靜子級的變螺距葉片，包括非圓形內平臺的製作方法

2023-04-29 01:54:36

專利名稱：靜子級的變螺距葉片，包括非圓形內平臺的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及帶變螺距葉片的靜子級，其中，這些葉片設計用來安裝到壓縮機或渦輪類型的渦輪機的模塊上。本發明優選應用於例如，噴氣渦輪或渦輪螺旋槳發動機類型的航空器渦輪機上。
背景技術：
參照圖1示，可以看見現有技術的已知設計的渦輪噴氣發動機的高壓壓縮機的一部分。壓縮機1傳統上包括多個靜子級h、2b、2c和移動輪(圖中未示)。這些部件以渦輪機軸線4為中心，設計成沿軸線方向交替布置，意使流過該高壓壓縮機的主氣流6穿過這些部件。每個靜子級h、2b、2c包括多個葉片8，稱之為變螺距葉片。這些葉片8沿圓周分布在軸線4周圍，每個葉片8帶有連接到壓縮機外殼10上的頭部，其中，該頭部習慣上包括經由中心銷12延伸的徑向外平臺11。中心銷12連接到可使葉片8迎角得以被控制的系統14上，該系統安裝在外殼10上。按已知方式，系統14能夠同時控制其所結合的靜子級上所有葉片的迎角。參照圖2，可以看到葉片8還帶有底部，該底部習慣上也包括由中心銷16延伸的徑向內平臺13。該銷16插裝在靜子葉片環22內，該銷的軸線與銷12的軸線相同，且該軸線同時也是葉片的軸線20，該葉片圍繞該軸線樞轉，以便改變其迎角。葉片環一般都是由幾個角度環扇形體構成，帶有多個沿周向分布的孔口 24，每個孔口帶有襯套26，用來安裝中心銷16。此外，這些孔口 M分別向安裝平臺13的其他孔口 27打開。按照已知方式，除了安裝襯套沈和徑向內平臺13外，靜子葉片環22有助於內表面的構建，所述內表面劃分氣流6穿過的主氣流。每個襯套沈帶有插入到葉片環其中一個孔口 M內的裙部觀，該裙部形成中心銷底座30，葉片的中心銷16就插入該底座內。在圖2中，可以看到，中心銷16由構件32覆蓋，優選與後者相聯接，其作用是緩解裙部觀內的滑動。此外，襯套26帶有與裙部相聯的底部34，該底部相對於裙部向內徑向布置。每個襯套的底部34置於靜子葉片環22的圓周槽36內，按已知方式制止該襯套的旋轉。實際上，每個底部34以沿圓周方向40彼此相對的兩個端面和沿軸線方向50彼此相對的兩個端面為界，即圖中標記46和48。稱之為圓周端面的兩個端面46、48大體上是平的，且分別面向劃分槽36的兩個邊緣，如圖2所示。該設計是這樣的，端面46、48儘可能分別靠近兩個相對的槽邊緣，並沿軸線方向 50隔開。通常，在兩個兩個的彼此相對的部件之間僅保持工作間隙，以便使得底部34固定在帶孔口 M的圓周槽36內。按現有技術中的這種標準配置，當迎角控制系統14帶動葉片8圍繞旋轉軸線20 轉動，以將迎角調整到精確角度時，由於孔口 30和圍繞底部16的構件32之間所作用的摩擦力，每個葉片的中心銷16會趨於拉動襯套26隨其旋轉。
圓周端面46、48和槽36的邊緣之間最初存在工作間隙，該工作間隙的消耗會制止每個襯套26相對於葉片環22沿其軸線20的這種相對轉動。當底部34的端面46、48和這些槽邊緣之間建立接觸時，底部的相對轉動便會被制止，而葉片8相對於其襯套沈和葉片環22的相對轉動則繼續，以便獲得所需的螺距。儘管靜子級的這個組件60，包括葉片環22、襯套沈和葉片8，在現有技術實施例中很普遍，然而，其具有不容忽略的缺陷，即有關部件的嚴重磨損。