CN1978870A - 涡轮发动机改良型带叶片定子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮发动机带叶片定子。特别的，一个带叶片定子部件包含一个内部平台3和一个外部平台4，至少有一个叶片2安装在上述平台3，4之间。上述平台3，4之间至少有一个包含至少一个带安装在平台3，4上的第一端面5a，6a和第二自由端面5b，6b的凸缘5，6。上述凸缘5，6包含至少一个不穿透的增加适应性的切掉部分10。

Description

涡轮发动机改良型带叶片定子

技术领域

本发明涉及涡轮发动机领域，特别是一种改良的带叶片的涡轮发动机定子。

背景技术

航空涡轮发动机传统上由压缩机、燃烧室和涡轮组成。涡轮捕获离开燃烧室的热气体的部分能量并将它转化为化学能，从而来给压缩机提供旋转动力。

涡轮位于燃烧室的下游，它是工作于最恶劣条件下的涡轮发动机的一个组成部分。尤其是当涡轮发动机工作于高温条件下和因离开燃烧室的热气体产生机械应力的条件下。

一个轴流式涡轮机传统上至少包括一个定子和一个转子圆盘。定子由一排安装于涡轮发动机托架上的叶片组成，而转子由一组能够旋转的叶片组成。

与涡轮发动机的旋转轴相比，定子叶片通常放射状地固定于两个同中心的环形护罩上。这两个环形护罩被称为内护罩和外护罩，叶片的一端被连接到内护罩上，而另一端被连接到外护罩上。

定子被划分为扇区，每一个扇区都有很多叶片。在一个涡轮发动机上，定子扇区被固定在一个固定的环形托架上。在一个固定的环形托架上将很多相同的扇区首尾相连地安装成一个环形，这使得能够重新组建一个定子。定子扇区包括一个和涡轮发动机旋转轴共轴的旋转轴。

在一个定子扇区上，内护罩和外护罩部分被分别称为内平台和外平台。定义在内平台和外平台之间的这部分空间构成一股气流，该气流起源于燃烧室内气体的流动。

平台包括直接受气流影响的部分和不受影响的部分。因此，受热气体影响的部分如划分气流界限的表面，将会比不受热气体影响的部分如下文将要详细讲到的凸缘膨胀的更迅速。

再者，平台比叶片更坚固。因此，平台比叶片有更大的热稳定性，这将会带来两个结果：在温度增加的影响下，一方面叶片比平台膨胀的更迅速，另一方面平台的变形会影响到叶片。这种现象也被称为双金属效应。

在这种种配备有涡轮发动机的航空器的飞行现象中，定子遭受着加热和冷却，这使得内平台和外平台发生了变形。在这种变形的影响下，定子叶片常遭受一连串的拉伸和压缩，这导致了裂缝的出现。而这些裂缝对叶片的寿命是有害的。

为了解决这些问题，由先前的技术得到的一种解决方法在于设计不是很坚固的平台和定子扇区。然而，这种解决方法远不能令人满足，因为这种定子扇区的机械特性因它而受到了影响。

发明专利内容

此发明的目的是为了解决前面提到的使定子获得更大的适应性的问题。

总的来说，此发明涉及了涡轮发动机上带叶片的定子，它包含了一个内平台和一个外平台，至少一个叶片固定在上述平台上，至少上述之一的平台包含至少一个具有第一端面和第二自由端面的凸缘，其中第一端面要与平台吻合，这里讲的凸缘包含至少一个增加适应性的切掉部分。

