專利名稱：定子元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造定子元件的方法，該定子元件在操作中用來引導(dǎo)氣流和傳遞載荷。該定子元件可用于如燃氣輪機，特別是噴氣發(fā)動機。
噴氣發(fā)動機指這樣的各種類型的發(fā)動機，該發(fā)動機以相對較低的速度吸入空氣，燃燒加熱空氣，并以高很多的速度排出空氣。術(shù)語噴氣發(fā)動機，例如，包括渦輪噴氣發(fā)動機和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機。
這樣的定子元件包括外環(huán)和內(nèi)環(huán)，在外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間布置了一些壁件，該定子元件的布置主要是為了在徑向、軸向以及切線方向傳遞載荷。這些壁件，例如，可以形成中空的葉片，其形狀可以使得空氣阻力盡可能小。該元件，例如，可以布置在噴氣發(fā)動機的后支撐部、前支撐部、或者中間殼體內(nèi)。在這種情況下，這些葉片通常被稱為支柱。除了中空的葉片之外，支柱也可以由其它類型的部件構(gòu)成。
背景技術(shù)：
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，中空葉片形式的壁件相互之間間隔開地布置在元件的圓周方向上內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間。中空葉片到環(huán)的聯(lián)結(jié)是通過焊接完成的。每個環(huán)首先制造出在徑向上突出的部件，該部件的截面和尺寸都與葉片相同。這樣的突出部件通常稱為短柱。此后，每一個葉片都通過對接接頭焊接到這樣的突出部件上。在徑向上突出的部件通常都是從環(huán)上銑磨出來的。該操作非常耗時，代價昂貴。
根據(jù)另一種現(xiàn)有技術(shù)，整個定子元件在一個單個的步驟中鑄造而成。但是，這要求有龐大而復(fù)雜的鑄造設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是尋求一種制造定子元件的方法，和現(xiàn)有技術(shù)相比較而言，該方法制造出的定子元件的重量得到更好地優(yōu)化，同時具有相同的或增強的使用壽命。特別地，本發(fā)明尋求一種省時且成本更低的制造方法。
該目的可以這樣實現(xiàn)，即元件在其圓周方向上由至少兩個扇段構(gòu)成，各扇段鑄造成獨立件，相互之間相鄰放置，并通過焊接連接起來。
由于各扇段獨立鑄造而成，與在一個單個的步驟中鑄造成的整個定子元件比較而言，它們存在一些特定的優(yōu)點。其中一個優(yōu)點是，在出現(xiàn)次品或瑕疵時，只需要丟棄一個扇段，而不是丟棄整個定子元件。另一個優(yōu)點是，部件較小，設(shè)計簡單，鑄造相對容易。
根據(jù)本發(fā)明的最佳實施方式，各扇段的用來焊接的表面是連續(xù)的。也就是說，焊接表面在方向上沒有斷續(xù)或突然的變化。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)高效的焊接工藝，提供非常持久的焊接點。此外，各扇段的用來焊接的表面在其整個表面的長度上、截面的厚度基本上是一致的。這樣在焊接工藝中就很少需要改變焊接參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種最佳實施方式，扇段上與用來焊接的表面相鄰的其它部件相對焊接表面而言，在圓周方向上稍微靠后，以便不會干涉焊接路徑。這特別適用于這樣的情況，即扇段都鑄造成這樣的形狀，它們至少有一個肋板，該肋板在圓周方向上延伸并在軸向上突出。接著，扇段鑄造成這樣的形狀，所述肋板以這樣的方式延伸，使得在肋板的末端和扇段的邊之間、在圓周方向上存在間隙。這樣，在各扇段相互之間相鄰放置之后，就能夠以簡單的方式將各扇段連接起來。在圓周方向上將各扇段依次相鄰放置之后，通過沿徑向方向在肋板的末端之間將扇段的相鄰邊焊接在一起，可將扇段連接起來。
