CN108698118A - 用于铸造涡轮机的叶片装置的芯体 - Google Patents

用于铸造涡轮机的叶片装置的芯体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于铸造涡轮发动机的叶片装置的芯体(16)，所述芯体(16)包括用于限定第一空腔的第一部件(17)和第二部件(18)，第二部件的至少一个部分(19)限定位于叶片装置的第一空腔和顶端之间的第二空腔，其中：‑第二部件(18)的所述部分(19)包括通孔，该通孔与第一部件(17)相对地终止以便在铸造叶片装置中限定用于从第一空腔除尘的导管的外表面；‑氧化铝销(27)被固定到第一部件(17)的端部表面(28)并且延伸到通孔中以限定管道的内表面；‑定心装置(29)被置于销(27)和通孔之间以便使销相对于通孔定于中心，所述定心装置(29)由在围绕芯体(16)铸造叶片装置之前将被分解的材料制成。

Description

用于铸造涡轮机的叶片装置的芯体
技术领域
本发明涉及涡轮发动机(比如涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机)式航空器发动机叶片的制造。
背景技术
在图1中用附图标记1表示的这种涡轮喷气式发动机中，空气被吸入到入口套管2中以穿过包括一系列旋转叶片3的鼓风机，然后被分成中心主流和围绕主流的次级流。
主流被低压压气机4和高压压气机6压缩，然后到达燃烧室7，之后主流通过穿过涡轮8膨胀，然后通过产生推力而被释放。次级流本身由鼓风机直接推进以产生额外的推力。
每个涡轮8包括径向定向并且围绕旋转轴线AX均匀地间隔开的一系列叶片装置，外壳体9围绕发动机单元。
通过使在燃烧室的上游移送并且在叶片装置的基部处进入的空气在每个叶片装置中流通来确保叶片装置的冷却，该空气通过穿过这些叶片装置的壁的孔释放。
在图2中用附图标记11表示的这样的叶片装置包括：叶片装置通过其固定到旋转体的基部P、由该基部P支撑的叶片12、位于基部与该叶片的连接部处的平台13。
叶片12具有围绕被称为叶展方向轴线的轴线EV(垂直于轴线AX)螺旋的非直线形状。叶片包括基部，叶片通过该基部连接到平台13并且基部径向延伸直到顶端S，该顶端是该叶片的自由端部。叶片的两个主壁是其上壁14及其在图2中看不到的下壁，两个主壁在其当前部分彼此间隔开，并且在后缘15处连结在一起。
叶片11的顶端S包括垂直于方向EV封闭的壁，并且该壁连接上壁和下壁。在图2中不可见的该封闭壁相对于上壁和下壁的自由边缘朝向轴线AX凹陷。封闭壁与这些边缘一起限定出在与轴线AX相反的方向上开口的凹入部分，称为浴槽(baignoire)，其由不连续的线条示意性地表示并且附图标记为B，凹入部分位于叶片装置的顶部处，换句话说，位于叶片装置的顶端处。
增加的性能需求导致需要优化叶片装置的冷却，这通过该叶片装置的空腔和内部通道中的空气流通来确保。这种优化导致空腔和内通道的数量倍增，这导致可能是复杂的重叠的几何形状。
为了确保不会使冷却受损，每个内部空腔通过至少一个除尘孔连接到外部，以释放可能的灰尘，使得灰尘不会阻挡空气的流通。
本发明的目的是提供一种能够生产各种内部空腔，同时确保内部空腔除尘的生产方法。
发明内容
为此，本发明的目的是提供一种用于模制涡轮发动机叶片装置的芯体，该叶片装置包括沿叶展方向延伸并以顶端结束的叶片，该芯体包括限定第一内部空腔的第一芯体元件和第二芯体元件，第二芯体元件的至少一个部分限定叶片装置的第二内部空腔，这些芯体元件彼此刚性连接，第二空腔沿叶展方向位于叶片装置的第一空腔和顶端之间，并且其中：
-第二芯体元件的限定第二空腔的部分包括沿叶展方向定向的通孔，并且该通孔直接通向第一芯体元件的端部表面以在模制的叶片装置中限定第一空腔的除尘导管的外表面，该导管从一端穿过第二空腔到达另一端，从而通向叶片装置的顶端；
-氧化铝杆的直径小于通孔的直径，并氧化铝杆通过固定到第一芯体元件的端部表面而在通孔内延伸，以限定除尘导管的内表面；
