專利名稱：減小渦輪發(fā)動機噴嘴底板應(yīng)力的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及燃氣渦輪發(fā)動機的排氣噴咀；尤其涉及減小渦輪發(fā)動機排氣噴咀底板應(yīng)力的方法和裝置。
至少一些已知的燃氣渦輪發(fā)動機包括一個包含可變幾何結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的一個排氣噴咀。該可變的幾何結(jié)構(gòu)系統(tǒng)通過使用折板和密封，調(diào)節(jié)排氣噴咀的面積。該折板限定該流道的不連續(xù)部分，而密封則形成相鄰折板之間的其余的流道。因為由于熱的燃燒氣體以該發(fā)動機流出，該排氣噴咀受到高溫和熱梯度的作用，因此該可變幾何結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在保持該可變幾何結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)零件的同時，必需保持一個連貫的流道。
至少一些已知的折板系統(tǒng)由骨架和底板組成。該骨架將該底板固定在該可變幾何結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)。為了延長在高溫工作下的使用壽命，至少一些已知的底板由非金屬材料(例如陶瓷基體復(fù)合(CMC)材料)制成。
至少一些已知的基板是輻射狀的，并利用機械緊固件(例如鉚釘或螺釘)固定在該骨架上。隨著時間的推移，連續(xù)的熱膨脹可以在該輻射狀的底板內(nèi)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中。另外，連續(xù)的熱循環(huán)可使該輻射狀的底板變形或扭曲。因為這種拉伸強度可以是通過該底板的最弱的負(fù)通道，因此連續(xù)的熱循環(huán)可能造成該底板過早損壞。
發(fā)明概述按照本發(fā)明的一個方面，提供了裝配包括至少一個骨架組件的燃氣渦輪發(fā)動機排氣噴咀的折板系統(tǒng)的方法。該方法包括提供包含一對沿周圍間隔的側(cè)面的一個底板；該對沿周圍間隔的側(cè)面由一個上游側(cè)面和一個下游側(cè)面連接在一起；在該底板中形成至少一個卸荷切口，該至少一個卸荷切口從該沿圓周間隔的側(cè)面中的至少一個側(cè)面至少部分地橫向于該底板延伸；和將該底板與骨架組件連接。
按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一個燃氣渦輪發(fā)動機排氣噴咀組件。該組件包括一個骨架和與該骨架連接的一個底板。該底板包括至少一個卸荷切口和一對由上游側(cè)面和下游側(cè)面連接在一起的，沿圓周間隔的側(cè)面。該至少一個卸荷切口從該沿圓周間隔的側(cè)面中的至少一個側(cè)面向所述另一個相應(yīng)的沿圓周間隔的側(cè)面延伸。
按照本發(fā)明的又一個方面，提供了一種燃氣渦輪發(fā)動機。該發(fā)動機包括一個可變的發(fā)動機排氣噴咀，還包括與該發(fā)動機排氣噴咀連接的一個折板系統(tǒng)。該折板系統(tǒng)包括一個骨架板和與該骨架連接的一個底板。該底板包括至少一個卸荷切口和一對沿圓周間隔的由一個上游側(cè)面和一個下游側(cè)面連接在一起的沿圓周間隔的側(cè)面。該至少一個卸荷切口從該沿圓周間隔的側(cè)面中的至少一個側(cè)面，向所述另一個相應(yīng)的沿圓周間隔的側(cè)面延伸。
附圖的簡要說明

圖1為燃氣渦輪發(fā)動機的示意圖；圖2為可以用在圖1所示的發(fā)動機中的折板系統(tǒng)的一部分的透視圖；圖3為可以用在圖1所示的燃氣渦輪發(fā)動機中的一個示例性底板的透視圖。
發(fā)明詳述圖1為一個燃氣渦輪發(fā)動機10的示意圖，它包括一個風(fēng)扇組件12，一個高壓壓縮機14和一個燃燒室16。在一個實施例中，該發(fā)動機10為Ohio州Cincinnati城的通用電氣公司銷售的F414型發(fā)動機。發(fā)動機10還包括一個高壓渦輪18和一個低壓渦輪20。風(fēng)扇組件12和渦輪20利用第一根軸24連接；而壓縮機14和渦輪18利用第二根軸26連接。
在工作中，空氣通過風(fēng)扇組件12流動，并且壓縮空氣從該風(fēng)扇組件12供給至高壓壓縮機14。高度壓縮的空氣輸送至燃燒室16。從燃燒室16出來的氣流驅(qū)動轉(zhuǎn)動的渦輪18和20，并通過排氣系統(tǒng)28，從燃氣渦輪發(fā)動機10流出。排氣系統(tǒng)28包括一個可變幾何結(jié)構(gòu)系統(tǒng)30。
