CN107725117B - 一种静子叶片安装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可应用于地面燃气轮机、航空发动机等领域的一种静子叶片安装结构，包括带压板的静子叶片、内外环轻质弹性件、内外环机匣以及外环压板用卡箍。通过上述零件，可实现静子叶片的单片可拆卸功能，由于采用了轻质弹性件，利用轻质弹性件与叶片内外环叶型的冷态过盈量，实现整环静子叶片的装配及定位。装配状态下，该组件具有一定的刚性，并可将静子叶片的气动扭矩传递给相应的机匣安装边位置处。上述结构可显著减轻地面燃气轮机、航空发动机的重量，在降低静子叶片加工难度的同时，也改善了静子叶片的可维修性，实现了叶片的单片拆卸功能，该结构可以降低静子叶片在通道内主流非定常气流激励作用力下发生叶片自激励振动的风险。

Description

一种静子叶片安装结构

技术领域

本发明涉及一种用于地面燃气轮机、航空发动机等领域的叶片安装结构，尤其涉及一种轻质、减振、可拆卸式静子叶片安装结构。该结构可以满足这类机械结构中具有静子叶片、内外环(非)传力机匣或(非)承力机匣与静子叶片端区封严及定位结构设计的需要，并满足静子叶片在主流非定常气流激振力作用下的减振设计要求。

背景技术

在双涵道或多涵道航空涡扇发动机或具有双涵道的燃气轮机结构设计过程中，低压压缩系统静子组件的加工与安装结构方法往往采用静子叶片与内外环机匣一体化加工或静子叶片单片加工，然后与内外环机匣通过焊接的方式进行连接的方法。不难看出，采用上述加工方式的静子机匣组件，其加工难度非常大，而且成本过高。除此之外，在发动机或燃气轮机的运转过程中，如果单片或几片静子叶片出现问题，则整个静子叶片所在的机匣组件均不可避免的需要大修或者直接报废。这就造成发动机或燃气轮机的维护成本过高，对提高发动机的竞争力极其不利。

现有的静子叶片与机匣一体化结构，主要存在型孔位置处封严难度大、单片叶片难以拆卸维修或结构设计困难、单片叶片在组件中难以实现精准定位、静子叶片在气流激振力作用下易发生受迫振动等问题，严重制约着发动机的发展。为了满足低压压缩系统静子叶片的加工、安装和维护要求，迫切需要提出一种工程上可行、性能更优的静子叶片与机匣一体化的结构，以解决上述问题，提高发动机核心竞争力。

发明内容

针对现有技术的上述缺点及问题，本发明旨在提供一种静子叶片单片可拆卸并可以起到减振作用的组件安装结构，作为一种用于双层机匣结构的轻质静子机匣组件结构设计策略，可在燃气轮机、航空发动机等领域中应用。

一种静子叶片安装结构，包括内环机匣、外环机匣以及设置在所述内环机匣和外环机匣之间的沿周向布置的多个静子叶片，其特征在于，

所述静子叶片的内端部穿过设置在所述外环机匣壁面上的叶型孔插接于所述内环机匣对应的叶型孔中，所述静子叶片的外端部一体形成有压板结构，所述压板结构的径向横截面面积大于所述静子叶片主体径向横截面的面积，从而静子叶片通过所述压板结构卡固在外环机匣叶型孔周边的壁面上；

所述压板结构的外缘设有沿周向延伸的卡箍槽结构，各所述静子叶片通过一布置在各所述卡箍槽中的外环卡箍固定在所述内外环机匣之间；

各所述静子叶片的外端部与所述外环机匣的叶型孔之间、以及内端部与所述内环机匣上的叶型孔之间均设置有轻质弹性件。

优选地，所述静子叶片外端部的压板结构与叶片主体采用一体化机械加工的方式成型。所述压板结构的作用是压紧所述叶片外端部与外环机匣叶型孔之间的轻质弹性件，防止主流通道内气体向外环机匣的气体泄漏。

