具有成角的内带凸缘的涡轮喷嘴的制作方法

本公开内容的领域主要涉及旋转机器，且更具体地涉及包括倾斜定向部分的涡轮喷嘴的内带。

背景技术：

至少一些已知的旋转机器包括压缩机，联接到压缩机下游的燃烧器，联接到燃烧器下游的涡轮，以及可旋转地联接在压缩机与涡轮之间的转子轴。一些已知的涡轮包括联接到转子轴上的至少一个转子盘，以及从每个转子盘向外延伸以限定涡轮级的一半的多个沿周向间隔开的涡轮叶片。涡轮级的另一半包括沿轴向定位在相邻排涡轮叶片之间的一排静止的沿周向间隔开的涡轮喷嘴。每个涡轮喷嘴包括翼型件，翼型件从内带朝涡轮壳沿径向向外延伸。

至少一些已知的涡轮喷嘴包括内带，内带包括沿轴向延伸的平台部分和沿径向延伸的凸缘部分。翼型件联接到平台部分上，且凸缘部分将涡轮喷嘴联接到涡轮内的保持环上。在至少一些已知的涡轮发动机中，凸缘部分的位置由保持环的构造和保持环如何附接到涡轮喷嘴上来确定。因此，在至少一些已知的涡轮发动机中，内带的凸缘部分由于涡轮内的空间限制而并未与涡轮喷嘴的喉部位置沿轴向对准。

此外，在一些已知的构造中，凸缘部分沿径向定向，且平台部分和凸缘部分两者包括接收条形密封件的其中限定的槽口。此设计可能由于平台部分和凸缘部分的条形密封件的交点处的增大的泄漏面积而不满足正回流裕度(positivebackflowmargin)设计规范。

技术实现要素：

一方面，提供了一种用于包括中心线轴线的旋转机器的涡轮喷嘴的内带组件。内带组件包括平台部分，以及联接到平台部分上的第一凸缘。第一凸缘相对于中心线轴线倾斜地定向。内带组件还包括联接到第一凸缘上的第二凸缘。第二凸缘相对于第一凸缘倾斜地定向。

在可包括前述和/或以下实施例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，平台部分和第一凸缘在与喉部位置沿轴向对准的点处相交，喉部位置由涡轮喷嘴至少部分地限定。

在可包括前述和/或以下实施例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，平台部分沿大致轴向方向延伸，且其中第二凸缘沿大致径向方向延伸。

在可包括前述和/或以下实施例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，第一凸缘相对于平台部分倾斜地定向。

在可包括前述和/或以下实施例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，第一凸缘包括联接到平台部分上的第一端，联接到第二凸缘上的第二端，以及在第一端与第二端之间延伸的前表面。第一凸缘还包括在第一端与第二端之间延伸的后表面，其中前表面和后表面限定其间的厚度，该厚度在第一端与第二端之间是恒定的。

在可包括前述和/或以下实施例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，平台部分包括平台密封槽口，该平台密封槽口包括第一端和第二端。第一凸缘包括与平台密封槽口相交的凸缘密封槽口，其中凸缘密封槽口相对于平台密封槽口倾斜地定向。

在可包括前述和/或以下实施例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，凸缘密封槽口在由涡轮喷嘴至少部分地限定的喉部位置处与平台密封槽口相交。

在可包括前述和/或以下实施例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，凸缘密封槽口延伸入第二凸缘中。

在可包括前述和/或以下实施例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，第二凸缘包括前表面，并且其中凸缘密封槽口至少部分地限定在前表面中。

在可包括前述和/或以下实施例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，第二凸缘定向成垂直于中心线轴线。

另一方面，提供了一种用于包括中心线轴线的旋转机器的涡轮喷嘴。涡轮喷嘴包括翼型件，翼型件包括前缘和后缘。翼型件限定邻近后缘的喉部位置。涡轮喷嘴还包括内带组件，内带组件包括联接到翼型件上的平台部分，以及联接到平台部分上的第一凸缘。第一凸缘相对于平台部分倾斜地定向，并且平台部分和第一凸缘在与喉部位置沿轴向对准的点处相交。

