CN1330208A - 带有相容座的导叶 - Google Patents

Abstract

一种风扇出口导叶(22),包含整体内、外座(32,30),它们与弧形侧面(30,32,c,d)相容;和多个在这些座上的安装脐子(42,44)。这些座侧面是弧形的,与叶片侧面相容,以改善空气动力效应。该多个安装脐子改善了叶片相对于相应支承环(24,26)的安装。

Description

带有相容座的导叶

本发明总的涉及燃气轮机，更具体地涉及其中的风扇出口导叶。

涡扇(turbo-fan)燃气轮机通常用作飞行中航空器的动力。一风扇配置在一环绕的发动机舱内，并由用以产生推力来对飞行中的航空器提供动力的中心发动机驱动。

沿轴向配置在一组风扇叶片下游的是一个风扇出口导叶构架或流道，它包含一组出口导叶(OGV)，它们在风扇气流自发动机排出之前消除其涡旋流。OGU在内、外支承环之间径向延伸，并安装于该内、外支承环，该内支承环安装于构成OGV构架的中心发动机前构架。

该OGV是一些主要的空气动力部件，其翼型被精确构形，当风扇气流自发动机中排出时，使空气动力效率很高。这些OGV通常用螺栓固定于内、外环，并在其相反的翼展两端包含相关的座，以限定风扇气流的边界。该座可与OGV构成一体，或可以是安装在其间的单独部件。在两种结构中，这些座产生相应的间隙。由于制造误差在这些座间隙处出现的任何径向台阶，都会降低空气动力效益。

根据各种理由，包括在运转期间的空气动力性能和风扇噪音衰弱，来选择OGV的数量。于是，OGV的相应翼面可以具有较大的曲率或弯曲，并可将其装配成大叶片数量的一组。然而，须将内座配置在以发动机中心轴线为原点的比外座半径小的半径处。对于给定数量的叶片，在内座上的有效圆周大大小于外座的圆周。

由于这些叶片被通常个别装配在内，外支承环之间，因此，较多的叶片数和较大的曲率使得这些叶片在小半径比风扇上的叶片装配，如果不是不可能，也变得困难。

该OGV构架的一些部件通常被设计成使其总重量减至最小，以提高发动机的效率。这些单独的OGV通常用螺栓固定在这些影响其固有振动频率的支承环上。为防止不希望有的气动弹性抖动和其它形式的振动应力，这些OGV应具有较高的固有频率。

然而，使重量最小的希望要求有较薄的外支承环，此外，薄环缺乏抵抗由于由这些被安装叶传递到那里的负荷引起的弯曲的阻力，因此会降低该组件的固有弯曲频率。

因此，希望通过改善这些叶片在这些环中的安装来提供一种改进的风扇OGV构架，以改进空气动力效应。

风扇出口导叶包含与其弧形侧面吻合的整体内、外座和在这些座上的多个安装脐子。这些座侧面是弧形的，与这些叶片侧面相吻合，以改善空气动力效应。该多个安装脐子改善了叶片和相应支承环的安装。

风扇出口导叶包括与其弧形两侧面相容的整体内座和外座以及在这些座上的多个安装脐子。这些座的侧面是弧形的，与改善空气动力学效率的叶片两侧面相容。该多个脐子改善了叶片对相应支承环的安装。

本发明，按照优先和示例性实施例。连同其其它的目的和优点，在下列连同附图一起的细节说明中作了更为详细的说明。

图1是经按照本发明示例性实施例的示例性涡扇燃气轮机中的风扇一部分的轴向剖视图；

图2是经图1所示风扇出口导叶结构的放大轴向剖视图和其相应的装配方法，包括一排出口导叶；

图3是图1的3个示例性毗连叶片的等角轴测图，出于清晰起见，已将支承环去除。

图4是沿4-4线所取的经图2所示OGV结构一部分的径向剖视图。

在图1中所示的是构作来为飞行中的航空器提供动力的涡扇燃气轮机的风扇10。该风扇包括一排自一支承风扇转子盘14径向向外延伸的风扇转子叶片12，在运转期间，由该发动机的一低压涡轮(未示)对该支承风扇转子盘提供动力。

这些风扇叶片被安装在一环绕的风扇罩16(示出一部分)内，风扇罩界定了在运转期间被风扇叶片加压的周围空气18的外界。

设置在风扇叶片12下游的是一个风扇出口导向结构(20)，它是一些界定一条用以在自发动机排出之前消除涡旋流以产生推进动力的流道的部件的一个组件。OGV结构包括一排沿圆周毗邻的出口导叶22，它们在内、外支承环24，26之间径向延伸。外环24构成流道的一部分，而内径26以普通的方式适当地支承在发动机构件前结构上。

