CN109153094B - 用于由焊接在一起的部段制造涡轮机排气壳体的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种制造用于涡轮机的壳体(10’)、特别是排气壳体的方法，所述方法包括以下步骤：a)生产壳体扇部(30a)，每个壳体扇部(30a)包括毂扇部、套圈扇部和连接所述毂扇部和所述套圈扇部的至少一个臂，b)将所述壳体扇部(30a)沿周向彼此相邻地布置，使得每个毂扇部具有面向相邻的毂扇部的纵向边缘的纵向边缘，c)焊接面向所述毂扇部的所述纵向边缘，d)将套圈的至少第二部分添加并焊接到壳体扇部(30a)。

Description

用于由焊接在一起的部段制造涡轮机排气壳体的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造壳体的方法，特别是飞行器涡轮机排气壳体。
背景技术
现有技术尤其包括文献US-A1-2002/044868、FR-A1-2 933 130、US-A1-3,617,685和US-A1-2014/112772。
以已知的方式，涡轮机排气壳体包括内毂和围绕毂和旋转轴线延伸的外环形套圈。套圈构造成与毂一起限定出用于气流的环形流动路径，并且通过相对于上述轴线大致径向的臂刚性地连接到毂。
排气壳体安装在涡轮的下游(参考气体在涡轮机中的流动)，并且穿过排气壳体的气流因此是离开涡轮的燃烧气体流。
涡轮机可包括其他类似的壳体，例如中间壳体。中间壳体插在涡轮机的低压压缩机和高压压缩机之间，并且因此由低压压缩机气流穿过，并用于供给高压压缩机。
在现有技术中，这种壳体是通过组装多个部件来制造。毂由一个单独的铸件制成，臂和套圈(扇形或非扇形)返回并固定在毂上。
然而，特别是对于获得大直径的壳体而言，这种制造方法并不总是能够实现。例如，实现制造直径约1.5米的铸造毂不是相当大或太复杂且太昂贵。
本发明针对该问题提出了一种简单、有效和经济的解决方案。
发明内容
为此，本发明提出一种用于制造涡轮机的壳体(特别是排气壳体)的方法，所述壳体包括具有旋转轴线A的内毂，所述套圈构造成与毂一起限定出用于气流的环形流动路径，并通过臂刚性地连接到毂，
其特征在于该方法包括以下步骤：
a)生产壳体扇部，每个壳体扇部包括毂扇部、第一套圈扇部和连接所述毂扇部和套圈扇部的至少一个臂，
b)相对于轴线A将所述壳体扇部沿周向彼此相邻地布置，使得每个毂扇部具有面向相邻的毂扇部的纵向边缘的纵向边缘，以及
c)焊接面向所述毂扇部的所述纵向边缘。
本发明提出了一种制造壳体(特别是排气壳体)的新方式，不是通过最初的单件式毂制造，而是通过扇形毂制造，即通过组装扇部而成形。每个毂扇部固定到至少一个臂，并且优选地固定到套圈扇部的单个臂。由毂扇部、臂和套圈扇部形成的组件形成壳体扇部，壳体扇部可以由单个铸造部件制成。臂已经固定到套圈扇部的事实是特别有利的，因为这避免了不得不将臂焊接在毂上，而将臂焊接在毂上是漫长且费力的操作并且增加了焊接缺陷的风险并因此增加了修整的风险。这也避免了臂在焊接期间旋转的风险，而臂在焊接期间旋转可能导致壳体的几何质量较差。
壳体扇部沿周向彼此相邻地布置，使得每个毂扇部具有面向相邻的毂扇部的纵向边缘并且距离相邻的毂扇部的纵向边缘一小距离的纵向边缘。然后，优选通过电子束(EB)焊接面向毂扇部的纵向边缘。
根据本发明的方法可以包括以下可通过其自身或彼此结合采取的特征或步骤中的一个或多个：
-壳体扇部中的至少一些存在差异，例如其不同套圈扇部的周向范围，
-在步骤b)中，所述第一套圈扇部中的至少一些具有面向第一相邻套圈扇部的纵向边缘的纵向边缘，
-在步骤c)中，所述面向所述第一套圈扇部的纵向边缘被焊接，
-在步骤b)中，所述第一套圈扇部中的至少一些具有与第一相邻套圈扇部的纵向边缘相距一周向距离的纵向边缘，
-该方法包括步骤c)之后的附加步骤d)，该附加步骤包括在距所述第一套圈扇部一距离处的所述纵向边缘之间添加并焊接第二套圈扇部，
-所述第一套圈扇部和/或第二套圈扇部中的至少一些由具有板(chape)的单个部件形成，
-所述壳体扇部中的至少一些具有其第一套圈扇部，该第一套圈扇部具有比壳体扇部的毂扇部更小的周向范围，
-壳体扇部的数量等于臂的数量，
-壳体扇部由单个部件组成，
