专利名称：减小涡轮发动机喷嘴底板应力的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及燃气涡轮发动机的排气喷咀；尤其涉及减小涡轮发动机排气喷咀底板应力的方法和装置。
至少一些已知的燃气涡轮发动机包括一个包含可变几何结构系统的一个排气喷咀。该可变的几何结构系统通过使用折板和密封，调节排气喷咀的面积。该折板限定该流道的不连续部分，而密封则形成相邻折板之间的其余的流道。因为由于热的燃烧气体以该发动机流出，该排气喷咀受到高温和热梯度的作用，因此该可变几何结构系统在保持该可变几何结构系统的结构零件的同时，必需保持一个连贯的流道。
至少一些已知的折板系统由骨架和底板组成。该骨架将该底板固定在该可变几何结构系统内。为了延长在高温工作下的使用寿命，至少一些已知的底板由非金属材料(例如陶瓷基体复合(CMC)材料)制成。
至少一些已知的基板是辐射状的，并利用机械紧固件(例如铆钉或螺钉)固定在该骨架上。随着时间的推移，连续的热膨胀可以在该辐射状的底板内产生局部应力集中。另外，连续的热循环可使该辐射状的底板变形或扭曲。因为这种拉伸强度可以是通过该底板的最弱的负通道，因此连续的热循环可能造成该底板过早损坏。
发明概述按照本发明的一个方面，提供了装配包括至少一个骨架组件的燃气涡轮发动机排气喷咀的折板系统的方法。该方法包括提供包含一对沿周围间隔的侧面的一个底板；该对沿周围间隔的侧面由一个上游侧面和一个下游侧面连接在一起；在该底板中形成至少一个卸荷切口，该至少一个卸荷切口从该沿圆周间隔的侧面中的至少一个侧面至少部分地横向于该底板延伸；和将该底板与骨架组件连接。
按照本发明的另一个方面，提供了一个燃气涡轮发动机排气喷咀组件。该组件包括一个骨架和与该骨架连接的一个底板。该底板包括至少一个卸荷切口和一对由上游侧面和下游侧面连接在一起的，沿圆周间隔的侧面。该至少一个卸荷切口从该沿圆周间隔的侧面中的至少一个侧面向所述另一个相应的沿圆周间隔的侧面延伸。
按照本发明的又一个方面，提供了一种燃气涡轮发动机。该发动机包括一个可变的发动机排气喷咀，还包括与该发动机排气喷咀连接的一个折板系统。该折板系统包括一个骨架板和与该骨架连接的一个底板。该底板包括至少一个卸荷切口和一对沿圆周间隔的由一个上游侧面和一个下游侧面连接在一起的沿圆周间隔的侧面。该至少一个卸荷切口从该沿圆周间隔的侧面中的至少一个侧面，向所述另一个相应的沿圆周间隔的侧面延伸。
附图的简要说明
图1为燃气涡轮发动机的示意图；图2为可以用在图1所示的发动机中的折板系统的一部分的透视图；图3为可以用在图1所示的燃气涡轮发动机中的一个示例性底板的透视图。
发明详述图1为一个燃气涡轮发动机10的示意图，它包括一个风扇组件12，一个高压压缩机14和一个燃烧室16。在一个实施例中，该发动机10为Ohio州Cincinnati城的通用电气公司销售的F414型发动机。发动机10还包括一个高压涡轮18和一个低压涡轮20。风扇组件12和涡轮20利用第一根轴24连接；而压缩机14和涡轮18利用第二根轴26连接。
在工作中，空气通过风扇组件12流动，并且压缩空气从该风扇组件12供给至高压压缩机14。高度压缩的空气输送至燃烧室16。从燃烧室16出来的气流驱动转动的涡轮18和20，并通过排气系统28，从燃气涡轮发动机10流出。排气系统28包括一个可变几何结构系统30。
图2为可以用在发动机10(如图1所示)中的一个示例性折板系统100的透视图。图3为可以用在燃气涡轮发动机10中的一个示例性底板组件的透视图。折板系统100与一个排气喷咀连接(例如排气系统(图1所示))，以便于保护该可变几何结构系统零件，不受从该发动机排出的高温燃烧气体的作用。更具体地说，折板系统100与该排气喷咀连接，使折板系统100的流道侧面102暴露在从该发动机排出的燃烧气体中。因此，该折板系统的流道侧面102形成通过该喷咀的流道的一部分。
