CN113767211A - 用于涡轮机涡轮的组合件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于涡轮机涡轮的组合件，所述组合件包括：壳体(1)和扇区(2)，所述壳体围绕轴线X周向延伸；所述扇区旨在形成能够限定气流路径的环，每一扇区(2)包括径向且围绕所述轴线X周向延伸并彼此轴向间隔的第一侧(17)和第二侧(18)，所述扇区(2)的每一侧(17、18)包括能够与所述壳体(1)的径向轴承构件(13、14)协作的至少一个径向轴承表面，至少一侧(17、18)包括用于所述扇区(2)相对于所述壳体(1)的周向定位的构件(23)，其特征在于：轴线X的每一径向轴承表面为圆柱形且能够支承在轴线X的互补圆柱形表面上，与所述壳体(1)成一体。

Description

用于涡轮机涡轮的组合件

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机涡轮(确切地说，高压涡轮)的组合件。

背景技术

本发明的应用领域特定来说是关于涡轮喷气或涡轮螺旋桨飞行器。然而，本发明也适用于例如工业涡轮等其它涡轮机。

本发明特定来说涉及一种组合件，其包括围绕轴线周向延伸的壳体，和旨在形成能够限定气流路径以便使燃烧气体流通过的环的扇区。确切地说，所述扇区可包括可磨耗材料，其在径向内部部分中且由陶瓷基质复合材料或CMC制成。

下文中，术语“轴向”、“径向”和“周向”是相对于壳体的轴线定义的。

陶瓷基质复合物或CMC因其使其适合用作结构元件的良好机械特性和其在高温下维持这些性质的能力而著名。确切地说，在飞行器涡轮机械中，效率改进和排放物减少正致使需要在不断升高的温度下操作。因此，已经考虑针对这些引擎的各种热零件使用CMC，尤其是因为CMC具有比传统上使用的耐火金属低的密度。

每一扇区通常包括旨在限定气流路径的一部分的径向内部圆柱形壁，以及从内部圆柱形壁朝外径向延伸的两个轴向间隔侧。内壁可包括可磨耗材料的涂层，如本身已知的。壳体的侧部中的一个通常具有彼此周向间隔的两个周向延伸的伸长孔。壳体的另一侧通常具有周向延伸的伸长孔和径向延伸的伸长孔，这两个孔彼此周向间隔。

扇区的每一侧可借助于销安装在与壳体成一体的径向凸缘上，所述销啮合在壳体凸缘的凹口中以及相应扇区的椭圆形孔中。此组合件为等静压的，这是归因于伸长孔的存在和这些孔的定向。然而，因为销为圆柱形，所以销和扇区槽的边缘之间的接触区域由线形成。销和扇区之间的此线接触生成高赫兹压力，从而导致扇区因在操作期间消光或“腐蚀”而过早磨损。

文献EP 2 784 269公开一种涡轮环扇区，其包括啮合在壳体中的孔中的椭圆形横截面的销和矩形横截面的销。归因于孔和销之间的间隙，且归因于定位和制造容差，扇区的销和壳体中的孔之间的接触区域保持有限。此外，这些容差还阻碍了扇区相对于壳体的精确径向定位。

本发明旨在以简单、可靠且便宜的方式补救这些缺点。

发明内容

为此，本发明涉及一种用于涡轮机涡轮的组合件，所述组合件包括：壳体和扇区，所述壳体围绕轴线X周向延伸；所述扇区旨在形成能够限定气流路径的环，每一扇区包括径向且围绕所述轴线周向延伸并彼此轴向间隔的第一侧和第二侧，扇区的每一侧包括能够与壳体的径向轴承构件协作的至少一个径向轴承表面，至少一侧包括用于扇区相对于壳体的周向定位的构件，其特征在于：轴线X的每一径向轴承表面为圆柱形且能够支承在轴线X的互补圆柱形表面上，与壳体成一体。

