CN107795525B - 轴式涡轮机压缩机的内叶冠和可取向叶片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于涡轮机的压缩机定子的组件。该组件包括：叶冠(30)，其可以是内叶冠(30)，其被轴向地分成两个部件；兜部，其形成在叶冠(30)中；轴承(32)，其位于兜部中；和可取向叶片(26)，其绕枢转轴线(80)可枢转地安装在轴承(32)中。叶冠(30)包括将部件(60；62)分开的轴向分离界面(68)，其从可取向叶片(26)的枢转轴线(80)轴向偏移。本发明还提供了用于组装该组件的方法。

Description

轴式涡轮机压缩机的内叶冠和可取向叶片

技术领域

本发明涉及轴式涡轮机的可取向叶片的领域。更具体地，本发明涉及涡轮机的内叶冠和可取向叶片之间的枢转连接。本发明还涉及轴式涡轮机，特别是飞行器涡轮喷射发动机或涡轮螺旋桨发动机。

背景技术

通常，若干排的可取向叶片被装配到涡轮喷射发动机压缩机的定子壳体。这样的叶片可以在发动机运行的同时进行枢转。它们的弧形的叶面相对于它们穿过的主流倾斜，其结果是，可以相对于发动机运行条件和飞行条件调节叶片的动作。因而，运行范围和性能被扩展。

考虑到简化安装，或更简单地安装，以便安装在物理上是可以的，悬挂在可取向叶片上的内叶冠可以被分为两个轴向的部件。这两个部件可以结合在一起，从而围绕可取向叶片的内部耳轴包围旋转轴承。

文件FR 3 009 335 A1公开了一种用于引导涡轮机的具有可变角度设定的叶片重取向的装置。该装置包括壳体，成排的可调节叶片从所述壳体径向地延伸。内叶冠附接到这些可调节的叶片。内叶冠经由装配在可调节叶片的内耳轴周围的筒形衬套被悬挂在可调节叶片上。通过使内叶冠的轴向部分在一起同时紧固所述筒形衬套而组装所述内叶冠。然而，这一组装操作是复杂的，因为将衬套临时保持在叶冠的部件中是不稳定的。除此以外，使叶冠的部件抵靠衬套的操作是复杂的，因为衬套的存在扰乱内叶冠的部件的配合，这些部分是相对柔性的。除此以外，这些衬套在它们的凹部中不是非常稳定的。

发明内容

技术问题

本发明旨在解决现有技术所呈现的问题中的至少一个。更具体地，本发明涉及改进连接可取向叶片的轴承至叶冠的保持。本发明还涉及提供一种简单的解决方案，该方案结实、轻便、经济、可靠、易于制造、维护方便、密封性好，并易于检验。

技术方案

本发明涉及一种用于轴式涡轮机的组件，尤其是用于涡轮机的压缩机的定子组件，所述组件包括：叶冠，可以是内叶冠，所述叶冠被轴向地分成两个部件；兜部，所述兜部形成在所述叶冠中；轴承，所述轴承位于所述兜部中；以及可取向叶片，所述可取向叶片绕枢转轴线枢转地安装在轴承中；其特征在于，所述叶冠包括使所述部件分开的轴向界面，所述轴向界面相对于可取向叶片的枢转轴线轴向地偏移。

