專利名稱：渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)改良型帶葉片定子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，特別是一種改良的帶葉片的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)定子。
背景技術(shù)：
航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)上由壓縮機(jī)、燃燒室和渦輪組成。渦輪捕獲離開燃燒室的熱氣體的部分能量并將它轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，從而來給壓縮機(jī)提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。
渦輪位于燃燒室的下游，它是工作于最惡劣條件下的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)組成部分。尤其是當(dāng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作于高溫條件下和因離開燃燒室的熱氣體產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力的條件下。
一個(gè)軸流式渦輪機(jī)傳統(tǒng)上至少包括一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子圓盤。定子由一排安裝于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)托架上的葉片組成，而轉(zhuǎn)子由一組能夠旋轉(zhuǎn)的葉片組成。
與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸相比，定子葉片通常放射狀地固定于兩個(gè)同中心的環(huán)形護(hù)罩上。這兩個(gè)環(huán)形護(hù)罩被稱為內(nèi)護(hù)罩和外護(hù)罩，葉片的一端被連接到內(nèi)護(hù)罩上，而另一端被連接到外護(hù)罩上。
定子被劃分為扇區(qū)，每一個(gè)扇區(qū)都有很多葉片。在一個(gè)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上，定子扇區(qū)被固定在一個(gè)固定的環(huán)形托架上。在一個(gè)固定的環(huán)形托架上將很多相同的扇區(qū)首尾相連地安裝成一個(gè)環(huán)形，這使得能夠重新組建一個(gè)定子。定子扇區(qū)包括一個(gè)和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)軸共軸的旋轉(zhuǎn)軸。
在一個(gè)定子扇區(qū)上，內(nèi)護(hù)罩和外護(hù)罩部分被分別稱為內(nèi)平臺(tái)和外平臺(tái)。定義在內(nèi)平臺(tái)和外平臺(tái)之間的這部分空間構(gòu)成一股氣流，該氣流起源于燃燒室內(nèi)氣體的流動(dòng)。
平臺(tái)包括直接受氣流影響的部分和不受影響的部分。因此，受熱氣體影響的部分如劃分氣流界限的表面，將會(huì)比不受熱氣體影響的部分如下文將要詳細(xì)講到的凸緣膨脹的更迅速。
再者，平臺(tái)比葉片更堅(jiān)固。因此，平臺(tái)比葉片有更大的熱穩(wěn)定性，這將會(huì)帶來兩個(gè)結(jié)果在溫度增加的影響下，一方面葉片比平臺(tái)膨脹的更迅速，另一方面平臺(tái)的變形會(huì)影響到葉片。這種現(xiàn)象也被稱為雙金屬效應(yīng)。
在這種種配備有渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的航空器的飛行現(xiàn)象中，定子遭受著加熱和冷卻，這使得內(nèi)平臺(tái)和外平臺(tái)發(fā)生了變形。在這種變形的影響下，定子葉片常遭受一連串的拉伸和壓縮，這導(dǎo)致了裂縫的出現(xiàn)。而這些裂縫對(duì)葉片的壽命是有害的。
為了解決這些問題，由先前的技術(shù)得到的一種解決方法在于設(shè)計(jì)不是很堅(jiān)固的平臺(tái)和定子扇區(qū)。然而，這種解決方法遠(yuǎn)不能令人滿足，因?yàn)檫@種定子扇區(qū)的機(jī)械特性因它而受到了影響。