优选地，所述轻质弹性件在冷态条件下处于过盈设置，所述轻质弹性件用以实现内外环机匣非协调热变形状态下所述静子叶片在所述内外环机匣周边的封严及定位。

本发明的静子叶片安装结构中，在静子叶片外端部的压板结构外缘设有周向延伸的卡箍槽结构，叶片外环卡箍通过该卡箍槽将叶片固定。压板在卡箍作用力的作用下所形成的组件压紧状态可以保证叶片、内环机匣与外环机匣的组件刚度，实现组件的扭矩传递的功能并提高叶片抵御外物冲击的能力。优选地，在各所述静子叶片根部叶型的最大厚度位置附近设有卡槽安装边结构。

优选地，为了传递静子叶片工作状态下的气动弯矩，在所述内环机匣上设有与所述卡槽安装边结构相配合的法兰边结构，通过静子叶片上的卡槽安装边与内环机匣上的法兰安装边相配合，最终实现扭矩向内环机匣的传递。

优选地，为了保证静子叶片与带法兰安装边的内环机匣叶型孔的配合，所述静子叶片的内端部设有分段的叶片延伸段结构，从而为法兰安装边预留空间，对应地，与内环机匣配合的所述轻质弹性件设计为匹配两段式静子叶片端部叶型的型式，将内环机匣叶型孔的轻质弹性件挤压在叶型孔周边，实现内环机匣处叶型孔周边的气体封严。

优选地，所述轻质弹性件的厚度应大于2mm，优选3mm厚度左右，确保其冷态装配状态下具有足够的压缩量，从而提高其内部插入的静子叶片与内外环机匣贴合面的高效封严以及减振效果。所述轻质弹性件具体的厚度值可根据内外环机匣的叶片型孔尺寸以及封严要求优选后得到。

优选地，所述轻质弹性件在冷态装配状态下的压缩量为20％～30％。

优选地，所述轻质弹性件上设有与静子叶片的叶型相配合的翼型孔，并设有翻边结构，所述静子叶片的内外端部穿过所述轻质弹性件的翼型孔后借助其翻边结构与内、外环机匣相配合。

较优地，所述轻质弹性件具有一定的硬度，其尺寸由轻质弹性件的模具设计保证，且其与所述静子叶片的密封配合面采用冷态过盈装配的方式。优选地，所述轻质弹性件的配合面具有足够的配合面积，最终实现叶片的精密定位，保证静子叶片的叶身安装角度要求。

优选地，为了保证内外环机匣之间主流通道内较小的气动损失，所述轻质弹性件靠近主流通道一侧的型线应当与回转的内外环机匣端壁轮廓线一致。

根据本发明的另一方面，还提供了一种具有上述静子叶片安装结构的燃气轮机或航空发动机。

根据本发明的另一方面，还提供了一种本发明上述静子叶片安装结构的装配方法，其特征在于，

SS1.在进行静子叶片的装配时，首先将用于内、外环机匣的轻质弹性件依靠其翻边结构分别安装在内外环机匣不同叶型孔孔型的边缘；

SS2.带压板的静子叶片由外环机匣的叶型孔逐片插入内环机匣的叶型孔内；

SS3.利用各静子叶片外环压板的卡箍槽，装入整环的叶片外环用卡箍，完成整个组件的装配，实现静子叶片的精准定位和固定。

与现有静子叶片结构相比，本发明的静子叶片安装结构具有以下技术优势：(1)该结构可满足地面燃气轮机、航空发动机中具有静子叶片、内外环 (非)传力机匣或(非)承力机匣与静子叶片端区封严及定位结构设计的需要，并满足静子叶片在主流非定常气流激振力作用下的减振设计要求；(2) 实现叶片的单片加工与装配，降低了加工成本；(3)实现了叶片的单片拆卸以及维修，降低了后期维护成本；(4)极大地减轻了整个组件的重量，具有工程化应用和推广的巨大前景；(5)该静子叶片定位、封严用的轻质弹性件可以降低静子叶片在通道内主流非定常气流激励作用力下发生叶片自激励振动的风险。

附图说明

图1为本发明的静子叶片安装结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本发明的静子叶片安装结构由带压板11的一体化静子叶片 10、叶片外环卡箍20、带叶型孔的外环机匣30、带叶型孔和法兰边41的内环机匣40、内环轻质弹性件50以及外环轻质弹性件60等零件组成，多个静子叶片10沿周向布置设置在内环机匣40和外环机匣30之间。

