CN116648556A - 涡轮机涡轮组合件 - Google Patents

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CN116648556A CN202180082011.7A CN202180082011A CN116648556A CN 116648556 A CN116648556 A CN 116648556A CN 202180082011 A CN202180082011 A CN 202180082011A CN 116648556 A CN116648556 A CN 116648556A
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伯诺伊特·卡雷雷
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Abstract

公开一种涡轮机涡轮组合件(48)，其具有纵向轴线且包括：‑排气套管(30)，‑喷射锥体(40)，其布置在所述排气套管(30)的下游，所述喷射锥体(40)包括用于一次空气流的流动的外部环形壁(42)和径向布置在所述外部环形壁(42)内部的声箱(44)，所述声箱(44)包括径向内部环形壁(46)，‑连接部件(50)，其纵向地插入在所述排气套管(30)与所述喷射锥体(40)的所述内部环形壁(46)之间，所述连接部件(50)紧固到所述排气套管(30)且紧固到所述内部环形壁(46)，其中所述外部环形壁(42)的上游端以径向方向上的自由度和纵向方向上的自由度连接到所述连接部件(50)。

Description

涡轮机涡轮组合件
技术领域
本公开涉及一种涡轮机涡轮组合件。其还涉及包括这种组合件的涡轮，涉及包括这种涡轮的涡轮机。
背景技术
常规地，如图1中所表示，涡扇型涡轮机10在涡轮机10内的气体的循环方向上从上游到下游包含风扇12、低压压缩机14a、高压压缩机14b、燃烧腔室16、高压涡轮18a、低压涡轮18b和排气喷嘴20。高压压缩机14b和低压压缩机14a通过根据涡轮机的轴的旋转的纵向方向X延伸的相应轴分别连接至高压涡轮18a和低压涡轮18b。接下来，参考纵向轴线X定义位向限定词，例如“纵向”“径向”和“周向”。
进入涡轮机的气流在风扇12的下游被分成进入所谓的一次环形流动路径22a的环形一次空气流和进入包围一次环形流动路径22a的所谓的二次环形流动路径22b的环形二次空气流。低压压缩机14a和高压压缩机14b、燃烧腔室16以及高压涡轮18a和低压涡轮18b针对工作部件位于一次环形流动路径22a中。
排气套管30直接位于低压涡轮18b的出口处。排气套管30包含径向内部护罩32和径向外部护罩34。形成于内部护罩32与外部护罩34之间的环形空间在低压涡轮14b的出口处形成一次环形流动路径22a的一部分。
涡轮机10的排气喷嘴20或排气喷嘴常规地包含允许优化来源于涡轮的热气体的组合件。这个组合件还可具有吸收这些热气体与环境空气和来源于风扇的冷气流的相互作用所产生的至少部分噪声的功能。
这个组合件包含图2中所表示的喷射锥体40，所述喷射锥体包括具有基本上圆柱形状的上游部分40a和具有圆锥形状的下游部分40b。上游部分40a由径向外部环形壁42和径向地布置在外部环形壁42内部的声箱44形成。声箱44包括径向内部环形壁46。上游部分40a的外部环形壁42的径向外部面和圆锥形下游部分40b的径向外部面在喷射锥体40处径向内侧地限定一次环形流动路径22a。
喷射锥体40通过纵向地插入在排气套管30与喷射锥体40之间的连接部件50在上游连接到排气套管30。喷射锥体40的上游端连接到排气套管30的内部护罩32。
由于在内部环形壁42与外部环形壁46之间施加的显著温度梯度，已知在上游将外部环形壁42与内部环形壁46机械地分离。此具有限制施加到外部环形壁42上的热机械应力的效果。为此，内部环形壁46牢固地连接到连接部件50，而外部环形壁42的上游端是自由的，以便实现外部环形壁42相对于内部环形壁46的自由膨胀。因此，外部环形壁42的上游部分安置为与连接部件50的径向外部面径向地相对。
然而，这种布置具有在连接部件50的径向外部面与外部环形壁42的上游部分之间形成径向间隙的缺点。这个径向间隙诱发在排气套管30与喷射锥体40之间的接合处从低压涡轮14b出来的热气体的空气朝向声箱内部(即，在内部环形壁42与外部环形壁46之间)的再循环，其降低涡轮的效率且可能降低声箱44的效率。
发明内容
提供一种具有纵向轴线的涡轮机涡轮组合件，其包括：
-排气套管，
-喷射锥体，其布置在排气套管的下游，所述喷射锥体包括用于一次空气流的流动的外部环形壁和径向布置在外部环形壁内部的声箱，所述声箱包括径向内部环形壁，
-连接部件，其纵向地插入在排气套管与喷射锥体的内部环形壁之间，所述连接部件紧固到排气套管且紧固到内部环形壁，
其中外部环形壁的上游端以径向方向上的自由度和纵向方向上的自由度连接到连接部件。
这种技术方案允许减小锥体的外部环形壁和箱体的内部环形壁的热机械应力，因为这两个壁中的每一个的热膨胀可独立地发生。
由于使用了在径向方向和纵向方向上具有自由度的柔性连接，根据本文件的安装允许实现一次空气流动路径的空气流动的令人满意的空气动力学稳定性。因此，在外部环形壁与连接部件之间的接合处，一次空气流朝向位于外部环形壁与内部环形壁之间的声箱的空间的循环受到限制，且甚至被阻止。