發(fā)明專利內(nèi)容此發(fā)明的目的是為了解決前面提到的使定子獲得更大的適應(yīng)性的問題。
總的來說，此發(fā)明涉及了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上帶葉片的定子，它包含了一個(gè)內(nèi)平臺(tái)和一個(gè)外平臺(tái)，至少一個(gè)葉片固定在上述平臺(tái)上，至少上述之一的平臺(tái)包含至少一個(gè)具有第一端面和第二自由端面的凸緣，其中第一端面要與平臺(tái)吻合，這里講的凸緣包含至少一個(gè)增加適應(yīng)性的切掉部分。
凸緣可以是輻射狀的凸緣，也可以是半圓柱狀的凸緣。
根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)切掉的部分不應(yīng)該被做成通孔。
有利的是，這個(gè)切掉部分可以方便的利用現(xiàn)存的多種機(jī)械加工技術(shù)在定子上加工出來。所以這種增加定子部分適應(yīng)性方法十分可行，它已經(jīng)投入市場(chǎng)了。
所以本申請(qǐng)涉及了一種增加定子適應(yīng)性的方法，即用機(jī)械方法在定子凸緣上加工至少一個(gè)不穿透的切掉部分。
本專利發(fā)明較易理解而且此專利發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將出現(xiàn)在下面的描述中，這里以例子舉出，以供參考。


圖1是定子部分在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的位置；圖2是定子部分正常狀態(tài)的示意圖；圖3是定子部分在加熱時(shí)的示意圖；圖4是定子部分在冷卻時(shí)的示意圖；圖5是包含切掉部分穿透的定子外平臺(tái)的透視圖；圖6是根據(jù)本專利發(fā)明繪制的包含切掉部分不穿透的定子外平臺(tái)的透視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1標(biāo)示了一個(gè)定子部分安裝在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的局部視圖。至少有一個(gè)導(dǎo)向葉片放射性的與定子部分1相適應(yīng)，以上述定子1的旋轉(zhuǎn)軸x為參考，并且在內(nèi)部平臺(tái)3與外部平臺(tái)4之間。在徑向軸y與旋轉(zhuǎn)軸x以一定角度相交的情況下，內(nèi)平臺(tái)3與旋轉(zhuǎn)軸x的距離比外平臺(tái)4更近。
葉片2直接暴露在從燃燒的腔內(nèi)散發(fā)出的高溫煤氣中。平臺(tái)3和4組成的部分直接暴露在由燃燒的腔內(nèi)散發(fā)出的空氣中，特別是3a和4a兩個(gè)表面所劃分出的空氣流12，其他部分沒有接觸空氣。
在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定操作的期間，在定子1的不同部分持久受熱，且呈梯度分布，這就造成了定子的持久變形。
在短暫的操作中，更準(zhǔn)確的說加熱增加了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)定子1的變形速度，而冷卻降低了這個(gè)速度。
在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)完全機(jī)能的操作過程中，舉例來說，在飛行器整個(gè)飛行過程中的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程，這些變形能導(dǎo)致定子表面的破壞，從而導(dǎo)致渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞。
圖2，3，4顯示了不同階段定子1的機(jī)能。
圖2概括性的表明了定子1在正常狀態(tài)下形狀，更確切的說，是在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)狀態(tài)下。沒有熱和機(jī)械壓力施加在定子1上。