凸缘可以是辐射状的凸缘，也可以是半圆柱状的凸缘。

根据本发明，这个切掉的部分不应该被做成通孔。

有利的是，这个切掉部分可以方便的利用现存的多种机械加工技术在定子上加工出来。所以这种增加定子部分适应性方法十分可行，它已经投入市场了。

所以本申请涉及了一种增加定子适应性的方法，即用机械方法在定子凸缘上加工至少一个不穿透的切掉部分。

本专利发明较易理解而且此专利发明的其他特点和优点将出现在下面的描述中，这里以例子举出，以供参考。

附图说明

图1是定子部分在涡轮发动机上的位置；

图2是定子部分正常状态的示意图；

图3是定子部分在加热时的示意图；

图4是定子部分在冷却时的示意图；

图5是包含切掉部分穿透的定子外平台的透视图；

图6是根据本专利发明绘制的包含切掉部分不穿透的定子外平台的透视图。

具体实施方式

图1标示了一个定子部分安装在涡轮发动机上的局部视图。至少有一个导向叶片放射性的与定子部分1相适应，以上述定子1的旋转轴x为参考，并且在内部平台3与外部平台4之间。在径向轴y与旋转轴x以一定角度相交的情况下，内平台3与旋转轴x的距离比外平台4更近。

叶片2直接暴露在从燃烧的腔内散发出的高温煤气中。平台3和4组成的部分直接暴露在由燃烧的腔内散发出的空气中，特别是3a和4a两个表面所划分出的空气流12，其他部分没有接触空气。

在涡轮发动机稳定操作的期间，在定子1的不同部分持久受热，且呈梯度分布，这就造成了定子的持久变形。

在短暂的操作中，更准确的说加热增加了涡轮发动机定子1的变形速度，而冷却降低了这个速度。

在涡轮发动机完全机能的操作过程中，举例来说，在飞行器整个飞行过程中的发动机运行过程，这些变形能导致定子表面的破坏，从而导致涡轮发动机的损坏。

图2，3，4显示了不同阶段定子1的机能。

图2概括性的表明了定子1在正常状态下形状，更确切的说，是在涡轮发动机停机状态下。没有热和机械压力施加在定子1上。

图3粗略地说明了定子部件1在加热阶段的情况。加热阶段过程，是最重要的一段，是航行器起飞的那段时间。在加热阶段的过程中，内部平台3和外部平台4发生变形，它们的表面3a和4a暴露在气流12之下，有凸起的趋势。其结果是位于定子部件中间的叶片2a遭受压缩而位于外围的叶片2b遭受拉伸。

图4显示了定子部件1在冷却阶段的图解。然而，在冷却期间，内部平台3和外部平台4发生变形且其接触气流12的表面3a和表面4a有面向气流凹入的趋向。其结果是位于中心的叶片2a受到拉伸而位于外部的叶片2b则受到挤压。

内部平台3和外部平台4的变形会导致定子部件表面出现裂缝。因此有必要减少平台3和平台4的变形以延长定子部件的寿命，尤其是叶片2，它是定子部件中寿命最短的。

如图5图6所示：定子部件1的平台3或平台4至少包含一个辐射状的凸缘5或至少包含一个具有半圆柱体形状的凸缘6。凸缘5，凸缘6由的第一端面5a，6a和第二自由端面5b，6b组成，其中第一端面5a，6a固定于平台3或平台4上，第二自由端面5b，6b没有固定于平台3或平台4上。

辐射状的凸缘5延伸到一平面，且该平面与定子部件1的旋转轴X相交90度。凸缘5使得定子部件1的平台3和平台4的临近区域轴向被锁定和密封。这里所说的轴向锁定是指涉及固定环状机架13，定子部件1在与旋转轴X平行的方向的平移运动受到限制。

半圆柱状凸缘6在沿定子部件1的旋转轴X方向进行柱形扩充。为与定子部件相协调该凸缘采取的是半圆柱形扩充，也就是说只是扩充圆柱形的一部分。半圆柱状凸缘6使得定子部件1的平台3和平台4的临近区域辐射方向被锁定和密封。这里的辐射锁定是指定子部件1在辐射轴Y方向的平移运动受到限制，其中的辐射轴Y与旋转轴相交成90度。