根據(jù)前一實施方式的進一步變更，在實現(xiàn)所述焊接之后，兩個相鄰的肋板邊之間的空間中通過材料沉積填充，以便肋板在圓周方向上形成連續(xù)結(jié)構(gòu)。
下面的描述和權(quán)利要求可以闡明本發(fā)明的其它最佳實施方式和優(yōu)點。


下面結(jié)合附圖中所示的實施方式來進一步詳細地描述本發(fā)明。
圖1顯示了鑄件扇段的透視圖；圖2顯示了定子元件，該元件由在其圓周方向上的多個如圖1的扇段構(gòu)成；圖3顯示了如圖2的元件的局部放大圖，更為具體地該局部為兩個扇段之間的分界區(qū)域，相鄰的兩個扇段的肋板在此處通過金屬材料的沉積連接在一起。
具體實施例方式
圖1顯示了鑄件扇段1的透視圖。該扇段1的氣道2主要在軸向上直接通過。也可以在徑向上有一個或多個氣道，以用于壓氣機的流量(未顯示)或某些情況下的風(fēng)扇流量。
扇段1鑄造有壁件4、5、6、7和8，這些壁件在徑向上形成連續(xù)結(jié)構(gòu)，以傳遞載荷。在所述實施方式中，扇段1包括有第一壁件3和第二壁件4，它們在定子元件的預(yù)定徑向上延伸，并相互之間間隔一定距離布置，以便在二者之間、在定子元件的圓周方向上確定氣道(2)。
當兩個扇段連接在一起時，連續(xù)壁結(jié)構(gòu)4、5、6、7和8，以及相鄰扇段的相應(yīng)壁結(jié)構(gòu)21共同形成設(shè)備11，該設(shè)備在元件的徑向上延伸，在操作元件的過程中，它在徑向/軸向/切向上引導(dǎo)所述氣流和傳遞載荷，如圖2所示。該用于引導(dǎo)/傳遞載荷的設(shè)備11通常稱為支柱。這樣，在所述實施方式中，使相鄰兩個扇段之間的分界筆直經(jīng)過該支柱。對于一些特定的應(yīng)用，還可以更為適當?shù)卦谥еg確定分界。但是，根據(jù)所述實施方式，定子元件包括有復(fù)雜的內(nèi)轂部分，使得只有合理的分界能經(jīng)過支柱。
扇段1還包括有第三壁件5，該第三壁件在第一壁件3和第二壁件4之間延伸，確定徑向向外的氣道2。扇段1還包括有第四壁件6，該第四壁件在第一壁件3和第二壁件4之間延伸，確定徑向向內(nèi)的氣道。
扇段1在圓周方向上的末端9和10設(shè)計成與相鄰扇段的末端互相補充，這樣，在相鄰放置扇段時，這些相鄰扇段至少相互之間基本上緊密配合。更為具體地，在圓周方向上的末端9和10在徑向上具有直線型的分界。因為這種設(shè)計，所以兩個相鄰扇段可以從外側(cè)以相對容易的方式在圓周方向上連接在一起。
扇段1的每個末端9、10都包括細長的連續(xù)表面22、23、24、25和26，該連續(xù)表面在圓周方向上確定扇段1的邊界，并且是焊接的。該焊接表面在扇段外圍至少部分圍繞扇段體而延伸。該焊接表面包括主要在徑向延伸的第一部分22、主要在軸向延伸的第二部分23和主要在徑向延伸的第三部分24。該焊接是連續(xù)加工完成的，該加工從焊接表面的徑向外端處的凸起部12起，沿徑向向內(nèi)，接著沿軸向，最后沿徑向向外回到凸起部12。這樣，該焊接表面基本上形成U型。該焊接表面上的在徑向和軸向之間改變方向的每個部分25和26，它們都平滑地修成圓形。此外，該焊接表面在其整個表面的長度上、截面的厚度基本上是一致的。因此可以說該焊接表面構(gòu)成連續(xù)的曲面。
