CN109328267B - 一种用于燃气涡轮机的叶轮的毂的可塑性变性的整流罩环 - Google Patents

一种用于燃气涡轮机的叶轮的毂的可塑性变性的整流罩环 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于叶轮(80)的整流罩环(10)，包括轴向延伸的环形壁(10A)，该环形壁具有多个轴向延伸的槽(12)，每个所述槽(12)被设计成容纳叶片(82)的前缘(82A)或后缘。

Description

一种用于燃气涡轮机的叶轮的毂的可塑性变性的整流罩环
技术领域
本发明涉及一种用于叶轮的整流罩环、一种装配有这种整流罩环的叶轮，以及一种装配有这种叶轮的涡轮机。特别地，叶轮可以是涡轮喷气式风扇，但不限于此。
背景技术
用于以密封方式限定叶轮内的叶片根部的气体通道的结构，通常包括叶片间平台和特别是在叶片的前缘和后缘处由每个平台承载并与叶片接触的垫圈。这种结构在专利FR2987086中已描述。
然而，仍然可以改进在叶片的前缘和/或后缘处的密封，其中几何形状特别复杂。因此在这个意义上存在需求。
发明内容
一个实施方式提供了一种用于叶轮的整流罩环，该整流罩环包括轴向延伸的环形壁，所述壁具有多个轴向延伸的槽，每个槽被配置成容纳叶片的前缘或后缘。
术语“轴向延伸”自然地用于表示所讨论的元件严格地平行于轴向延伸，或者实际上相对于轴向方向以小于45°的角度延伸。因此，在本文公开的含义中，截头圆锥形的环形壁被称为“轴向延伸”。
可以理解的是，该环在轴向方向、径向方向和圆周方向上延伸。通常，轴向方向对应于叶轮的旋转轴线的方向(或整流罩环的轴线的方向)，并且径向方向是垂直于轴向方向的方向。圆周方向对应于描述围绕轴向方向的环的方向。轴向、径向和圆周方向分别对应于由圆柱坐标系的高度、半径和角度限定的方向。
还可以理解的是，当沿轴向方向考虑时，所有槽都布置在环的同一侧。
因此，通过将环布置在叶轮的叶片的前缘周围或后缘周围，每个前缘或后缘容纳在槽中，气体通道被可靠地限定而不会发生在叶轮的入口或出口处在每个叶片和整流罩环之间可能出现的泄漏。当然，叶片的前缘位于叶轮的入口(上游)旁边，而叶片的后缘位于叶轮的出口(下游)旁边。
在一些实施方式中，每个槽呈现叶片的前缘或后缘的轮廓的形状。
这种形状的槽使得该环能够尽可能紧密地配合叶片的形状，从而改善密封。
在一些实施方式中，槽间部分由复合材料制成，而环的其余部分由金属材料制成。
应当理解的是复合材料是至少两种不混溶的不同材料的组合，而金属材料是金属单质或金属基合金。
当然，槽间部分是在两个相邻槽之间延伸的环的部分。例如，槽间槽由聚氨酯泡沫或蜂窝结构制成，该蜂窝结构具有由层(或外皮)覆盖的并由铝或聚(间苯二甲酰胺间苯二胺)(poly m-phenyleneisophthalamide)(也以通用商品名
Figure GDA0002941339650000021
所知)制成的多孔体，所述层由金属单质(例如钛或铝)或碳纤维复合材料制成。举例来说，该环的其余部分由钛或铝制成。
当叶片变形时，例如由于吸入固体元件(例如鸟)，它可能与槽间部分接触，并且它可能在圆周方向上使槽间部分变形。该接触用于卸载叶片并限制叶片的任何偏转，从而限制对叶片的潜在损坏。此外，对于更为关键的事件，诸如吸入重型鸟或丢失叶片，该接触不再足以限制对叶片的损坏。在这种情况下，允许槽间部分的塑性变形用于将能量从叶片消散到槽间部分，从而限制对叶片的损坏。用于槽间部分的复合材料和用于环的其余部分的金属材料的这种组合使得设计者能够精确地调整槽间部分塑性变形的应力阈值(即塑性阈值)。
在一些实施方式中，每个槽间部分被配置成在受到大于或等于40kN±30％(四十千牛顿加或减百分之三十)的圆周力时塑性变形。
这确保了，在产生这种圆周力的某种预定的施加运动之外，与大振幅变形的叶片相邻的槽间部分本身塑性变形。这使得该槽间部分能够执行能量耗散功能，从而消散由叶片变形产生的能量并限制叶片的变形幅度。这用于限制叶片内的变形传播。
在一些实施方式中，整流罩环包括至少一个磨损部分，所述磨损部分配置成面向叶片放置。
可以理解的是，磨损部分是被配置成磨损以有利于与其接触的另一部分(特别是叶片)的部分。当然，磨损部分通常以可拆卸的方式安装，使得当磨损部分的磨损变得过大时可以被更换。例如，垫圈可以构成磨损部分。
举例来说，限定槽的环的表面装配有相应的磨损部分。借助于这种磨损部分，可以将整流罩环安装成与叶片的前缘或后缘接触，从而最大化密封，同时磨损部分通过在使用中磨损来确保叶片的完整性。