可在连接部件与外部环形壁的上游端之间提供特定的环形密封构件。
锥体的外部环形壁的下游端和套管的下游环形壁的下游端可彼此刚性地紧固，由于在上游进行的根据本发明的安装而发生这两个壁之间的不同热膨胀。
连接部件可包括外部环形壁，所述外部环形壁在其下游端处包含在径向方向上和在纵向方向上可弹性变形的连接构件。
连接部件的外部环形壁可包括多个周向突片，每一突片具有连接到连接部件的外部环形壁的第一周向端和自由且刚性地紧固在喷射锥体的外部环形壁的上游端处的相对的第二周向端。
与纵向突片相比，周向突片的使用允许在突片上赋予良好柔性，同时具有减小的纵向体积。
每一突片的自由端可为凸圆的且装配到具有连接部件的外部环形壁的凹圆形状的凹槽中。
锥体的外部环形壁的上游端可径向地施加在连接部件的外部径向面上。以这种方式，突片被锥体的外部环形壁的上游端覆盖，这允许重建超过360°的基本上连续的表面，从而限制对一次空气流的干扰。
连接部件可包括多个可弹性变形的凸耳，所述凸耳彼此周向地间隔开且例如通过螺栓连接而刚性地紧固在声箱的内部环形壁的上游端处。
连接部件可包括在结构上彼此不同且彼此紧固并紧固到排气套管的第一环形部分和第二环形部分，第一环形部分为以径向方向上的自由度和纵向方向上的自由度实现外部环形壁的上游端与连接部件的连接的部分。第二环形部分连接到声箱的内部环形壁的上游端。
内部环形壁和外部环形壁中的每一个可由陶瓷基质复合材料制成。这种材料具有低密度，且因此实现喷射锥体的质量的减小。所使用复合材料可为碳化物类或氧化物类，具有长纤维或短纤维。
根据另一方面，描述一种涡轮，其包括如先前所描述的涡轮组合件。
根据另一方面，描述一种涡轮机，其包括如先前所描述的涡轮。
附图说明
其它特征、细节和优点将在阅读下文的详细描述时且在分析随附图式时呈现，其中：
[图1]为现有技术的涡轮机的轴向截面的部分示意性半视图；
[图2]为图1的由点虚线界定的区域的较大比例的示意图；
[图3]为根据本文件的实施例的示意图。
具体实施方式
现参考图3，其表示根据本说明书的实施例的涡轮组合件48。如参考图1所描述具有纵向轴线的这种涡轮组合件可实施于涡轮机中。
组合件进一步包括喷射锥体40。喷射锥体40布置在排气套管30的下游(图3中未表示)。喷射锥体40包括上游部分40a，所述上游部分包含用于一次空气流的流动的外部环形壁42。喷射锥体进一步包括径向布置在所述外部环形壁42内部的声箱44，声箱44包括径向内部环形壁46。声箱可包括在内部环形壁与外部环形壁之间延伸以便形成蜂窝结构的多个分区。外部环形壁42可包括能够使声波进入声箱44内部的穿孔。
内部环形壁42和外部环形壁46中的每一个可由陶瓷基质复合材料制成。这种材料具有低密度，且因此实现喷射锥体40的质量的减小。所使用复合材料可为碳化物类或氧化物类，具有长纤维或短纤维。
组合件还包括纵向地插入在排气套管30(未表示)与喷射锥体40的内部环形壁46之间的连接部件50。连接部件50一方面紧固到排气套管30，且另一方面，紧固到内部环形壁46。
为此目的，连接部件50包括紧固到排气套管30的内部护罩32的径向环形凸缘52。特别地，径向环形凸缘52可旋拧到内部护罩32且在与排气套管纵向相对的环形凸缘上。
径向环形凸缘52的径向内端连接到多个可弹性变形的凸耳54，所述凸耳彼此周向地间隔开且例如通过螺栓连接而刚性地紧固在声箱44的内部环形壁46的上游端处，其在图3中示意性地绘示。
如图3中所展示，连接部件50包括第一环形部分50a和第二环形部分50b。第二环形部分50b由径向环形凸缘52形成以用于紧固到排气套管30且由柔性凸耳54形成。第一环形部分50a包括例如通过螺栓连接而紧固到第二环形部分50b的径向环形凸缘52的上游环形凸缘56。
第一环形部分50a的径向环形凸缘56连接到布置为与第二环形部分50b的柔性凸耳54径向相对的外部环形壁58。
第一部分50a的外部环形壁58的下游部分包括在径向方向上和在纵向方向上可弹性变形的构件。在图3中所绘示的特定实例中，这些构件包括周向突片60。每一突片60包括连接到连接部件50的外部环形壁58的第一周向端60a和自由的且刚性地紧固在喷射锥体40的外部环形壁42的上游端处的相对的第二周向端60b。
周向突片60的下游边缘周向地对准。每一突片60包括在周向方向上伸长的主体60c，所述主体与外部环形壁58界定能够实现突片60的变形的狭槽69。第二周向端60b具有凸圆外围形状，其装配到具有连接部件50的第一部分50a的外部环形壁58的对应凹圆形状的凹槽中。每一周向突片60的第二端60b包括孔口62，所述孔口意图用于螺钉通过以紧固在锥体40的外部环形壁42的上游端处。锥体40的外部环形壁42的上游端在本文中径向地施加在连接部件50的第一环形部分50a的外部环形壁58的外部径向面上。
根据所提议配置，外部环形壁42的上游端因此以径向方向上的自由度和纵向方向上的自由度连接到连接部件50。
先前描述的组合件实现锥体40的外部环形壁42和声箱44的内部环形壁46的分离，这两个壁不再彼此紧固，其实现所述两个壁之间的在径向方向和纵向方向上的不同膨胀，从而允许在向根据本文件的组合件48施加啊径向热梯度期间减小热机械应力。此外，由于锥体40的外部环形壁42的机械负载下的部分密封和阻力，确保了连接部件50与锥体40的外部环形壁42之间的接合的空气动力学稳定性。