折板系统100包括多个在该发动机排气喷咀内沿圆周方向延伸的骨架104和底板组件106。更具体地说，骨架104是示例性的，并且是技术上已知的。该底板组件106在该发动机排气喷咀内，由该骨架104连接，并包括一个前缘110和一个后缘112。底板组件的前缘110和后缘112分别由一对侧边缘114和116连接在一起。底板组件106一个在该底板组件106的相对两侧120和122之间，穿过该底板组件106的一个开口118。开口118的尺寸可容纳一个用于将底板组件106牢固地与骨架164连接的紧固件(没有示出)。在该示例性实施例中，底板侧面120为底板组件106的流道侧面，而侧面122为该底板组件106的径向外侧。
前缘110和后缘112中的每一个具有在侧边缘114和116之间测量的相应的宽度W1和W2。在该示例性实施例中，底板组件106是辐射状的，使后缘宽度W2比前缘宽W1宽。中心线轴线120在该前缘110和后缘112之间穿过底板组件106。在该示例性实施例中，前缘110和后缘112基本上与中心线轴线120垂直。在另一个实施例中，前缘110和后缘112不平行。
在该示例性实施例中，底板组件106包括多个在该底板侧面120和122之间穿过该底板组件106的卸荷切口200。在另一个实施例中，该底板组件106只包括一个卸荷切口200。每一个卸荷切口200在圆周上从相应的侧边缘114和116向内，向着底板中心线轴线120延伸。在另一个实施例中，卸荷切口200只从侧边缘114或116中的一个边缘延伸。更具体地说，在该示例性实施例中，每一个卸荷切口200的指向基本上与中心线轴线120垂直。在又一个实施例中，每一个卸荷切口200的指向与中心线轴线120倾斜。
在该示例性实施例中，底板组件卸荷切口200包括长的卸荷切口230和短的卸荷切口232。每一个卸荷切口230和232具有长度LL和LS，它是从相应的底板组件侧面114和116至相应的卸荷切口230和232的末端234和236测量的。在该示例性实施例中，从每一个侧面114和116延伸的卸荷切口230和232在轴向，在底板组件106上彼此对准，使该侧面114和116互成镜象。应当注意，卸荷切口200的尺寸、长度、宽度、数量、指向和位置选择成可变的，以使每一个卸荷切口200可减小该底板组件106的热应力、变形和扭曲。
在装配折板系统100的过程中，开始在底板组件106内形成该卸荷切口200。更具体地说，卸荷切口2000相对于底板组件106的数量、尺寸、长度、宽度、指向和位置选择成可变的，以便该卸荷切口减小加在底板组件106上的热应力。更具体地说，因为在发动机工作过程中，底板组件106中有热循环，该卸荷切口200有利于减小在该底板组件上产生的热应力；使该底板组件106的变形、热弯曲和/或扭曲也减小。更具体地说，该卸荷切口200可使该底板组件106相对于该骨架104热膨胀，同时可减小该底板组件106和骨架104上产生的热应力。
在本文所述的该示例性实施例中，表示了一个辐射状的折板底板。然而，这里所述的减小应力的方法可以应用于同样结构的收缩式的折板底板。
上述的折板系统成本低，可靠性高。该折板系统包括一个与该骨架连接的底板组件。该底板组件包括多个可减小在该底板组件上产生的热应力的卸荷切口。因此，可以减小该底板组件的变形和/或扭曲，而且成本低，可靠性高。
虽然就各种具体的实施例已经说明了本发明，但业内人士认识到，在本权利要求书的精神和范围内，可对本发明进行修改。
零件清单10 燃气涡轮发动机12 风扇组件14 高压压缩机16 燃烧室18 高压涡轮20 低压涡轮24 第一根轴26 第二根轴28 排气系统30 可变几何结构系统100折板系统102流道侧面104骨架106底板组件110前缘112后缘114侧边缘116侧边缘118开口120相反的侧面122相反的侧面