根据本发明的一个有利实施例，所述轴承在所述可取向叶片与所述内叶冠之间提供密封，所述轴承可以完全填充所述兜部。

根据本发明的一个有利实施例，所述分离界面轴向地界定所述轴承，所述部件中的一个部件可以包括与所述轴承接触的平的圆形表面。

根据本发明的一个有利实施例，所述组件包括一件式外叶冠，所述可取向叶片被安装在所述外叶冠上。

根据本发明的一个有利实施例，所述轴承的轴向长度大于圆周方向上的宽度，和/或大于径向上的厚度。

根据本发明的一个有利实施例，所述兜部包括经密封的基部，其可以与所述轴承接触。

根据本发明的一个有利实施例，所述轴承具有两个基本上平行的侧面，所述侧面可以在所述轴承的轴向长度的大部分上延伸。

根据本发明的一个有利实施例，所述兜部几乎或完全形成在所述部件中的一个部件中，可以在上游部件中。

根据本发明的一个有利实施例，所述下游部件包括环形密封件，其可以具有耐磨材料，所述密封件轴向地和/或径向地与所述轴承分开。

根据本发明的一个有利实施例，所述轴承包括外面，所述外面具有平的且圆形的表面。

根据本发明的一个有利实施例，所述轴承包括轴向偏心贯通开口。

根据本发明的一个有利实施例，所述轴承包括使旋转固定化的器件，特别是平的面，其与兜部的壁一起作用。

根据本发明的一个有利实施例，所述轴承包括具有径向过大厚度的部分，其部分地形成所述叶冠的所述外表面。

根据本发明的一个有利实施例，所述可取向叶片包括具有周界的盘，所述具有过大厚度的部分使所述盘与所述部件中的一个部件轴向分开。

根据本发明的一个有利实施例，所述轴承包括半圆形轴向部分。

根据本发明的一个有利实施例，所述轴承包围所述内耳轴和/或是一件式的。

根据本发明的一个有利实施例，所述轴承完全填充所述叶片与所述叶冠之间的所述兜部。

根据本发明的一个有利实施例，所述叶冠的至少一个部件或每个部件是一件式的。

根据本发明的一个有利实施例，所述内叶冠或所述部件中的一个部件具有基本上回转的轮廓，所述轮廓轴向长度比它的径向厚度长，或者是径向厚度的至少两倍或者至少三倍。

根据本发明的一个有利实施例，所述可取向叶片的枢转轴线在所述部件中的一个部件内，和/或轴向地在距所述两个部件中的另一个部件一距离处。

根据本发明的一个有利实施例，所述可取向叶片的枢转轴线在所述部件中的一个部件的环形包络部内，和/或轴向地在距所述两个部件中的另一个部件的环形包络部一距离处。

根据本发明的一个有利实施例，所述密封的基部与所述轴承在它的整个轴向长度方向上接触。

根据本发明的一个有利实施例，所述兜部的深度在所述上游方向上增大，特别是在所述轴承的多出厚度处。

根据本发明的一个有利实施例，所述部件中的至少一个部件包括使所述兜部分开的轴向分隔部。

本发明也涉及用于轴式涡轮机定子的组件，所述组件包括：叶冠，所述叶冠通过轴向分离界面被分成两个部件；兜部，所述兜部被形成在所述叶冠中；轴承，所述轴承位于所述兜部中；和可取向叶片，所述可取向叶片被可枢转地绕枢转轴线安装在所述轴承中；其特征在于，所述兜部包括密封的基部，所述密封的基部可以与所述轴承接触。

本发明也涉及用于轴式涡轮机定子的组件，所述组件包括：叶冠，所述叶冠通过轴向分离界面被分成两个部件，并且所述叶冠包括用于引导所述涡轮机的环形流动的环形表面；兜部，所述兜部被形成在所述叶冠中；轴承，所述轴承位于所述兜部中；和可取向叶片，所述可取向叶片被绕枢转轴线可枢转地安装在的所述轴承中；其特征在于，所述轴承包括具有多出的径向厚度的部分，该部分部分地形成所述叶冠的所述引导表面。

本发明也涉及包括定子组件的涡轮机，其特征在于，所述组件与本发明一致，优选地，所述涡轮机包括具有内毂的中间壳体。

根据本发明的一个有利实施例，所述中间壳体包括下游面，所述组件被安装在所述下游面上。

根据本发明的一个有利实施例，所述叶冠的所述部件中的一个部件与所述内毂接触，和/或所述叶冠的所述部件中的一个部件轴向地在距所述内毂一距离处。

本发明也涉及用于组装涡轮机的定子组件的方法，所述组件包括外叶冠、具有由被连接到可取向叶片的旋转轴承占据的兜部的内叶冠，所述内叶冠被轴向地分成第一部件和第二部件，所述方法包括以下阶段：(b)装配所述叶冠的第一部件；(c)将所述可取向叶片径向地插在支撑部中；(d)将所述轴承径向接合在所述可取向叶片的内侧；其特征在于，所述轴承具有轴向引导面，并且所述方法进一步包括步骤(e)，通过将所述第二部件抵靠在所述轴承的所述轴向引导面上滑动来装配所述第二部件；所述组件可以符合本发明。

根据本发明的一个有利实施例，在所述接合步骤(d)期间，所述轴承径向地抵靠所述第一部件滑动，特别是抵靠所述下游部件滑动。

根据本发明的一个有利实施例，在装配第一部件的步骤(b)期间，所述部件与密封所述涡轮机的转子的装置一起作用。

一般地，本发明的每个目标的有利实施例也能应用到本发明的其它目标。在可以的情况下，本发明的每个目标能与其它目标相结合。本发明的目标也能与说明书中的实施例组合，说明书中的实施例能进一步被组合在一起。

