轴式涡轮机压缩机壳体的制作方法

本发明涉及一种具有减少数量的附接件的轴式涡轮机定子。本发明还涉及一种具有成组的轴式涡轮机压缩机叶片的定子。本发明还提出了航空器的涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机。

背景技术：

轴式涡轮机压缩机具有多排叶片，时而是转子的，时而是定子的。它们的交替逐渐压缩进入流，同时保证了高流量。成排的定子叶片由外部壳体支撑，该外部壳体还形成了涡轮机的分流器整流罩和中间壳体之间的机械连接。外部壳体就密封而言具有双重作用，因为其避免叶片上方的回流，并且其接收耐磨材料的环形层以形成围绕转子叶片的环形密封件。

壳体单独地支撑每个叶片，并且由此保持它们处于预先确定的取向和位置，以便确保最佳性能。为了简化叶片在壳体上的附接，已知的是借助于共用的平台件使若干个叶片分组。它们随后使用减少数量的螺钉附接至壳体。

文件EP2821595A1公开了一种轴式涡轮机低压压缩机。该压缩机包括复合的外部壳体，其支撑若干排的定子叶片，成排的转子叶片在定子叶片之间运动。定子叶片分组以形成叶片部段，该叶片部段的平台件连接在一起，以便形成共用的安装支架。所述叶片部段借助于设置在共用安装支架上的螺钉附接。这一构造减少了与叶片数量相关的附接销的数量，同时有助于轻量性和刚度。然而，附接销的数量仍然较多。

技术实现要素：

技术问题

本发明目的是解决现有技术的至少一个问题。更具体地，本发明目的是简化叶片在轴式涡轮机定子上的附接。本发明还目的是加强轴式涡轮机定子。

技术方案

本发明涉及一种轴式涡轮机的定子，尤其是轴式涡轮机压缩机的定子，所述定子包括：外部环形壳体，其具有环形内表面；以及至少一个叶片组，其具有：一排定子叶片，该定子叶片沿着壳体的圆周布置，以及外部护套，其用于附接叶片至壳体，所述护套与壳体的内表面配合；其特征在于，至少一组或每一组叶片组包括轴向偏移的多排定子叶片，所述叶片组的外部护套和所述多排叶片是单件组件。

根据本发明的有利实施例，叶片组的至少一个或每一个护套在壳体的整个长度上轴向地延伸，并且优选地，形成在壳体的整个轴向长度上的气密的皮层。

根据本发明的有利实施例，壳体包括在其上形成内表面的环形壁；以及布置在环形壁的轴向端部处的至少一个、优选两个环形安装凸缘。

根据本发明的有利实施例，外部壳体由复合材料制成，尤其是由有机基体制成。

根据本发明的有利实施例，复合壳体包括纤维预制体，该预制体优选地具有编织层片的叠层和/或编织的三维垫层。

根据本发明的有利实施例，至少一组或每一组叶片组以单件形成。

根据本发明的有利实施例，至少一组或每一组外部护套包括具有由壳体封闭的外部腔体的主外表面。

根据本发明的有利实施例，至少一组或每一组叶片组包括至少三排定子叶片，优选地包括至少四排定子叶片，其在轴向上彼此间隔开，优选地沿着壳体在轴向上分布。

根据本发明的有利实施例，至少一个或每一个外部护套包括诸如可能带有螺纹的附接销的附接部，该附接部优选地在径向上延伸。

根据本发明的有利实施例，至少一个或每一个附接部包括塑性变形的分支部，以便将对应的护套一体地固定至壳体。

根据本发明的有利实施例，所述定子包括环形空间，该环形空间将同一叶片组的叶片的相继两排分开，该环形空间适用于接收涡轮机的一环形排的转子叶片。

根据本发明的有利实施例，所述定子包括多个叶片组、以及具有连接至壳体的附接平台件的叶片，叶片的平台件优选地沿圆周方向布置在叶片组之间。

根据本发明的有利实施例，至少一组或每一组叶片组包括与所述叶片组的叶片的内端部一体的内部套筒。

根据本发明的有利实施例，所述定子包括多个叶片组、以及布置在叶片组之间的有角度的至少一个或多个内部套筒区段，所述内部套筒区段可能连接至叶片的内端部、或连接至所述叶片组的内部套筒。