圖2為可以用在發(fā)動機10(如圖1所示)中的一個示例性折板系統(tǒng)100的透視圖。圖3為可以用在燃氣渦輪發(fā)動機10中的一個示例性底板組件的透視圖。折板系統(tǒng)100與一個排氣噴咀連接(例如排氣系統(tǒng)(圖1所示))，以便于保護該可變幾何結(jié)構(gòu)系統(tǒng)零件，不受從該發(fā)動機排出的高溫燃燒氣體的作用。更具體地說，折板系統(tǒng)100與該排氣噴咀連接，使折板系統(tǒng)100的流道側(cè)面102暴露在從該發(fā)動機排出的燃燒氣體中。因此，該折板系統(tǒng)的流道側(cè)面102形成通過該噴咀的流道的一部分。
折板系統(tǒng)100包括多個在該發(fā)動機排氣噴咀內(nèi)沿圓周方向延伸的骨架104和底板組件106。更具體地說，骨架104是示例性的，并且是技術(shù)上已知的。該底板組件106在該發(fā)動機排氣噴咀內(nèi)，由該骨架104連接，并包括一個前緣110和一個后緣112。底板組件的前緣110和后緣112分別由一對側(cè)邊緣114和116連接在一起。底板組件106一個在該底板組件106的相對兩側(cè)120和122之間，穿過該底板組件106的一個開口118。開口118的尺寸可容納一個用于將底板組件106牢固地與骨架164連接的緊固件(沒有示出)。在該示例性實施例中，底板側(cè)面120為底板組件106的流道側(cè)面，而側(cè)面122為該底板組件106的徑向外側(cè)。
前緣110和后緣112中的每一個具有在側(cè)邊緣114和116之間測量的相應(yīng)的寬度W1和W2。在該示例性實施例中，底板組件106是輻射狀的，使后緣寬度W2比前緣寬W1寬。中心線軸線120在該前緣110和后緣112之間穿過底板組件106。在該示例性實施例中，前緣110和后緣112基本上與中心線軸線120垂直。在另一個實施例中，前緣110和后緣112不平行。
在該示例性實施例中，底板組件106包括多個在該底板側(cè)面120和122之間穿過該底板組件106的卸荷切口200。在另一個實施例中，該底板組件106只包括一個卸荷切口200。每一個卸荷切口200在圓周上從相應(yīng)的側(cè)邊緣114和116向內(nèi)，向著底板中心線軸線120延伸。在另一個實施例中，卸荷切口200只從側(cè)邊緣114或116中的一個邊緣延伸。更具體地說，在該示例性實施例中，每一個卸荷切口200的指向基本上與中心線軸線120垂直。在又一個實施例中，每一個卸荷切口200的指向與中心線軸線120傾斜。
在該示例性實施例中，底板組件卸荷切口200包括長的卸荷切口230和短的卸荷切口232。每一個卸荷切口230和232具有長度LL和LS，它是從相應(yīng)的底板組件側(cè)面114和116至相應(yīng)的卸荷切口230和232的末端234和236測量的。在該示例性實施例中，從每一個側(cè)面114和116延伸的卸荷切口230和232在軸向，在底板組件106上彼此對準(zhǔn)，使該側(cè)面114和116互成鏡象。應(yīng)當(dāng)注意，卸荷切口200的尺寸、長度、寬度、數(shù)量、指向和位置選擇成可變的，以使每一個卸荷切口200可減小該底板組件106的熱應(yīng)力、變形和扭曲。
在裝配折板系統(tǒng)100的過程中，開始在底板組件106內(nèi)形成該卸荷切口200。更具體地說，卸荷切口2000相對于底板組件106的數(shù)量、尺寸、長度、寬度、指向和位置選擇成可變的，以便該卸荷切口減小加在底板組件106上的熱應(yīng)力。更具體地說，因為在發(fā)動機工作過程中，底板組件106中有熱循環(huán)，該卸荷切口200有利于減小在該底板組件上產(chǎn)生的熱應(yīng)力；使該底板組件106的變形、熱彎曲和/或扭曲也減小。更具體地說，該卸荷切口200可使該底板組件106相對于該骨架104熱膨脹，同時可減小該底板組件106和骨架104上產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
在本文所述的該示例性實施例中，表示了一個輻射狀的折板底板。然而，這里所述的減小應(yīng)力的方法可以應(yīng)用于同樣結(jié)構(gòu)的收縮式的折板底板。
上述的折板系統(tǒng)成本低，可靠性高。該折板系統(tǒng)包括一個與該骨架連接的底板組件。該底板組件包括多個可減小在該底板組件上產(chǎn)生的熱應(yīng)力的卸荷切口。因此，可以減小該底板組件的變形和/或扭曲，而且成本低，可靠性高。
雖然就各種具體的實施例已經(jīng)說明了本發(fā)明，但業(yè)內(nèi)人士認(rèn)識到，在本權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)，可對本發(fā)明進行修改。