尤其是，槽的邊緣會出現極速磨損，因為它們不斷受到底部34的撞擊；這種磨損的後果是，每當迎角改變時，就會大大增加襯套的轉動幅度，因此，也會對葉片環的其他部分造成磨損，諸如，面對裙部觀的那些部位，因為孔口 M的磨損而導致範圍擴大。工作期間，每個葉片8會受到作用在其上的氣動力合力引起的偏轉。這種氣動力偏轉的後果是在徑向內平臺13和葉片環22內其對應固定孔口 27之間產生摩擦，因為氣動力偏轉的幅度越大，固定孔口 M的上述磨損會越大。由於作用在葉片上的氣動力合力的一致性，這種摩擦會出現在葉片有效部分43 的凹面62上的平臺13部分上的面積中，即面向孔口部分的平臺13的部分，該孔口具有圖 3中的標記27。環形截面平臺13和固定孔口 27壁之間這種摩擦的有害結果是葉片環22的快速磨損，為此，必須經常更換葉片環。這種摩擦的另一個後果就是增加了凹面側葉片有效部分的底部的應力，這會減少葉片的使用壽命，進而影響到發動機的使用壽命。

發明內容
為此，與現有技術實施例相比，本發明的目的是提供可至少部分解決上述缺陷的方案。為了實現這個目的，本發明的第一個目的就是用於渦輪機模塊的靜子級的變螺距葉片，包括葉片的有效部分，其每一側都布置有徑向內平臺和徑向外平臺，還包括自所述徑向外平臺向外徑向延伸的第一中心銷，以及自所述徑向內平臺向內徑向延伸的第二中心銷，其中，所述第一和第二中心銷構成了公共的葉片旋轉軸線，而且，其中，葉片的所述有效部分帶有構成凸面的第一表面和構成凹面的第二表面，葉片的所述有效部分將所述徑向內平臺分成位於第一葉片表面一側上的第一部分和位於第二葉片表面一側上的第二部分。根據本發明，沿葉片旋轉軸線方向看去，徑向內平臺的所述第一部分帶有疊加在圓上的外輪廓線，距圓一定距離且在其內的是徑向內平臺所述第二部分外輪廓線的至少一部分。為此，本發明按原來方式設計成這樣的，即其不再採用葉片徑向內平臺的慣常圓形截面形狀。實際上，平臺的第二部分，即由於葉片氣動力偏轉而使其固定孔口最易受到摩擦的部分，不再呈圓形，而是採用材料的外緣收縮。這種收縮可以使其與固定平臺的葉片環孔口局部地分離，目的是減少與該孔口的摩擦。為此，由於葉片環通過其所支撐的徑向內平臺而承受更小的摩擦應力，其使用壽命得以增加。同樣，葉片應力程度則與新葉片的應力相同，從而使得葉片的使用壽命不再受到影響。此外，材料的這種收縮是局部的，因此，在徑向內平臺周圍不是全部應用，這就使得圓形截面其餘部分和固定平臺的葉片環孔口之間可保持小間隙。這樣，穿過葉片的氣動力流受到的影響會很小，因為所觀察到的氣動力循環現象微小。與所述圓相分離的徑向內平臺的輪廓線部分優選地在100和140°之間的角度扇面上延伸，以所述圓的中心為中心。與所述圓相分離的徑向內平臺的輪廓線部分優選地位於距離對應於圓的直徑的 7%的值和對應於所述圓的直徑的的值之間的所述圓的最大徑向距離處。本發明的另一個目的是提供靜子級組件，包括上述多個變螺距葉片，其中，所述組件包括靜子葉片環，該葉片環與所述每個葉片相結合，帶有固定葉片徑向內平臺的孔口，向劃分葉片環所形成的主氣流的內表面區域打開，以及固定葉片中心襯套的孔口，其中，所述第二中心銷就插入到該襯套內，這樣，沿葉片的旋轉軸線方向看去，固定徑向內平臺的所述孔口帶有疊加在同心圓上的內輪廓線，同心圓的直徑大於所述圓，在這個圓上，徑向內平臺所述第一部分的外輪廓線被重疊。每個徑向內平臺還優選地形成劃分主氣流的所述內表面的一部分。每個中心襯套優選地首先包括插裝到葉片環所述襯套固定孔口內並構成第二中心銷底座的裙部，其次，包括與所述裙部相連的底部，其中，所述襯套，每個都沿襯套軸線延伸，一個接一個地布置在所述葉片環圓周方向上。