CN107795526A - 用于轴式涡轮发动机的压缩机的具有可调节叶片的定子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于轴流式涡轮发动机的压缩机的定子(22)的组件，该压缩机诸如也称为增压器的涡轮发动机的低压压缩机。该组件包括：定子(22)的第一环形阵列的第一叶片(26)，其在轴向流中径向地延伸；和定子(22)的第二环形阵列的第二叶片(28)，其具有受控的取向，也称为变节距叶片或VSV。另外，组件包括外单体叶冠，第一叶片(26)和第二叶片(28)以枢转方式安装在所述外单体叶冠上。

Description

用于轴式涡轮发动机的压缩机的具有可调节叶片的定子
技术领域
本发明涉及用于轴式涡轮发动机的具有取向受控的叶片的定子的领域。本发明还涉及具有可调节叶片的定子的组装方法。本发明还涉及轴式涡轮发动机，尤其是飞机的涡轮喷射发动机或航空器的涡轮螺旋桨发动机。
背景技术
目前，若干阵列的可取向叶片可以装配至涡轮喷射发动机的压缩机的定子壳体。这样的叶片可以在发动机的运行期间枢转。它们的弯曲的片体相对于穿过它们的主流倾斜，使其能够基于发动机状况和飞行状况调整它们的动作。因此，可以扩展操作范围并且优化效率。
压缩机的性能基于叶片关于壳体的角度定位的精度，以及叶片相对于彼此的定位的精度。叶片的相对定位的精度被理解为在它们阵列以内、也相对于其它阵列。特别地，效率要求叶片形成最佳地符合预定几何结构的叶栅。
文件US 2014/0182292 A1公开了一种双流涡轮风扇发动机。涡轮风扇发动机包括第一压缩机，其设置有若干个阵列的叶片，定子的一个阵列的叶片具有可变的几何结构。定子的不同阵列的叶片由专用的外叶冠支撑；这些不同的外叶冠借助于径向的环形凸缘一个挨一个地固定。该构造能实现在单体片状盘存在的情形下的安装。事实上，通过交替地固定转子叶片阵列和定子叶片阵列来组装压缩机。这些阵列中的每个阵列形成环，该环轴向地抵靠它的支撑件，并且径向地与它下游的叶片的阵列重叠。当前，这种架构特别庞大。此外，这样的涡轮发动机的效率受到限制。
发明内容
技术问题
本发明的目的是解决现有技术所呈现的问题中的至少一个。更确切地，本发明的目的在于提高包括具有可控几何结构的定子的涡轮发动机的效率。本发明的另一目的是提出一种紧凑的、耐用的、轻量的、经济的并且可靠的解决方案。
技术方案
本发明的主题是一种组件，所述组件用于轴流式涡轮发动机的定子，特别是用于轴流式涡轮发动机的压缩机的定子，所述组件包括：所述定子的第一环形阵列的第一叶片，所述第一环形阵列的第一叶片在轴向流中径向地延伸；所述定子的第二环形阵列的第二叶片，所述第二环形阵列的第二叶片具有受控取向，在轴向流中径向地延伸；其特征在于，该组件进一步包括外单体叶冠，所述第一叶片和所述第二叶片被安装在所述外单体叶冠上。
根据本发明的一个有利实施例，第二阵列的叶片被置放在第一阵列的叶片的上游。
根据本发明的一个有利实施例，外叶冠在它的上游端、可选地在所述第二阵列的叶片的区域中具有固定凸缘，并且可选地在它的下游端具有固定凸缘。
根据本发明的一个有利实施例，外叶冠包括第一环形阵列的孔和第二环形阵列的孔，所述第一叶片被安装在所述第一环形阵列的孔处，所述第二叶片被安装在所述第二环形阵列的孔处。
根据本发明的一个有利实施例，外叶冠包括相同材料的环形壁，并且所述环形壁可选地从所述第一叶片延伸到所述第二叶片。
根据本发明的一个有利实施例，在第一叶片和第二叶片的区域中和/或在第一叶片和第二叶片之间的区域中，外叶冠包括无环形凸缘的轴向部分，所述部分可选地包括总体上管形的或大体上截顶的外表面。
根据本发明的一个有利实施例，外叶冠包括恒定厚度的环形部段，或者其厚度以最多30％或最多15％变化；所述环形部段被置放在第一叶片和第二叶片之间。
