專利名稱：渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪級的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如渦輪螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪級。
背景技術(shù)：
渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)從上游到下游地基本上包括壓縮機(jī)、燃燒室和渦輪機(jī)，所述壓縮機(jī)在壓力下向燃燒室供給空氣，而所述渦輪機(jī)接收來自于所述燃燒室的熱氣，以便從中獲取能量。、
依照慣例，低壓渦輪級包括噴嘴以及轉(zhuǎn)子葉輪，該噴嘴由在兩個(gè)環(huán)形平臺，即內(nèi)平臺和外平臺之間徑向地延伸的呈環(huán)形排的靜葉片構(gòu)成，該轉(zhuǎn)子葉輪安裝于所述噴嘴下游并且位于由環(huán)繞所述渦輪級的外殼所帶有的扇段環(huán)的內(nèi)部。每個(gè)環(huán)形扇段在其內(nèi)表面上帶有密封襯套，所述密封襯套與所述轉(zhuǎn)子葉輪葉片的外周緣相互配合，并且每個(gè)環(huán)形扇段在其外表面包括有用于將其緊固于所述外殼上的裝置，該裝置由上游周緣和下游周緣組成。所述上游周緣軸向地接合于由所述外殼的上游環(huán)形接頭所帶有的環(huán)形凹槽中，而所述下游周緣則通過C型截面緊固件與所述外殼的下游環(huán)形接頭徑向地夾固抵靠，所述C型截面緊固件自下游軸向地接合于所述下游周緣與所述下游環(huán)形接頭上。環(huán)形空腔被限定在所述環(huán)與所述外殼之間，并且在所述外殼的環(huán)形接頭之間從上游至下游地延伸。所述上游環(huán)形接頭具有向空腔供給來自于所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮級的空氣的噴孔。將冷空氣引入到與所述渦輪環(huán)相對準(zhǔn)的空腔中，用以避免所述葉片頂端處的間隙大大地增大，也就是所述葉片徑向外端與密封襯套之間的間隙，以使得在壓力下穿過被葉片所掃過的區(qū)域外部的空氣總量最小化，從而避免所述渦輪機(jī)性能變差。如公眾所知的，所述環(huán)形扇段由陶瓷基復(fù)合材料制成，以使得該材料在高溫情況下具有良好的機(jī)械性能的優(yōu)點(diǎn)得以體現(xiàn)，而所述外殼自身則通常由金屬材料制成。因此，所述環(huán)比外殼更堅(jiān)硬，并且其所具有的熱膨脹系數(shù)則小于所述金屬外殼的熱膨脹系數(shù)，由此導(dǎo)致了所述環(huán)與所述外殼之間的膨脹的差異。在第FR 09/51446號專利申請中，申請人提出通過將設(shè)置于所述環(huán)和所述環(huán)形接頭上的互補(bǔ)形狀徑向地接合來阻擋所述環(huán)軸向地抵靠于所述下游環(huán)形接頭，環(huán)形密封環(huán)安裝于環(huán)形凹槽內(nèi)，環(huán)形接頭的一面面對環(huán)的下游周緣和壓靠所述周緣。然而，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，每個(gè)環(huán)形扇段膨脹且發(fā)生變形，從而形成在圓周方向上凹形的曲線形狀，其凹面朝向外部(內(nèi)曲面現(xiàn)象)。因而，能夠看到在所述外殼的下游環(huán)形接頭與所述環(huán)形扇段的下游周緣之間形成有徑向空間。這些徑向空間使得這樣的環(huán)形密封環(huán)變得無法在所述下游周緣與所述外殼的環(huán)形接頭之間提供密封，所以在所述環(huán)形扇段的下游周緣與所述外殼的下游環(huán)形接頭之間發(fā)生冷卻空氣泄漏。在其它的實(shí)施方式中，所述環(huán)不是由復(fù)合材料制成的，所述環(huán)的下游周緣與所述外殼的下游環(huán)形接頭之間的下游緊固通過軸向地預(yù)加應(yīng)力于下游環(huán)形接頭使其抵靠于所述下游周緣的徑向表面而得以密封，所述下游周緣面對所述緊固件。然而，在低溫情況下，當(dāng)所述環(huán)由復(fù)合材料制成吋，由于它的高硬度和低熱膨脹性，這樣的使用軸向預(yù)應(yīng)カ的裝配無法想象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明特別的目的在于提供一種針對該問題的簡單、有效、低成本的解決方案，并且使得避免現(xiàn)有技術(shù)的缺陷成為可能。