每個中心襯套的底部優選地置於葉片環的圓周槽內，以沿葉片環軸向彼此隔開的兩個相對邊緣為界。本發明的另一個目的是用於渦輪機模塊的變螺距葉片靜子，包括上述的組件。此外，本發明的另一個目的是包括上述至少一個靜子級的渦輪機模塊。在這方面， 該模塊可以是壓縮機，優選地高壓壓縮機或渦輪。本發明的另一個目的是提供一種包括至少一個上述模塊的渦輪機。另外，本發明的最後目的是提供一種製造用於諸如上述渦輪機模塊靜子級的變螺距葉片的方法，按照這種方法，所述徑向內平臺可從圓形截面形狀中獲得，在其周緣加工， 以便獲得該平臺的所述第二部分。自然地，根據本發明的葉片可根據任何其他方法獲得，只要不超出本發明的範圍。為此，徑向內平臺可以加工成這樣的，即其最後形狀可以直接獲得，例如採用鑄造，不涉及通過圓形截面的中間形狀的任何過渡。下面，通過下面的非限定性的詳細公開說明，本發明的其他優點和特性會顯現出來。下面參照附圖描述本發明，附圖如下


-圖1，前面已述，為根據現有技術已知實施例的航空器渦輪機高壓壓縮機的縱向局部半剖面圖；-圖2，前面已述，為圖1所示壓縮機靜子級的局部縱向放大半剖面圖，示出了靜子葉片環上靜子葉片底部的組件；-圖3，前面已述，為裝配到圖2所示靜子級上的組件的局部透視圖，其中，所述組件包括靜子葉片環和安裝在後者之上的葉片(圖示為一個葉片)；-圖4為根據本發明優選實施例的帶變螺距葉片的靜子級的組件局部透視圖；-圖5為圖4所示組件的局部放大透視-圖6為沿圖5所示葉片旋轉軸線的頂視圖；以及-圖7為沿圖6中II-VII線的剖面圖。
具體實施例方式參照圖4，該圖示出了根據本發明優選實施例的組件160的一部分，其中，該組件 160是構成渦輪機模塊的變螺距葉片靜子級的組成部分。該第一實施例設計用來取代前面所述的現有技術的組件60，因此，設計位於圖1 所示高壓壓縮機靜子級加、213、2(3任何一個的內部。在這一方面，應該注意的是，在沿圖4 的II-II線的截面上，該組件的形狀與圖2所示組件60的形狀相同或相似。此外，在這些附圖中，帶有相同附圖標記的部件都是相同或相似的部件。為此，組件160包括靜子葉片環22，與現有技術的組件60所描述的靜子葉片環相同。尤其是，固定孔口 24、27有規律地分布在圓周方向或切線方向40上；孔口 27在內表面區域內打開，後者劃定了由靜子葉片環22形成的主氣流66的界限，而孔口 M則在圓周槽(圖4中未示)區域內打開，以沿軸向50彼此相對隔開的槽的兩個相對邊緣為界。很明顯，該環以渦輪機的軸線為中心。組件160還安裝有多個葉片根接受襯套(圖中未示)，其類型如圖2所示，襯套的數量與靜子級葉片數量相同，即，幾十個。為此，安裝在孔口 M內的襯套沈採用一個接一個的形式，沿圓周方向40的整個長度上，即360°，並列排放。最後，組件160帶有多個變螺距葉片8，每個葉片與兩個孔口 24、27和置於孔口 M 內的殼體相配合。如前所述，每個葉片8包括葉片的有效部分43，其每一側都布置有徑向內平臺13 和徑向外平臺11，同時還包括自平臺11向外徑向延伸的第一中心銷12，以及自平臺13向內徑向延伸的中心銷(圖中未示)，其中，這些第一和第二中心銷構成了公共葉片旋轉軸線。此外，葉片的有效部分43帶有構成凸面64的第一表面和與第一表面相對且構成凹面62的第二表面。葉片該有效部分43的底部將徑向內平臺13分隔成位於凸面64 —側的第一部分13a和位於凹面62 —側的第二部分13b，如圖5清楚所示。例如，可以認為，在葉片有效部分的前緣68區域，第一和第二部分13a、13b以葉片有效部分底部輪廓線70的延伸為界。