提供的优点

本发明通过所述轴承的作用在叶冠的部件上的非对称性，改善了轴承如何被固定。使部件之间的界面偏移也使其能够提供更多的空间，用于保持衬套的临时工具的使用。除此以外，轴承的周界使得更易于使它们在兜部中定位。所述定子在制造上更加经济。

叶冠的部件的构造，连同轴承的填充特性一起，增强密封，并且因此增强涡轮机的性能。兜部的底部的封闭形式进一步改善密封，同时增强对应部件的刚性。

附图说明

图1示出根据本发明的轴式涡轮机。

图2示出根据本发明的涡轮机压缩机的一部分。

图3示出根据本发明的叶冠的平坦部分。

图4是根据本发明的轴承的等距视图。

图5是图2的内叶冠的放大视图。

图6示出根据本发明的用于组装涡轮机定子的组件的方法的图。

具体实施方法

在以下说明中，术语内和外涉及与轴式涡轮机的旋转轴线相关的位置。轴向方向对应于沿着涡轮机的旋转轴线的方向。径向方向垂直于旋转轴线。上游和下游涉及涡轮机内的主流的方向。

图1以简化方式图示轴式涡轮机。在该具体情形中，它是双流式涡轮喷射发动机。涡轮喷射发动机2包括被称为低压压缩机4的第一压缩段、被称为高压压缩机6的第二压缩段、燃烧室8和一个或多个段的涡轮10。在运行中，经由中心轴传递到转子12的涡轮10的机械动力使两个压缩机4和6转动。压缩机包括有与成排的定子叶片相关联的若干排的转子叶片。转子绕其旋转轴线14的旋转因而使其能够形成空气流，并且逐渐地压缩空气流，直至其进入燃烧室8。

通常称为风扇或鼓风机16的入口风扇连接到转子12，并且形成空气流，所述空气流被分成主流18和副流19，主流18经过涡轮机的各种前述段，副流19经过环形导管(部分地示出)，从而形成有助于飞行器的推进的推力。

图2是诸如图1中的轴式涡轮机的压缩机的部分的截面视图。该压缩机可以是低压压缩机4。

压缩机包括定子20，其具有一件式的外叶冠22，外叶冠22可以形成压缩机的外壳体。外叶冠22是一件式的。它形成闭环。它具有材料的圆形连续性和/或圆形一致性。它可以在其整个长度上是一件式的。它可以包括被整体结合的部分。

转子12可以包括若干排的转子叶片24，例如，两个或三个或更多个转子排(仅一个可见)。尽管转子12旋转，但是转子叶片24的弦(chord)在空间上相对于旋转轴线14的倾斜维持不变。转子叶片24可以形成一件式的盘体；也就是说，它们不能从它们的支撑边缘25分离。这样的布置也可以由术语“叶盘(blisk)”表示。

压缩机4包括若干个重取向构件，例如，至少两个或至少三个或至少四个的重取向构件。每个重取向构件包括环形的成排的定子叶片26。就它们被安装在定子20上并且因此维持与定子20接触来说，这些叶片是定子叶片。重取向构件与风扇相关联或者与成排的转子叶片24相关联，以使它们的气流重取向，以便将流动的速率转化成静压。

定子叶片26包括取向受控的定子叶片26。这些可取向叶片26朝向外叶冠22的内部径向延伸并且形成环形的排。这些可取向叶片26也被称为可变设定叶片，或者由可变定子叶片(Variable Stator Vane)的英文首字母缩写VSV表示。它们的特别特征在于它们能在它们自身上枢转，使得它们的弦的倾斜可以相对于压缩机4的旋转轴线14改变，并且在它在运行的同时这样操作。

通过它们的弦，叶片可以在两个极限位置之间扫过至少30°的角度。它们的内面和外面可以更大或更小程度地暴露至主流18。可取向叶片26可以相对于流动18枢转，尽管由于它们的叶面它们覆盖流体流动的更大或更小的部分。它们更多地拦截主流18。它们占据的周向宽度可以变化。它们的前边缘和它们的尾边缘可以更靠近或更远离同一排中的叶片。通过相对于流的总体方向倾斜更大或更小程度，它们使主流18偏离更大或更小的程度，以调制它们提供的流动的变向。因而，涡轮机和压缩机可以在运行中符合不同的性能曲线。定子叶片也可以包括其它环形的成排的叶片28；这些其它叶片可以可以具有固定的取向或具有受控制的取向。

