本發(fā)明涉及一種具有減少數(shù)量的附接件的軸式渦輪機(jī)定子。本發(fā)明還涉及一種具有成組的軸式渦輪機(jī)壓縮機(jī)葉片的定子。本發(fā)明還提出了航空器的渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。

背景技術(shù)：

軸式渦輪機(jī)壓縮機(jī)具有多排葉片，時而是轉(zhuǎn)子的，時而是定子的。它們的交替逐漸壓縮進(jìn)入流，同時保證了高流量。成排的定子葉片由外部殼體支撐，該外部殼體還形成了渦輪機(jī)的分流器整流罩和中間殼體之間的機(jī)械連接。外部殼體就密封而言具有雙重作用，因?yàn)槠浔苊馊~片上方的回流，并且其接收耐磨材料的環(huán)形層以形成圍繞轉(zhuǎn)子葉片的環(huán)形密封件。

殼體單獨(dú)地支撐每個葉片，并且由此保持它們處于預(yù)先確定的取向和位置，以便確保最佳性能。為了簡化葉片在殼體上的附接，已知的是借助于共用的平臺件使若干個葉片分組。它們隨后使用減少數(shù)量的螺釘附接至殼體。

文件EP2821595A1公開了一種軸式渦輪機(jī)低壓壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)包括復(fù)合的外部殼體，其支撐若干排的定子葉片，成排的轉(zhuǎn)子葉片在定子葉片之間運(yùn)動。定子葉片分組以形成葉片部段，該葉片部段的平臺件連接在一起，以便形成共用的安裝支架。所述葉片部段借助于設(shè)置在共用安裝支架上的螺釘附接。這一構(gòu)造減少了與葉片數(shù)量相關(guān)的附接銷的數(shù)量，同時有助于輕量性和剛度。然而，附接銷的數(shù)量仍然較多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的至少一個問題。更具體地，本發(fā)明目的是簡化葉片在軸式渦輪機(jī)定子上的附接。本發(fā)明還目的是加強(qiáng)軸式渦輪機(jī)定子。

技術(shù)方案

本發(fā)明涉及一種軸式渦輪機(jī)的定子，尤其是軸式渦輪機(jī)壓縮機(jī)的定子，所述定子包括：外部環(huán)形殼體，其具有環(huán)形內(nèi)表面；以及至少一個葉片組，其具有：一排定子葉片，該定子葉片沿著殼體的圓周布置，以及外部護(hù)套，其用于附接葉片至殼體，所述護(hù)套與殼體的內(nèi)表面配合；其特征在于，至少一組或每一組葉片組包括軸向偏移的多排定子葉片，所述葉片組的外部護(hù)套和所述多排葉片是單件組件。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，葉片組的至少一個或每一個護(hù)套在殼體的整個長度上軸向地延伸，并且優(yōu)選地，形成在殼體的整個軸向長度上的氣密的皮層。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，殼體包括在其上形成內(nèi)表面的環(huán)形壁；以及布置在環(huán)形壁的軸向端部處的至少一個、優(yōu)選兩個環(huán)形安裝凸緣。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，外部殼體由復(fù)合材料制成，尤其是由有機(jī)基體制成。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，復(fù)合殼體包括纖維預(yù)制體，該預(yù)制體優(yōu)選地具有編織層片的疊層和/或編織的三維墊層。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，至少一組或每一組葉片組以單件形成。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，至少一組或每一組外部護(hù)套包括具有由殼體封閉的外部腔體的主外表面。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，至少一組或每一組葉片組包括至少三排定子葉片，優(yōu)選地包括至少四排定子葉片，其在軸向上彼此間隔開，優(yōu)選地沿著殼體在軸向上分布。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，至少一個或每一個外部護(hù)套包括諸如可能帶有螺紋的附接銷的附接部，該附接部優(yōu)選地在徑向上延伸。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，至少一個或每一個附接部包括塑性變形的分支部，以便將對應(yīng)的護(hù)套一體地固定至殼體。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，所述定子包括環(huán)形空間，該環(huán)形空間將同一葉片組的葉片的相繼兩排分開，該環(huán)形空間適用于接收渦輪機(jī)的一環(huán)形排的轉(zhuǎn)子葉片。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，所述定子包括多個葉片組、以及具有連接至殼體的附接平臺件的葉片，葉片的平臺件優(yōu)選地沿圓周方向布置在葉片組之間。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，至少一組或每一組葉片組包括與所述葉片組的葉片的內(nèi)端部一體的內(nèi)部套筒。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，所述定子包括多個葉片組、以及布置在葉片組之間的有角度的至少一個或多個內(nèi)部套筒區(qū)段，所述內(nèi)部套筒區(qū)段可能連接至葉片的內(nèi)端部、或連接至所述葉片組的內(nèi)部套筒。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，至少一組或每一組葉片組包括用于接收密封件、尤其是耐磨材料層的一個或多個環(huán)形區(qū)域，該密封件旨在確保與成排的轉(zhuǎn)子葉片的密封；所述區(qū)域可能包括粗糙度Ra大于10μm的表面，和/或網(wǎng)。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，至少一組或每一組葉片組的至少一排或每一排葉片的定子葉片沿殼體的圓周布置。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，外部殼體包括主內(nèi)表面，至少一個或每一個外部護(hù)套包括與主內(nèi)表面接觸的主外表面，該主外表面可能與主內(nèi)表面配合，該主外表面優(yōu)選地壓靠主內(nèi)表面。該主要方面可能與面積相關(guān)聯(lián)。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，殼體包括開口，外部護(hù)套的附接部穿過所述開口。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，同一葉片組的葉片的至少兩個相繼排間隔開一距離，該距離大于或等于所述葉片排中的一個的軸向長度。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，定子包括多個葉片組；外部護(hù)套覆蓋殼體的整個內(nèi)表面。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，至少一組或每一組葉片組包括形狀為帶角的四邊形的外部護(hù)套，所述葉片組包括在四邊形的每個角處的附接部，優(yōu)選地每個葉片組的附接部在角處結(jié)合。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，至少一組或每一組葉片組包括比附接部至少多十倍的、優(yōu)選地至少多十五倍的、以及更優(yōu)選地至少多二十倍的定子葉片。