-定心装置置于杆和通孔之间，使杆相对于孔定于中心，这些定心装置由在围绕所述芯体对叶片装置进行铸造之前将被分解的材料制成。
通过这种布置，杆和通孔的位置和定向直接关联，使得孔和杆必定最佳地同轴。由该孔和该杆限定的除尘导管因此必定具有足够且均匀的厚度。因此，这种布置能够形成穿过空腔的除尘导管，以从由该导管穿过的空腔覆盖的另一个空腔或通道中除去灰尘。
本发明的目的还在于如此限定的芯体，其中，定心装置由在该杆的至少一部分长度上围绕该杆的壳层形成。
本发明的目的还在于如此限定的芯体，其中，壳层由有机聚合物型材料制成。
本发明的目的还在于如此限定的芯体，其中，通孔位于第二芯体元件的限定第二空腔的部分的中心区域中，以与该芯体元件的每个侧面间隔开，以便在完成的叶片装置中构成将在第二空腔中流通的空气分成两个侧流的障碍物。
本发明的目的还在于如此限定的芯体，该芯体包括邻接第二芯体元件的限定第二空腔的部分的侧表面并且在该侧表面中敞开的通孔，以便在完成的叶片装置中构成邻接叶片装置的侧壁内侧的导管。
本发明的目的还在于如此限定的芯体，其中，第一芯体元件布置成限定叶片的后缘的冷却通道，并且其中，第二芯体元件布置成限定叶片装置的浴槽下方空腔。
本发明的目的还在于提供一种用于制造如此限定的芯体的方法，该方法包括在注射芯体元件以前将杆与其壳层定位在模制单元中的步骤，以及当杆在该单元中就位时将芯体元件注射到模制单元中的步骤。
本发明还涉及一种利用如此限定的芯体获得的涡轮发动机叶片装置。
本发明还涉及一种包括如此限定的叶片装置的涡轮发动机。
附图说明
已经限定的图1是双流式涡轮喷气发动机的总体视图，表示为沿纵向截面平面的横截面；
已经限定的图2是涡轮喷气发动机叶片装置的总体视图；
图3是根据本发明的芯体的一部分的示意图，其中该芯体具有其氧化铝杆以及其定心壳层；
图4是根据本发明的芯体的透视图，其中该芯体具有其氧化铝杆以及其定心壳层；
图5是根据本发明的芯体的另一透视图，其中一旦移除了定心壳层则该芯体具有其氧化铝杆；
图6是沿着横向于用根据本发明的芯体获得的叶片的叶展方向的平面的横截面图；
图7是根据本发明的芯体变型的透视图，其中一旦移除了定心壳层则该芯体具有其氧化铝杆；
图8是沿着横向于用根据本发明的芯体变型获得的叶片的叶展方向的平面的横截面图。
具体实施方式
本发明的基础是提供位于浴槽底部和叶片的后缘的冷却通道的端部之间的浴槽下方空腔，该浴槽下方空腔由通道供给并由后缘的冷却通道的除尘导管穿过。
除尘导管通过通向浴槽的底部而穿过浴槽下方空腔，以从后缘的冷却通道中除尘。
该浴槽下方空腔有效地冷却构成浴槽底部的叶片装置顶端，同时通过使用穿过浴槽下方空腔的导管以与后缘的冷却通道(浴槽下方空腔覆盖后缘的冷却通道的端部)分离的方式实现除尘。
从图3和图4中可以看出，根据本发明的用于制造叶片装置(包括覆盖叶片的后缘的冷却通道的端部的浴槽下方空腔)的芯体16包括下游芯体元件17和上游芯体元件18。下游芯体元件17限定冷却通道，并且上游芯体元件18限定浴槽下方空腔。
如将理解的，术语“上游”和“下游”相对于涡轮喷气发动机中(特别是在使用中围绕模制叶片)的流体的流动而被使用。
下游元件17具有大致细长的形状，其沿着该叶片装置的叶片的叶展方向(direction d'envergure)EV从叶片装置基部延伸到靠近叶片装置顶端的区域。
上游元件18包括在下游芯体17的端部和未示出的浴槽的位置21之间延伸的上部部分19，该上部部分位于叶片装置顶端处。因此，该元件18限定出浴槽下方空腔和用于供应该浴槽下方空腔的部分22，该供应部分22沿着叶展方向EV垂直于上部部分19延伸。
从图3和图4中可以看出，供应部分22相对于流体的流动方向位于下游元件17的上游，浴槽下方空腔通过限定该部分22的专用通道被供应冷却空气。实际上，浴槽下方空腔接收新鲜空气以有效地冷却浴槽的底部，也就是说，叶片装置的顶端。
上游芯体元件的沿着叶展方向轴线EV与下游芯体元件17的自由端部间隔开的部分19包括上表面23和下表面24，上表面和下表面沿着叶展方向相对并且基本上垂直于该轴线定向。