根据本发明的有利实施例，至少一组或每一组叶片组包括用于接收密封件、尤其是耐磨材料层的一个或多个环形区域，该密封件旨在确保与成排的转子叶片的密封；所述区域可能包括粗糙度Ra大于10μm的表面，和/或网。

根据本发明的有利实施例，至少一组或每一组叶片组的至少一排或每一排叶片的定子叶片沿壳体的圆周布置。

根据本发明的有利实施例，外部壳体包括主内表面，至少一个或每一个外部护套包括与主内表面接触的主外表面，该主外表面可能与主内表面配合，该主外表面优选地压靠主内表面。该主要方面可能与面积相关联。

根据本发明的有利实施例，壳体包括开口，外部护套的附接部穿过所述开口。

根据本发明的有利实施例，同一叶片组的叶片的至少两个相继排间隔开一距离，该距离大于或等于所述叶片排中的一个的轴向长度。

根据本发明的有利实施例，定子包括多个叶片组；外部护套覆盖壳体的整个内表面。

根据本发明的有利实施例，至少一组或每一组叶片组包括形状为带角的四边形的外部护套，所述叶片组包括在四边形的每个角处的附接部，优选地每个叶片组的附接部在角处结合。

根据本发明的有利实施例，至少一组或每一组叶片组包括比附接部至少多十倍的、优选地至少多十五倍的、以及更优选地至少多二十倍的定子叶片。

本发明还涉及一种轴式涡轮机主空气流压缩机，该压缩机包括定子，该定子设置有：外部环形壳体，其具有环形内表面；以及至少一个叶片组，该叶片组具有：一排定子叶片，其沿着壳体的圆周布置，以及外部护套，其用于附接叶片至壳体，所述护套与壳体的内表面配合并且与主流接触，优选地在轴向上引导主流；其特征在于，至少一组或每一组叶片组包括轴向偏移的多排定子叶片，所述叶片组的外部护套和所述多排叶片是单件组件。

本发明还涉及一种包括定子的涡轮机，其特征在于，所述定子遵循本发明，优选地，所述涡轮机包括低压压缩机，所述定子是所述低压压缩机的定子。

根据本发明的有利实施例，该涡轮机包括单件转子，所述壳体包括围绕所述单件转子联合在一起的两个半壳体。

通常而言，本发明的每一个目的的有利模式同样适用于本发明的其他目的。尽可能地，本发明的每一个目的可以与其他目的组合。

优势

所述叶片以楔形区段重新结合，从而形成压缩机的壳体。本发明显著减少了附接定子叶片所需的资源。每一个附接销有助于紧固若干排定子叶片。以这种方式，减少了壳体中要被设置的紧固开口的数量。这维持了壳体的机械强度，并且限制了泄露的风险。

本发明还能够实现沿着壳体形成气密屏障。其形成了具有材料连续性的内衬，该内衬阻止回流沿着壳体的内表面绕过叶片平台件。

附图说明

图1示出了根据本发明的轴式涡轮机；

图2是根据发明的涡轮发动机压缩机的示意图；

图3示出了根据本发明的一组叶片的轴向横截面；

图4示出了根据本发明的一组叶片的平面视图；

图5是根据本发明的第一实施例的沿图2绘出的轴线5-6的定子的截面视图；

图6是根据本发明的第二实施例的沿图2绘出的轴线5-6的定子的剖视图。

具体实施方式

在以下的描述中，术语“内部”或“内部的”以及“外部”或“外部的”指的是相对于轴式涡轮机的旋转轴线的位置。所述轴向方向对应于沿着涡轮机的旋转轴线的方向。术语“上游”和“下游”指的是涡轮机中的主流方向。