在可包括前述和/或以下实施例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，第一凸缘相对于中心线轴线倾斜地定向。

在可包括前述和/或以下实施例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，第二凸缘联接到第一凸缘上，其中第二凸缘相对于第一凸缘倾斜地定向。

在可包括前述和/或以下实施例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，平台部分沿大致轴向方向延伸，且其中第二凸缘沿大致径向方向延伸。

在可包括前述和/或以下实施例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，第一凸缘定位在平台部分的径向内侧，且其中第二凸缘定位在第一凸缘的径向内侧。

在可包括前述和/或以下实施例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，第二凸缘沿轴向偏离喉部位置。

另一方面，提供了一种制造用于包括中心线轴线的旋转机器的涡轮喷嘴的方法。该方法包括将翼型件联接到内带组件的平台部分上，以及将内带组件的第一凸缘联接到平台部分上，使得第一凸缘相对于中心线轴线倾斜地定向。该方法还包括将内带组件的第二凸缘联接到第一凸缘上，使得第二凸缘相对于第一凸缘倾斜地定向。

在可包括前述和/或以下实例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，将第一凸缘联接到平台部分上包括将第一凸缘联接到平台部分上，使得第一凸缘和平台部分在至少部分地由翼型件限定的喉部位置处相交。

在可包括前述和/或以下实例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，将翼型件联接到平台部分上包括将翼型件联接到平台部分上，使得平台部分沿大致轴向方向延伸。此外，将第二凸缘联接到第一凸缘上包括将第二凸缘联接到第一凸缘上，使得第二凸缘沿大致径向方向延伸。

在可包括前述和/或以下实例和方面中的任一个的主题的至少一部分的本公开内容的一个方面中，将第一凸缘联接到平台部分上包括将第一凸缘联接到平台部分上，使得第一凸缘相对于平台部分倾斜地定向。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有附图中相同的标号表示相同的零件，在附图中：

图1是示例性旋转机器的示意图；

图2是可结合图1中所示的旋转机器使用的示例性高压涡轮组件的一部分的局部截面视图；

图3是可结合图2中所示的高压涡轮组件使用的示例性涡轮喷嘴的透视图；

图4是可结合图3中所示的涡轮喷嘴使用的示例性内带的透视图；

图5是可结合图2中所示的高压涡轮组件使用的涡轮喷嘴的示意图；以及

图6是可结合图3中所示的涡轮喷嘴使用的备选内带的示意图。

除非另外指明，否则本文中所提供的附图用来说明本公开的实施例的特征。这些特征被认为适用于包括本公开的一个或多个实施例的广泛多种系统。由此，附图并非意在包括所属领域的技术人员已知的实践本文中所公开的实施例所需的所有常规特征。

具体实施方式

本公开内容的实施例涉及用于旋转机器的涡轮喷嘴，其具有与涡轮喷嘴的喉部至少部分地对准的成角凸缘。更确切地说，涡轮喷嘴包括翼型件，翼型件限定邻近后缘的喉部位置。涡轮喷嘴还包括内带组件，内带组件包括联接到翼型件上的平台部分，以及联接到平台部分上的第一凸缘。第一凸缘相对于平台部分倾斜地定向，并且平台部分和第一凸缘在与喉部位置沿轴向对准的点处相交。内带组件还包括第二凸缘，第二凸缘联接到第一凸缘上，使得第二凸缘相对于第一凸缘倾斜地定向。该设计特征包括将平台部分与第一凸缘的交点定位在喉部位置处，同时还使第二凸缘偏离喉部位置。此构造可在较小尺寸的旋转机器中使用，其中用于内带组件的空间有限。此外，倾斜的第一凸缘产生平台部分内的加压区域，加压区域保持直到喉部位置的正回流裕度。更确切地说，第一凸缘前方的高静压区域和加压区域的轴向对准减少或防止吹扫空气穿过相邻涡轮喷嘴的平台部分泄漏并与燃烧气体路径中的热燃烧气体互混。