根据本发明的一个有利实施例，所述环形部段在第一叶片和第二叶片之间的空间的大部分上轴向地延伸。
根据本发明的一个有利实施例，所述组件包括安装在第一叶片的内端处的第二内叶冠，所述第二内叶冠具有连续的圆形材料。
根据本发明的一个有利实施例，所述第二内叶冠被轴向地分成多个元件，每个元件具有连续的圆形材料。
根据本发明的一个有利实施例，所述组件包括具有被置放在第一叶片和第二叶片之间的第三环形列阵的第三叶片的转子。
根据本发明的一个有利实施例，所述组件包括被置放在外叶冠周围的同步环。
根据本发明的一个有利实施例，所述环被轴向地置放在第一叶片和第二叶片之间。
根据本发明的一个有利实施例，所述外叶冠包括具有环形形状的内表面，其直径向下游减小，特别是沿着至少一个阵列的叶片或沿着每个叶片阵列。
根据本发明的一个有利实施例，组件进一步包括第四环形阵列的第四叶片，所述第四叶片被安装在外单体叶冠上。
根据本发明的一个有利实施例，所述内表面的直径以单调或连续的方式减小。
根据本发明的一个有利实施例，外叶冠具有连续的圆周材料，并且这可选地适用它的整个轴向长度。
根据本发明的一个有利实施例，所述外叶冠具有轴向地沿着第一叶片和第二叶片的连续的材料。
根据本发明的一个有利实施例，所述外叶冠至少是从第一阵列的孔到第二阵列的孔的单体。
根据本发明的一个有利实施例，所述第二叶片被安装成在第二阵列的孔中可旋转地移动。
根据本发明的一个有利实施例，第二阵列的孔被构造成能够允许第二叶片的旋转地引导，和/或它们在径向上高于第一阵列的孔中的孔。
根据本发明的一个有利实施例，第二叶片的取向可以相对于第一叶片变化和/或相对于外叶冠变化。
根据本发明的一个有利实施例，第二叶片的取向可以变化至少10°或20°或30°。
根据本发明的一个有利实施例，第一叶片和/或第四叶片具有固定的取向，和/或每个包括内叶冠。
根据本发明的一个有利实施例，第四叶片被置放在第一叶片的下游。
根据本发明的一个有利实施例，第二叶片包括与所述第二叶片协作的特别是所述孔的旋转引导装置。
本发明还涉及具有定子的涡轮发动机，所述定子具有组件，其特征在于，所述组件符合本发明。
根据本发明的一个有利实施例，涡轮发动机包括压缩机，所述第二阵列的叶片形成所述压缩机上游的叶片阵列。
根据本发明的一个有利实施例，涡轮发动机包括具有由涡轮发动机的轴向流横穿的环形脉和轴向面的壳体，所述外叶冠被安装在所述轴向面上，可选地在所述环形脉的周围。
一般地，本发明的每个主题的有利实施例同样适用于本发明的其它主题。在可能的情况下，本发明的每个主题可与其它主题相结合。本发明的主题也可与说明书中的实施例组合，说明书中的实施例可进一步被彼此组合。
提供的优点
本发明使得能够提高涡轮发动机的效率。为此，它允许至少两个环形阵列的叶片中的叶片的更精确的定位。在更广的运行范围中提高涡轮发动机的运行。本发明提出的方案也受到组装方法的约束，并且保留某些操作的简单性。
附图说明
图1示出根据本发明的轴式涡轮发动机。
图2是根据本发明的涡轮发动机的压缩机的部分的示图。
具体实施方法
在以下说明中，术语内和外指相对于轴式涡轮发动机的旋转轴线的定位。轴向方向对应于沿着涡轮发动机的旋转轴线的方向。径向方向垂直于旋转轴线。上游和下游参考涡轮发动机中的流动的主要流动方向。
无论是转子还是定子，每个叶片具有前边缘、尾边缘、内弧表面和外弧表面，所述表面将前边缘连结到尾边缘，如叶片的弦。在以下说明中，可以参考中间弦。