-壳体扇部通过铸造获得，以及
-所述毂包括大致圆柱形的第一环形壁，该第一环形壁连接到大致截头圆锥形的第二环形壁的轴向端部，加强件在所述第一壁和第二壁的内表面之间延伸并且基本上延伸到所述臂的径向内端部的右侧，每个毂扇部包括所述加强件中的至少一个。
附图说明
通过阅读作为非限制性示例并参考附图的以下描述，本发明将被更好地理解并且本发明的其他细节、特征和优点将更清楚地显现，在附图中：
-图1是下游涡轮机部分的示意性轴向横截面半视图，并且示出了排气壳体，
-图2是从下游正视排气壳体的示意性透视图，
-图3是从上游侧视根据本发明的排气壳体的示意性透视图，
-图4是从下游正视图3的排气壳体的示意性透视图，
-图5是图3的排气壳体的壳体扇部的示意性透视图，以及
-图6是图3的排气壳体的套圈扇部的示意性透视图。
具体实施方式
图1和图2表示飞行器涡轮机的壳体10，这里是排气壳体。
传统上，涡轮机包括气体发生器，该气体发生器沿气流的流动方向从上游到下游包括至少一个压缩机、燃烧室和至少一个涡轮。在涡轮12的下游设置有排气壳体10，该排气壳体基本上包括内毂14和外环形套圈16，该外环形套圈围绕毂和旋转轴线A延伸，旋转轴线A是涡轮机的纵向轴线。
套圈16和毂14一起限定出用于离开涡轮12的燃烧气体的环形流动路径18。
套圈16和毂14通过相对于轴线A大致径向的臂20彼此刚性连接。臂20可以相对于穿过轴线A的平面倾斜。
壳体10包括凸缘22a-22d，这些凸缘用于固定到涡轮机的其他元件。这些安装凸缘位于壳体的上游纵向端部和下游纵向端部处。在所示的示例中，套圈16在其上游纵向端部和下游纵向端部中的每一个处包括环形凸缘22a、22b。上游凸缘22a固定到涡轮12的壳体的下游端部，下游凸缘22b固定到排气喷嘴24的上游端部。
毂14包括两个环形壁，分别为上游壁14a和下游壁14b。上游壁14a是大致截头圆锥形的(从上游向下游偏斜)，下游壁14b是大致圆柱形的。该下游壁14b在其下游端部处包括环形凸缘22c，该环形凸缘用于固定到由喷嘴24围绕的排气锥26的上游端部。
上游壁14a在其上游端部处支承用于固定到轴承支撑件的凸缘22d。
毂的壁14a、14b的径向内表面通过加强件28彼此连接，加强件在此由凹槽形成。如图2中最佳可见地，两个加强件28以径向延伸该臂的方式基本上延伸到每个臂20的径向内端部的右侧。
在现有技术中，壳体10通过将套圈16和臂18添加并固定在毂14上来制造，毂14是单件式的并且通常由单个部件通过铸造制成。
图3至图6示出了本发明的一个实施例，该实施例尤其包括组装壳体扇部，特别是组装毂扇部。
图3和图4示出了根据本发明的已组装的壳体10’，图5和图6示出了该壳体10’的元件。
壳体10’由壳体扇部30制成，壳体扇部30在图5中示出。这里，壳体扇部具有完全不同的七种类型。这七种类型实际上是壳体10’的壳体扇部的七个参考标准。换言之，壳体10可以由图5的每个参考标准或类型中的一个或多个复制品获得。
在所示的示例中，壳体10’包括十四个壳体扇部30。作为示例，壳体包括三个被标记为30a的壳体扇部。如以下所示，这些壳体扇部30a由于它们包括板(chapes)32而彼此不同。
每个壳体扇部30包括毂扇部14a、套圈扇部16a以及连接毂扇部和套圈扇部的至少一个臂20a(图5)。在所示的示例中，每个壳体扇部30包括一个单独的臂20a。每个毂扇部14a可在其径向内表面上包括一个或多个加强件28，如上面所述(图4)。
因此可以理解，这里，壳体扇部30的数量等于臂20a的数量，即在所示的示例中为十四个。
每个壳体扇部30优选地通过独立于其他壳体扇部30铸造来制造。在这种情况下，壳体扇部30a由具有板32的单个铸造部件制成，板各自位于套圈扇部16a的径向外表面上。
根据本发明的方法首先包括将壳体扇部30沿周向彼此相邻地布置，使得每个毂扇部14a具有的纵向边缘34面向相邻的毂扇部14a的纵向边缘并且与相邻的毂扇部14a的纵向边缘相距一小的周向距离，然后将面向毂扇部的这些纵向边缘进行焊接(图5)。因此而获得沿着壳体扇部30的纵向边缘延伸的焊道36(图3和图4)。
在所示的示例中观察到，某些壳体扇部30具有如下的套圈扇部16a：该套圈扇部具有的周向范围(角度范围)小于这些壳体扇部的毂扇部14a的周向范围。并非所有壳体扇部都是这种情况。