图1是轴式涡轮发动机的简化图示。在该例子中，其是双流涡轮喷气发动机。涡轮喷气发动机2包括称为低压压缩机4的第一压缩级、称为高压压缩机6的第二压缩级、燃烧室8以及一个或多个涡轮级10。在操作中，经由转子12的中心轴传递至涡轮10的机械功率使两个压缩机4和6运动。转子包括与成排的定子叶片关联的若干排转子叶片。转子围绕其旋转轴线14的旋转因此形成空气流，并且逐渐将空气流压缩达到燃烧室8的入口。齿轮减速装置可以增加传递至压缩机的转速。

进气扇16联接至转子12，并且形成气流，该气流被分成穿过上文所述的涡轮机的各级的主流18、以及沿着涡轮机穿过环形导管(示出部分)的次级流20，该次级流随后在涡轮出口处汇入主流。次级流可以被加速，以便形成推力作用。主流18和次级流20是环状流；它们由涡轮机的壳体引导。为了这一目的，壳体具有可以是内部的和外部的圆柱状壁或护套。

图2是例如图1的轴式涡轮机的压缩机的剖视图。压缩机可以是低压压缩机4。可以观察到进气扇16的部分，以及主流18和次级流20的分流器整流罩22。转子12包括若干排转子叶片24，在该例子中是三个。转子叶片24的至少一排或每排可以与转盘或转轴12形成为单件的组件。

低压压缩机4包括多个整流器(rectifiers)，在该例子中是四个，其中每一个包括一排定子叶片26。所述整流器关联于进气扇16或一排转子叶片，用于整流空气流，以便将流速转化为静压。整流器固定至外部壳体28，该外部壳体通过围绕涡轮机的旋转轴线14分布的若干组叶片30形成。

叶片组30的每一组可以具有附接至壳体28的附接部32。它们在轴向上延伸壳体的整个轴向长度。可以存在附接销，例如螺钉或锁紧螺栓。这些附接部32可以包括变形的或可变形的元件，以确保一体封锁。它们可以是分裂杆紧固件(split shank fastener)的类型，换言之，具有抵靠壳体的外表面折回的两个突耳。另外或可替代地，叶片组可以结合至壳体。

壳体28具有带有内表面的环形壁34，所述内表面接收叶片组30的外部护套36的每个外表面。壁34通过外部环形凸缘38被轴向地限制。这些外部环形凸缘可以被用于固定压缩机的壳体28至涡轮机的中间壳体40，并且在压缩机4的入口处支撑分流器整流罩22。

定子可以在多于一个方面形成复合结构。壳体30以及特别地其壁34可以由纤维预制体增强的有机基体的复合材料制成。这一预制体可以具有编织的碳纤维层片的叠层。另外地，该叶片组的外部护套36可以由金属制成，例如钛、铝及其合金。金属与有机材料关联使得可能从金属的机械的、化学的、热的强度方面受益，并且从有机材料的轻量化方面受益。

压缩机4可以具有若干内部护套42，其连接至定子叶片26的内端部。这些护套42形成密封件，其与转子12的成套的密封构件或外部环形肋部协作。护套42可以包括环形的耐磨材料层44，以通过摩擦与这些密封构件协作，以确保动态密封。护套可以通过内部护套的成角度的区段形成。每一个区段与叶片组30整体形成，每一个叶片组30因此可以包括沿所述叶片组30在轴向上分布的多个内部护套区段。

仍然从密封的角度看，压缩机可以具有围绕环形成排的转子叶片24的密封件46。这些密封件46可以在每组叶片40上形成，其形式为由成排的定子叶片在轴向上分开的多个环形带。这些密封件46可以是耐磨材料层46。

图3示出了一叶片组30的轮廓视图。该叶片组30包括三排叶片26。尽管每排只有一个叶片是可见的，但是每排可以包括多个叶片。相似的，一叶片组可以具有两排、四排或更多排叶片26。

