涡轮机的改进的高压涡轮、相关的导向叶片扇形部以及飞行器发动机

摘要

本发明涉及一种用于安装涡轮机涡轮的导向叶片组件的新解决方案，该导向叶片组件由环形行的固定稳流叶片形成。根据本发明，导向叶片组件的外边缘(11)轴向地支承在涡轮机的外部壳体的轮廓(5，50)上，并且，导向叶片组件的内边缘(10)以轴向滑动连接(LG)的方式与涡轮机的内部壳体的轮廓(3，30)连接，轴向滑动连接(LG)允许内边缘(10)沿着发动机轴线是自由的，而由叶片的外边缘的轴向接触实现轴向止挡。

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮导向叶片组件的组装。

其主要可应用于飞行器发动机(例如，涡轮喷气发动机)中的高压涡轮的导向叶片组件的组装。

背景技术

在涡轮喷气发动机的高压涡轮中，通常通过固定在壳体的底部(也叫做内部壳体的轮廓)来装配导向叶片组件。在下文中，我们将把内部壳体的轮廓称为支撑或直接固定至涡轮内部壳体的结构元件的组合。类似地，“外部壳体的轮廓”的表达将用来表示支撑或直接固定至外涡轮壳体的结构元件的组合。已经提供了几种固定方案。本质上可将其主要分成两类：那些通常使用的需要作为用于固定至内部壳体的轮廓的装置的螺栓连接，例如那些在专利申请EP 1 369 552中描述的，以及那些使用其它固定装置的，例如销。

例如，使用销的这种解决方案是在专利申请FR 2 189 632和EP 0 513956中描述的。

在图1中示出了由申请人目前所使用的一个具有销的解决方案。

关于气流(在图1中，从左至右)，使用名称“上游”和“下游”。同样地，关于元件相对于涡轮轴(在图1中，位于底部)的位置，使用术语“外部的”、“外的”、“内部的”和“内的”、“方位角的”。因此，方位角位置与相对于涡轮轴的旋转轴线的方位角相对应。图1示出，高压导向叶片组件包括限定一行位于高压涡轮的移动叶片2的行的上游的固定稳流叶片1的扇形部。经由销4将扇形部1的内边缘10固定至涡轮的内部壳体3的轮廓的所谓的内锥部分(inner cone part)30。此内部壳体3的轮廓尤其包括导向叶片壳体31。扇形部1的外边缘11轴向地抵靠在环形零件50上，环形零件50支撑移动叶片2且直接固定至涡轮机的外部壳体5。由于此装配(外边缘的轴向支承以及通过内边缘的销固定)的原因，所以，在涡轮机的运行过程中，固定导向叶片1可在下游或上游方向上倾斜几度，目的是弥补可能在外部壳体5和内部壳体3之间出现的不均匀膨胀。然而，这种装配使得可能无法产生过多应力并无法确保密封。在涡轮的运行过程中，在气体的推动下，导向叶片组件的固定叶片1轴向地抵靠在两个用椭圆代表的区域上，应力或多或少平衡分布的内区域Z1和外区域Z2。换句话说，在区域Z1中施加固定导向叶片1的推力的一半，在区域Z2中施加另一半推力。

因此，不管通常用来组装涡轮导向叶片组件的固定解决方案如何，尤其是具有由申请人使用的销的固定方案，必须为内部壳体的轮廓和外部壳体的轮廓的提供足够的标示尺寸，也必须能够对所施加的应力起作用。这种标示尺寸必须伴随内部壳体和外部壳体的给定质量的延伸，尤其是导向叶片壳体，其可以是明显的。

那么，本发明的目的是提出一种通过减小或甚至消除在气体推动的操作过程中施加在内部壳体的轮廓上的力，使得能够减小涡轮的导向叶片壳体的质量的解决方案。

换句话说，本发明的目的是，制造使得能够将所有推力施加在外部壳体的轮廓上并弥补可能出现在外部壳体的轮廓和内部壳体的轮廓之间的轴向不均匀膨胀的涡轮导向叶片组件。

发明内容

为此目的，本发明涉及一种涡轮机的高压涡轮，包括至少一个由环形行的固定稳流叶片形成的导向叶片组件和旋转地安装在导向叶片组件下游的叶片式转子，所述导向叶片组件包括外边缘和内边缘，其特征在于，外边缘轴向地抵靠在涡轮的外部壳体的轮廓上，并且，内边缘以轴向滑动连接的方式与涡轮的内部壳体的轮廓连接，该轴向滑动连接允许内边缘沿着发动机轴线是自由的，其中，由叶片的外边缘的轴向支承形成轴向止挡。