大直径圆柱形接触表面的使用使这些接触表面最大化，且因此减小赫兹压力以避免前述因消光或“腐蚀”而过早磨损的现象。术语“圆柱形”可用于限定圆柱的一部分的表面。此处术语“圆柱”定义具有圆形横截面的旋转表面。

与壳体成一体的圆柱形接触表面可与壳体一体地形成，或可由与壳体分离及与壳体成一体的一个或多个元件形成。

每一侧的径向轴承表面允许扇区相对于壳体径向定位，所述扇区进一步通过相应构件周向定位，所述轴承表面和周向定位构件适于确保等静压安装。

第一侧可包括彼此周向间隔的第一和第二周向延伸的伸长孔，第二侧包括第三周向延伸的伸长孔和第四径向延伸的伸长孔，所述第三和第四伸长孔彼此周向间隔，与壳体成一体的第一、第二、第三和第四支撑销分别啮合在扇区的第一、第二、第三和第四椭圆形孔中，第一、第二和第三销能够在轴线X的圆柱形表面的水平面处径向支承在第一、第二和第三孔的边缘上。

有可能使销和孔的位置颠倒。换句话说，孔能形成于壳体上，而销能形成于扇区的侧部上。

组合件可包括固持构件，其能够分别抵着扇区的第一、第二和第三椭圆形孔的圆柱形轴承表面固持壳体的第一、第二和第三销的互补轴承表面。

此特征允许以低容差产生和组装组合件。实际上，固持构件允许在销和相应椭圆形孔之间发生径向游隙的情况下销和所述孔的圆柱形轴承表面互相挤压，且因此避免任何磨损现象。

第一和第二销能与安装在壳体上的第一支撑部件一体地形成，第三销与安装在壳体上的第二支撑部件一体地形成。

第四销能与第二支撑部件一体地形成。

第一和第二支撑部件的形状可相同。这能减少待制造的单独零件的数目且便于此组合件的组装。

第四销能与第二支撑部件分离。

第四销例如与附接到壳体的凸缘成一体。

第一和第二支撑部件可分别安装在与壳体成一体的第一凸缘和第二凸缘的凹口中。

每一支撑部件可具有X轴的弧形部分，相应销从所述弧形部分延伸，所述弧形部分安装于相应凸缘的X轴的凹槽式凹口中。

凸缘中的一个可与壳体一体地形成，另一凸缘与壳体分离且固定地安装在壳体上。

举例来说，凸缘借助于螺钉安装在壳体上。

组合件可包含用于相对于壳体周向定位每一支撑部件的构件。

所述周向定位构件是例如通过将安装于孔中的销定位在支撑部件中及与壳体成一体的凸缘中而形成。

参考附图阅读以下作为非限制性实例给出的描述，将更好地理解本发明，且本发明的其它细节、特性和优点将显而易见。

附图说明

图1和图2是根据本发明的第一实施例的组合件的转子扇区和定子的一部分的透视图；

图3是径向平面中的横截面图，其展示扇区的相应侧中的第一和第二销的安装；

图4是径向平面中的横截面图，其展示扇区的相应侧中的第三和第四销的安装，

图5和图6是分别在将可移除凸缘安装在壳体上之前和之后的轴向平面中的半截面视图；

图7和图8是分别对应于图1和2的视图，其示出本发明的第二实施例。

具体实施方式

图1到6展示用于涡轮机涡轮的组合件，其包括围绕待标注为X的轴线(未图示)周向延伸的壳体1，以及旨在形成能够限定气流路径的环的邻接扇区2。图中展示仅一个扇区2，且仅展示壳体1的一部分。

壳体1包括从环形部分5朝内径向延伸的第一凸缘3和第二凸缘4。第一凸缘3在此处由例如通过旋拧固定到壳体1的单独零件组成。

每一凸缘3、4具有轴线X的环形凹槽6，其与相对凸缘4、3相对地轴向打开。每一凹槽6由平坦的径向环形底部表面6a和两个轴向延伸的圆柱形侧表面6b限定。孔7设置在凹槽6的底部表面6a中，其中圆柱形周向定位销8啮合在每一孔7中。每一凸缘3、4的销8可具有不同尺寸，但它们具有相同参考8。