在以下说明书和权利要求书中，将引用若干术语，所述术语应定义为具有以下含义。

除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一”以及“所述”包括复数参考物。

“任选”或“视需要”意味着随后描述的事件或情形可能发生或可能不发生，且所述描述包括事件发生的情况和事件不发生的情况。

如本文中在整个说明书以及权利要求书中所使用的近似语言可以应用于修饰可以许可的方式变化而不会导致其相关的基本功能改变的任何定量表示。因此，由例如“约”、“大约”和“大体上”等词语修饰的值并不限于所指定的确切值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量所述值的仪器的精度。在此处以及贯穿本说明书和权利要求书，范围限制可进行组合和/或互换。除非上下文或措辞另外指示，否则此类范围可被识别，且包括其中包括的所有子范围。

如本文中所使用，术语“轴向”和“轴向地”指代基本上平行于涡轮发动机的中心线延伸的方向和定向。此外，术语“径向”和“径向地”指代基本上垂直于涡轮发动机的中心线延伸的方向和定向。另外，如本文中所使用，术语“周向”和“周向地”指代围绕涡轮发动机的中心线弓状延伸的方向和定向。如本文中使用，术语“倾斜”和“倾斜地”是指从相应的部件或表面沿非平行和非垂直方向两者延伸的定向。更确切地说，“倾斜”和“倾斜地”是指两个部件或表面之间不是0度、90度或180度的定向角。

另外，除非另有指示，否则“第一”、“第二”等用语在本文中仅用作标记，而并非旨在将次序、位置或层次要求施加于这些用语所指的物件。此外，举例来说，提及“第二”项并不需要或排除例如“第一”或更低编号的项或“第三”或更高编号的项的存在。如本文中使用，术语“上游”是指燃气涡轮发动机的前端或入口端，并且术语“下游”是指燃气涡轮发动机的后端或喷嘴端。

图1是示例性旋转机器10的示意图，即，涡轮机，且更确切地说是涡轮发动机。在示例性实施例中，旋转机器10是燃气涡轮发动机。备选地，旋转机器10可为任何其它涡轮发动机和/或旋转机器，包括而不限于蒸汽涡轮发动机、燃气涡扇飞行器发动机或另一个飞行器发动机。在示例性实施例中，旋转机器10包括风扇组件12、低压或升压压缩机组件14、高压压缩机组件16和燃烧器组件18。风扇组件12、升压压缩机组件14、高压压缩机组件16和燃烧器组件18以流体连通联接。旋转机器10还包括与燃烧器组件18以及低压涡轮组件22流动连通联接的高压涡轮组件20。风扇组件12包括风扇叶片24的阵列，所述风扇叶片24的阵列从转子盘26朝包括风扇壳体29的机舱27径向向外延伸。涡轮壳体31围绕低压或升压压缩机组件14、高压压缩机组件16、燃烧器组件18、高压涡轮组件20和低压涡轮组件22周向地延伸。旋转机器10还包括定位在风扇组件12后方且从涡轮壳31延伸至风扇壳29的出口导叶33。低压涡轮组件22通过第一驱动轴28联接至风扇组件12和升压压缩机组件14，高压涡轮组件20通过第二驱动轴30联接至高压压缩机组件16。旋转机器10包括进气口32、排气口34，以及中心线轴线36，风扇组件12、升压压缩机组件14、高压压缩机组件16和涡轮组件20和22围绕中心线轴线36旋转。