因此，在本发明的上下文中出现的轴向滑动连接是术语的技术意义上的滑动连接，对于叶片的内边缘，其由此允许沿着发动机(换句话说，是涡轮机)的轴线的自由度。

通过叶片的外边缘的轴向支承来实现叶片的轴向止挡：由此实现根据本发明追求的目的，因为，通过内部壳体的轮廓上的这种轴向滑动连接，在涡轮机的运行过程中，在外部壳体的轮廓上施加所有推力。

在本发明的上下文中定义的轴向滑动连接决不是允许一定轴向位移的组件，例如具有伸缩接头的组件。具有伸缩接头的叶片的内边缘的组件不在本发明的范围内，因为其必须在操作过程中对涡轮机的推力的部分起作用。

外部壳体的轮廓可包括固定至外部壳体的环形支撑部，并且，导向叶片的外边缘抵靠在环形支撑部上。

根据一个优选实施方式，

-内部壳体的轮廓包括具有多个轴向凹槽的环形件，

-每个内导向叶片边缘包括朝向内部壳体的轮廓延伸并被构造为钩子的延伸部，一组钩子被定向在涡轮的上游方向上，另一组钩子被定向在涡轮的下游方向上，钩子在一对彼此固定的凸缘中互锁，通过多个销来实现轴向滑动连接，所述多个销从至少一个凸缘朝向涡轮的内部径向延伸并分别容纳在内部壳体的轮廓的环形件的一个轴向凹槽中。

根据本发明的优选实施方式，由此将刚性高压导向叶片组件冠部制造为具有一对相对于彼此固定的环形凸缘，组件被轴向滑动地连接至拱形内部壳体的延伸部分。此连接允许组件居中并且是轴向自由的。通过叶片的外边缘(尤其是下游外轨道)在外部壳体的轮廓上的轴向支承来实现轴向止挡(负载支承，load-bearing)。

有利地，该队凸缘通过螺栓连接相对于彼此固定。

优选地，上游导向叶片延伸部分的一部分和上游凸缘被构造为限定足够宽的通道，以从上游对导向叶片组件提供空气。

优选地，多个销从其向内延伸的凸缘是上游凸缘，并且，其中，包括容纳有销的轴向凹槽的内部壳体的轮廓的环形件是固定至导向叶片组件的内涡轮壳体上游的构件。

当导向叶片组件包括至少一个扇形部时，所述凸缘中的一个可包括多个轴向突出部，所述多个轴向突出部的各自宽度对应于将相同定向的同一导向叶片组件扇形部的两个钩子分开的距离，所述凸缘的突出部和所述导向叶片组件扇形部的钩子相对于彼此布置，以组成允许导向叶片的方位角定位的榫卯系统。

包括突出部的凸缘优选地是下游凸缘。

每个凸缘优选地由一个一体零件组成，其环形形状具有允许组装整个环形行的固定叶片的长度。

本发明还涉及一种涡轮导向叶片扇形部，其包括至少一个固定稳流叶片，其一个侧边缘包括被构造为分成不同定向的两组的钩子的延伸部分，一组朝向前边缘，另一组朝向叶片的后边缘。

涡轮导向叶片组件扇形部可包括单个固定稳流叶片。

侧边缘的延伸部分可有利地包括一组两个钩子。

本发明还涉及一种包括钩子的环形凸缘，所述钩子旨在通过与如前所述的扇形部的多组钩子中的一组互锁来配合。

环形凸缘可包括销。

本发明还涉及一种飞行器发动机，所述飞行器发动机包括如前所述的高压涡轮。

本发明具有以下主要优点：

-消除内部壳体的轮廓上的力，

-可能减小内部壳体的轮廓(特别是导向叶片壳体)的厚度尺寸，并由此可能减小质量。

附图说明

通过阅读参考下图实现的详细描述，将更好地发现其它优点和特征，其中：

图1是根据现有技术的涡轮喷气发动机高压涡轮的部分纵向截面图，

图2是根据本发明的高压涡轮的一个实施方式的部分纵向截面图，

图3A至图3E示出了组装根据本发明的高压涡轮的导向叶片的不同的连续步骤。

具体实施方式

如图1所示，上面描述了根据现有技术的高压涡轮。这种涡轮的装配的缺点是，限定了来自区域Z1和区域Z2之间的气体的推力的均等分布。因此，必须提供内部壳体3的轮廓，特别是对于导向叶片壳体31，将尺寸构造为足够接收区域Z1中的推力。