為此目的，本發(fā)明提供了用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪級，所述渦輪級包括在由復(fù)合材料制成和由外殼所帶有的扇段環(huán)中旋轉(zhuǎn)的裝有葉片的葉輪，每個(gè)環(huán)形扇段具有下游周緣，所述下游周緣通過C形緊固件固定以徑向地抵靠于所述外殼的環(huán)形接頭，所述渦輪級特征在于所述外殼的環(huán)形接頭徑向地接合于所述環(huán)的下游周緣中的環(huán)形凹槽中并且在低溫情況下具有軸向間隙，所述軸向間隙被設(shè)計(jì)為在運(yùn)轉(zhuǎn)過程的高溫情況下可減小為0，并且能夠在所述環(huán)形扇段的環(huán)形凹槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)對所述外殼的環(huán)形接頭的密封軸向夾固。根據(jù)本發(fā)明，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由干與所述復(fù)合環(huán)相比，所述外殼的膨脹程度更大，因此，所述環(huán)的下游周緣通過對所述環(huán)形凹槽內(nèi)的所述外殼的下游環(huán)形接頭的上游和下游端的軸向夾固而得以密封。因此，所述環(huán)及其下游周緣的凹曲度通過所述環(huán)形接頭的軸向夾固而得以彌補(bǔ)，從而確保了所述環(huán)下游緊固的密封。有益地，所述外殼的環(huán)形接頭具有用于在高溫情況下與所述凹槽的徑向側(cè)翼相抵靠的上游和下游徑向表面。在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，所述環(huán)形接頭的徑向表面以及所述凹槽的徑向側(cè)翼保持它們的徑向形狀，從而確保所述環(huán)的徑向表面與所述凹槽的徑向側(cè)翼之間的環(huán)形接觸。根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)技術(shù)特征，在低溫情況下，如上所述的軸向間隙的數(shù)量級為十分之一毫米。本發(fā)明也提供了一種安裝在所述環(huán)形接頭表面中環(huán)形凹槽中的環(huán)形密封環(huán)，該環(huán)形密封環(huán)壓靠于所述環(huán)形扇段的環(huán)形凹槽的底壁。有益地，所述復(fù)合材料為陶瓷基類型，并且所述外殼由金屬材料制成。本發(fā)明也提供了諸如飛機(jī)的渦輪螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括上述類型的高壓渦輪級。通過閱讀如下以非限制性的實(shí)施例做出的說明以及參考說明書附圖能夠更好地理解本發(fā)明，本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)以及特征也得以呈現(xiàn)。其中


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中的渦輪級的軸向剖面局部示意圖；圖2為沿圖I中A-A剖面的剖面圖；圖3為在低溫情況下本發(fā)明所述渦輪級的軸向剖面局部示意圖，所述剖面不穿過 緊固件；以及圖4為在高溫情況下本發(fā)明所述渦輪級的軸向剖面局部示意圖，剖面上包含緊固件。
具體實(shí)施例方式首先參考圖1，圖I示出了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中渦輪級10的一部分，所述渦輪級10的一部分包括具有多個(gè)靜葉片的噴嘴級，所述靜葉片排列于旋轉(zhuǎn)葉輪的上游，該旋轉(zhuǎn)葉輪帶有多個(gè)葉片并且可在外殼14所帯有的環(huán)12內(nèi)部旋轉(zhuǎn)。 所述環(huán)12由多個(gè)大致呈圓柱形的環(huán)形扇段組成，所述環(huán)形扇段首尾相連地成圓形地并列放置。每個(gè)環(huán)形扇段包括圓柱形部分16，在所述圓柱形部分16的內(nèi)表面上帶有由耐磨材料制成的密封襯套18，所述密封襯套18與所述轉(zhuǎn)子葉輪的葉片的外周緣相互配合。每個(gè)環(huán)形扇段包括用干與所述外殼14連接的兩個(gè)環(huán)形接頭，即上游環(huán)形接頭18和下游環(huán)形接頭20。所述上游環(huán)形接頭18的外端具有向上游延伸的周緣22，所述周緣22軸向地接合于面向下游且形成在所述外殼的徑向環(huán)形接頭26中的環(huán)形凹槽24內(nèi)。所述環(huán)的下游環(huán)形接頭20的外端具有面向下游的周緣28，所述周緣28通過C型截面緊固件32與所述外殼14的環(huán)形接頭32的圓柱形部分30徑向地夾固，所述C型截面緊固件32在所述下游周緣28與所述外殼14的下游環(huán)形接頭32的圓柱形部分30上軸向地接合。