定子叶片26实质上从外部护套36径向延伸。外部护套36、附接部32、以及叶片23(优选地每一叶片组32的每一个叶片26和每一个附接部32)形成为单一组件，优选地，以单件形成。

叶片组30具有环形通道48，例如用于接收环形排的转子叶片的环形空间48。这些空间48允许一排转子安装在定子叶片26的相继两排之间。它们的轴向长度大于一排定子叶片26的轴向长度的大部分，优选地，大于或等于所述长度。空间48还可以限定和/或轴向分离内部护套42。

图4概括性示出了从内部观察的一叶片组30的平面视图。为了清楚起见，可选的内部护套未示出。每排的叶片26的数量是图示性的。每排可以包括至少两个叶片26，优选地包括至少十个叶片26，并且可以包括至少三十个叶片26。

叶片26可以形成栅格(grid)。由于穿过压缩机的主流路径的直径减小，所以外部护套36在下游变窄。外部护套36具有密封件接收区域50。这些区域50可以是圆弧形，并且布置在叶片26的排之间。它们的内表面可能实质上是粗糙的，其粗糙度Ra大于或等于10μm，优选地大于或等于50μm。区域50可以由固定网覆盖。

每排的定子叶片26均匀地隔开，并且在流中具有相同的角度取向。它们相对于彼此是固定的。有利地，同一排的叶片是相同的。可选地，叶片之间的间隔以及它们的角度的取向可以局部地改变。一些叶片可以与它们的排的其余叶片不同。

图5图示了根据本发明的第一实施例的压缩机的定子的剖视图。横截面沿着图2中绘制的轴线5-6截取。仅示出了定子的一半。附接部32经由紧固开口穿过壳体28的壁34。

压缩机包括壳体28，其由通过径向延伸的轴向凸缘结合在一起的半壳体形成。压缩机还包括若干叶片组30，其组合形成封闭的圆形。在此，所述半壳体支撑三个叶片组30，围绕旋转轴线14分布的六个叶片组可以形成封闭的圆环。然而，壳体的圆周可以通过四组、八组或任意其他数量的组形成。外部护套36覆盖壳体28的内表面的整个圆周。

叶片组30具有内部护套区段42。这些区段可以与其相应的叶片组是单件，优选地与所关联的叶片组的叶片和外部护套一体。它们接收环形密封件，该环形密封件密封转子的密封构件。这些密封件可以在叶片组30安装到壳体上之前或之后施加到叶片组30。内部护套区段的结合形成至少一个圆，优选地形成多个圆。叶片组30可通过增材制造获得，例如基于粉末的增材制造。可以构想到通过脱蜡铸造工艺制造一叶片组。

根据一种替代方式，内部护套的区段附接到叶片组的叶片的内端部。

图6图示了根据本发明的第二实施例的压缩机的定子的剖视图。截面沿图2中绘制的轴线5-6截取。图6体现了前述附图对相同或相似的元件的编号，但是这些编号增加了100。特定的数字用于这一实施例的特定元件。

该压缩机具有混合构造，因为该压缩机具有以组固定至壳体128的成组的叶片140和以单独方式固定的叶片152。分开的叶片152每一个可以包括单独的具有附接销156的平台件154。根据一种选择，所述或一些分开的叶片152可以结合为成排的叶片子组。这些子组可以包括单排的叶片。分开的叶片152的叶身部，即穿过主流的径向部件，与叶片组130的叶片126相似。

附接的内部护套160的区段可以在叶片组130外侧固定至分开的叶片152的内端部。这些附接的内部护套160可以固定至叶片组130的内部护套142。由于可以是金属的叶片组130，这一复合组件增强了该组件的刚硬度，并且通过插入由复合材料制成的附接的内部护套160而提高组件的轻量性。

以上的描述关于壳体进行描述。然而，所述叶片组可以适用于包括涡轮的涡轮机的任意部件。叶片的形状可以重新设计；可能使用Inconel型金属或陶瓷材料。