图2表示在其支承环24、26内的OGV22的优先的安装组件。图3表示OGV22的示例性实施例本身。

OGV22各包括一个翼面28，将其适当成形来消除自风扇叶片排出的空气的涡旋流。按照本发明，每一翼面包括径向内、外座32，30，该两座固定连接在其相反的翼展端成为整体。OGV组件可由适当材料，如铝或钛，经通常的锻造和机加工制成。

如图3所示，翼面28各包括沿轴向对置的前缘和后缘34，36，沿圆周对置的翼面第一和第二侧面38，40其前后缘之间延伸。翼面28的空气动力翼型的确定通常是为了消除风扇气流的涡旋流。翼面的第一侧面38大致为凹面并界定一压力侧，而翼面的第二侧面40大致为凸面并界定一负压侧。这样，单个翼面在径向截面中为弧形，具有其适当数量的曲面或曲率，在它们相对的翼展两端，通常包有限量的角度扭转。

与此相应地，每一内、外座包含一前导端32a，30a和后尾端30b，32b，它们界定沿圆周方向延伸的边缘。

每一内、外座还包含第一弧形侧面32c，30c，其翼型与翼面第一侧面38相符。该内、外座的第二弧形侧面32d，30d，其翼型与该翼面第二侧面40相符。

由于该翼型第一侧38大致为凹面，因此该内、外座的相应第一侧面32c，30c同样是凹面。由于翼面第二侧面40大致为凸面，因此该内、外座的第二侧面32d，30d同样为凸面。

如图3中所示，由于这些叶片及其座沿圆周彼此毗邻，因此该座的第一侧面32c，30c的轴向翼型与该座在翼面的前、后缘之间的相应第二侧面32d，30d互补。由此可见，这些沿圆周毗邻的内、外座的相对侧面在其间界定了较小的间隙，它符合在该内外座的内侧流动表面处的该翼面的曲率或曲面。

由此可见，当风扇气流在毗邻的翼面28之间被引导时，如图3所示，这些空气以最小的压力损失沿着毗邻座之间单独的间隙流动。该整体座消除了在相反情况下在离散的座结构中看到的某些间隙，从而改善了空气动力效应。

这些座的弧形侧面确保了风扇气流总是沿着它们流动，另外使空气在相反的情况下由于气流倾斜流过在普通结构中所遇到的直间隙而引起的动力损失减至最小。万一因制造误差在这些座的弧形连接处有任何径向台阶，由于该座边缘的曲率选择得平行于气流的局部流线，由其产生的空气动力损失被减至最小。

由于内、外座的弧形侧面与这些弧形翼面的相应相反侧面符合或匹配，在这些翼面中，可采用相当量的弧度和扭曲，而不会相当大的增大在相反情况下为普通结构直边缘座所需要的座表面积。这对于自发动机中心轴线以比外座30较小的半径配置的内座32来说是尤其重要的。

更具体地说，图3中所示的内座32的周边宽度相应地比外座30的窄。内座有限的可用共同周边通过采用代替直侧面的这些座的相容弧形侧面而得到更有效地利用。由此可见，在翼面相反两侧面上的内座的侧向宽度或延伸部可大致相等，和适当地小，以允许在OGV排中有较多量的叶片组件。

虽然对于外座30而言有更多的周边可利用，然而在翼面相反侧上的单个座的周边宽度或范围也大致相等，和直侧面的普通结构相反，可允许这些座的最大有效利用。

如图2和3所示，这些内、外座包括各自的内、外安装脐子44，42，它们是自跟限定风扇气流流道周界的相应内侧表面相对的各自的外侧表面延伸的座的局部放大。这些单独的脐子包含内螺纹，它们接纳穿过各自内、外环的相应安装螺栓。

如图3和4所示，在外座中采用多个外脐子42，而在内座中采用多个内脐子44。而内脐子的周边宽度由于这些内座的有限的周边宽度，总体来说比外脐子较窄。

更具体地说，在图2中所示的各内座32包含一对前、后内脐子44，它们与翼面28共轴线地对齐，如图3和4所示，两者沿着其径向翼展轴线，并且轴向沿着前、后缘34、36之间的弧度线。这样，内脐子44配置在翼面28相应部位的正下方，因而允许内座32在其两侧面保持较窄，除了为各脐子的局部加厚所要求的之外。因此，负荷传递直接经过共轴线对齐的脐子之间的内座和翼面的中心。

最初示于图3的外座30包含多个不同于内脐子的外安装脐子42，这有几个优点。每一外座最好包含一个前外脐子和多个侧向或沿圆周对齐的后外脐子，它们跟在其前、后缘之间的翼面28部分对齐。