一旦叶片装置被模制，表面24对应于位于位置21处的浴槽的底部的下表面，并且表面23对应于与限定下游芯体元件17的自由端的表面相对的表面。
上游芯体元件18的部分19被孔26穿过，这可以在图5中看到，该孔的定向基本上对应于叶展方向EV的定向，以使该部分19的上表面23和下表面24进入连通。
在模制的叶片装置中，孔26限定直接使由芯体元件17限定的下游通道与浴槽底部(也就是说，叶片装置的顶端)进入连通的管状导管的圆柱形外表面。
该导管的圆柱形内表面由氧化铝杆27限定，该氧化铝杆通过特别是固定或嵌入元件17的上表面28而由芯体支撑。该上表面28是元件17的端部表面：该上表面28被定位成与部分19的下表面24相对。
因此，一旦叶片装置形成，其下游通道的除尘导管就具有由圆柱形和同轴的外表面和内表面限定的大致管状的形状。
根据本发明，圆柱形外表面和内表面的同轴性(确保了导管在所有点处具有足够厚度)通过使用由杆27支撑的管状壳层29将氧化铝杆27直接定于孔26的中心而得到改善。该壳层29的内径对应于杆的外径，并且该壳层的外径对应于孔26的内径。
在制造芯体16的过程中，杆27和其支撑的壳层29在注射芯体16以前被放置并保持就位在模制单元中。因此，该杆27例如通过与该杆27的嵌入到芯体元件17的上表面28中的端部相反的端部被保持。
然后触发芯体16的元件17和18的注射，从而形成这些元件，同时将杆27的端部嵌入到元件17的上表面中并且形成在部分19中的围绕壳层29的孔26。
在这些条件下，杆27必定相对于孔26理想地定于中心，因为该孔已经围绕壳层29形成。因此，在注射前实施杆时杆相对于其理想位置存在显著差异的情况下，这种差异对于杆相对于围绕它的孔26的定于中心没有影响。因此，杆的定位的差异不会导致导管厚度在某些地方减小，这避免了由于这个原因导致的叶片装置的报废。
定心壳层29由在使用芯体来模制叶片装置之前被破坏的材料制成。这种破坏例如通过降解或化学侵蚀方法或通过热降解方法(例如通过熔化)来确保。
换句话说，用于使杆27在孔26中定于中心以产生芯体的定心壳层29在实际实施该芯体以构成叶片装置之前被移除。
形成壳层29的敷层材料的成分主要包括有机聚合物。该壳层29可以通过添加方法、注入、机械加工块体或任何其他适合的方法附接到杆上。
此外，在上述示例中，芯体部分19通过在注射操作期间围绕壳层29注射而形成，在该注射操作期间也形成芯体元件17。但是本发明的其他实施方式也是可能的。
特别地，芯体18以及其部分19可以在形成其孔26的预先操作中制造。然后，杆27以及其壳层29被插入在形成在部分19中的孔26中。然后，在用于第一芯体17的注射的模制单元中实施这些部件，其中杆27的端部嵌入该第一芯体。
为了在移除壳层29之后执行的操作期间(如可能使形成芯体的部件移动的脱脂或烧结操作)杆27不会有过度偏心的情况，可以提供若干措施。
壳层29的尺寸可以具有足够的厚度，使得可能的移动不会导致导管的厚度太低。还可以使用芯体组合物来减少移动：例如，在芯体的陶瓷组合物中使用热固性聚合物能够消除这种移动。此外，所述热固性聚合物与陶瓷的优点是在移除壳层(例如通过加热壳层)期间的稳定性。
在移除壳层29之后由孔26和杆27限定的空间因此能够在叶片装置的模制操作期间直接限定穿过浴槽下方空腔的任何管状除尘导管。
在如此获得的模制叶片装置(可以在图6中看到，由附图标记31表示)中，由附图标记32表示的除尘导管从一端穿过由附图标记33表示的浴槽下方空腔到达另一端并且由芯体元件18的部分19限定。
因此，如图6的示例中那样，该导管32可以在浴槽下方空腔33中定于中心，以在该空腔中进一步形成中心障碍物，该中心障碍物将空气流分成两个半部，从而与该空腔33的每个侧面邻接。这增加了冷却的效率。
应注意，在构成图6的横截面视图中，考虑到该视图的取向，位于浴槽下方空腔下方并由芯体元件17限定的导管不会出现。此外，该视图是所具有的形状与由图4或图5中的芯体形成的叶片装置显著不同的叶片装置的视图。因此，该视图涉及还包括另一通道34的叶片装置，该通道用于供应专用于冷却该叶片装置的前缘的上游垫板36。