在操作中，经由进气口32进入旋转机器10的空气经通道引导朝升压压缩机组件14穿过风扇组件12。被压缩的空气从升压压缩机组件14朝向高压压缩机组件16排出。高度压缩的空气从高压压缩机组件16被朝向燃烧器组件18引导，与燃料混合，混合物在燃烧器组件18内燃烧。由燃烧器组件18产生的高温燃烧气体被朝向涡轮组件20和22引导。燃烧气体随后经由排气口34从旋转机器10排出。

图2是高压涡轮组件20的一部分的局部截面视图。在一个示例性实施例中，高压涡轮组件20包括多个级100，每个级100包括多个沿周向间隔开的定子轮叶或涡轮喷嘴104的静止排102，以及多个沿周向间隔开的旋转涡轮叶片108的对应排106。每排102中的涡轮喷嘴104围绕保持环110沿周向间隔开，且分别从保持环110沿径向向外延伸，保持环110联接在对应的涡轮喷嘴104与高压涡轮组件20的静止部件之间。更确切地说，每个涡轮喷嘴104包括内带114，内带114联接到相应的保持环110上。每个涡轮叶片108联接到径向内转子盘112上，转子盘112联接到第二驱动轴30上，且围绕由第二驱动轴30限定的中心线轴线36旋转。涡轮壳116围绕涡轮喷嘴104和涡轮叶片108沿周向延伸。涡轮喷嘴104分别联接到涡轮壳116上，且分别从涡轮壳116朝第二驱动轴30沿径向向内延伸。燃烧气体路径118限定在涡轮壳116与每个转子盘112之间。涡轮叶片108和涡轮喷嘴104的每排106和102至少部分地延伸穿过燃烧气体路径118的一部分。在操作中，燃烧气体沿燃烧气体路径118经通道引导，且冲击涡轮叶片108和涡轮喷嘴104，以便于将旋转力给予高压涡轮组件20上。

图3是可与高压涡轮组件20(图2中所示)一起使用的涡轮喷嘴104的透视图，且图4是包括可与涡轮喷嘴104一起使用的示例性内带组件120的内带114的透视图。图5是可与图2中所示的高压涡轮组件一起使用的涡轮喷嘴104的示意图。涡轮喷嘴104是沿周向围绕旋转机器10的中心线轴线36定位的多个节段中的一个节段，以形成高压涡轮组件20内的涡轮喷嘴104的排102。在一个示例性实施例中，涡轮喷嘴104包括内带组件120、外带组件122，以及联接在内带组件120与外带组件122上且在内带组件120与外带组件122之间延伸的至少一个翼型件124。更确切地说，在一个实施例中，内带组件120和外带组件122分别与翼型件124整体形成。

翼型件124包括连接在前缘130处和沿翼弦方向间隔开的后缘132处的压力侧侧壁126和吸力侧侧壁128，使得侧壁126和128限定在边缘130与132之间。侧壁126和128分别在内带组件120与外带组件122之间沿径向延伸。在一个实施例中，侧壁126大体上是凹形的，且侧壁128大体上示凸形的。翼型件124还至少部分地限定邻近后缘132的喉部位置134。如本文中使用，术语“喉部位置”表示涡轮喷嘴104的一排102中的沿周向相邻的翼型件124之间的喉部的轴向位置。此外，用语“喉部”在本文中用于表示沿周向相邻的翼型件124之间的最小限制距离。确切地说，喉部是从压力侧侧壁126，且更确切地说是从一个翼型件124上的压力侧侧壁126的后缘132到相邻翼型件124的吸力侧侧壁128的最小距离。如本文所述，喉部位置134出现在燃烧气体118(图2中所示)具有最高速度的位置，且代表高静压的区域与低静压的区域分开的位置。

