专利名称：用于可调定子叶片的轻型铸造叶片内径覆环的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及燃气轮机，尤其涉及用于此类发动机的叶片覆环。
背景技术：
燃气轮发动机通过在压缩空气中燃烧一种燃料源来产生热气体，同时伴随有压力和密度的升高。该热气最终被强制通过排气喷管，该排气喷嘴被用来产生排出气体的速度并进而产生驱动飞行器的推力。该热气体也被用于驱动涡轮以转动风扇来向该燃气轮发动机的压缩机部件提供空气。此外，该热气体被用于驱动涡轮以驱动该压缩机部件内的转子叶片，这样就产生在燃烧期间所需的压缩空气。燃气轮发动机的该压缩机部件一般由许多转子叶片级和定子叶片级组成。在每个级，转动的叶片推动空气经过这些静止的定子叶片。每个转子/定子级提高空气的压力和密度。定子起两个作用把空气的动能转化为压力，以及改变离开该转子的空气路线以便流入下一个压缩机级。
由燃气轮发动机提供动力的飞行器的速度范围与在压缩机部件中产生的空气压力级别直接相关。由于飞行器的速度不同，流过该燃气轮发动机的空气流速度也不同。因而，在不同的飞行器速度的情况下，空气在下一压缩机级的转子叶片上的倾角不同。燃气轮发动机在整个速度范围内，尤其是高速/高压范围内获取更有效性能的一个方法是使用可调定子叶片，这样可以优化在下一压缩机级转子上的空气流倾角。
可调定子叶片一般沿周向被设置在风扇外径罩和叶片内径覆环之间。在对开的覆环设计中，该叶片覆环被分成前部件和后部件，可调定子叶片的内径端被固定在该两部件之间。传统上，该叶片内径覆环的前部件和后部件由实心金属件制成。这些实心金属叶片覆环一般用于地面试验发动机中，在此处重量不是关注的问题。然而，这些实心金属叶片覆环不适合用于航空发动机的生产，此处重量是最关注的问题。因此，需要一种轻型内径可调叶片覆环。
发明内容
本发明涉及一种用于安装涡轮机的定子叶片内径端的叶片内径覆环。该叶片内径覆环包括一前覆环部件和一后覆环部件。该前覆环部件具有规定的长度，并包括一条沿该前覆环部件的长度延伸的中空前沟槽。该后覆环部件具有规定的长度，并包括一条沿该后覆环部件的长度延伸的中空后沟槽。
图1显示了采用本发明的燃气轮机的定子叶片部分的部分剖开正视图。
图2显示了定子叶片组的特写，该定子叶片组被安置在风扇罩和本发明的叶片内径覆环之间。
图3A表示图2的3-3剖面，显示了在这些叶片插槽之间的叶片内径覆环的横截面。
图3B表示了图3A的叶片内径覆环横截面的分解图。
图4A表示图2的4-4剖面，显示了叶片内径覆环在叶片插槽处的横截面。
图4B表示图4A的叶片内径覆环横截面的分解图。
本发明详细说明图1显示了使用本发明的燃气轮机的定子叶片部分10的部分剖开前视图。定子叶片部分10包括风扇罩12，叶片覆环14，可调叶片组16和致动器18。叶片覆环14由前叶片覆环部件20和后叶片覆环部件22组成，从而形成内径叶片插槽24。位于前覆环部件20和后覆环部件22的每一个上的一个半槽或凹部组成插槽24。在图1中，只显示了前叶片覆环部件20的一部分，因此能看见插槽24的内部。叶片内径覆环14可构造为尺寸小于叶片内径覆环的整个周长的部件。在图1所示的实施例中，前叶片覆环部件20由叶片内径覆环14周长的大约1/6(即60°)的各部分组成，后叶片覆环部件22由叶片内径覆环14周长的大约1/2(即180°)的各部分组成。
可调叶片组16由驱动叶片26和多个从动叶片28组成。驱动叶片26和从动叶片28在叶片内径覆环14内由一同步机构连接，例如是上文提及的共同待审相关申请中描述的同步机构。因此，当致动器18转动驱动叶片26时，从动叶片28也旋转同样的量。
通常，从动叶片28环绕整个叶片覆环14。只显示可调叶片组16的一部分，这样可看到插槽24。驱动叶片26和从动叶片28可旋转地安装在风扇罩12内的定子叶片部分10的外径处，以及叶片覆环14内的定子叶片部分10的内径处。驱动叶片26的数量在其他实施例有所不同，可以只有一个。在一实施例中，可调叶片组16包括52个从动叶片28和2个驱动叶片26。驱动叶片26与从动叶片28的结构类似。在一实施例中，驱动叶片26采用加强型结构，以便承载致动器18施加的力。