图1以简化方式示出轴式涡轮发动机。在该特定情形中，它是双流涡轮喷射发动机。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。在操作中，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运动。压缩机4和6包括与定子的叶片阵列相关联的若干个转子的叶片阵列。转子绕其旋转轴线14的旋转因而允许形成空气流，并且逐渐压缩空气流直至进入燃烧室8中。具有外摆线减速齿轮的传动装置可以被安装在转子12中。
入口风扇16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经过涡轮发动机的前述各段，副流19经过环形导管(部分地示出)，形成可用于推动飞行器的推力。
图2是如图1所示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22，其具有外单体叶冠23。它具有单一材料。它形成闭式环。它具有连续的圆形材料和/或圆形一致性。对于它的整个长度，它可以是单体的。它可以包括由单一材料制成的部分。外叶冠23绕旋转轴线14装配并且包围转子12。
转子12可以包括若干转子叶片24的阵列，诸如两个或三个或更多个转子阵列，这里可以看到单个阵列的转子叶片24。这些转子叶片24，也称为第三叶片24，形成环形阵列，称为第三阵列。尽管转子1旋转，转子叶片24的弦在空间中相对于关于旋转轴线14的倾斜度维持不变。第三叶片24可以形成单一盘体；即，它们与它们的支撑裙部25不可分割。这样的布置也称为“叶盘(blisk)”。
压缩机4包括若干矫直器，诸如至少两个或至少三个或至少四个矫直器。每个矫直器包括环形阵列的定子叶片(26；28)。就它们安装在定子22上并且因此保持与定子22接触来说，这些叶片是定子叶片。矫直器与风扇16相关联或者与转子叶片24的阵列相关联，以便矫直它们的气流，从而将流体的速率转化成静压。
定子叶片(26；28)大体上径向地从外叶冠23延伸到内部。定子叶片(26；28)包括：具有固定取向的第一定子叶片26，其形成第一环形阵列；和具有被控制的取向的第二定子叶片28，其形成第二环形阵列。定子叶片可以同样包括第四阵列的第四叶片(未示出)，并可选地包括第五阵列的第五叶片(未示出)。这些其它阵列的叶片可以被放置在第一叶片28的下游，第一叶片26本身在第二叶片28的下游。这些阵列中的每个阵列在轴向上彼此间隔开。例如，第一叶片26可以通过第三叶片24的环形阵列的与第二叶片28在轴向上分离开。
第二叶片28也称为变节距叶片，或者VSV(对应，“variable stator vane”，可变定子叶片)。它们的特别之处在于，它们的弦的斜率可以相对于压缩机4的旋转轴线14改变，并且这在涡轮发动机的运行期间发生。它们的内弧面和外弧面可以更多或更少地暴露至主流18。在涡轮发动机的运行期间，它们的取向可以被控制，例如以便扫过至少30°角。压缩机的定子是混合式的。它包括具有受控取向的叶片以及具有固定取向的叶片，受控取向的叶片因而是可调节的。当然，具有受控取向的叶片的单个阵列被示出，但是，该定子同样可以接收具有受控取向的叶片的更多的阵列。
第二叶片28可以相对于流18枢转，使得它们通过它们的片体或多或少地覆盖流脉(fluid vein)。此外，它们可以拦截主流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移动更靠近或更远离同一阵列中的叶片。相对于主流方向或多或少地倾斜，它们使主流18或多或少地偏离以调制由它们产生的流动矫直。因而，涡轮发动机和压缩机可以在运行期间服从不同的效率曲线，并且，这是由于它们的叶栅的可变几何结构。