Claims (7)

1.一种具有纵向轴线的涡轮机涡轮组合件(48)，其包括：
-排气套管(30)，
-喷射锥体(40)，其布置在所述排气套管(30)的下游，所述喷射锥体(40)
包括用于一次空气流的流动的外部环形壁(42)和径向布置在所述外部环形壁(42)内部的声箱(44)，所述声箱(44)包括径向内部环形壁(46)，
-连接部件(50)，其纵向地插入在所述排气套管(30)与所述喷射锥体(40)的所述内部环形壁(46)之间，所述连接部件(50)紧固到所述排气套管(30)且紧固到所述内部环形壁(46)，
其中，所述外部环形壁(42)的上游端以径向方向上的自由度和纵向方向上的自由度连接到所述连接部件(50)。
2.根据权利要求1所述的组合件(48)，其特征在于，所述连接部件(50)包括外部环形壁(58)，所述外部环形壁(58)在其下游端处包含在所述径向方向上和在所述纵向方向上可弹性变形的连接构件(60)。
3.根据权利要求2所述的组合件，其特征在于，所述连接部件(50)的所述外部环形壁(58)包括多个周向突片(60)，每一突片(60)具有连接到所述连接部件(50)的所述外部环形壁(58)的第一周向端(60a)和自由且刚性地紧固在所述喷射锥体(40)的所述外部环形壁(42)的所述上游端处的相对的第二周向端(60b)。
4.根据权利要求3所述的组合件，其特征在于，每一突片(60)的自由端为凸圆的且装配在具有所述连接部件(50)的所述外部环形壁(42)的凹圆形状的凹槽中。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的组合件，其特征在于，所述连接部件(50)包括多个可弹性变形的凸耳(54)，所述凸耳彼此周向地间隔开且例如通过螺栓而刚性地紧固在所述声箱(44)的所述内部环形壁(46)的所述上游端处。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的组合件，其特征在于，所述锥体(40)的所述外部环形壁(42)的所述上游端径向地施加在所述连接部件(50)的外部径向面上。
7.一种涡轮，其包括根据前述权利要求中任一权利要求所述的涡轮组合件。
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