配备有板32的壳体扇部30a具有如下的套圈扇部16a：该套圈扇部具有的周向尺寸使得例如它们的相邻的纵向边缘36彼此面对且彼此靠近并且可彼此焊接。因此而获得沿着套圈扇部16a的纵向边缘延伸的焊道38(图3)。
其他的壳体扇部30具有如下的套圈扇部16a：该套圈扇部的纵向边缘由其他壳体扇部的套圈扇部的纵向边缘的周向空间分开。这些周向空间填充有形成其他套圈扇部16b的面板40，该面板添加在属于壳体扇部30的两个套圈扇部16a之间(图4和图6)。面板40使得在组装期间能够恢复/调节特别是当壳体扇部30通过铸造获得时可能存在于壳体扇部30上的一定数量的几何缺陷。
在所示的示例中，壳体10’包括具有四个不同类型或参考标准的十二个面板40，如图6所示。这些参考标准由于面板的周向范围而彼此不同，特别是由于它们的厚度(面板的厚度不可能是恒定的)而彼此不同。因此，面板的周向范围取决于要填充的上述周向空间。
图4能够看到构成壳体10’的不同元件，这些不同的元件由虚线分开。毂扇部14a的纵向边缘和套圈扇部16a、16b的纵向边缘的焊接可以通过EB焊接技术实现。如上所述，焊道36、38和40将壳体10’的不同元件分开。
本发明使得能够显著地简化具有臂的壳体(诸如排气壳体)的制造，因为每个壳体扇部的单个部件的制造(例如通过铸造)比制造一个大直径毂的单个部件更简单。

Claims (7)

1.制造用于涡轮机的中间壳体或排气壳体(10’)的方法，
所述壳体包括内毂(14)和围绕所述内毂和旋转轴线(A)延伸的外环形套圈(16)，所述套圈构造成与所述内毂一起限定出用于气流的环形流动路径(18)并通过臂(20)刚性地连接到所述内毂，
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a)生产壳体扇部(30)，每个壳体扇部包括毂扇部(14a)、第一套圈扇部(16a)和连接所述毂扇部和所述第一套圈扇部的至少一个臂(20)，
b)相对于所述旋转轴线(A)将所述壳体扇部沿周向彼此相邻地布置，使得每个毂扇部的纵向边缘(34)面向相邻的毂扇部的纵向边缘，以及
c)焊接面向所述毂扇部的所述纵向边缘，
其中，在步骤b)中，所述第一套圈扇部(16a)中的至少一些具有在第一相邻套圈扇部的纵向边缘的一周向距离处的纵向边缘，并且该方法包括在步骤c)之后的附加步骤d)，所述附加步骤包括：在距所述第一套圈扇部一距离处的所述纵向边缘之间添加并焊接第二套圈扇部(16b)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤b)中，所述第一套圈扇部(16a)中的至少一些的纵向边缘面向第一相邻套圈扇部的纵向边缘，并且在步骤c)中，面向所述第一套圈扇部的所述纵向边缘被焊接。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一套圈扇部和/或所述第二套圈扇部(16a，16b)中的至少一些形成为具有板(32)的单个部件。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述壳体扇部(30)中的至少一些具有第一套圈扇部(16a)，所述第一套圈扇部的周向范围小于所述壳体扇部的毂扇部(14a)的周向范围。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，壳体扇部(30)的数量等于臂(20)的数量。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述壳体扇部(30)通过铸造获得。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述内毂(14)包括大致圆柱形的第一环形壁(14b)，所述第一环形壁连接到大致截头圆锥形的第二环形壁(14a)的轴向端部，加强件(28)在所述第一环形壁的下表面和所述第二环形壁的下表面之间延伸，并且基本上延伸到所述臂的径向内端部的右侧，每个毂扇部(14a)包括所述加强件中的至少一个。
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