压缩机4的定子20包括内叶冠30，其悬挂在可取向叶片26的内末端，同时保留可取向叶片26的枢转性质。为此，内叶冠30装配有旋转轴承32，其围绕可取向叶片26的内耳轴34安装。径向相反地，可取向叶片26具有接合在开口38中的外耳轴36，开口38可以可选地形成为穿过凸台40。耳轴34、36可以形成筒形杆，并且可以与它们的叶片是单一部件。用于控制可取向叶片的系统也为本领域的普通技术人员熟知并且不进一步详细讨论。

定子20包括中间壳体42，其形成涡轮机的载荷支承结构的部件。该中间壳体42可以接纳分离唇部(未示出)。中间壳体42可以包括外部44、壳体臂46和内毂48，壳体臂46形成穿过主流18的支撑部，内毂48可以抵达内叶冠30。

外叶冠22可以包括环形壁50和附接到中间壳体42的外部分44的上游凸缘52。壁50可以被一体地结合。壁可以在可取向叶片26和可以的其它叶片的整个轴向长度上延伸。

根据本发明的一个选项，外叶冠22的内表面56具有内径，所述内径向下游减小，并且与转子叶片24的外末端互补。该构造因此使得必须在安装可取向叶片26和它们的内叶冠30之前将转子叶片24定位在外叶冠22内。相反的情况在物理上不可行，原因在于外叶冠22的单一部件的特性。

作为对于这一技术限制的响应，内叶冠30被划分。它在轴向上被分成上游部件60和下游部件62。这些部件中的每个部件可以形成闭环。至少一个或每个部件(60；62)是一件式的，也就是说，它/它们具有材料的圆形连续。可替选地，它们中的一个被成角度地分割。然而，一件式构造借助形成枢转连接的内耳轴34提高内叶冠30的刚性和稳固；这是具有单个自由度的机械连接。

尽管仅一个可取向叶片26和仅一个轴承32可以被看到，但是本教导可以被应用到整排。

图3提供图2中的内叶冠的平面视图中的轮廓图，出于简洁的原因，轴承未被示出。旋转轴线14被指示。

上游部件60和下游部件62被从外侧示出。上游部件60具有环形的成排的兜部64，示出了四个兜部。兜部64每个具有封闭的基部66，其提供对下游部件62的密封。它们可以在终止于轴向部件(60；62)的轴向分离界面68。轴向分离界面68可以是垂直于旋转轴线14的平面，或者可以是大体上锥形的。兜部66可以具有颠倒的字母“U”的形状，轴承具有与兜部64的形状互补的形状。这些兜部64被密封壁69分开。

图4在等距视图中图示轴承32，轴承可对应结合图2和3图示的轴承。

轴承32是一件式的。它具有半筒形上游部分，以及矩形下游部分，所述矩形下游部分设有轴向引导侧面70。这些面70可以是平行的。旨在接纳可取向叶片的内耳轴的开口72在部分之间的界面处。盘式的平坦的面74围绕开口72。与此互补地，轴承具有径向上的多出的厚度76，所述径向过大厚度76相对于平坦的面74升高。多出的厚度76可以结合轴承的一个轴向末端，例如它的平的下游面78，使它能够抵靠叶冠的下游部件在旋转上受阻。

尽管使出了单个轴承32，但本教导可以应用到整个环形的排。

图5对应于图2的界定区域的放大视图。内叶冠30的对应于可取向叶片26和它的轴承32的横截面与内部耳轴34的枢转轴线80一致。

枢转轴线80远离部件(60；62)之间的轴向界面68。这允许轴承32更好地固定在一个部件中；在这种情形中恰当地在上游部件60中。可以在叶冠30的材料上测出空间。

多出的厚度76从叶冠30的外部突出。多出的厚度76可以部分地形成内叶冠30的外表面82；外表面82界定并引导涡轮机内的主流18。这一多出的厚度76使其能够填充叶冠30中的空间，同时提供其紧凑的特性。例如，内叶冠的轮廓的长度可以大于其径向厚度，或可以是它的径向厚度的两倍。多出的厚度76可以形成下游部件62和可取向叶片26的盘形板件84之间的分隔部。特别地，它可以抵靠盘84的筒形周界滑动。