在示例性实施例中，外带组件122包括联接到翼型件124上的平台部分136，以及从平台部分136沿径向向外延伸的凸缘部分138。平台部分136和凸缘部分138中的至少一个联接到涡轮壳116上。类似地，内带组件120包括平台部分140、第一凸缘142和第二凸缘144。如图3-5中所示，平台部分140联接到翼型件124上，且沿大致轴向方向延伸。此外，第一凸缘142联接到平台部分140上，且相对于中心线轴线36倾斜地定向。因此，第一凸缘142也相对于平台部分140倾斜地定向。此外，第二凸缘144联接到第一凸缘142上，使得第二凸缘144相对于第一凸缘142倾斜地定向，且还从第一凸缘142沿大致径向方向延伸。确切地说，第一凸缘142从平台部分140延伸且定位在平台部分140的径向内侧，且第二凸缘144从第一凸缘142延伸且定位在第一凸缘142的径向内侧。

如图3-5中所示，喉部位置134定位成邻近翼型件124的后缘132。此外，在示例性实施例，平台部分140和第一凸缘142在与喉部位置134沿轴向对准的点146处相交。第一凸缘142然后沿径向方向和向前方向两者倾斜地延伸来与第二凸缘144联接。在此构造中，第二凸缘144沿轴向偏离喉部位置134。更确切地说，第二凸缘144在沿轴向偏离喉部位置134的位置处与保持环110形成螺栓连接接头。如图5中所示，喉部位置134将喉部位置134前方的高静压区域psh与喉部位置134后方的低静压区域psl分开。此外，第一凸缘142将第一凸缘142前方且具有第一压力p1的喷嘴腔148与第一凸缘142后方且具有第二压力p2的叶片腔150分开，第二压力低于喷嘴腔148的第一压力p1。此外，第二压力p2大致类似于低静压区域psl。在示例性实施例中，倾斜地定向的第一凸缘142延伸喷嘴腔148，使得喷嘴腔148终止于与喉部位置134和与交点146大致沿轴向对准的位置处。高静压区域psh和第一压力p1下的喷嘴腔148的此轴向对准减少或防止吹扫空气从喷嘴腔148穿过相邻涡轮喷嘴104的平台部分140泄漏。

在示例性实施例中，第一凸缘142包括联接到平台部分140上的第一端152，以及联接到第二凸缘144上的第二端154。第一凸缘142还包括在第一端152与第二端154之间延伸的前表面156，以及在第一端152与第二端154之间延伸的后表面158。如图5中所示，前表面156和后表面158彼此平行并且它们之间限定厚度t1，其在第一端152与第二端154之间是恒定的。

在示例性实施例中，如图4中最佳所示，平台部分140包括限定在其中的平台密封槽口160，且第一凸缘142包括限定在其中的凸缘密封槽口162。平台密封槽口160构造成接收平台密封构件164，且凸缘密封槽口162构造成接收凸缘密封构件166。密封构件164和166减少或防止喷嘴腔148中的吹扫空气在相邻涡轮喷嘴104之间泄漏并与燃烧气体路径118(图2中所示)中的热燃烧气体互混。

如图3-5中所示，类似于第一凸缘142和平台部分140，凸缘密封槽口162相对于平台密封槽口160倾斜地定向。备选地，凸缘密封槽口162在喉部位置134处与平台密封槽口160相交。在此构造中，凸缘密封构件166还在喉部位置134处与平台密封构件164相交。还可构想出，如图6中所示，凸缘密封槽口162与喉部位置134前方的平台密封槽口160相交，且第二平台密封槽口161形成在平台密封槽口160后方的平台部分140中，使得喉部位置134处不存在密封槽口或密封。

在图3和4中所示的实施例中，平台密封槽口160包括第一端168和相对的第二端170，其中凸缘密封槽口162从第二端170延伸，且第二端170与喉部位置对准。在图5中所示的实施例中，凸缘密封槽口162和凸缘密封构件166在喉部位置134处与平台密封槽口160和平台密封构件164相交，但第二端170沿轴向向后延伸超过喉部位置134和凸缘密封槽口162及凸缘密封构件166。此外，如图3-5中所示，凸缘密封槽口162沿径向延伸到第二凸缘144中，使得凸缘密封槽口162至少部分地限定在第二凸缘144的前表面172中，这在图4中最佳示出。

