50）的至少一个径向内表面（54），其中，所述至少一个可变形密封件（52）包括面朝上游的接触表面（110）和在径向上面朝内的接触表面（112）。

2.根据权利要求1所述的定子组件（10），其特征在于，所述定子静叶（20）中的至少一个与所述内端壁（14）和外端壁（16）形成为整体。

3.根据权利要求2所述的定子组件（10），其特征在于，所述定子静叶（20）中的每一个与所述内端壁（14）和外端壁（16）形成为整体。

4.根据权利要求1所述的定子组件（10），其特征在于，所述第一径向外连接条（22）定位在所述外端壁（16）的径向外表面（58）中的凹陷（56）内。

5.根据权利要求1所述的定子组件（10），其特征还在于，第二径向外连接条（24）联接至没有附接至所述第一径向外连接条（22）的其余定子静叶（20）的每个外端壁（16），由此形成第一定子静叶段（26）和第二定子静叶段（28），所述第一定子静叶段（26）和第二定子静叶段（28）一起形成周向延伸的定子组件（10）。

6.根据权利要求1所述的定子组件（10），其特征还在于，至少一个防转动槽（70）定位在所述第一和第二定子静叶段（26，28）之间的两个界面（72）中的至少一个中。

7.根据权利要求1所述的定子组件（10），其特征在于，所述至少一个内对准销（48）包括至少一个周向延伸的前部内对准销（90）以及至少一个周向延伸的后部内对准销（92）。

8.根据权利要求7所述的定子组件（10），其特征在于，所述至少一个周向延伸的前部内对准销（90）定位在所述总体细长的翼面（34）的前部，并且所述至少一个周向延伸的后部内对准销（92）定位在所述总体细长的翼面（34）的后部。

9.根据权利要求1所述的定子组件（10），其特征还在于，至少一个外对准销（94）在相邻的外端壁（16）之间延伸，以便使相邻的外端壁（16）联接在一起。

10.根据权利要求9所述的定子组件（10），其特征在于，所述至少一个外对准销（94）包括至少一个周向延伸的前部外对准销（96）和至少一个周向延伸的后部外对准销（98），其中，所述至少一个周向延伸的前部外对准销（96）定位在所述总体细长的翼面（34）的前部，并且所述至少一个周向延伸的后部外对准销（98）定位在所述总体细长的翼面（34）的后部。