在一些实施方式中，整流罩环包括径向延伸的环形壁，并配置成将所述整流罩环安装在叶轮的盘上。
这种径向环形壁使得将用于安装在叶轮上的整流罩环的所有装置(例如孔、攻丝、钩等)都能被偏移到环的不用于限定气体通道的部分。这使得能够确保更好的密封。
在一些实施方式中，整流罩环被配置成与叶轮的入口锥体或出口锥体配合。
叶轮的这种入口或出口锥体用于引导气流和叶轮的入口或出口。
一个实施方式还提供了一种叶轮，其装配有至少一个根据本公开中描述的任何实施方式的整流罩环。
例如，叶轮包括具有多个叶片的盘，所述叶片在其周边处与多个叶片间平台一起安装，叶片间平台被配置成使叶片的前缘和/或后缘保持自由。因此，整流罩环紧密地配合前缘和/或后缘(叶轮可具有布置在轮入口或出口处的单个整流罩环，或者两个整流罩环，一个布置在入口处并且另一个布置在轮的出口处)。因此，前缘和/或后缘容纳在环的槽中，而环的槽间部分的轴向端部与叶片间平台的相应轴向端部配合。
在一些实施方式中，整流罩环的槽间部分延伸不超过叶片轴向长度的15％。
叶片的长度是沿轴向投影测量的。通过配置槽使得能够容纳从叶片的前缘或后缘开始的叶片长度的15％的叶片，确保整流罩环覆盖呈现最复杂形状的叶片部分，这些部分是最困难密封的地方。因此这样的配置用于优化叶片和整流罩环之间的密封。
一个实施方式还提供了一种涡轮机，其配备有根据本公开中描述的任何实施方式的叶轮。
这种叶轮特别适用于涡轮机。例如，一个实施方式提供涡轮喷气发动机，并且所述叶轮构成这种涡轮喷气发动机的风扇。
附图说明
通过阅读作为非限制性实施例给出的本发明的各种实施方式的以下详细描述，可以更好地理解本发明及其优点。该描述参考附图，其中：
-图1示出了具有风扇的涡轮喷气发动机；
-图2示出了安装在图1涡轮喷气发动机风扇上的整流罩环；
-图3是装配有图2整流罩环的图1涡轮喷气发动机的风扇的局部透视图；以及
-图4是部分组装时风扇的侧视图。
具体实施方式
图1示出了涡轮机100，特别是涡轮喷气发动机100，其具有叶轮80，特别是风扇80，其在其入口处装配有整流罩环10，整流罩环10上安装有入口锥体50。
整流罩环10沿轴向方向X、径向方向R和圆周方向C延伸。环10具有轴向延伸的环形壁10A(或轴向壁10A)，其具有形成在其中的多个槽12。环10还具有径向延伸的环形壁10B(或径向壁10B)。当然，轴向壁10A可以与轴向方向X形成在0°至45°范围内的角度，而径向壁10B可以与轴向方向X形成在45°至90°范围内的角度。
径向壁10B具有第一系列紧固孔10B1，紧固孔10B1用于将环10紧固到风扇80的盘上。径向壁10B具有第二系列紧固孔10B2，紧固孔10B2用于将锥体50紧固在环10上。最后，径向壁10B具有椭圆形的第三系列孔10B3。设置这些孔10B3以使环10变轻。
所有槽12沿轴向方向X形成在环10的同一侧上。每个槽12呈现风扇80的叶片82的前缘82A的轮廓形状。如图3所示，每个槽12容纳叶片82的前缘82A。
如图4所示，整流罩环10安装在风扇80的盘83上，该盘具有安装在其周边的叶片82，叶片82插入槽83A中，槽83A配置成容纳叶片82的根部。叶片间平台84也安装在盘的周边，这些叶片间平台84被安装在盘83的齿83B上。
在该实施例中，整流罩环10轴向地与叶片间平台84接触，以便在叶片82之间在叶片82的根部处以连续的方式限定气体通道。更具体地，在该实施例中，环10的壁10A的在槽12之间延伸的部分形成槽间部分14，而槽间部分14的轴向端部与面向叶片间平台84的轴向端部接触。
在该实施例中，槽间部分14的轴向长度L1约为叶片82的轴向长度L的8％。因此，通常，槽间部分14延伸最多不超过叶片82的轴向长度L的15％。
此外，限定每个槽12的槽间部分14的表面呈现与叶片82接触的磨损部分12A，该表面面向叶片82布置，更具体地说，面向叶片82的前缘82A布置。
如在所示的槽间部分14上可见消减，每个槽间槽14呈现由聚(间苯二甲酰胺间苯二胺)制成的蜂窝状内部结构，该蜂窝状内部结构由金属覆盖物覆盖，在该实施方式中，金属覆盖物由钛制成。环10的其余部分由金属制成，在这个实施例中是钛。
尽管参考具体实施方式描述了本发明，但是显然可以对这些实施例进行修改和改变，而不超出权利要求所限定的本发明的一般范围。特别地，所示和/或示出的各种实施方式的各个特征可以在另外的实施方式中组合。因此，应该在说明性而非限制性的意义上考虑说明书和附图。