涉及到固定环状机架13，在这些凸缘中要至少包含一个锁定部分且该锁定部分要允许切线锁定，这后者由一个补充部分组成且其与切线锁定相合。这里所说的切线锁定是指任何一个定子部件往其他定子部件的横向运动都将会受到限制。

如图5，这个切线锁定部分可以是一个缺口，且该缺口趋于与补充凸缘相合，其中补充凸缘位于涡轮发动机上的固定环状机架13上，相反地，也可以是一个趋凸缘，且该凸缘趋于与补充缺口相合，其中补充缺口位于涡轮发动机上的固定环状机架13上。

根据本发明，定子部件中至少有一个凸缘5或凸缘6此外由至少一个剪切块10所组成。该剪切块是无孔的，不受约束的且具有增长适应性。剪切块是从一件材料的剪出部分，它可能是有空的，也可能是无孔的。针对本发明而言，这个不受约束的剪切块应该理解为这样一种剪切块，其没有与补充部分相合的趋向，如影响任何的锁定。

如图5，定子部件1的外部平台4由辐射状凸缘5和半圆柱状凸缘6组成。在内部平台3上同样有凸缘5和凸缘6。内部平台3，其功能依据同样的准则，这里不作详细的介绍。

本例中，剪切块9是有通道的且是槽口9的形式，这些槽口9增长了定子部件1的平台4的适应性。这使得叶片对定子部件1变形的灵敏度的降低并延长其寿命成为了可能。这些自由，可增长适应性的槽口9更适宜地定位于凸缘5凸缘6的第二自由端面上。这样的通口剪切块请参见文件US3781125和US6210108。

图6显示了，根据本发明，由辐射状凸缘5和半圆柱状凸缘6所组成的定子部件1的外部平台4。

剪切块10是无通孔的。这些剪切块10是由凸缘5和凸缘6上的开口10所组成。这些开口10可以增强定子部件1的变形抗性并延长其寿命。因此开口10更适宜定位于第一端面5a，6a上，其中的第一自由端面5a，6a固定于平台3，4并位于凸缘5凸缘6上。

每个定子部件1被安装到一个涡轮发动机的固定环状机架13上。定子部件1和环状机架13组装为一个叶片定子。

剪切块10可以用已知的各种制造技术获得，可以在定子部件上方便的加工出来。可以增加已经在市场上销售的定子部件的适应性。

本申请同样涉及到一种增加定子部件适应性的方法，定子部件1包含至少一个叶片2和至少一个在加工过程中的凸缘5，6，至少有一个剪切块10在定子部件的凸缘5，6上。

Claims (11)

1.涡轮发动机带叶片定子，包含一个内部平台和一个外部平台，至少有一个叶片安装在上述平台之间，至少一个上述平台包含至少有一个凸缘，所述凸缘有至少一个固定在平台上的第一端面和第二自由端面的，上述凸缘包含至少一个不穿透的增加适应性的剪切块。

2.根据权利要求1所要求的定子部件，切除部分是一个孔。

3.根据权利要求2所要求的定子部件，孔的位置是在凸缘的第一端面上。

4.根据上述任意一个权利要求所要求的定子部件，其中凸缘在辐射状平面的延伸涉及到上述定子部件的轴的旋转。

5.根据上述任意一个权利要求所要求的定子部件，其中凸缘是半圆柱状涉及到上述定子部件的轴的旋转。

6.根据上述任意一个权利要求，其至少包含一个切线锁定部分的定子部件。

7.根据权利要求6所要求的定子部件，其中切线锁定部分是一个缺口。

8.一个带叶片的定子，至少包含一个上述任意一个权利要求所要求的定子部件。

9.一个涡轮，至少包含一个上述权利要求8所要求的定子。

10.一个涡轮发动机，至少包含一个上述权利要求9所要求的涡轮。

11.一种为增加至少包含一个叶片和一个凸缘的涡轮发动机的带叶片定子部件适应性的方法，加工中至少在定子部件的一个凸缘上至少有一个不穿透的剪切块。