本發(fā)明還涉及一種軸式渦輪機(jī)主空氣流壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)包括定子，該定子設(shè)置有：外部環(huán)形殼體，其具有環(huán)形內(nèi)表面；以及至少一個葉片組，該葉片組具有：一排定子葉片，其沿著殼體的圓周布置，以及外部護(hù)套，其用于附接葉片至殼體，所述護(hù)套與殼體的內(nèi)表面配合并且與主流接觸，優(yōu)選地在軸向上引導(dǎo)主流；其特征在于，至少一組或每一組葉片組包括軸向偏移的多排定子葉片，所述葉片組的外部護(hù)套和所述多排葉片是單件組件。

本發(fā)明還涉及一種包括定子的渦輪機(jī)，其特征在于，所述定子遵循本發(fā)明，優(yōu)選地，所述渦輪機(jī)包括低壓壓縮機(jī)，所述定子是所述低壓壓縮機(jī)的定子。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，該渦輪機(jī)包括單件轉(zhuǎn)子，所述殼體包括圍繞所述單件轉(zhuǎn)子聯(lián)合在一起的兩個半殼體。

通常而言，本發(fā)明的每一個目的的有利模式同樣適用于本發(fā)明的其他目的。盡可能地，本發(fā)明的每一個目的可以與其他目的組合。

優(yōu)勢

所述葉片以楔形區(qū)段重新結(jié)合，從而形成壓縮機(jī)的殼體。本發(fā)明顯著減少了附接定子葉片所需的資源。每一個附接銷有助于緊固若干排定子葉片。以這種方式，減少了殼體中要被設(shè)置的緊固開口的數(shù)量。這維持了殼體的機(jī)械強(qiáng)度，并且限制了泄露的風(fēng)險。

本發(fā)明還能夠?qū)崿F(xiàn)沿著殼體形成氣密屏障。其形成了具有材料連續(xù)性的內(nèi)襯，該內(nèi)襯阻止回流沿著殼體的內(nèi)表面繞過葉片平臺件。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的軸式渦輪機(jī)；

圖2是根據(jù)發(fā)明的渦輪發(fā)動機(jī)壓縮機(jī)的示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一組葉片的軸向橫截面；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一組葉片的平面視圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的沿圖2繪出的軸線5-6的定子的截面視圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的沿圖2繪出的軸線5-6的定子的剖視圖。

具體實(shí)施方式

在以下的描述中，術(shù)語“內(nèi)部”或“內(nèi)部的”以及“外部”或“外部的”指的是相對于軸式渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線的位置。所述軸向方向?qū)?yīng)于沿著渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線的方向。術(shù)語“上游”和“下游”指的是渦輪機(jī)中的主流方向。

圖1是軸式渦輪發(fā)動機(jī)的簡化圖示。在該例子中，其是雙流渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。渦輪噴氣發(fā)動機(jī)2包括稱為低壓壓縮機(jī)4的第一壓縮級、稱為高壓壓縮機(jī)6的第二壓縮級、燃燒室8以及一個或多個渦輪級10。在操作中，經(jīng)由轉(zhuǎn)子12的中心軸傳遞至渦輪10的機(jī)械功率使兩個壓縮機(jī)4和6運(yùn)動。轉(zhuǎn)子包括與成排的定子葉片關(guān)聯(lián)的若干排轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線14的旋轉(zhuǎn)因此形成空氣流，并且逐漸將空氣流壓縮達(dá)到燃燒室8的入口。齒輪減速裝置可以增加傳遞至壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。