第一支撑部件9和第二支撑部件10分别安装在第一凸缘3和第二凸缘4上。

确切地说，每一支撑部件9、10具有弧形部分11，两个销12、13、14、15从所述弧形部分轴向延伸，两个销12、13或14、15彼此周向间隔。销12到15位于弧形部分11的周向端处。第一支撑部件9因此包括第一和第二销12、13。第二支撑部件10因此具有第三和第四销14、15。

每一销12到15具有拥有X轴的径向外部圆柱形表面16b(或圆柱的一部分)、拥有X轴的径向内部圆柱形或平坦表面16a，以及两个径向延伸的侧表面16c(图3)。第一支撑部件的弧形部分11安装于第一凸缘3的凹槽6中。第二支撑部件的弧形部分11安装于第二凸缘4的凹槽6中。每一支撑部件9、10的弧形部分11具有孔11c(图1和2)，相应销8啮合在所述孔中。每一弧形部分11的径向尺寸对应于相应凹槽6的径向尺寸。每一部分11的径向内和外边缘11a、11b因此能够支承在凹槽6的相应侧表面6b上，以便在操作中有效地吸收径向力。销8能够吸收周向力，但这些力相对较小。

每一环扇区2具有圆柱形壁19(或圆柱的一部分)，两侧17、18从所述圆柱形壁朝外径向延伸，分别是第一凸缘3上的第一侧17和第二凸缘4上的第二侧18。圆柱形壁19的径向内表面19a可包括可磨耗材料的涂层，如本身已知的。所述径向内表面19a旨在在涡轮机的高压涡轮内划定气流路径的一部分。每一侧17、18围绕扇区2的整个圆周周向延伸。

第一侧17具有彼此周向间隔的周向延伸的第一和第二伸长孔20、21。第二侧18具有第三周向延伸的带槽孔22和第四径向延伸的带槽孔23，第三和第四带槽孔22、23彼此周向间隔。

侧17、18的径向内端具有与带槽孔20到23相对的圆化材料突起24。

第一、第二和第三孔20、21、22的径向内和外边缘25a、25b(图3)由轴线X的圆柱形(或部分圆柱形)表面形成。

第四孔23的侧边缘25c径向定向(图4)。

第一、第二、第三销12、13、14可分别与第一、第二和第三孔20、21、22的径向内和外边缘25a、25b之间的零或最小径向间隙啮合。

第四销15可在第四孔23的侧边缘25c之间没有周向间隙的情况下啮合或与最小周向间隙啮合。

较大径向间隙可设置于第一、第二和第三销12、13、14与第一、第二和第三孔20、21、22之间以允许较宽松的尺寸和安装容差。在此情况下，有可能提供固持构件，其能够分别抵着扇区2的第一、第二和第三椭圆形孔20、21、22的圆柱形轴承表面25a、25b固持壳体1的第一、第二和第三销12、13、14的互补轴承表面。

第一、第二和第三销12、13、14可逐渐支承在第一、第二和第三带槽孔20、21、22的径向内边缘25a上或优选地径向外边缘25b上，此处在径向外边缘25b上。

当扇区2安装于壳体1中时，每一第二支撑部件10安装于第二凸缘4的凹槽6中，且每一第二支撑部件10的第三和第四销14、15啮合在每一扇区2的第三和第四孔22、23中，如图5中所示出。第一支撑部件9安装于第一凸缘3的凹槽6中，所述第一凸缘为环形且形成为一个整体或分为扇区。

第一凸缘3接着安装在壳体1的环形支撑凸缘26上且例如通过旋拧固定到所述壳体1，如图6中所展示。环形凸缘26从壳体1的环形部分5朝内径向延伸。当第一凸缘3适配时，第一支撑部件9的第一和第二销12、13插入到相应扇区2的第一和第二孔20、21中。径向固持构件(未图示)接着抵着扇区2的孔20到22的径向外边缘25b固持销12到14。