本发明的目的是，使所有轴向力从导向叶片组件HP 1通过外部壳体5的轮廓，或在区域Z2中通过。

为此目的，在区域Z1(在图2中，由黑色水平线LG代表)中产生轴向滑动连接。在所示实施方式中，由于刚性环形冠部而实现轴向滑动连接，刚性环形冠部由上游凸缘60、下游凸缘61和至少一个与凸缘60、61钩住的导向叶片扇形部1形成。用具有螺钉7和螺母8的系统锁定如此形成的刚性冠部。

更精确地，内部壳体3的轮廓包括具有多个轴向凹槽300的内锥30(图2D)。

导向叶片扇形部1的每个内边缘10包括延伸部分100，该延伸部分100朝向内部壳体3的轮廓延伸并被构造为钩子，一组钩子100a朝向涡轮的上游方向定向，并且另一组钩子100b朝向涡轮的下游方向定向。将钩子110a、110b在这对凸缘60、61的具有互补形状的钩子600、610中互锁。用螺钉/螺母系统7、8将零件60、61相对于彼此固定。

用多个抗旋转销601来实现轴向滑动连接LG，所述抗旋转销从上游凸缘朝着涡轮的内部径向地延伸(图2和图3B)，并且，将所述销子分别容纳在内部壳体3的轮廓的内锥30的轴向凹槽300中的一个中。

由此限定的冠部在拱形内部壳体3的延伸部分的延长处和内锥30具有连接界面。此连接具有几个功能：定心功能、轴向滑动功能和抗旋转功能。

连接的滑动功能允许刚性冠部沿着发动机轴线具有自由度。在导向叶片组件HP的力的作用下，刚性冠部仅在外部壳体5的轮廓上(在下游外轨道DHP 11；区域Z2)接触，在内锥30上不产生轴向力。换句话说，用外部壳体5传递力。

将DHP扇形部的上游内边缘100a和上游凸缘60的钩子100a、600分别设计为执行以下功能：

-通过限定提供至该端的空气通道C，对导向叶片组件DHP的扇形部1提供空气(图3B，图3C)，

-对导向叶片组件DHP的扇形部1进行方位角定位。

更精确地，为了实现扇形部1的方位角定位，下游凸缘61包括多个轴向突出部611，多个轴向突出部的各自宽度对应于将相同定向的同一导向叶片扇形部的两个钩子100a分开的距离。将凸缘61的突出部611和所述扇形部的钩子600相对于彼此布置，以形成使得能够对导向叶片扇形部进行方位角定位的榫卯系统(图3A)。

为了实现导向叶片组件的组装，进行如下操作(在图3A至图3D中，用箭头代表作用方向)：

-通过将钩子100b和下游凸缘61的钩子610进行互补的互锁，在下游凸缘61中安置导向叶片扇形部1(图3A)，

-通过将钩子100a和上游凸缘的钩子600进行互补的互锁，在由下游凸缘61和扇形部1形成的子组件中组装上游凸缘60(图3B)，

-通过螺栓连接7、8来旋拧连接由此形成的刚性冠部，每个螺栓连接由螺钉7和螺栓8组成(图3C)，

-通过将每个销601插入形成于内锥中的相应轴向凹槽300中的一个，将旋拧组装的冠部与内部壳体3的轮廓的内锥30组装在一起(图3D)，

-将安装于具有冠部的轴向滑动连接LG中的内锥30与内部壳体3的轮廓固定，以完成最终的组装(图3E)。

毫无疑问地，在不超出本发明的范围的前提下，可提供许多改进或替代方式。

例如，虽然在所示实施方式中，每个扇形部1包括单个固定叶片，但是也可将本发明实现为具有分别包括几个固定叶片的扇形部。