進(jìn)氣扇16聯(lián)接至轉(zhuǎn)子12，并且形成氣流，該氣流被分成穿過上文所述的渦輪機(jī)的各級的主流18、以及沿著渦輪機(jī)穿過環(huán)形導(dǎo)管(示出部分)的次級流20，該次級流隨后在渦輪出口處匯入主流。次級流可以被加速，以便形成推力作用。主流18和次級流20是環(huán)狀流；它們由渦輪機(jī)的殼體引導(dǎo)。為了這一目的，殼體具有可以是內(nèi)部的和外部的圓柱狀壁或護(hù)套。

圖2是例如圖1的軸式渦輪機(jī)的壓縮機(jī)的剖視圖。壓縮機(jī)可以是低壓壓縮機(jī)4?？梢杂^察到進(jìn)氣扇16的部分，以及主流18和次級流20的分流器整流罩22。轉(zhuǎn)子12包括若干排轉(zhuǎn)子葉片24，在該例子中是三個。轉(zhuǎn)子葉片24的至少一排或每排可以與轉(zhuǎn)盤或轉(zhuǎn)軸12形成為單件的組件。

低壓壓縮機(jī)4包括多個整流器(rectifiers)，在該例子中是四個，其中每一個包括一排定子葉片26。所述整流器關(guān)聯(lián)于進(jìn)氣扇16或一排轉(zhuǎn)子葉片，用于整流空氣流，以便將流速轉(zhuǎn)化為靜壓。整流器固定至外部殼體28，該外部殼體通過圍繞渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線14分布的若干組葉片30形成。

葉片組30的每一組可以具有附接至殼體28的附接部32。它們在軸向上延伸殼體的整個軸向長度?？梢源嬖诟浇愉N，例如螺釘或鎖緊螺栓。這些附接部32可以包括變形的或可變形的元件，以確保一體封鎖。它們可以是分裂桿緊固件(split shank fastener)的類型，換言之，具有抵靠殼體的外表面折回的兩個突耳。另外或可替代地，葉片組可以結(jié)合至殼體。

殼體28具有帶有內(nèi)表面的環(huán)形壁34，所述內(nèi)表面接收葉片組30的外部護(hù)套36的每個外表面。壁34通過外部環(huán)形凸緣38被軸向地限制。這些外部環(huán)形凸緣可以被用于固定壓縮機(jī)的殼體28至渦輪機(jī)的中間殼體40，并且在壓縮機(jī)4的入口處支撐分流器整流罩22。

定子可以在多于一個方面形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。殼體30以及特別地其壁34可以由纖維預(yù)制體增強(qiáng)的有機(jī)基體的復(fù)合材料制成。這一預(yù)制體可以具有編織的碳纖維層片的疊層。另外地，該葉片組的外部護(hù)套36可以由金屬制成，例如鈦、鋁及其合金。金屬與有機(jī)材料關(guān)聯(lián)使得可能從金屬的機(jī)械的、化學(xué)的、熱的強(qiáng)度方面受益，并且從有機(jī)材料的輕量化方面受益。

壓縮機(jī)4可以具有若干內(nèi)部護(hù)套42，其連接至定子葉片26的內(nèi)端部。這些護(hù)套42形成密封件，其與轉(zhuǎn)子12的成套的密封構(gòu)件或外部環(huán)形肋部協(xié)作。護(hù)套42可以包括環(huán)形的耐磨材料層44，以通過摩擦與這些密封構(gòu)件協(xié)作，以確保動態(tài)密封。護(hù)套可以通過內(nèi)部護(hù)套的成角度的區(qū)段形成。每一個區(qū)段與葉片組30整體形成，每一個葉片組30因此可以包括沿所述葉片組30在軸向上分布的多個內(nèi)部護(hù)套區(qū)段。

仍然從密封的角度看，壓縮機(jī)可以具有圍繞環(huán)形成排的轉(zhuǎn)子葉片24的密封件46。這些密封件46可以在每組葉片40上形成，其形式為由成排的定子葉片在軸向上分開的多個環(huán)形帶。這些密封件46可以是耐磨材料層46。

圖3示出了一葉片組30的輪廓視圖。該葉片組30包括三排葉片26。盡管每排只有一個葉片是可見的，但是每排可以包括多個葉片。相似的，一葉片組可以具有兩排、四排或更多排葉片26。

定子葉片26實(shí)質(zhì)上從外部護(hù)套36徑向延伸。外部護(hù)套36、附接部32、以及葉片23(優(yōu)選地每一葉片組32的每一個葉片26和每一個附接部32)形成為單一組件，優(yōu)選地，以單件形成。