不同於該區域，還可以由凹面62和凸面64來劃分，因為葉片有效部分的後緣遠遠延伸過平臺13.此外，由於葉片有效部分延伸過平臺，孔口 27在可能由葉片該有效部分覆蓋的該部分區域帶有稍許斜面72。內平臺13的第一部分13a和第二部分13b的上表面也構成了劃分主氣流66的內表面的一部分，氣流優選相對於軸線方向傾斜，並隨著其向下遊流動，且通常與發動機軸線相分開。圖6示出了本發明的其中一個特徵，所示為安裝在葉片環22上的其中一個葉片8， 沿該葉片旋轉軸線20的方向看去。在這個視圖中，位於凸面一側64上的平臺13的第一部分13a帶有外輪廓線Ca，該線疊加在圓Cl上，圓的中心對應於軸線20。由於輪廓線Ca和圓Cl的疊加，這兩個部分由相同的圓弧線表示。此外，平臺13第二部分13b的外輪廓線Cb的至少一個部分Cbl距上述圓Cl的一定距離且在其內。在所示優選的實施例中，位於圓Cl內的輪廓線的部分Cbl僅對應於該輪廓線Cb的一部分，而在另一部分Cb2，其則疊加在圓Cl上。如圖6所示，部分可以是從部分Ca輪廓線兩端連續延伸的部分，而部分Cbl可在角度扇面74上延伸，例如，大約 120°，以圓Cl的中心20為中心。例如，輪廓線Cb的部分Cbl可以呈現以中心76為中心的圓弧形式，該中心76偏離於圓Cl的中心20。因此，由上述幾何定義所形成的平臺13具有相當於圓弧形截面的圓柱形的一般形狀，而圓弧形截面的圓柱形在其第二部分13b的一部分中具有材料的外緣收縮，這樣，該部分比該平臺13的其它部分更遠離孔口 27。實際上，再參照圖6，徑向內平臺13的固定孔口 27帶有疊加在同心圓C2上直徑大於上述圓Cl的內輪廓線C』。結果，當在靜止狀態時，將輪廓線C』和輪廓線Ca、a2部分分開的第一間隙則保持大致不變，例如約為0. 5mm，且小於將輪廓線C』與輪廓線部分Cbl隔開的第二變化間隙「 j 」。同樣，如圖7所示，該第二間隙「 j，，也大致上在輪廓線Cb2兩個匯合點附近與第一間隙相同，而後，當其接近輪廓線部分Cbl中央部分，即到達其最大部分，例如，約1. 75mm時，逐漸增加。在這方面，該設計方案可以是這樣的，與圓Cl相分開的輪廓Cb的部分Cbl位於距離對應於圓Cl直徑的7%的值和對應於該圓Cl的直徑的的值之間的該圓的最大徑向距離處。應該注意的是，很顯然，徑向距離必須理解為是圓Cl和輪廓線的Cbl之間沿著穿過圓Cl中心20的直線的距離。為此，在工作時，葉片8易受作用在其上的氣動力合力造成的偏轉，結果，使得輪廓線Cbl更靠近孔口 27，不會對葉片環22造成任何有害摩擦。應該注意的是，優選地，形成輪廓線Ca、Cb的平臺1 3的側表面沿軸線20呈圓柱形，正像(不論斜面72如何)形成輪廓線C』的固定孔口 27的側表面也沿軸線20呈圓柱
形一樣。很顯然，所屬領域技術人員可以對上面僅作為非限制性示例所介紹的本發明進行多種修改。
權利要求
1.一種渦輪機模塊的靜子級的變螺距葉片(8)，包括葉片的有效部分(43)，其每一側都布置有徑向內平臺(13)和徑向外平臺(11)，還包括自所述徑向外平臺向外徑向延伸的第一中心銷(12)，以及自所述徑向內平臺向內徑向延伸的第二中心銷(16)，其中，所述第一和第二中心銷(12、16)構成了公共葉片旋轉軸線00)，以及，其中葉片所述有效部分 (43)帶有構成凸面的第一表面(64)和構成凹面的第二表面(62)，該有效部分將所述徑向內平臺(13)分成位於第一葉片表面(64) —側上的第一部分(13a)和位於第二葉片表面 (62) 一側上的第二部分(13b),其特徵在於沿葉片旋轉軸線OO)方向看去，徑向內平臺的所述第一部分(13a)帶有疊加在圓(Cl)上的外輪廓線(Ca)，距圓(Cl) 一定距離且在其內的是徑向內平臺所述第二部分(13b)外輪廓線(Cb)的至少一部分(Cbl)。