静子叶片10的外端部一体形成有压板结构11，压板结构11的径向横截面面积大于静子叶片10主体径向横截面的面积，从而静子叶片10通过压板结构11卡固在外环机匣叶型孔周边的壁面上。压板结构11的外缘设有沿周向延伸的卡箍槽结构，各静子叶片10通过一布置在各卡箍槽中的外环卡箍 20固定在内外环机匣30、40之间，压板11在卡箍20作用力的作用下所形成的组件压紧状态可以保证叶片、内环机匣与外环机匣的组件刚度，实现组件的扭矩传递的功能并提高叶片抵御外物冲击的能力。

各静子叶片10的外端部与外环机匣30的叶型孔之间、以及内端部与内环机匣法兰边41的叶型孔之间均设置有轻质弹性件50、60，轻质弹性件50、 60在冷态条件下处于过盈设置，用以实现内外环机匣30、40非协调热变形状态下静子叶片10在内外环机匣周边的封严及定位。

静子叶片10穿过外环机匣30的叶型孔插入至内环机匣法兰边41对应的叶型孔内，并通过内外环机匣30、40上的轻质弹性件50、60的挤压作用实现叶片的定位装配。最终组件的刚性以及静子叶片10的启动扭矩传递通过内外环机匣30、40上的法兰安装边传递向发动机的主机匣。

为了保证静子叶片10与带法兰安装边41的内环机匣40叶型孔的配合，静子叶片的内端部设有两段式的叶片延伸段结构12，从而为法兰安装边41 预留空间，对应地，与内环机匣配合的轻质弹性件50设计为匹配两段式静子叶片端部叶型的型式，将内环轻质弹性件50挤压在叶型孔周边，实现内环机匣处叶型孔周边的气体封严。

轻质弹性件50、60的厚度应大于2mm，优选3mm厚度左右，轻质弹性件具体的厚度值可根据内外环机匣的叶片型孔尺寸以及封严要求优选后得到。轻质弹性件应确保其冷态装配状态下具有足够的压缩量，优选地，压缩量为20％～30％，从而提高其内部插入的静子叶片与内外环机匣贴合面的高效封严以及减振效果。

轻质弹性件50、60上设有与静子叶片的叶型相配合的翼型孔，并设有翻边结构61，静子叶片的内外端部穿过轻质弹性件的翼型孔后借助其翻边结构与内、外环机匣相配合。轻质弹性件50、60具有一定的硬度，其尺寸由轻质弹性件的模具设计保证，且其与静子叶片的密封配合面采用冷态过盈装配的方式。轻质弹性件50、60的配合面具有足够的配合面积，最终实现叶片的精密定位，保证静子叶片的叶身安装角度要求。

为了保证内外环机匣之间主流通道内较小的气动损失，轻质弹性件50、 60靠近主流通道一侧的型线应当与回转的内外环机匣端壁轮廓线一致，构成平滑的叶片通道，减少气流的损失。

静子叶片安装结构在进行装配时，可按照如下步骤进行：

SS1.在进行静子叶片的装配时，首先将用于内、外环机匣的轻质弹性件依靠其翻边结构分别安装在内外环机匣不同叶型孔孔型的边缘；

SS2.带压板的静子叶片由外环机匣叶型孔逐片插入内环机匣叶型孔内；

SS3.利用各静子叶片外环压板的卡箍槽，装入整环的叶片外环用卡箍，完成整个组件的装配，实现静子叶片的精准定位和固定。

需要说明的是，不同实用例中的轻质弹性件封严及辅助定位结构、静子叶片与压板的一体化结构、内外环机匣上的叶型孔设计方案，应综合考虑该结构的使用环境。重点关注主流气流和机匣的最大工作温度和长期工作温度、传力路径、传力水平、主流气体脉动特性等因素。这些环境参数的不同将会导致组件安装结构的设计发生改变。在实际应用例中应根据实际的需要进行细致分析，最终确认该结构的全部设计参数。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种静子叶片安装结构，包括内环机匣、外环机匣以及设置在所述内环机匣和外环机匣之间的沿周向布置的多个静子叶片，其特征在于，