葉片組30具有環(huán)形通道48，例如用于接收環(huán)形排的轉(zhuǎn)子葉片的環(huán)形空間48。這些空間48允許一排轉(zhuǎn)子安裝在定子葉片26的相繼兩排之間。它們的軸向長度大于一排定子葉片26的軸向長度的大部分，優(yōu)選地，大于或等于所述長度?？臻g48還可以限定和/或軸向分離內(nèi)部護(hù)套42。

圖4概括性示出了從內(nèi)部觀察的一葉片組30的平面視圖。為了清楚起見，可選的內(nèi)部護(hù)套未示出。每排的葉片26的數(shù)量是圖示性的。每排可以包括至少兩個葉片26，優(yōu)選地包括至少十個葉片26，并且可以包括至少三十個葉片26。

葉片26可以形成柵格(grid)。由于穿過壓縮機(jī)的主流路徑的直徑減小，所以外部護(hù)套36在下游變窄。外部護(hù)套36具有密封件接收區(qū)域50。這些區(qū)域50可以是圓弧形，并且布置在葉片26的排之間。它們的內(nèi)表面可能實(shí)質(zhì)上是粗糙的，其粗糙度Ra大于或等于10μm，優(yōu)選地大于或等于50μm。區(qū)域50可以由固定網(wǎng)覆蓋。

每排的定子葉片26均勻地隔開，并且在流中具有相同的角度取向。它們相對于彼此是固定的。有利地，同一排的葉片是相同的?？蛇x地，葉片之間的間隔以及它們的角度的取向可以局部地改變。一些葉片可以與它們的排的其余葉片不同。

圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的壓縮機(jī)的定子的剖視圖。橫截面沿著圖2中繪制的軸線5-6截取。僅示出了定子的一半。附接部32經(jīng)由緊固開口穿過殼體28的壁34。

壓縮機(jī)包括殼體28，其由通過徑向延伸的軸向凸緣結(jié)合在一起的半殼體形成。壓縮機(jī)還包括若干葉片組30，其組合形成封閉的圓形。在此，所述半殼體支撐三個葉片組30，圍繞旋轉(zhuǎn)軸線14分布的六個葉片組可以形成封閉的圓環(huán)。然而，殼體的圓周可以通過四組、八組或任意其他數(shù)量的組形成。外部護(hù)套36覆蓋殼體28的內(nèi)表面的整個圓周。

葉片組30具有內(nèi)部護(hù)套區(qū)段42。這些區(qū)段可以與其相應(yīng)的葉片組是單件，優(yōu)選地與所關(guān)聯(lián)的葉片組的葉片和外部護(hù)套一體。它們接收環(huán)形密封件，該環(huán)形密封件密封轉(zhuǎn)子的密封構(gòu)件。這些密封件可以在葉片組30安裝到殼體上之前或之后施加到葉片組30。內(nèi)部護(hù)套區(qū)段的結(jié)合形成至少一個圓，優(yōu)選地形成多個圓。葉片組30可通過增材制造獲得，例如基于粉末的增材制造?？梢詷?gòu)想到通過脫蠟鑄造工藝制造一葉片組。

根據(jù)一種替代方式，內(nèi)部護(hù)套的區(qū)段附接到葉片組的葉片的內(nèi)端部。

圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的壓縮機(jī)的定子的剖視圖。截面沿圖2中繪制的軸線5-6截取。圖6體現(xiàn)了前述附圖對相同或相似的元件的編號，但是這些編號增加了100。特定的數(shù)字用于這一實(shí)施例的特定元件。

該壓縮機(jī)具有混合構(gòu)造，因?yàn)樵搲嚎s機(jī)具有以組固定至殼體128的成組的葉片140和以單獨(dú)方式固定的葉片152。分開的葉片152每一個可以包括單獨(dú)的具有附接銷156的平臺件154。根據(jù)一種選擇，所述或一些分開的葉片152可以結(jié)合為成排的葉片子組。這些子組可以包括單排的葉片。分開的葉片152的葉身部，即穿過主流的徑向部件，與葉片組130的葉片126相似。

附接的內(nèi)部護(hù)套160的區(qū)段可以在葉片組130外側(cè)固定至分開的葉片152的內(nèi)端部。這些附接的內(nèi)部護(hù)套160可以固定至葉片組130的內(nèi)部護(hù)套142。由于可以是金屬的葉片組130，這一復(fù)合組件增強(qiáng)了該組件的剛硬度，并且通過插入由復(fù)合材料制成的附接的內(nèi)部護(hù)套160而提高組件的輕量性。

以上的描述關(guān)于殼體進(jìn)行描述。然而，所述葉片組可以適用于包括渦輪的渦輪機(jī)的任意部件。葉片的形狀可以重新設(shè)計(jì)；可能使用Inconel型金屬或陶瓷材料。