W1宽度W2宽度200 卸荷切口230 长的卸荷切口232 短的卸荷切口LL长度LS长度234 末端236 末端
权利要求
1.一种燃气涡轮发动机排气喷咀(30)组件(100)，所述组件包括一个骨架(104)；和与所述骨架连接的一个底板(106)；所述底板包括至少一个卸荷切口(200)和一对沿圆周间隔的被上游侧面(110)和下游侧面(112)连接在一起的侧面(114和116)；所述至少一个卸荷切口从所述沿圆周间隔的侧面中的至少一侧面，向所述另一个相应的沿圆周间隔的侧面延伸。
2.如权利要求1所述的组件(100)，其特征为，所述底板还包括一个流道侧面(120)和一个相反的背面侧面(122)，所述卸荷切口(200)从所述流道侧面延伸至所述背面侧面。
3.如权利要求1所述的组件(100)，其特征为，所述底板(106)具有一个中心线轴线(120)，所述至少一个卸荷切口(200)向基本上垂直于所述中心线轴线定向。
4.如权利要求1所述的组件(100)，其特征为，所述底板(106)的至少一个卸荷切口(200)还包括至少一个从每一个所述沿圆周间隔的底板侧面(114和116)至少部分地横向于所述底板延伸的卸荷切口。
5.如权利要求1所述的组件(100)，其特征为，所述底板(106)的至少一个卸荷切口(200)还包括多个在所述底板上游侧面和下游侧面(110和112)之间的轴向间隔的卸荷切口。
6.如权利要求1所述的组件(100)，其特征为，所述底板(106)的至少一个卸荷切口(200)有利于减小在所述底板上产生的热应力。
7.如权利要求1所述的组件(100)，其特征为，所述底板(106)的至少一个卸荷切口(200)有利于减小所述底板的变形。
8.如权利要求1所述的组件(100)，其特征为，所述底板(106)的上游侧面(110)具有在所述沿圆周间隔的侧面(116和114)之间测量的第一宽度(W1)；所述底板下游侧面(112)具有在所述沿圆周间隔的侧面之间测量的第二宽度(W2)；所述第一宽度与所述第二宽度不同。
9.一种包括一个可变的发动机排气喷咀(30)和燃气涡轮发动机(10)，还包括一个与所述发动机排气喷咀连接的折板系统(100)，所述折板系统包括一个骨架(104)和与所述骨架连接的一个底板(106)；所述底板包括至少一个卸荷切口，和一对由上游侧面(110)和下游侧面(112)连接在一起的沿圆周间隔的侧面(114和116)；所述底板的至少一个卸荷切口从所述沿圆周间隔的侧面中的至少一个侧面向所述另一个相应的沿圆周间隔的侧面延伸。
10.如权利要求9所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，所述折板系统的底板(106)包括一个流道侧面(120)和一个相反的背面侧面(122)，所述至少一个底板的卸荷切口(200)从所述流道侧面延伸至所述背面侧面。
全文摘要
燃气涡轮发动机排气喷嘴(30)的组件(100)包括一个骨架(104)和与该骨架连接的一个底板(106)。该底板包括至少一个卸荷切口(200)和一对由上游侧面(110)和下游侧面(112)连接在一起的在圆周上彼此隔开的侧面(114和116)。该至少一个卸荷切口从该在圆周上彼此隔开的侧面中的至少一个侧面，向着另一个相应的在圆周上彼此隔开的侧面延伸。
文档编号F02K1/82GK1611762SQ200410068268
公开日2005年5月4日 申请日期2004年8月27日 优先权日2003年10月29日
发明者D·G·塞尼尔, C·M·伯克, B·J·伦利, J·S·安纽斯 申请人:通用电气公司