渦輪機組壓氣機導向葉片組件的制作方法
【專利摘要】扇區化的渦輪機組壓氣機導向葉片組件包括組裝的扇體，該扇體形成兩個同心的殼環，一個外殼環和一個內殼環，在殼環之間設置葉片，葉片的前緣和后緣接近殼環的橫向面，并且其外殼環外部提供有用于安裝所述扇體的外殼的連接裝置。有利地，所述連接裝置軸向地偏移殼環的后橫向面，這樣它突出地位于葉片的前和后緣之間對準葉片處。
【專利說明】渦輪機組壓氣機導向葉片組件
[0001]本發明涉及用于壓氣機，特別地高壓壓氣機的導向葉片組件，該壓氣機設計用于航空器的渦輪機組，諸如渦輪噴氣發動機。
[0002]通常，用于渦輪噴氣發動機的壓氣機包括沿著發動機的縱向軸線對準以及交替地由形成壓氣機轉子的可移動的級和形成定子的固定的級所構成的多個連續的級，該可移動的級的葉片組件通過相對于所述軸線偏轉氣流而加速氣流，該固定的級的葉片組件部分地轉換壓力下的流速和將所述流導向順次的可移動的級。
[0003]高壓壓氣機定子的最后一級或多級是扇區化導向葉片組件，在扇體一個接一個連續組裝在外部安裝殼中后，其主要形成兩個同心殼環，一個外殼環和一個內殼環，在殼環之間布置葉片組件的葉片，在雙流渦輪軸發動機中，在主氣流級，氣流通過該葉片組件的葉片。外殼環提供有連接裝置，諸如(彎曲形式的)周緣接合邊緣，根據流的方向稱為前和后，用于連接壓氣機定子的外殼，而內殼環在連接用于有關轉子的密封裝置的其外側上具有耐磨裝置。
[0004]在渦輪噴氣發動機中，導向葉片組件是靜態地(氣動力和機械力通過外殼)以及動態地(例如，涉及瞬時發動機工作相期間明顯的振動)工作的部件，并且因此使用Haig曲線提前限定它們的尺寸，該Haig曲線可以確定它們的機械強度和疲勞抗性。
[0005]使用該曲線，由此確定對于在所述部件的點處給定的靜態應力，在該點處的最大容許的動態應力。此外，由經驗已知要求最大可能的最大動態應力，以能夠容許發動機上更大的振動應答。
[0006]在常規固定的導向葉片組件的情況下，最大靜態應力的區域和動態應力的區域位于導向葉片組件上相同的地方，即，在組裝的扇體所形成的圓柱形外殼環的后面。因此，大大地減小了容許的動態應力，因為最大的靜態應力位于在相同的地方，這限制導向葉片組件的工作可能性和其疲勞抗性，特別地在持續振動的發動機速度時。
[0007]本 申請人:的專利FR2945331公開了用于最佳化動態應力的方案，所述方案包括在焊接到壁上的至少一些葉片的后邊緣和后緣之間，在上部殼環的圓柱形壁中鉆馬蹄形孔，以使殼環局部地更“柔性”。這允許相當大地減小彎曲的后邊緣的轉接半徑中靜態應力，以增加最大的動態應力和提高動態運轉中導向葉片組件的疲勞極限。
[0008]盡管當在葉片的后緣和外殼環的后周緣邊緣之間存在足夠的空間以在那里鉆孔時，這種類型的方案是得到準許的，但是如果空間不充足，這種方案是不可能的，因為它將要求也要鉆孔通過后邊緣，以通過殼環的壁。這種方案將消弱導向葉片組件太多，并且由此不適于這種類型的導向葉片組件。
[0009]本發明的目的是克服這種缺陷。
[0010]因此，用于渦輪機組的扇區化的壓氣機導向葉片組件具有包括組裝的扇體的類型，該扇體形成兩個同心殼環，一個內殼環和一個外殼環，在殼環之間設置葉片，該葉片的前緣和后緣相對于壓氣機中循環的氣流分別地接近殼環的前和后橫向面，其外殼環外部提供有用于安裝所述扇體的外殼的連接裝置。
[0011]根據本發明，這種導向葉片組件是值得注意的，因為所述的連接裝置包括根據權利要求I的特征。
[0012]因此，通過軸向地偏移垂直于葉片的連接裝置，靜態應力，也就是說殼的氣動力和應力不再集中和位于在外殼環的后面或下游部分，而是在葉片的區域中，并且由此與還位于導向葉片組件的外殼環的后面部分的區域中的動態應力分離。通過相對于殼偏移殼環的連接裝置，在分離的這些應力中，其不再被疊加，外殼環的后面部分受到更小的載荷，因為它沒有靜態應力，并且現在僅受到動態應力。因此，該后面的部分可以以增加的最大容許的動態應力和由此以更高的振動發動機速度工作，在那里沒有損壞的風險。通過這種方式，提高了導向葉片組件的振動能力，換而言之抗給定的氣動力刺激的能力。