在图3所示的一个优先实施例中，外脐子42包含3个侧向对齐的后脐子，其中包含一个配置在一对外侧脐子之间的中心脐子。该后中心外脐子沿翼面28的径向翼展共轴线地且沿着该弧形线与该前外脐子对齐。这些后外脐子配置在该中心脐子的相反两侧，并与下面的翼面28侧向隙开。这些外座较薄，除了为采用几个外脐子所需要局部加厚的之外。这3个后外脐子在一起组成一组以提高其结构刚度。

如图2和4所示，外支承环24的径向截面相对于其大多数周边宽度较薄，使总重量降低最低。然而，该外环包含几个局部厚区24b，为适应来自设置在这些离散区的发动机支架的安装负荷提供额外的强度。例如，发动机可用发动机支架安装于航空器外壳，这些支架需要两个在外环24周围在其相反垂直侧的支承。这样，外环可包含4个局部加厚区24b，它们沿圆周与外环的其余薄区分开，以允许发动机为所希望的安装于航空器外壳的左侧或右侧。

由于外环24的薄区比其厚区更加柔性。因此希望利用在如图2和4中所示的一个前外脐子和两个外侧外脐子上的相应螺栓将外座安装于外环，达到每一外座上总共有3条安装螺栓。内座32利用在两前、后内脐子44中的唯一一对安装螺栓46安装于内环。

由于两外侧外脐子42被螺栓固定于外环，如图4中所示，它们增加了该组件的结构刚度，并且相应地提高了其自然频率。图4中所示的后中心外脐子没有用螺栓固定于外环的薄区，以省去那里的螺栓，因而减少了所需要的部件数量而降低了重量。

然而，在图4中所示的外环的局部厚区24b内，除了前外脐子的螺栓固定外，对后中心外脐子采用了相应的安装螺栓46。由于外环24的厚区较刚性，因此没有用螺栓将两外侧脐子固定于外环上，外座的中心螺栓固定，在提高这些叶片的弯曲阻力以更好适应经发动机支架反作用负荷的部位，形成了经这些叶片的笔直的径向负荷途径。

因此，处在外环24较薄区的所有叶片22都包含一些在两个后外脐子42中的相应安装螺栓46，当与外环连接时用以提高弯曲阻力，在该处一些中心脐子未被占用，其中没有采用一相应的安装螺栓。

与此相应，所有处在外环局部加厚区24b的叶片22都包括一个在后中心脐子42中而非在相应的外侧脐子中的相应安装螺栓46。这样，图3中所示的4个多外脐子结构保持与各OGV22的结构相同，并允许对外环如希望的有不同的安装方法。在外座中，对于固定于外环较厚区的那些叶片仅需两个安装螺栓。而对于安装于外环薄区的那些叶片，仅需3个外安装螺栓。

于是OGV22在结构方面是相同的，但根据相对于发动机支架的特殊部位，在同一排出口导叶中，可采用不同的结构。而且，各OGV22可由适当的材料，如铝，来制成，为它们期望的用途提供足够的强度。此外，处在外环厚区的那些OGV的翼面可由钛制成，以便如希望的提高它们的强度。

由于叶片座和所希望的翼面弯曲量的弧度一致性，对于叶片数量大和高度弯曲构形，需要一种改进的OGV22装配方法，而在相反的情况下，叶片数量大和高度弯曲构形会妨碍在一整排中的各叶片的轴向装配。

更具体地说，图2简略图示出各OGV22通过将相应的外座30轴向和径向插入就位，可被分别地安装到相应的外环24内。然后将相应外安装螺栓46经外环插入，和相应的外脐子42啮合。

这样，整排OGV22最先沿圆周彼此毗邻地安装在外环内，内、外座32，30中邻近的一些沿它们的弧形相对侧面套装在一起。不管如图3中所示的翼面的弯曲量和座侧面相应的弧线曲率，各单个叶片，包括最后安装的叶片，均可径向装入就位而不为沿圆周毗邻的叶片所妨碍。

如图2中所示，然后可将内环26沿轴向安装到内座32的充分集中的部件，依次接着安装相应的安装螺栓46，经内环与相应的内脐子44接合。

具有相容的弧形座的上述OGV22享有空气动力效能、制造、装配和运转的明显的处，包括振动响应和负载能力。这些相容的内座具有最小的表面积，因而允许在一排内装配大量的OGV，若希望，可具有相当的弯度。外座的多个外脐子结构允许采用较薄的支承外环，由于外座的外侧固定，从而刚性增强。然而，同样结构的外座也可用在外环的局部厚区，以便经那里的OGV支承相当大的弯曲负荷。

虽然本文已说明了被认为是本发明优先的和示例性的实施例，然而根据本文的说明，对于业内人士来说，显然可对本发明作业种种修改，因此，希望确保所有这些修改均落在本发明的实际精神和范围内。

因此，希望受联合王国专利保护的是在下列权利要求书中限定的并有差别的本发明。

Claims (20)