此外，在图4至图6的实施例中延伸到浴槽下方空腔的中心部分中的通孔26也可以移动到侧面，如图7和8中的变型所示。
在这种情况下，孔26从芯体元件18的部分19的上表面23延伸到下表面24，但是与该芯体的侧表面37邻接，这里该孔限定了叶片装置的拱腹壁的内表面。
如图7所示，孔26因此可以从表面23延伸到表面24，在表面24处，孔26在其整个高度上通向侧面37，因此该孔26具有凹槽形状、形成在部分19的面37中并且平行于方向EV延伸。
在这些条件下，由该孔26限定的除尘导管从一端穿过第二空腔到另一端，同时与上壁邻接，如图8所示，其中该侧导管用附图标记32表示。
类似地，另一个孔38可以沿着与部分19相对的面形成，即限定叶片装置的下壁的内表面，以限定相同类型的另一个导管，但是与下壁邻接，如图8所示，其中其他导管用附图标记38表示。

Claims (9)

1.用于模制涡轮发动机叶片装置的芯体(16)，该叶片装置包括沿叶展方向(EV)延伸并以顶端结束的叶片，该芯体(16)包括第一芯体元件(17)以限定所述叶片装置的第一内部空腔以及第二叶片元件(18)，所述第二叶片元件的至少一个部分(19)限定所述叶片装置的第二内部空腔，这些芯体元件(17，18)彼此刚性连接，所述第二空腔沿着所述叶展方向(EV)位于所述叶片装置的第一空腔和顶端之间，并且其中：
-所述第二芯体元件(18)的限定所述第二空腔的部分(19)包括沿所述叶展方向(EV)定向的通孔(26)，并且所述通孔直接通向所述第一芯体元件(17)的端部表面(28)，以在模制的叶片装置中限定出所述第一空腔的除尘导管(32)的外表面，该导管(32，38)从一端穿过所述第二空腔(33)到达另一端，从而通向所述叶片装置的顶端；
-氧化铝杆(27)的直径小于所述通孔(26)的直径，并且所述氧化铝杆通过固定到所述第一芯体元件(17)的端部表面(28)而在所述通孔(26)内延伸，以限定所述导管(32，38)的内表面；
-定心装置(29)被置于所述杆(27)和所述通孔(26)之间，使该杆相对于所述孔(26)定于中心，这些定心装置(29)由在围绕所述芯体(16)铸造所述叶片装置之前将被分解的材料制成。
2.根据权利要求1所述的芯体(16)，其中，所述定心装置(29)由在所述杆(27)的至少一部分长度上围绕所述杆(27)的壳层形成。
3.根据权利要求2所述的芯体(16)，其中，所述壳层(29)由有机聚合物型材料制成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的芯体(16)，其中，所述通孔(26)位于第二芯体元件(18)的限定所述第二空腔的部分(19)的中心区域中，以与该芯体元件(18)的每个侧表面间隔开，以便在完成的叶片装置中构成将在所述第二空腔中流通的空气分成两个侧流的障碍物。
5.根据前述权利要求中任一项所述的芯体(16)，包括邻接所述第二芯体元件(18)的限定所述第二空腔的部分(19)的侧表面(37)并且在该侧表面(37)中敞开的通孔(26)，以便在完成的叶片装置中构成邻接所述叶片装置的侧壁内侧的导管。
6.根据前述权利要求中任一项所述的芯体(16)，其中，所述第一芯体元件(17)布置成限定所述叶片装置的后缘的冷却通道，并且其中，所述第二芯体元件(18)布置成限定所述叶片装置的浴槽下方空腔。
7.用于制造根据权利要求2所述的芯体(16)的方法，包括在注射所述芯体元件(17，18)以前将所述杆(27)与其壳层(29)定位在模制单元中的步骤，以及当所述杆(27)在该单元中就位时将所述芯体元件(17，18)注射到所述模制单元中的步骤。
8.涡轮发动机叶片装置，所述涡轮发动机叶片装置通过根据权利要求1至6中任一项所述的芯体获得。
9.涡轮发动机，所述涡轮发动机包括根据权利要求8所述的叶片装置。
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