本公开内容的实施例涉及用于旋转机器的涡轮喷嘴，其具有与涡轮喷嘴的喉部至少部分地对准的成角凸缘。更确切地说，涡轮喷嘴包括翼型件，翼型件限定邻近后缘的喉部位置。涡轮喷嘴还包括内带组件，内带组件包括联接到翼型件上的平台部分，以及联接到平台部分上的第一凸缘。第一凸缘相对于平台部分倾斜地定向，并且平台部分和第一凸缘在与喉部位置沿轴向对准的点处相交。内带组件还包括第二凸缘，第二凸缘联接到第一凸缘上，使得第二凸缘相对于第一凸缘倾斜地定向。

该设计特征包括将平台部分与第一凸缘的交点定位在喉部位置处，同时还使第二凸缘偏离喉部位置。此构造可在较小尺寸的旋转机器中使用，其中用于内带组件的空间有限。此外，倾斜的第一凸缘产生平台部分内的加压区域，加压区域保持直到喉部位置的正回流裕度。更确切地说，第一凸缘前方的高静压区域和加压区域的轴向对准减少或防止吹扫空气穿过相邻涡轮喷嘴的平台部分泄漏并与燃烧气体路径中的热燃烧气体互混。

上文详细描述了具有内带组件上的成角凸缘的涡轮喷嘴的示例性实施例。涡轮喷嘴不限于本文所述的特定实施例，而相反，部件和步骤可独立地且与本文所述的其它部件和/或步骤分开地使用。例如，实施例还可与其它系统和方法组合使用，且不限于仅以如本文所述的燃气涡轮发动机组件来实施。相反，示例性实施例可结合许多其它涡轮应用实施和使用。

虽然该装置的各种实施例的具体特征可能在一些附图中示出而未在其它附图中示出，但这仅仅是为了方便起见。此外，以上描述中对“一个实施例”的提及并非旨在被解释为排除同样并有所述特征的其它实施例的存在。根据该装置的原理，附图的任何特征可以结合任何其它附图的任何特征被引用和/或要求保护。

本书面描述使用实例来公开包括最佳模式的装置，并且还使本领域技术人员能够实践本公开内容，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。该装置的可获专利的范围由权利要求书界定，且可以包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求书的范围内。

零件列表

旋转机器.......................................................10

风扇组件.......................................................12

升压压缩机组件.................................................14

高压压缩机组件.................................................16

燃烧器组件.....................................................18

高压涡轮组件...................................................20

低压涡轮组件...................................................22

风扇叶片.......................................................24

转子盘.........................................................26

机舱...........................................................27

第一驱动轴.....................................................28

风扇壳.........................................................29

第二驱动轴.....................................................30

涡轮壳.........................................................31

进气口.........................................................32

出口导叶.......................................................33

排气口.........................................................34

中心线轴线.....................................................36

多个级.........................................................100

静止排............................................................102

涡轮喷嘴..........................................................104

排................................................................106

涡轮叶片..........................................................108

保持环............................................................110

转子盘............................................................112

内带..............................................................114

涡轮壳............................................................116

燃烧气体路径......................................................118

内带组件..........................................................120

外带组件..........................................................122

翼型件............................................................124

压力侧侧壁........................................................126

吸力侧侧壁........................................................128

前缘..............................................................130

后缘..............................................................132

喉部位置..........................................................134

平台部分..........................................................136

凸缘部分..........................................................138

平台部分..........................................................140

第一凸缘..........................................................142

第二凸缘..........................................................144

交点..............................................................146

叶片腔............................................................148

定子腔............................................................150

第一端............................................................152

第二端............................................................154

前表面............................................................156

后表面............................................................158

平台密封槽口......................................................160

第二平台密封槽口..................................................161

凸缘密封槽口......................................................162

平台密封构件......................................................164

凸缘密封构件......................................................166

第一端............................................................168

第二端............................................................170

前表面............................................................172