圖3粗略地說明了定子部件1在加熱階段的情況。加熱階段過程，是最重要的一段，是航行器起飛的那段時(shí)間。在加熱階段的過程中，內(nèi)部平臺(tái)3和外部平臺(tái)4發(fā)生變形，它們的表面3a和4a暴露在氣流12之下，有凸起的趨勢(shì)。其結(jié)果是位于定子部件中間的葉片2a遭受壓縮而位于外圍的葉片2b遭受拉伸。
圖4顯示了定子部件1在冷卻階段的圖解。然而，在冷卻期間，內(nèi)部平臺(tái)3和外部平臺(tái)4發(fā)生變形且其接觸氣流12的表面3a和表面4a有面向氣流凹入的趨向。其結(jié)果是位于中心的葉片2a受到拉伸而位于外部的葉片2b則受到擠壓。
內(nèi)部平臺(tái)3和外部平臺(tái)4的變形會(huì)導(dǎo)致定子部件表面出現(xiàn)裂縫。因此有必要減少平臺(tái)3和平臺(tái)4的變形以延長(zhǎng)定子部件的壽命，尤其是葉片2，它是定子部件中壽命最短的。
如圖5圖6所示定子部件1的平臺(tái)3或平臺(tái)4至少包含一個(gè)輻射狀的凸緣5或至少包含一個(gè)具有半圓柱體形狀的凸緣6。凸緣5，凸緣6由的第一端面5a，6a和第二自由端面5b，6b組成，其中第一端面5a，6a固定于平臺(tái)3或平臺(tái)4上，第二自由端面5b，6b沒有固定于平臺(tái)3或平臺(tái)4上。
輻射狀的凸緣5延伸到一平面，且該平面與定子部件1的旋轉(zhuǎn)軸X相交90度。凸緣5使得定子部件1的平臺(tái)3和平臺(tái)4的臨近區(qū)域軸向被鎖定和密封。這里所說的軸向鎖定是指涉及固定環(huán)狀機(jī)架13，定子部件1在與旋轉(zhuǎn)軸X平行的方向的平移運(yùn)動(dòng)受到限制。
半圓柱狀凸緣6在沿定子部件1的旋轉(zhuǎn)軸X方向進(jìn)行柱形擴(kuò)充。為與定子部件相協(xié)調(diào)該凸緣采取的是半圓柱形擴(kuò)充，也就是說只是擴(kuò)充圓柱形的一部分。半圓柱狀凸緣6使得定子部件1的平臺(tái)3和平臺(tái)4的臨近區(qū)域輻射方向被鎖定和密封。這里的輻射鎖定是指定子部件1在輻射軸Y方向的平移運(yùn)動(dòng)受到限制，其中的輻射軸Y與旋轉(zhuǎn)軸相交成90度。
涉及到固定環(huán)狀機(jī)架13，在這些凸緣中要至少包含一個(gè)鎖定部分且該鎖定部分要允許切線鎖定，這后者由一個(gè)補(bǔ)充部分組成且其與切線鎖定相合。這里所說的切線鎖定是指任何一個(gè)定子部件往其他定子部件的橫向運(yùn)動(dòng)都將會(huì)受到限制。
如圖5，這個(gè)切線鎖定部分可以是一個(gè)缺口，且該缺口趨于與補(bǔ)充凸緣相合，其中補(bǔ)充凸緣位于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的固定環(huán)狀機(jī)架13上，相反地，也可以是一個(gè)趨凸緣，且該凸緣趨于與補(bǔ)充缺口相合，其中補(bǔ)充缺口位于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的固定環(huán)狀機(jī)架13上。
根據(jù)本發(fā)明，定子部件中至少有一個(gè)凸緣5或凸緣6此外由至少一個(gè)剪切塊10所組成。該剪切塊是無(wú)孔的，不受約束的且具有增長(zhǎng)適應(yīng)性。剪切塊是從一件材料的剪出部分，它可能是有空的，也可能是無(wú)孔的。針對(duì)本發(fā)明而言，這個(gè)不受約束的剪切塊應(yīng)該理解為這樣一種剪切塊，其沒有與補(bǔ)充部分相合的趨向，如影響任何的鎖定。
如圖5，定子部件1的外部平臺(tái)4由輻射狀凸緣5和半圓柱狀凸緣6組成。在內(nèi)部平臺(tái)3上同樣有凸緣5和凸緣6。內(nèi)部平臺(tái)3，其功能依據(jù)同樣的準(zhǔn)則，這里不作詳細(xì)的介紹。
本例中，剪切塊9是有通道的且是槽口9的形式，這些槽口9增長(zhǎng)了定子部件1的平臺(tái)4的適應(yīng)性。這使得葉片對(duì)定子部件1變形的靈敏度的降低并延長(zhǎng)其壽命成為了可能。這些自由，可增長(zhǎng)適應(yīng)性的槽口9更適宜地定位于凸緣5凸緣6的第二自由端面上。這樣的通口剪切塊請(qǐng)參見文件US3781125和US6210108。
圖6顯示了，根據(jù)本發(fā)明，由輻射狀凸緣5和半圓柱狀凸緣6所組成的定子部件1的外部平臺(tái)4。