[0013]所述外殼的連接裝置包括相對于通過葉片的流方向的前周緣邊緣和后周緣邊緣，該前周緣邊緣位于所述扇體的外殼環的上游前橫向面，該后周緣邊緣偏移外殼環的下游橫向面，并且突出地位于葉片的前緣和后緣之間。
[0014]有利地，所述偏移的后周緣邊緣基本上突出地位于葉片的前緣和后緣之間葉片中心處。因此，靜態應力不僅偏移殼環的后面，而且因為材料體積，所以也被減小，其中引起靜態應力在后邊緣、殼環和葉片之間經過的力更大，在該位置葉片的厚度最大。
[0015]在另一個實施方式中，所述外殼的連接裝置包括在外殼環的周緣上提供和突出地位于葉片的前緣和后緣之間的環形凸緣。在分離應力方面的結果與前面的實施方式相似，外殼環的后面不再受到靜態應力。
[0016]優選地，所述連接凸緣突出地位于葉片前緣和后緣的中心處，在通過增加材料體積而減小靜態應力方面產生了與以前相同的優點。
[0017]特別地，所述后周緣邊緣或所述凸緣在所有扇體上可以連續地或不連續地延伸。
[0018]附圖中的圖將清楚地表示如何產生本發明。在這些圖中，相同的附圖標記數字指相似的構件。
[0019]圖1表示在示意性縱向截面中渦輪機組的高壓壓氣機的一部分，該渦輪機組帶有定子級和接著的轉子級，該定子級具有根據本發明的固定導向葉片組件。
[0020]圖2是圖1的導向葉片組件的部分立體圖，具有軸向地偏移的后接合邊緣。
[0021]圖3是從上面看的圖2的導向葉片組件的視圖。
[0022]圖4是根據本發明的導向葉片組件的另一個實施方式的立體圖。
[0023]圖1中所示的壓氣機部分I是具有軸線A的航空器渦輪噴氣發動機的高壓壓氣機的一部分，并且它示出了形成固定導向葉片組件3的定子級2，該定子級下游發現了所述壓氣機的轉子級4。通常,定子導向葉片組件3被扇區化,換而言之，由多個扇體5構成,該扇體5 —個接一個接連地安裝在環形外殼6中，該環形外殼用于安裝這些扇體和通過連接或接合裝置7保持它們在適當位置，以由此形成導向葉片組件其整體。
[0024]在下面的圖和說明書中示例了單個扇體5，現在參考該扇體，記住它適于所有扇體，在這種情況下，參考實際的導向葉片組件3其整體。導向葉片組件的每個扇體5包括外殼環8和內殼環10，該外殼環8具有圓柱形壁9，該內殼環10也具有圓柱形壁11，所述殼環相對于軸線A是同心的，并且在它們之間提供葉片12，來自于風扇上游的主氣流F通過葉片12，并且導向下游到燃燒室。為了幫助示例，已經減少了分離軸線A與導向葉片組件的內殼環10的距離。關于內殼環，圖1示意了其外側以已知的方式涂覆有耐磨涂層25，靠著該耐磨涂層用轉子級4上所提供的多個唇26施加密封。[0025]例如，通過焊接，固定葉片12的頭部13和腳部14分別于外殼環8和內殼環10的壁9和11上。葉片12沿著軸線A延伸殼環的幾乎整個寬度，這樣葉片的前緣15和后緣16相對于流方向F位于接近端橫向面17和18，它們分別是圓柱形殼環的壁9、11的前和后(或者上游和下游)面。
[0026]此外，在外殼環8的側壁9的外周緣上提供外殼6的連接裝置7，并且在該實施例中所述裝置包括滑軌和滑塊組件。在導向葉片組件的該第一實施方式中，因此由兩個彎曲的接合邊緣限定連接裝置7，該彎曲的接合邊緣是相對于流方向F的前或上游邊緣19以及后或下游邊緣20，以形成滑塊，并且它們如圖1中所示意性示意的接合在外殼6的形成滑軌的安裝和保持槽21中，該外殼6圍繞導向葉片組件I的扇體5。
[0027]圖1至圖3示意了前接合邊緣19基本上位于外殼環8的前橫向面17的直接上方，而后接合邊緣20根據本發明位于距離殼環的后橫向面18 —段距離處，基本上在圓柱形側壁9的中心中，因此葉片12的直接上方。立體上，提供所述后邊緣20，以突出地位于葉片12的中心，在這里，所述葉片最厚，如圖3所示。