扇段上與焊接表面相鄰的其它部件相對焊接表面而言，在圓周方向上稍微靠后，以便不會干涉焊接路徑。這樣的部件，例如，有第三、第四壁件5、6在圓周方向上的邊。
雖然可以采用多種不同的焊接方法，但是最好還是采用激光或電子束焊接方法。
這樣，第一和第二壁件3、4主要在元件1的徑向上延伸。此外，它們在元件的軸向上也有延伸。
此外，扇段1有曲面板14來確定扇段的徑向內(nèi)部邊界，有曲面板15來確定扇段的徑向外部邊界。
扇段1鑄造成這樣的形狀，它至少有一個肋板16、17，如圖1所示，該肋板在圓周方向上延伸并在軸向上突出。肋板16、17在徑向上延伸的距離不同。此外，在肋板17的末端18和扇段的邊19之間的圓周方向上存在間隙，如圖3所示。這是為了在焊接工序中可以達到焊接表面。
在圓周方向上將扇段彼此相鄰放置之后，如圖2所示，通過在徑向上在兩個肋板的末端18、18′之間將兩個扇段的相鄰邊19焊接，將兩個扇段連接起來。由于上面描述的扇段設(shè)計，所以能夠焊接兩個相鄰扇段的分界線。如上所示，這最好是在每個焊接路徑中一次連續(xù)加工完成。
在實現(xiàn)所述連接之后，兩個相鄰的肋板邊18、18′之間的空間中通過沉積金屬材料21而填充，從而兩個肋板在圓周方向上形成連續(xù)結(jié)構(gòu)。在圓周方向上的連續(xù)肋板結(jié)構(gòu)以圓形法蘭的形式形成加強結(jié)構(gòu)，并用來在軸向上形成連接，以連接到相鄰的部件和/或燃氣輪機內(nèi)的軸承和密封件。
根據(jù)上面的描述制造的許多完全相同或形狀不同但截面相同的扇段1、20，可以依次并排布置，如圖2所示。
定子元件，例如，能夠在徑向或軸向內(nèi)部放置的軸承和外部附著的結(jié)構(gòu)之間形成負載承載結(jié)構(gòu)。
在焊接的過程中，在兩個相鄰扇段的兩個壁件之間可以形成空間。這些空間現(xiàn)在可用來容納各種裝置，例如用來給元件提供油和/或空氣的構(gòu)件，比如進氣口和出氣口，用來容納電纜或金屬線纜等儀器，這些儀器用于傳輸與被測量的壓力和/或溫度相關(guān)的信息。這些空間還可以用來引入冷卻劑。
定子元件，例如，還能夠形成進氣部件、中間殼體、渦輪排氣殼體(即終端殼體部件)，或用于燃氣輪機的部分殼體。其主要目的是作為軸承的附件，用來傳遞載荷并為氣體提供管道。
本發(fā)明并不限定于上面描述的上述方式，在下面權(quán)利要求的框架范圍內(nèi)，本發(fā)明可以有許多變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種制造定子元件的方法，該定子元件用來在操作中引導(dǎo)氣流和傳遞載荷，其特征在于，該元件在其圓周方向上由至少兩個扇段(1、20)構(gòu)成，并且，各扇段鑄造成獨立件，相互之間相鄰放置并通過焊接連接在一起。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，各扇段(1、20)的用來焊接的表面(22、23、24、25、26)至少部分地繞扇段體延伸，并布置在其外圍。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，各扇段的用來焊接的表面(22、23、24、25、26)既在軸向又在徑向上延伸。
4.如權(quán)利要求3的方法，其特征在于，焊接表面的形成在徑向和軸向之間方向改變的部分(25、26)，都平滑地修成圓形。
5.如前述任意一個權(quán)利要求的方法，其特征在于，每個扇段的用來焊接的表面(22、23、24、25、26)是連續(xù)的。