所述静子叶片的内端部穿过设置在所述外环机匣壁面上的叶型孔插接于所述内环机匣对应的叶型孔中，所述静子叶片的外端部一体形成有压板结构，所述压板结构的径向横截面面积大于所述静子叶片主体径向横截面的面积，从而静子叶片通过所述压板结构卡固在外环机匣叶型孔周边的壁面上；

所述压板结构的外缘设有沿周向延伸的卡箍槽结构，各所述静子叶片通过一布置在各所述卡箍槽中的外环卡箍固定在所述内外环机匣之间；

各所述静子叶片的外端部与所述外环机匣的叶型孔之间、以及内端部与所述内环机匣法兰安装边上的叶型孔之间均设置有轻质弹性件。

2.根据权利要求1所述的静子叶片安装结构，其特征在于，所述静子叶片外端部的压板结构与叶片主体采用一体化机械加工的方式成型，所述压板结构的作用是压紧所述叶片外端部与外环机匣叶型孔之间的轻质弹性件，防止主流通道内气体向外环机匣的气体泄漏。

3.根据权利要求1所述的静子叶片安装结构，其特征在于，所述轻质弹性件在冷态条件下为过盈设置，用以实现内外环机匣非协调热变形状态下静子叶片在所述内外环机匣叶型孔周边的封严及定位。

4.根据权利要求1所述的静子叶片安装结构，其特征在于，为保证静子叶片内外端部与内外环机匣叶型孔配合间隙的封严及减振，所述轻质弹性件冷态装配状态下具有足够的压缩量。

5.根据权利要求1所述的静子叶片安装结构，其特征在于，所述轻质弹性件具有一定的硬度，其形状及尺寸由模具设计保证，所述轻质弹性件的配合面具有足够的配合面积，最终实现叶片的精密定位，保证静子叶片的叶身安装角度要求。

6.根据权利要求1所述的静子叶片安装结构，其特征在于，所述轻质弹性件的厚度应大于2mm。

7.根据权利要求1所述的静子叶片安装结构，其特征在于，为保证内外环机匣之间的主流通道内较小的气动损失，内外环机匣端壁的轻质弹性件靠近主流通道一侧的型线应当与回转的内外环机匣端壁轮廓线保持一致。

8.根据权利要求1所述的静子叶片安装结构，其特征在于，所述轻质弹性件的材料具有一定的刚度值，保证静子叶片在主流非定常气流的激振作用下能具有良好的结构刚性。

9.根据权利要求1所述的静子叶片安装结构，其特征在于，所述外环机匣开设的叶型孔应当能够顺利通过静子叶片各个截面的叶型，以保证静子叶片能够通过外环机匣上的叶型孔插接至内环机匣的叶型孔中，并实现静子叶片安装角度及位置的定位要求。

10.根据权利要求1所述的静子叶片安装结构，其特征在于，所述轻质弹性件上设有与静子叶片的叶型相配合的翼型孔，并设有翻边结构，所述静子叶片的内外端部穿过所述轻质弹性件的翼型孔后借助其翻边结构与内、外环机匣相配合。

11.根据权利要求10所述的静子叶片安装结构，其特征在于，所述轻质弹性件与内外机匣的叶型孔的配合面应当与静子叶片在内外端部位置的叶型一致，并设有一定的冷态装配过盈量。

12.根据权利要求11所述的静子叶片安装结构，其特征在于，所述轻质弹性件的配合面具有足够的配合面积，通过配合面的过盈装配，实现静子叶片的稳定、精准定位要求。

13.根据权利要求1所述的静子叶片安装结构，其特征在于，各所述静子叶片根部叶型的最大厚度位置附近设有卡槽安装边结构，所述内环机匣上的叶型孔与静子叶片内端部的叶型相匹配。

14.一种具有上述任一项权利要求所述的静子叶片安装结构的燃气轮机或航空发动机。

15.权利要求1-13任一项所述的静子叶片安装结构的装配方法，其特征在于，

SS1.在进行静子叶片的装配时，首先将用于内、外环机匣的轻质弹性件依靠其翻边结构分别安装在内外环机匣不同叶型孔孔型的边缘；

SS2.带压板的静子叶片由外环机匣的叶型孔逐片插入内环机匣的叶型孔内；

SS3.利用各静子叶片外环压板的卡箍槽，装入整环的叶片外环用卡箍，完成整个组件的装配，实现静子叶片的精准定位和固定。