[0028]通過基本上遠到外殼環的側壁9的中心的后邊緣20向前邊緣19的該軸向偏移(最初，位于外殼環20的后面20處，即，接近葉片的后緣16，如示圖中虛線所示，圖2中附圖標記20’)，所有氣動力(通過導向葉片組件的流F)和外殼6所傳遞的機械應力將進入扇體5，經過彎曲的后邊緣20所限定的轉接半徑，和在其中心處的葉片的頭部13，并且將由此被更大材料體積所吸收。因此，這些力在定子上產生的最大靜態應力將更低。
[0029]因此，因為外殼環8的側壁9的后面部分或端部22 (結束于后橫向面18的部分22)不再受到該最大靜態應力，它可以吸收更大的最大容許的動態應力，因為所述最大容許的動態應力還是位于在所述后面部分22中。結果，通過分離應力和相對于最大動態應力偏移最大靜態應力，改善了導向葉片組件3和由此定子級2的振動能力，換而言之改善了抗給定的氣動力刺激的能力。
[0030]在圖4中示出了根據本發明的扇區化的導向葉片組件3的另一個實施方式。在該導向葉片組件的扇體5的立體圖中，可以看到分別地同心的外殼環8和內殼環10，葉片12布置在它們之間。外殼的連接裝置7(在該圖中未示出)提供在外殼環8的外側上。這些連接裝置7，不像前面的實施方式中一樣，它包括從圓柱形殼環8的側壁9徑向地突出的單個環形凸緣23，后者以規律的間隔提供在它的周緣上，帶有用于固定到安裝殼的孔24，螺栓或相似裝置穿過該孔24。
[0031]有利地，凸緣23設置在殼環的壁的上游橫向面17和下游橫向面18之間，特別地葉片的前緣15和后緣16之間，基本上突出地位于其最大厚度的區域中。
[0032]具有中心凸緣23的這種類型的實施方式產生了與帶有兩個接合邊緣19、20前面實施方式相似的結果。由不同的力所引起的靜態應力位于殼環的中心凸緣23的區域中和葉片的后部分的區域中，并且因此與殼環8的壁10的后面部分22 (其因此沒有靜態應力)中所產生的最大動態應力分離。結果，可以增加最大容許的動態應力，而不損害導向葉片組件3的完整性，允許發動機上更高水平的振動。
[0033]而且，在所述外殼環8的側壁11的周緣上可以產生連續或不連續的前邊緣19和后邊緣20以及凸緣23。
【權利要求】
1.用于渦輪機組的扇區化的壓氣機導向葉片組件(3)，具有包括組裝的扇體(5)的類型，該扇體(5)形成兩個同心的外殼環(8)和內殼環(10)，在殼環之間設置帶有前緣(15)和后緣(16)的葉片(12)，該前緣(15)和后緣(16)分別地接近殼環的前和后橫向面(17、18)，其外殼環(8)外部提供有用于安裝所述扇體的外殼(6)的連接裝置(7)，其特征在于:所述連接裝置(7)軸向地偏移外殼環(8)的后橫向面(18)和布置為吸收殼和導向葉片組件之間的靜態力，所述外殼的連接裝置(7)包括相對于通過葉片的流方向，位于所述扇體的外殼環的上游橫向面(17)處的前彎曲的周緣接合邊緣(19)以及偏移外殼環的下游橫向面(18)和突出地位于葉片(12)前緣和后緣之間葉片(12)之間直接上方的后彎曲的周緣接合邊緣(20)，或者在外殼環(8)的周緣上提供的和突出地位于葉片(12)的前緣和后緣之間葉片(12)直接上方的環形凸緣(23)，以及通過凸緣中孔(24)的固定螺栓或類似裝置，用于固定到安裝殼。
2.根據權利要求1的導向葉片組件，其中所述后偏移的周緣邊緣(20)基本上突出地位于葉片的前緣(15)和后緣(16)之間的葉片中心處。
3.根據權利要求1的導向葉片組件，其中所述連接凸緣(23)突出地位于葉片的前緣(15)和后緣(16)的中心處。
4.根據權利要求1至3中任一權利要求的導向葉片組件，其中所述后周緣邊緣(20)或所述凸緣(23)在所有扇體(5)上連續地或不連續地延伸。
【文檔編號】F04D29/54GK104011333SQ201280061542
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年12月19日 優先權日:2011年12月19日
【發明者】羅納德·阿扎勒貝特, 尼古拉斯·克勞德·赫爾夫·拉豐, 達米恩·古梅特 申請人:斯奈克瑪