1.一种风扇出口导叶22，包括：

一个具有内、外座32、30的翼面28，该内、外座固定连接在相反的翼展两端；

每一所述座具有弧形侧面30，32c，d，与所述翼面的相应相反两侧相容，而相应的内、外脐子44、42从其外侧表面延伸，以接纳相应的安装螺栓46。

2.权利要求1的叶片，其特征在于所述翼面28包含：

一个第一中凹侧面38，所述内、外座32、30具有相应的第一中凹侧面30c，32c；

一个第二中凸侧面40，所述内、外座32、30具有相应的第二中凸侧面30d，32d。

3.权利要求2的叶片，其特征在于所述翼面28还包含在所述内、外座32、30的相应前、后端30，32a，b之间延伸的相反的前、后缘34，36，所述内、外座的第一侧面30c、32c在前、后缘之间与所述内、外座的相应第二侧面30d，32d互补。

4.权利要求3的叶片，其特征在于所述内座32比外座30窄，而所述内脐子44总起来说比外脐子42窄。

5.权利要求4的叶片，其特征在于所述内座包含一对前、后内脐子44，在所述前、后缘34、36与所述翼面共轴线地对齐。

所述外座30包含一个前外脐子42和若干沿侧向对齐的后外脐子42，在所述前、后缘34、36之间，与所述翼面部分共轴线地对齐。

6.权利要求5的叶片，其特征在于所述后外脐子包含一个与所述翼面28共轴线对齐的中心脐子，和一对配置在所述中心脐子相反两侧的外侧脐子。

7.权利要求6的叶片，其特征在于若干沿圆周毗邻的所述叶片组合在一起，所述内、外座32、30中的邻近的一个沿其所述弧形表面套装在一起。

8.一种风扇出口导叶构架20，包括：

一排沿圆周毗邻的出口导叶22，在内、外环24、26之间径向延伸；

每一所述叶片22包含一个翼面28，内、外座32、30固定连接在其相反的翼展两端；

每一所述座的弧形侧面与所述翼面的相应相对两侧面相容，而相应的内、外脐子44、42自其外侧表面延伸，以接纳相应的安装螺栓46。

9.权利要求8的构架，其特征在于每一所述翼面还包含相反的前、后缘34、36，在内、外座32、30的相应前、后端30、32a，b之间延伸，所述内、外座的第一侧面30c，32c在所述前、后缘之间与所述内、外座的相应第二侧面30d，32d互补。

10.权利要求9的构架，其特征在于各一所述翼面包含：

一个第一中凹侧面38，所述内、外座32、30具有相应的第一中凹侧面30c，32c；

一个第二中凸侧面40，所述内、外座具有相应的第二中凸侧面30d，32d。

11.一种装配按权利要求10所述的风扇出口叶片构架20的方法，包括：

将各所述叶片22个别安装到所述外环24，穿过所述外环，使所述安装螺栓46与所述外脐子接合；

将所述内环26安装在所述外座32内，穿过所述内环，使所述安装螺栓46与所述内脐子接合。

12.按权利11所述的方法，其特征在于还包括沿圆周将所述叶片22毗连在一起，所述座32，30中邻近的一些沿其所述弧形侧面套装在一起。

13.权利要求10的构架，其特征在于所述内座32比外座30窄，所述内脐子44总起来说比外脐子42窄。

14.权利要求10的构架，其特征在于所述内座32包含一对在所述前、后缘34、36之间与所述翼面共轴线对齐的前、后内脐子44；

所述外座30包含一个前外脐子42和若干侧向对齐的后外脐子42，在所述前、后缘34、36之间与所述翼面部分共轴线地对齐。

15.权利要求14的构架，其特征在于所述后外脐子42包含一个与所述翼面28共轴线地对齐的中心脐子，和一对配置在所述中心脐子相反两侧的外侧脐子。

16.权利要求15的构架，其特征在于所述阀22中的一个包含一安装螺栓46，处在中心脐子42中而非处在所述外侧脐子中，所述阀22中的另一个包含的安装螺栓处在所述两外侧脐子42中而非处在所述中心脐子中。

17.权利要求15的构架，其特征在于所述外环24包含局部加厚的减薄区，所述外脐子42用螺栓固定于所述薄区，所述中心脐子42用螺栓固定于所述厚区。

18.权利要求17的构架，其特征在于所述中心脐子42并不用螺栓固定于所述薄区，所述外脐子42并不用螺栓固定于所述厚区。

19.一种风扇出口导叶22，具有与其弧形侧面相容的整体内、外座32、30，还具有多个不同的在所述座上的安装脐子42，44。

20.权利要求19的叶片，其中：

所述内座32包含一对安装脐子44，在其前、后缘34、36之间与所述叶片共轴线地对齐。

所述外座30包含一个前安装脐子42，在所述前缘34与所述叶片共轴线地对齐，还包含3个侧向对齐的后脐子。

Images