2.根據權利要求1所述的葉片，其特徵在於，徑向內平臺(13)的輪廓線的部分(Cbl) 與所述圓(Cl)分開，在100和140°之間的角度扇形(74)上延伸，以所述圓(Cl)的中心為中心。
3.根據權利要求1或2所述的葉片，其特徵在於，徑向內平臺(13)的輪廓線的部分 (Cbl)與所述圓(Cl)分開，位於距離對應於圓的直徑的7%的值和對應於該圓的直徑的的值之間所述圓的最大徑向距離處。
4.一種靜子級組件(160)，包括根據前述任一權利要求所述的多個變螺距葉片(8)，所述組件包括靜子葉片環(22)，該葉片環與所述每個葉片(8)相結合，帶有固定葉片徑向內平臺(13)的孔口(27)，該孔口 (XT)在劃分葉片環所形成的主氣流(66)的內表面區域中打開，以及固定葉片中心襯套06)的孔口(M)，所述第二中心銷(16)就插裝在該孔口內， 這樣，沿葉片旋轉軸線方向看去，固定徑向內平臺(1 的所述孔口 (XT)帶有疊加在同心圓(C2)上的直徑大於所述圓(Cl)的內輪廓線(C』)，在這個圓(Cl)上，疊加有徑向內平臺 (13)的所述第一部分(13a)的外輪廓線(Ca)。
5.根據權利要求4所述的組件，其特徵在於每個徑向內平臺(1 還形成了劃分主氣流(66)的所述內表面的一部分。
6.根據權利要求4或5所述的組件，其特徵在於，每個中心襯套06)優選首先包括插入在葉片環0 所述襯套固定孔口 04)內並形成第二中心銷(30)底座的裙部( )，其次，包括與所述裙部聯接在一起的底部(34)，其中所述襯套一個接一個地布置在所述葉片環圓周方向(40)，每個襯套均沿襯套軸線OO)延伸。
7.根據權利要求6所述的組件，其特徵在於每個中心襯套06)的底部(34)置於葉片環的圓周槽(36)內，以葉片環的軸線方向(50)上彼此相對隔開的兩個相對邊緣為界。
8.一種渦輪機模塊的帶變螺距葉片(8)的靜子級(h、2b、2c)，包括根據權利要求4到 7中任一項所述的組件(160)。
9.一種渦輪機模塊(1)，包括根據權利要求8所述的至少一個靜子級Oa、2b、2c)。
10.根據權利要求9所述的渦輪機模塊，其特徵在於，它是壓縮機或渦輪。
11.一種渦輪機，其包括根據權利要求9或10所述的至少一個模塊(1)。
12.一種製造根據權利要求1到3任一項所述的渦輪機模塊靜子級變螺距葉片的方法， 其中，所述徑向內平臺是從圓形截面形狀獲得，在其周緣加工，從而獲得該平臺的所述第二部分。
全文摘要
本發明涉及一種靜子級的變螺距葉片(8)，包括葉片的有效部分(43)，其每一側都布置有徑向內平臺(13)和徑向外平臺，其中，葉片的有效部分(43)帶有構成凸面的表面(64)和構成凹面的表面(62)，有效部分將平臺(13)分成位於凸面一側上的部分(13a)和位於凹面一側上的部分(13b)。根據本發明，沿葉片旋轉軸線方向(20)看去，部分(13a)帶有疊加在圓(C1)上的外輪廓線(Ca)，在距圓(C1)一定距離且在其內則是平臺(13)部分(13b)的外輪廓線(Cb)的至少一部分(Cb1)。
文檔編號F04D29/56GK102272458SQ201080004346
公開日2011年12月7日 申請日期2010年1月8日 優先權日2009年1月9日
發明者克勞德·羅伯特·路易斯·裡扎斯, 奧德·阿巴迪 申請人:斯奈克瑪