零件清單10 燃氣渦輪發(fā)動機12 風(fēng)扇組件14 高壓壓縮機16 燃燒室18 高壓渦輪20 低壓渦輪24 第一根軸26 第二根軸28 排氣系統(tǒng)30 可變幾何結(jié)構(gòu)系統(tǒng)100折板系統(tǒng)102流道側(cè)面104骨架106底板組件110前緣112后緣114側(cè)邊緣116側(cè)邊緣118開口120相反的側(cè)面122相反的側(cè)面
W1寬度W2寬度200 卸荷切口230 長的卸荷切口232 短的卸荷切口LL長度LS長度234 末端236 末端
權(quán)利要求
1.一種燃氣渦輪發(fā)動機排氣噴咀(30)組件(100)，所述組件包括一個骨架(104)；和與所述骨架連接的一個底板(106)；所述底板包括至少一個卸荷切口(200)和一對沿圓周間隔的被上游側(cè)面(110)和下游側(cè)面(112)連接在一起的側(cè)面(114和116)；所述至少一個卸荷切口從所述沿圓周間隔的側(cè)面中的至少一側(cè)面，向所述另一個相應(yīng)的沿圓周間隔的側(cè)面延伸。
2.如權(quán)利要求1所述的組件(100)，其特征為，所述底板還包括一個流道側(cè)面(120)和一個相反的背面?zhèn)让?122)，所述卸荷切口(200)從所述流道側(cè)面延伸至所述背面?zhèn)让妗?br> 3.如權(quán)利要求1所述的組件(100)，其特征為，所述底板(106)具有一個中心線軸線(120)，所述至少一個卸荷切口(200)向基本上垂直于所述中心線軸線定向。
4.如權(quán)利要求1所述的組件(100)，其特征為，所述底板(106)的至少一個卸荷切口(200)還包括至少一個從每一個所述沿圓周間隔的底板側(cè)面(114和116)至少部分地橫向于所述底板延伸的卸荷切口。
5.如權(quán)利要求1所述的組件(100)，其特征為，所述底板(106)的至少一個卸荷切口(200)還包括多個在所述底板上游側(cè)面和下游側(cè)面(110和112)之間的軸向間隔的卸荷切口。
6.如權(quán)利要求1所述的組件(100)，其特征為，所述底板(106)的至少一個卸荷切口(200)有利于減小在所述底板上產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
7.如權(quán)利要求1所述的組件(100)，其特征為，所述底板(106)的至少一個卸荷切口(200)有利于減小所述底板的變形。
8.如權(quán)利要求1所述的組件(100)，其特征為，所述底板(106)的上游側(cè)面(110)具有在所述沿圓周間隔的側(cè)面(116和114)之間測量的第一寬度(W1)；所述底板下游側(cè)面(112)具有在所述沿圓周間隔的側(cè)面之間測量的第二寬度(W2)；所述第一寬度與所述第二寬度不同。
9.一種包括一個可變的發(fā)動機排氣噴咀(30)和燃氣渦輪發(fā)動機(10)，還包括一個與所述發(fā)動機排氣噴咀連接的折板系統(tǒng)(100)，所述折板系統(tǒng)包括一個骨架(104)和與所述骨架連接的一個底板(106)；所述底板包括至少一個卸荷切口，和一對由上游側(cè)面(110)和下游側(cè)面(112)連接在一起的沿圓周間隔的側(cè)面(114和116)；所述底板的至少一個卸荷切口從所述沿圓周間隔的側(cè)面中的至少一個側(cè)面向所述另一個相應(yīng)的沿圓周間隔的側(cè)面延伸。
10.如權(quán)利要求9所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其特征為，所述折板系統(tǒng)的底板(106)包括一個流道側(cè)面(120)和一個相反的背面?zhèn)让?122)，所述至少一個底板的卸荷切口(200)從所述流道側(cè)面延伸至所述背面?zhèn)让妗?br> 全文摘要
燃氣渦輪發(fā)動機排氣噴嘴(30)的組件(100)包括一個骨架(104)和與該骨架連接的一個底板(106)。該底板包括至少一個卸荷切口(200)和一對由上游側(cè)面(110)和下游側(cè)面(112)連接在一起的在圓周上彼此隔開的側(cè)面(114和116)。該至少一個卸荷切口從該在圓周上彼此隔開的側(cè)面中的至少一個側(cè)面，向著另一個相應(yīng)的在圓周上彼此隔開的側(cè)面延伸。
文檔編號F02K1/82GK1611762SQ200410068268
公開日2005年5月4日 申請日期2004年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月29日
發(fā)明者D·G·塞尼爾, C·M·伯克, B·J·倫利, J·S·安紐斯 申請人:通用電氣公司