转子12以密封方式与下游部件62一起作用，可以是在耐磨的密封件86处。轴承32不与环形密封件86重叠，因为界面68使它们分开。

图6是用于涡轮机的组装的方法的图。

涡轮机的部件可以对应于结合图1-5描述的那些部件。

该方法可以包括以下步骤，它们可以按以下顺序实施：

(a)-围绕转子布置100外叶冠；

(b)-装配102内叶冠的下游部件；

(c)-径向地将可取向叶片插入104外叶冠中；

(d)-径向地将轴承接合106在可取向叶片内；

(e)-通过将内叶冠的上游部件抵靠轴承的轴向引导面轴向地滑动来装配108内叶冠的上游部件108。

在阶段(b)中的装配102期间，所装配的第一部件与转子接触，例如，围绕和/或接触转子的密封件。该密封件可以是一组密封元件。该密封件可以使上游部件相对于转子定中。其它部件可以不不具有任何密封件。

在阶段(d)中的接合106期间，轴承抵靠第一部件在径向上滑动，尤其是抵靠下游部件，并且被装配在可取向叶片的内耳轴周围。

在阶段(e)中的装配108期间，上游部件沿着轴向移动，同时被引导面引导。因为轴承可以相对于耳轴旋转，所以它们以这样的方式回转以将它们轴向地定位在它们的兜部中，使其更易于更靠近上游部件。

Claims (12)

1.一种用于轴式涡轮机（2）的定子组件（20），所述定子组件包括：

叶冠（30），其在轴向上被分成两个部件（60；62），所述两个部件（60；62）每一个具有引导空气流的外表面（82）且所述外表面彼此齐平；

兜部（64），其形成在所述叶冠（30）中；

一件式的轴承（32），其位于所述兜部（64）中；和

可取向叶片（26），其绕枢转轴线（80）可枢转地安装在所述轴承（32）中；

其中，

所述叶冠（30）包括将所述部件（60；62）在轴向上分开的分离界面（68），所述可取向叶片（26）的枢转轴线（80）轴向地远离所述分离界面（68），

其中，一件式的轴承（32）包括界定并引导空气流的外表面，一件式的轴承（32）的外表面布置为与叶冠（30）的所述两个部件（60；62）的外表面（82）齐平;

其中，所述一件式的轴承（32）包括具有径向多出的厚度（76）的部分，该部分形成所述一件式的轴承的所述外表面;

其中，所述可取向叶片（26）包括盘（84），该盘具有与叶冠（30）的所述一个部件（60）的外表面（82）齐平且与一件式的轴承（32）的外表面齐平的外表面。

2.根据权利要求1所述的定子组件（20），其特征在于，所述可取向叶片（26）包括形成所述枢转轴线（80）的耳轴（34；36），所述耳轴（34；36）在轴向上从所述分离界面（68）偏移。

3.根据权利要求1或2中的任一项所述的定子组件（20），其特征在于，所述轴承（32）提供在所述可取向叶片（26）和所述叶冠（30）之间的密封，所述轴承（32）绕所述枢转轴线（80）完全填充所述兜部（64）。

4.根据权利要求1或2中的任一项所述的定子组件（20），其特征在于，所述分离界面（68）轴向地界定所述轴承（32），所述部件（60；62）中的一个部件包括与所述轴承（32）接触的平的圆形表面。

5.根据权利要求1或2中的任一项所述的定子组件（20），其特征在于，所述定子组件包括一件式外叶冠（22），所述可取向叶片（26）被安装在所述外叶冠（22）上。

6.根据权利要求1或2中的任一项所述的定子组件（20），其特征在于，所述轴承（32）具有两个平行的侧面，所述两个平行的侧面在所述轴承（32）的一半以上的轴向长度上延伸。

7.根据权利要求1或2中的任一项所述的定子组件（20），其特征在于，所述兜部（64）完全形成在所述两个部件（60；62）中的一个部件中。

8.根据权利要求1或2中的任一项所述的定子组件（20），其特征在于，所述下游部件（62）包括具有耐磨材料的环形密封件（86），所述环形密封件（86）在轴向和径向上远离所述轴承（32）。

9.根据权利要求1或2中的任一项所述的定子组件（20），其特征在于，所述轴承（32）包括轴向偏心的贯通开口（72）。

10.根据权利要求1所述的定子组件（20），其特征在于，所述盘（84）具有周界，所述具有径向多出的厚度（76）的部分在轴向上将所述盘（84）与所述两个部件（60；62）中的一个部件分开。

11.一种包括具有定子组件的压缩机（4；6）的涡轮机（2），其特征在于，所述定子组件（20）符合权利要求1-10中的一项，并且，所述涡轮机（2）包括具有内毂（48）的中间壳体（42）。

12.根据权利要求11所述的涡轮机（2），其特征在于，所述叶冠（30）的两个部件（60；62）中的一个部件与所述内毂（48）接触，并且所述叶冠（30）的两个部件（60；62）中的一个部件轴向地远离所述内毂（48）。

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