環(huán)形扇段的每個(gè)下游周緣20包括至少ー個(gè)與所述外殼14的下游環(huán)形接頭32的圓柱形部分30內(nèi)的槽口徑向?qū)R的槽ロ，該后ー個(gè)槽ロ的寬度足夠使得所述緊固件32軸向地接合于其中，并且足夠使得所述環(huán)12固定于所述外殼14上。環(huán)形空腔34被限定在所述扇段環(huán)12與所述外殼14之間，其上游分別地通過所述環(huán)12和所述外殼14的上游環(huán)形接頭18和26來限定，而其下游則分別地通過所述環(huán)12和所述外殼14的下游環(huán)形接頭20和32來限定。所述外殼14的上游環(huán)形接頭26具有用于使來自于環(huán)繞所述燃燒室的空間的冷空氣，即，在所述燃燒室外殼與所述燃燒室外壁之間流動(dòng)的空氣通過的噴孔36，該外壁形成旋轉(zhuǎn)本體。為了避免冷空氣從所述外殼14的下游環(huán)形接頭32的圓柱形部分30與所述環(huán)12的下游周緣20之間泄露，環(huán)形密封環(huán)38安裝于所述圓柱形部分30的內(nèi)表面的環(huán)形凹槽40中。該環(huán)形密封環(huán)38在所述環(huán)形凹槽40中被徑向地?cái)D壓并且抵靠于所述環(huán)12的下游周緣28。為了防止所述環(huán)12相對于所述外殼14軸向地移動(dòng)，所述圓柱形部分30的內(nèi)表面包括肋條42，所述肋條42徑向地接合于所述環(huán)12的下游周緣28內(nèi)的環(huán)形凹槽中。在每個(gè)環(huán)形扇段的每個(gè)周向端部的徑向表面包括三條槽縫44、46和48，每個(gè)槽縫中都容置有密封條。第一槽縫44形成于所述環(huán)12的圓柱形部分16內(nèi)，并且大體上在所述環(huán)12的整個(gè)長度上延伸，所述第一槽縫44與所述環(huán)12的軸線平行。所述其它兩條槽縫46和48為傾斜的，并且分別形成于所述環(huán)上游和下游環(huán)形接頭18和20內(nèi)。所述兩條傾斜的槽縫46和48的徑向內(nèi)端通向所述縱向槽縫44的中間部分，而它們的徑向端則分別地通向所述上游和下游周緣22和28的外表面。每ー個(gè)密封條一半插入到一個(gè)扇段的槽縫44、46和48中，而另外一半則插入到對面的相對應(yīng)的槽縫中，所述對面的相對應(yīng)的槽縫形成于相鄰的環(huán)形扇段的徑向表面中。盡管如此，正如上文中所說明的，復(fù)合材料環(huán)的每個(gè)扇形段在溫度的影響下發(fā)生變形，形成凹形曲線形狀，其凹面朝向外部(圖2)。所述外殼14也同樣發(fā)生變形并且具有周向起伏。因此，由于所述由復(fù)合材料制成的環(huán)12與所述外殼14之間不同的膨脹，徑向空間R形成于每個(gè)周緣28和所述外殼14的下游接頭32的圓柱形部分30之間，因此，導(dǎo)致了通風(fēng)空氣從所述環(huán)形空腔34中向穿過所述渦輪機(jī)的氣流中的泄漏。本發(fā)明g在通過在所述環(huán)54的下游周緣52的外側(cè)圓柱表面上形成環(huán)形凹槽50來補(bǔ)救該問題以及如上所述的那些問題，所述環(huán)形凹槽50徑向地容納所述外殼14的下游環(huán)形接頭56的下游圓柱形部分55，并且在低溫情況下具有軸向間隙j，由干與由復(fù)合材料制成的環(huán)54的膨脹相比，所述外殼14以及它的下游環(huán)形接頭56的膨脹更大，因此，所述間隙被設(shè)計(jì)為在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將減小為O (圖3)。所述環(huán)形凹槽50具有兩個(gè)徑向環(huán)形側(cè)翼，上游側(cè)翼58以及下游側(cè)翼60。所述外殼14的下游環(huán)形接頭56的下游圓柱形部分55具有兩個(gè)徑向表面，上游表面62和下游表面64。由于所述復(fù)合材料環(huán)54與所述外殼14之間不同的膨脹，因此，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，在高溫的情況下，所述外殼14的下游環(huán)形接頭56的徑向表面62和64開始抵靠于所述凹槽50的徑向側(cè)翼58和60，因此確保所述環(huán)形接頭56被軸向地夾固于所述凹槽50中，并且對流入所述腔體34中的通氣空氣建立密封。所述凹槽50的深度以這樣的方式得以選擇所述凹槽50的深度大于在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所述外殼14的下游接頭56的下游圓柱形部分55的內(nèi)表面66與所述凹槽50底壁68之間的最大徑向差R，如此以至于，在高溫情況下，確保持續(xù)密封的軸向夾固，并且避免了所述環(huán)54相對于所述外殼14的任何軸向分離。