定子叶片部分10一般位于燃气轮机压缩机部分的转子叶片部分的下游或后面。空气被前面的转子叶片部分或风扇强制压入定子叶片部分10。流过定子叶片部分10的空气一般又转入另外的转子叶片部分。驱动叶片26和从动叶片28沿着它们各自的径向位置旋转，以便控制穿过燃气轮机压缩机部分的空气流。
图2显示了风扇罩12和叶片覆环14之间的可调叶片组16的特写。驱动叶片26和从动叶片28可在叶片内径覆环14的插槽24中旋转。在插槽24之间沿着叶片内径覆环14的一个位置截取3-3部分。在插槽24之间，前覆环部件20和后覆环部件22固定在一起，形成叶片内径覆环14。沿着叶片内径覆环14的一位置截取4-4部分，从动叶片28A的内径端在此处插入插槽24A中。前覆环部件20和后覆环部件22共同形成了用于固定可调叶片组16的内端的插槽24。
图3A显示了图2的3-3部分，该部分是叶片插槽24之间的叶片内径覆环14的横截面。图3B显示了图3A的叶片内径覆环的横截面的分解图。图3A和图3B将一起讨论。叶片内径覆环14包括前覆环部件20，后覆环部件22，前中空区30，后中空区32，孔34，紧固件36，锁定嵌件37，开口38，盖39，凹部40及孔42。
前中空区30和后中空区32是在前叶片覆环部件20和后叶片覆环部件22的制造过程中用本领域已知的熔模铸造技术形成的。在一实施例中，在前叶片覆环部件20和后叶片覆环部件22的铸造过程中将陶瓷芯放在模子里。前叶片覆环部件20和后叶片覆环部件22的模子凝固冷却后去除陶瓷芯，以便各自形成前中空区30和后中空区32。前中空区30和后中空区32减少了生产前叶片覆环部件20和后叶片覆环部件22所需的材料用量，从而减轻了叶片内径覆环14的重量。叶片内径覆环14保持足够坚固，以便在燃气轮机运行中保护驱动叶片26和从动叶片28。轻型铸造前覆环部件20和后覆环部件22也可以用机加工制造，以便符合定子叶片及其所应用的燃气轮机的设计需要。
前叶片覆环部件20铸造时带有开口38，为前中空区30提供了入口。在其它实施例中，开口38可通过铸造之后的机加工步骤形成。前叶片覆环部件20的附加特征通过铸造之后的机加工在前叶片覆环部件中形成。例如，在前叶片覆环部件20和后叶片覆环部件22中机加工出凹部40可作为减轻重量的手段。孔34和孔42可采用另外的机加工步骤形成。孔34和凹部40的准确外形和构造取决于应用该叶片内径覆环14的燃气轮机的特定设计需要。前叶片覆环部件20和后叶片覆环部件22可制成小于最终需要的叶片内径覆环14的整个周长的段。在一实施例中，在用于对开风扇罩设计时，前叶片覆环部件20由大约1/6圆周(即60°)的段组成，而后叶片覆环部件22由大约半圆(即180°)的段组成。
通过用紧固件36将前覆环部件20固定到后覆环部件22上而组装成叶片内径覆环14。锁定嵌件37穿过孔42被安置在孔34内。紧固件36穿过前中空区30，穿过孔42，插入孔34的锁定嵌件37中。盖39放在开口38上以便盖住它，并为前叶片覆环部件20的前部提供空气动力表面。驱动叶片26和从动叶片28在前叶片覆环部件20和后叶片覆环部件22装配前插入插槽24中。
图4A显示了图2的4-4部分，该部分是叶片内径覆环14在叶片插槽24的横截面。图4B显示了图4A的叶片内径覆环的横截面的分解图。图4A和图4B将一起讨论。叶片内径覆环14包括前覆环部件20，后覆环部件22，插槽24A，前中空区30，后中空区32，凹部33，开口38及盖39。从动叶片28A包括耳轴43，其可枢轴转动地位于叶片内径覆环14的插槽24A中。插槽24A由凹部25A和凹部25B组成。当如图3A所示，用紧固件36将前叶片覆环部件20固定在后叶片覆环部件22上，前叶片覆环部件20和后叶片覆环部件22一起形成了插槽24A。插槽24A成型为具有接受耳轴42的外形的轮廓。因此，耳轴43固定在插槽24A中并能够在插槽24A中旋转。作为一种减轻重量的手段，凹部33直接模具成型或机加工于后覆环部件22中。
虽然本发明参考优选实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员明白在不脱离本发明精神和范围的前提下可以进行形式和细节的改变。
权利要求