剪切塊10是無(wú)通孔的。這些剪切塊10是由凸緣5和凸緣6上的開口10所組成。這些開口10可以增強(qiáng)定子部件1的變形抗性并延長(zhǎng)其壽命。因此開口10更適宜定位于第一端面5a，6a上，其中的第一自由端面5a，6a固定于平臺(tái)3，4并位于凸緣5凸緣6上。
每個(gè)定子部件1被安裝到一個(gè)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的固定環(huán)狀機(jī)架13上。定子部件1和環(huán)狀機(jī)架13組裝為一個(gè)葉片定子。
剪切塊10可以用已知的各種制造技術(shù)獲得，可以在定子部件上方便的加工出來?？梢栽黾右呀?jīng)在市場(chǎng)上銷售的定子部件的適應(yīng)性。
本申請(qǐng)同樣涉及到一種增加定子部件適應(yīng)性的方法，定子部件1包含至少一個(gè)葉片2和至少一個(gè)在加工過程中的凸緣5，6，至少有一個(gè)剪切塊10在定子部件的凸緣5，6上。
權(quán)利要求
1.渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)帶葉片定子，包含一個(gè)內(nèi)部平臺(tái)和一個(gè)外部平臺(tái)，至少有一個(gè)葉片安裝在上述平臺(tái)之間，至少一個(gè)上述平臺(tái)包含至少有一個(gè)凸緣，所述凸緣有至少一個(gè)固定在平臺(tái)上的第一端面和第二自由端面的，上述凸緣包含至少一個(gè)不穿透的增加適應(yīng)性的剪切塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所要求的定子部件，切除部分是一個(gè)孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所要求的定子部件，孔的位置是在凸緣的第一端面上。
4.根據(jù)上述任意一個(gè)權(quán)利要求所要求的定子部件，其中凸緣在輻射狀平面的延伸涉及到上述定子部件的軸的旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)上述任意一個(gè)權(quán)利要求所要求的定子部件，其中凸緣是半圓柱狀涉及到上述定子部件的軸的旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)上述任意一個(gè)權(quán)利要求，其至少包含一個(gè)切線鎖定部分的定子部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所要求的定子部件，其中切線鎖定部分是一個(gè)缺口。
8.一個(gè)帶葉片的定子，至少包含一個(gè)上述任意一個(gè)權(quán)利要求所要求的定子部件。
9.一個(gè)渦輪，至少包含一個(gè)上述權(quán)利要求8所要求的定子。
10.一個(gè)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，至少包含一個(gè)上述權(quán)利要求9所要求的渦輪。
11.一種為增加至少包含一個(gè)葉片和一個(gè)凸緣的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的帶葉片定子部件適應(yīng)性的方法，加工中至少在定子部件的一個(gè)凸緣上至少有一個(gè)不穿透的剪切塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)帶葉片定子。特別的，一個(gè)帶葉片定子部件包含一個(gè)內(nèi)部平臺(tái)3和一個(gè)外部平臺(tái)4，至少有一個(gè)葉片2安裝在上述平臺(tái)3，4之間。上述平臺(tái)3，4之間至少有一個(gè)包含至少一個(gè)帶安裝在平臺(tái)3，4上的第一端面5a，6a和第二自由端面5b，6b的凸緣5，6。上述凸緣5，6包含至少一個(gè)不穿透的增加適應(yīng)性的切掉部分10。
文檔編號(hào)F01D9/04GK1978870SQ20061016189
公開日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2006年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月5日
發(fā)明者亞歷山大·尼古拉斯·德維克斯, 帕垂克·約瑟夫·瑪瑞·格拉德, 格爾·勞羅, 吉拉姆·讓-克勞得·羅伯特·雷恩 申請(qǐng)人:斯奈克瑪