压缩机4可以包括悬挂在定子叶片26、28的内端处的内叶冠30、32，第一内叶冠30被固定到第一叶片26，并且，第二内叶冠32相对于所述第二叶片28枢转连接。为了允许第二叶片的旋转，它们具有接合在第二内叶冠32中的内销34。它们还具有在凸台38的区域中穿过外叶冠23的外销36。凸台38可以包括第二孔40，其使得能够形成与外销36的枢转连接。销34、36可以形成筒状杆，并且它们可以由与它们的片体相同的材料制成。轴承(未示出)可以被设置在内销34周围，以及在第二孔40与外销36之间。外销36延长至控制杆，由同步环44控制的控制杠杆42安装在控制杆上，同步环44经由它们的控制杠杆42控制第二叶片28中的每一个叶片。控制系统的致动器(未示出)可以控制同步环44，并且因而控制第二叶片28在主流18中的取向。
第一叶片26经由它们的杆46被固定到且刚性地结合到外叶冠23，杆46被引导穿过孔48，孔48形成阵列，称为第一阵列的孔48。夹持装置(未示出)有助于冻结第一叶片26的取向。孔40、48可以在同一机器的同一阶段期间实现，使得它们各自的位置被更好地管理，并且它们的叶片26、28的安装更好地符合预定的几何结构。
定子22包括环形壁50。可选地，它包括上游固定凸缘52、下游固定凸缘(未示出)和环形密封件54，环形密封件54被施加在环形壁50的内侧并且以密封方式与转子12的第三叶片24协作。上游凸缘52形成壁50的上游端，并且允许在涡轮发动机的壳体上的固定，例如，固定在上游的壳体或中间壳体上。壁50可以是同一材料的。它可以沿着全部的第二叶片28和第一叶片26，并且可选地沿着全部的第四叶片在轴向上延伸。壁50形成用于定子的叶片26、28的安装支撑件。
根据本发明的一个选项，外叶冠23的内表面56具有向下游减小的内径，并且紧挨安装在转子12上的第三叶片24的外端。这一构造因而要求在安装第二叶片28和它们的内叶冠32之前，将第三叶片24放置在外叶冠23中。反之，则可能在技术上行不通，因为这些第二叶片28会堵住转子12进入外叶冠23内侧的入口。
另外，第二叶片28是可调整的。它们可以在其自身上枢转，这归因于在孔40中调节的它们的外销36。因此，可以通过径向地引入，或者沿着它们的枢转轴线58进行它们的安装，枢转轴线58变成它们的引入轴线。
为了允许它的安装，第二内叶冠32被分开。它被轴向地分成上游元件60和下游元件62，它们中的每一个形成闭式环。这些元件60、62中的至少一个或每一个是单体的，即，它具有连续的环形材料。它们中的一个可以呈角度地被分段。它们中的至少一个可以以密封方式与转子12协作，例如与密封齿协作。在组装方法期间，下游元件62被放置成与第三叶片24相对。接着，引入第二叶片28，使得它们的内销34置放成在轴向上面向下游元件62的区域，并且径向地位于该区域中。接着，上游元件60被轴向地附接在下游元件62上，同时维持内销34就位。内销34然后被锁定在元件60、62之间，同时形成枢转连接；即，具有单个自由度的机械连接。
外叶冠23包括均匀的轴向部分64。这一轴向部分64可以不具有环形的凸缘，并且，其可以具有基本上管形的、或大体上截去顶端(truncated)的外表面66。该外表面66可以是轴向连续的。轴向部分64可以在将第一叶片26和第二叶片28分开的空间的大部分上延伸，并且从第二叶片28朝向第一叶片26可以具有减小的直径。
轴向部分64可以在壁50上界定恒定厚度的环形部段。可选地，环形部段的厚度可以在轴向上变化至多20％或者至多10％。该环形部段被置放在第一叶片26和第二叶片28之间，并且，其可以在第一叶片26和第二叶片28之间的空间的大部分上轴向地延伸。

Claims (17)

1.一种用于具有轴向流的涡轮发动机(2)的定子(22)的组件，所述组件包括：
-所述定子(22)的第一环形阵列的第一叶片(26)，其在所述轴向流中径向地延伸；和
-所述定子(22)的第二环形阵列的第二叶片(28)，其具有受控的取向，在所述轴向流中径向地延伸；
其特征在于，所述组件还包括：