图7和8示出第二实施例，其不同于先前参考图1到6展示的实施例之处在于，第二支撑部件10不具有第四销15。扇区2通过圆柱形销8周向地固持在适当位置，所述圆柱形销例如经由第二支撑部件11中的开口、缺口27或孔安装于第二凸缘4中的互补孔7中及扇区2中的第四孔23中。销8可与第二凸缘4一体地形成。

此外，如前所述，所述销8确保第二支撑部件10固持在其周向位置中。

在所呈现的两个实施例中，大直径(即，关于轴线X对应于销12到14的直径的直径)的圆柱形接触表面16b、25b的使用使得有可能使所述接触表面16b、25b最大化，且减小赫兹压力使得避免前述扇区2因消光或“腐蚀”而过早磨损的现象。

Claims (9)

1.用于涡轮机涡轮的组合件，其包括壳体(1)和扇区(2)，所述壳体(1)围绕轴线X周向延伸，所述扇区旨在形成能够限定气流路径的环，每一扇区(2)包括径向且围绕所述轴线X周向延伸并彼此轴向间隔的第一侧(17)和第二侧(18)，所述扇区(2)的每一侧(17、18)包括能够与所述壳体(1)的径向轴承构件(12、13、14)协作的至少一个径向轴承表面(25b)，至少一侧(17、18)包括用于所述扇区(2)相对于所述壳体(1)的周向定位的构件(23)，其特征在于：轴线X的每一径向轴承表面(25b)为圆柱形且能够支承在轴线X的互补圆柱形表面(16b)上，与所述壳体(1)成一体，且所述第一侧(17)包括周向延伸且彼此周向间隔的第一和第二椭圆形孔(20、21)，所述第二侧(18)包括周向延伸的第三椭圆形孔(22)和径向延伸的第四椭圆形孔(23)，所述第三和第四椭圆形孔(22、23)彼此周向间隔，与所述壳体(1)成一体的第一、第二、第三和第四支撑销(12、13、14、15)分别啮合在所述扇区(2)的第一、第二、第三和第四椭圆形孔(20、21、22、23)中，所述第一、第二和第三销(12、13、14)能够在轴线X的圆柱形表面(16b、25b)的水平面处逐渐径向支承在第一、第二和第三孔(20、21、22)的边缘上。

2.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，其包括固持构件，所述固持构件能够分别抵着所述扇区(2)的第一、第二和第三椭圆形孔(20、21、22)的圆柱形轴承表面(25b)固持所述壳体(1)的第一、第二和第三销(12、13、14)的互补轴承表面(16b、25b)。

3.根据权利要求1或2所述的组合件，其特征在于，所述第一和第二销(12、13)与安装在所述壳体(1)上的第一支撑部件(9)一体地形成，所述第三销(14)与安装在所述壳体(1)上的第二支撑部件(10)一体地形成。

4.根据权利要求3所述的组合件，其特征在于，所述第四销(15)与所述第二支撑部件(10)一体地形成。

5.根据权利要求3所述的组合件，其特征在于，所述第四销(15)与所述第二支撑部件(10)分离。

6.根据权利要求3到5中任一项所述的组合件，其特征在于，所述第一和第二支撑部件(9，10)分别安装在与所述壳体(1)成一体的第一凸缘(3)和第二凸缘(4)的凹口(6)中。

7.根据权利要求6所述的组合件，其特征在于，每一支撑部件(9，10)具有X轴的弧形部分(11)，相应销(12、13、14、15)从所述弧形部分延伸，所述弧形部分(11)安装于相应凸缘(3、4)的X轴的凹槽式凹口(6)中。

8.根据权利要求6或7所述的组合件，其特征在于，凸缘(3、4)中的一个(4)与所述壳体(1)一体地形成，另一凸缘(3)与所述壳体(1)分离且固定地安装在所述壳体(1)上。

9.根据权利要求3到8中任一项所述的组合件，其特征在于，其包括用于每一支撑部件(9，10)相对于所述壳体(1)的周向定位的构件(8)。

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