所述環(huán)形扇段通過以下方式得以裝配將所述環(huán)54的上游周緣22插入到所述外殼14上游接頭18的環(huán)形凹槽內(nèi)，隨后向外傾斜所述環(huán)的下游端，以使得所述圓柱形部分55抵靠于所述凹槽50的底壁。在低溫情況下，所述軸向間隙j使得抵靠所述外殼14向外傾斜所述環(huán)54變得更為簡単。環(huán)形密封環(huán)38容置在所述外殼的下游環(huán)形接頭56表面66的環(huán)形凹槽40內(nèi)，該環(huán)形密封環(huán)38壓靠于所述凹槽50的底壁68。在一個(gè)與現(xiàn)有技術(shù)相類似的方式中，環(huán)形扇段的每個(gè)下游周緣52包括與所述外殼的下游環(huán)形接頭的圓柱形部分中的槽ロ對齊的槽ロ，以使得所述C型截面緊固件32得以軸向地安裝。所述扇段間的密封裝置與現(xiàn)有技術(shù)中的密封裝置相類似。盡管如此，應(yīng)該觀察到的是本發(fā)明所述環(huán)54的下游環(huán)形接頭64中的傾斜槽縫通向凹槽50，與所述密封環(huán)38對準(zhǔn)。在本發(fā)明的一個(gè)特別的實(shí)施方式中，在低溫情況下，所述軸向間隙的數(shù)量級為O. I毫米。
所述環(huán)54可由陶瓷基復(fù)合材料制成，該材料可有效地抵抗存在于高壓渦輪機(jī)中的高溫，而且所述外殼14則由金屬材料制成，諸如Inco或鋼。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪級，所述渦輪級包括在由復(fù)合材料所制成和由外殼(14)所帶有的扇段環(huán)(54)中旋轉(zhuǎn)的裝有葉片的葉輪，每個(gè)所述環(huán)形扇段具有下游周緣(52)，所述下游周緣(52)通過C型截面緊固件固定以徑向地抵靠于所述外殼(14)的環(huán)形接頭(56)，所述渦輪級特征在于所述外殼(14)的環(huán)形接頭(56)徑向地接合于所述環(huán)(54)的下游周緣(52)中環(huán)形凹槽(50)中并且在低溫情況下具有軸向間隙，所述軸向間隙被設(shè)計(jì)為在運(yùn)轉(zhuǎn)過程的高溫情況下被減小為0，并且能夠在所述環(huán)形扇段的環(huán)形凹槽(50)內(nèi)實(shí)現(xiàn)對所述外殼(14)的環(huán)形接頭(56)的密封軸向夾固。
2.如權(quán)利要求I所述的渦輪級，其特征在于外殼(14)的環(huán)形接頭(56)具有在高溫情況下用于抵靠所述環(huán)形凹槽(50)的徑向側(cè)翼(58、60)的上游徑向表面和下游徑向表面(62,64)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的渦輪級，其特征在于在低溫情況下，所述軸向間隙的數(shù)量級為十分之一毫米。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的渦輪級，其特征在于環(huán)形密封環(huán)(38)容置于所述環(huán)形接頭的表面￠6)中環(huán)形凹槽(40)內(nèi)，所述環(huán)形密封環(huán)(38)壓靠于所述環(huán)形扇段的環(huán)形凹槽(50)的底壁(68)。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的渦輪級，其特征在于所述復(fù)合材料為陶瓷基類型，而所述外殼(14)由金屬材料制成。
6.一種諸如飛機(jī)渦輪螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的特征在于其包括如權(quán)利要求I至5中任一權(quán)利要求所述的高壓渦輪級。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪級，所述渦輪級包括在由復(fù)合材料所制成和由外殼(14)所帶有的扇段環(huán)(54)中旋轉(zhuǎn)的裝有葉片的葉輪，每個(gè)所述環(huán)形扇段具有下游周緣(52)，所述下游周緣(52)固定以徑向地抵靠于環(huán)形接頭(56)，所述環(huán)形接頭(56)徑向地接合于所述環(huán)(54)的下游周緣(52)的環(huán)形凹槽(50)中并且在低溫情況下具有軸向間隙，所述軸向間隙被設(shè)計(jì)為在運(yùn)轉(zhuǎn)過程的高溫情況下減小為0，并且能夠使得所述外殼(14)的環(huán)形接頭(56)在所述環(huán)形扇段的環(huán)形凹槽(50)內(nèi)以密封的方式得以軸向夾固。
文檔編號F01D11/00GK102667066SQ201080057924
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者以馬利·比徹, 文森特·菲利普 申請人:斯奈克瑪