Claims (9)

1.一种用于叶轮(80)的整流罩环(10)，该整流罩环包括轴向延伸的环形壁(10A)，所述壁(10A)具有多个轴向延伸的槽(12)，每个槽(12)被配置成容纳叶片(82)的前缘(82A)或后缘，其中，槽间部分(14)由复合材料制成，复合材料是至少两种不混溶的不同材料的组合；而环(10)的其余部分由金属材料制成，金属材料是金属单质或金属基合金。
2.根据权利要求1所述的整流罩环(10)，其中每个槽(12)呈现叶片(82)的前缘(82A)或后缘的轮廓的形状。
3.根据权利要求1所述的整流罩环(10)，其中每个槽间部分(14)被配置成在受到大于或等于40kN±30％的圆周力时发生塑性变形。
4.根据权利要求1所述的整流罩环(10)，该整流罩环包括至少一个磨损部分(12A)，所述磨损部分(12A)配置成面向叶片(82)布置。
5.根据权利要求1所述的整流罩环(10)，该整流罩环包括径向延伸的环形壁(10B)，所述径向延伸的环形壁配置成将所述整流罩环安装在叶轮(80)的盘(83)上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的整流罩环(10)，该整流罩环配置成与叶轮(80)的入口锥体(50)或出口锥体配合。
7.一种叶轮(80)，该叶轮装配有根据权利要求1至6中任一项所述的整流罩环(10)。
8.根据权利要求7所述的叶轮(80)，其中该整流罩环(10)的该槽间部分(14 )的轴向长度延伸不超过该叶片(82)的轴向长度的15％。
9.一种涡轮机(100)，该涡轮机包括根据权利要求7或权利要求8所述的叶轮(80)。
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