外单体叶冠(23)，所述第一叶片(26)和所述第二叶片(28)被安装在所述外单体叶冠(23)上。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第二环形阵列的叶片(28)被置放在所述第一环形阵列的叶片(26)的上游。
3.根据权利要求1-2中的一项所述的组件，其特征在于，所述外单体叶冠(23)在它的上游端、在所述第二环形阵列的叶片(28)的区域中具有固定凸缘(52)，并且在它的下游端具有固定凸缘。
4.根据权利要求1-2中的一项所述的组件，其特征在于，所述外单体叶冠(23)包括第一环形阵列的孔(48)和第二环形阵列的孔(40)，所述第一叶片(26)安装在所述第一环形阵列的孔(48)处，所述第二叶片(28)安装在所述第二环形阵列的孔(40)处。
5.根据权利要求1-2中的一项所述的组件，其特征在于，所述外单体叶冠(23)包括相同材料的环形壁(50)，并且，所述环形壁(50)从所述第一叶片(26)延伸到所述第二叶片(28)。
6.根据权利要求1-2中的一项所述的组件，其特征在于，在所述第一叶片(26)和所述第二叶片(28)的区域中和/或在所述第一叶片(26)和所述第二叶片(28)之间的区域中，所述外单体叶冠(23)包括不具有环形凸缘的轴向部分(64)，所述轴向部分(64)包括基本上管形的外表面(66)。
7.根据权利要求1-2中的一项所述的组件，其特征在于，所述外单体叶冠(23)包括环形部段，所述环形部段的厚度变化至多30％；所述环形部段被置放在所述第一叶片(26)和所述第二叶片(28)之间。
8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述环形部段在所述第一叶片(26)和所述第二叶片(28)之间的空间的大部分上轴向地延伸。
9.根据权利要求1-2中的一项所述的组件，其特征在于，所述组件包括安装在所述第二叶片(28)的内端处的内叶冠(32)，所述内叶冠(32)具有圆形连续的材料。
10.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，所述内叶冠(32)在轴向上被分成多个元件(30；32)，每个元件具有圆形连续的材料。
11.根据权利要求1-2中的一项所述的组件，其特征在于，所述组件包括转子(12)，所述转子具有被置放在所述第一叶片(26)和所述第二叶片(28)之间的第三环形阵列的第三叶片(24)。
12.根据权利要求1-2中的一项所述的组件，其特征在于，所述组件包括置放在所述外单体叶冠(23)的周围的同步环(44)。
13.根据权利要求12所述的组件，其特征在于，所述同步环(44)被轴向地置放在所述第一叶片(26)和所述第二叶片(28)之间。
14.根据权利要求1-2中的一项所述的组件，其特征在于，所述外单体叶冠(23)包括环形形状的内表面(56)，沿着每个环形阵列的叶片(24；26；28)，所述内表面(56)的直径向下游减小。
15.根据权利要求1-2中的一项所述的组件，其特征在于，所述组件进一步包括第四环形阵列的第四叶片，所述第四叶片被安装在所述外单体叶冠(23)上。
16.一种包括具有组件的定子(22)的涡轮发动机(2)，其特征在于，所述组件根据权利要求1-15中的一项，并且，所述涡轮发动机包括压缩机(4；6)，所述第二阵列的叶片(28)形成在所述压缩机(4；6)的上游的环形阵列的叶片。
17.根据权利要求16所述的涡轮发动机(2)，其特征在于，所述涡轮发动机包括壳体，所述壳体具有由所述涡轮发动机的轴向流横穿的环形脉和轴向面，所述外单体叶冠(23)围绕所述环形脉安装在所述轴向面上。
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