6.如前述任意一個權(quán)利要求的方法，其特征在于，每個扇段的用來焊接的表面(22、23、24、25、26)在該表面的整個長度上截面的厚度基本上是相同的。
7.如前述任意一個權(quán)利要求的方法，其特征在于，扇段上與用來焊接的表面(22、23、24、25、26)相鄰的其它部件(5、6、16、17)相對焊接表面而言在圓周方向上稍微靠后放置，以便不會干涉焊接路徑。
8.如前述任意一個權(quán)利要求的方法，其特征在于，每個扇段(1、20)都鑄造成這樣的形狀，它至少有一個肋板(16、17)，該肋板在圓周方向上延伸并在軸向上突出。
9.如權(quán)利要求8的方法，其特征在于，所述肋板(16、17)以這樣的方式延伸，使得在肋板的末端(18)和扇段的邊(19)之間、在圓周方向上存在間隙。
10.如權(quán)利要求9的方法，其特征在于，在圓周方向上將扇段(1、20)彼此相鄰放置之后，通過在肋板的末端(18、18′)之間將兩個扇段的相鄰邊(19)焊接在一起，而將扇段連接起來。
11.如權(quán)利要求10的方法，其特征在于，在所述焊接之后，兩個相鄰的肋板邊(18、18′)之間的空間中通過沉積材料(21)填充，從而肋板在圓周方向上形成連續(xù)結(jié)構(gòu)。
12.如前述任意一個權(quán)利要求的方法，其特征在于，兩個用來連接在一起的扇段(1、20)都鑄造成這樣的形狀，它們在圓周方向上的末端(9、10)設(shè)計成互相補充，這樣，在它們彼此相鄰放置時，這些扇段至少相互之間基本上緊密配合。
13.如前述任意一個權(quán)利要求的方法，其特征在于，兩個用來連接在一起的扇段(1、20)都鑄造成這樣的形狀，它們的末端(9、10)的端面平行于徑向方向上的一個平面、在周線方向上延伸。
14.如前述任意一個權(quán)利要求的方法，其特征在于，兩個相鄰的扇段(1、20)通過激光焊接從扇段的外側(cè)連接在一起。
15.如前述任意一個權(quán)利要求的方法，其特征在于，扇段鑄造有壁件，這些壁件在徑向上形成連續(xù)結(jié)構(gòu)，以便傳遞載荷。
16.如前述任意一個權(quán)利要求的方法，其特征在于，每個扇段(1、20)都鑄造成這樣的形狀，其中第一壁件(3)和第二壁件(4)相互之間間隔一定距離布置，以便在二者之間、在所述圓周方向上確定氣道(2)。
17.如權(quán)利要求16的方法，其特征在于，每個扇段(1、20)都鑄造成這樣的形狀，其中第一壁件(3)和第二壁件(4)相互之間以這樣的方式放置，在元件內(nèi)的預(yù)定位置處，它們至少部分地基本上在元件的徑向上延伸。
18.如權(quán)利要求16或17的方法，其特征在于，分別來自兩個相鄰扇段的每一個的兩個壁件(4、21)連接起來共同形成設(shè)備(11)，該設(shè)備在元件的徑向上延伸，在元件的操作過程中，它引導(dǎo)所述氣流和/或傳遞載荷。
19.如前述任意一個權(quán)利要求的方法，其特征在于，定子元件用于燃氣輪機。
20.如前述任意一個權(quán)利要求的方法，其特征在于，定子元件用于噴氣發(fā)動機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造定子元件的方法，該定子元件在操作中用來引導(dǎo)氣流和傳遞載荷。該元件在其圓周方向上由至少兩個扇段(1)構(gòu)成。這些扇段鑄造成獨立件，相互之間相鄰放置并通過焊接連接起來。
文檔編號B23P15/00GK1761802SQ200480007746
公開日2006年4月19日 申請日期2004年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月21日
發(fā)明者揚·隆格倫 申請人:沃爾沃航空公司