1.一种用于安装涡轮机定子叶片的内径端的叶片内径覆环，该叶片覆环包括具有弧形长度的前覆环部件，并包括沿该前覆环部件的长度延伸的中空前沟槽；以及后表面凹部；以及具有弧形长度的后覆环部件，并包括沿该后覆环部件的长度延伸的中空后沟槽；以及与该后表面凹部相配以形成安装定子叶片内径端的插槽的前表面凹部。
2.如权利要求1所述的叶片覆环，其特征在于，该前覆环部件包括一个通向沿该前覆环部件的长度延伸的中空前沟槽的开口。
3.如权利要求2所述的叶片覆环，其特征在于，该前覆环部件包括一个用于密封该中空前沟槽的开口的盖。
4.如权利要求1所述的叶片覆环，其特征在于，该前覆环部件包括用于安装一些紧固件的孔。
5.如权利要求1所述的叶片覆环，其特征在于，该后覆环部件包括用于安装一些螺纹紧固件的孔。
6.如权利要求5所述的叶片覆环，其特征在于，这些孔包括一些用于安装一些螺纹紧固件的锁定嵌件。
7.如权利要求1所述的叶片覆环，其特征在于，一些螺纹紧固件被用于连接该前覆环部件和后覆环部件，其中这些紧固件被安装在这些插槽之间。
8.一种用于涡轮机的定子叶片部分，该定子叶片部分包括一个风扇外径罩；多个定子叶片，每个包括一个内径端；以及一个用于在该风扇外径罩中旋转的外径端；一个叶片内径覆环包括一个前内径覆环部件包括一个沿该整个前覆环部件周向延伸的中空前沟槽；以及多个前凹部；以及一个后覆环部件包括一个沿该整个后覆环部件周向延伸的中空后沟槽；以及多个与该前凹部相配的以安装定子叶片的内径端后凹部。
9.如权利要求8所述的定子叶片部分，其特征在于，该后覆环部件包括一些用于安装一些螺纹紧固件的孔。
10.如权利要求9所述的定子叶片部分，其特征在于，这些孔包括一些用于安装一些螺纹紧固件的锁定嵌件。
11.如权利要求8所述的定子叶片部分，其特征在于，该前覆环部件包括一个允许进入该中空前沟槽的开口。
12.如权利要求11所述的定子叶片部分，其特征在于，该前覆环部件包括一个用于密封该开口的盖。
13.如权利要求8所述的定子叶片部分，其特征在于，该前覆环部件包括多个用于安装一些螺纹紧固件的孔。
14.一种叶片覆环段，包括一个弧形体部；一个包括用于安装定子叶片的内径端的部分插槽的配合表面；以及一条沿该弧形体部分的长度延伸的中空内沟槽。
15.如权利要求14所述的叶片覆环段，其特征在于，弧形体部分包括一些用于安装一些螺纹紧固件的孔。
16.如权利要求15所述的叶片覆环段，其特征在于，这些孔包括用于安装一些螺纹紧固件的锁定嵌件。
17.如权利要求14所述的叶片覆环段，其特征在于，该弧形体部分包括一个允许进入该中空内沟槽的开口。
18.如权利要求17所述的叶片覆环段，其特征在于，该弧形体部分包括一个用于密封该开口的盖。
19.如权利要求14所述的叶片覆环段，其特征在于，该弧形体部分包括多个用于安装一些螺纹紧固件的孔。
20.一种叶片内径覆环，具有相配合以安装一些定子叶片内径端的一前覆环部件和一后覆环部件，该叶片内径覆环的特征在于一条沿该前覆环部件的整个内部延伸的前中空沟槽；以及一条沿该后覆环部件的整个内部延伸的后中空沟槽。
21.如权利要求20所述的叶片覆环，其特征在于，该后覆环部件包括一些用于安装一些螺纹紧固件的孔。
22.如权利要求21所述的叶片覆环，其特征在于，这些孔包括一些用于安装一些螺纹紧固件的锁定嵌件。
23.如权利要求20所述的叶片覆环，其特征在于，该前覆环部件包括一个允许进入该中空前沟槽的开口。
24.如权利要求23所述的叶片覆环，其特征在于，该前覆环部件包括一个用于密封该开口的盖。
25.如权利要求20所述的叶片覆环，其特征在于，前覆环部件包括多个用于安装一些螺纹紧固件的孔。
全文摘要
一种用于燃气轮机的叶片内径覆环，该叶片内径覆环包括轻型铸造前覆环部件和后覆环部件。前覆环部件和后覆环部件由熔模铸造技术制造，形成了在圆周方向贯穿延伸每一部件的空腔。前覆环部件和后覆环部件是可配合的，以便形成安装可调定子叶片的内径端的插槽。
文档编号F01D9/00GK1912352SQ20061012122
公开日2007年2月14日 申请日期2006年7月20日 优先权日2005年7月20日
发明者J·A·吉埃莫, J·P·蒂洛恩三世 申请人:联合工艺公司