專利名稱：用于可調定子葉片的輕型鑄造葉片內徑覆環(huán)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及燃氣輪機，尤其涉及用于此類發(fā)動機的葉片覆環(huán)。
背景技術：
燃氣輪發(fā)動機通過在壓縮空氣中燃燒一種燃料源來產(chǎn)生熱氣體，同時伴隨有壓力和密度的升高。該熱氣最終被強制通過排氣噴管，該排氣噴嘴被用來產(chǎn)生排出氣體的速度并進而產(chǎn)生驅動飛行器的推力。該熱氣體也被用于驅動渦輪以轉動風扇來向該燃氣輪發(fā)動機的壓縮機部件提供空氣。此外，該熱氣體被用于驅動渦輪以驅動該壓縮機部件內的轉子葉片，這樣就產(chǎn)生在燃燒期間所需的壓縮空氣。燃氣輪發(fā)動機的該壓縮機部件一般由許多轉子葉片級和定子葉片級組成。在每個級，轉動的葉片推動空氣經(jīng)過這些靜止的定子葉片。每個轉子/定子級提高空氣的壓力和密度。定子起兩個作用把空氣的動能轉化為壓力，以及改變離開該轉子的空氣路線以便流入下一個壓縮機級。
由燃氣輪發(fā)動機提供動力的飛行器的速度范圍與在壓縮機部件中產(chǎn)生的空氣壓力級別直接相關。由于飛行器的速度不同，流過該燃氣輪發(fā)動機的空氣流速度也不同。因而，在不同的飛行器速度的情況下，空氣在下一壓縮機級的轉子葉片上的傾角不同。燃氣輪發(fā)動機在整個速度范圍內，尤其是高速/高壓范圍內獲取更有效性能的一個方法是使用可調定子葉片，這樣可以優(yōu)化在下一壓縮機級轉子上的空氣流傾角。
可調定子葉片一般沿周向被設置在風扇外徑罩和葉片內徑覆環(huán)之間。在對開的覆環(huán)設計中，該葉片覆環(huán)被分成前部件和后部件，可調定子葉片的內徑端被固定在該兩部件之間。傳統(tǒng)上，該葉片內徑覆環(huán)的前部件和后部件由實心金屬件制成。這些實心金屬葉片覆環(huán)一般用于地面試驗發(fā)動機中，在此處重量不是關注的問題。然而，這些實心金屬葉片覆環(huán)不適合用于航空發(fā)動機的生產(chǎn)，此處重量是最關注的問題。因此，需要一種輕型內徑可調葉片覆環(huán)。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種用于安裝渦輪機的定子葉片內徑端的葉片內徑覆環(huán)。該葉片內徑覆環(huán)包括一前覆環(huán)部件和一后覆環(huán)部件。該前覆環(huán)部件具有規(guī)定的長度，并包括一條沿該前覆環(huán)部件的長度延伸的中空前溝槽。該后覆環(huán)部件具有規(guī)定的長度，并包括一條沿該后覆環(huán)部件的長度延伸的中空后溝槽。


圖1顯示了采用本發(fā)明的燃氣輪機的定子葉片部分的部分剖開正視圖。
圖2顯示了定子葉片組的特寫，該定子葉片組被安置在風扇罩和本發(fā)明的葉片內徑覆環(huán)之間。
圖3A表示圖2的3-3剖面，顯示了在這些葉片插槽之間的葉片內徑覆環(huán)的橫截面。
圖3B表示了圖3A的葉片內徑覆環(huán)橫截面的分解圖。
圖4A表示圖2的4-4剖面，顯示了葉片內徑覆環(huán)在葉片插槽處的橫截面。
圖4B表示圖4A的葉片內徑覆環(huán)橫截面的分解圖。
本發(fā)明詳細說明圖1顯示了使用本發(fā)明的燃氣輪機的定子葉片部分10的部分剖開前視圖。定子葉片部分10包括風扇罩12，葉片覆環(huán)14，可調葉片組16和致動器18。葉片覆環(huán)14由前葉片覆環(huán)部件20和后葉片覆環(huán)部件22組成，從而形成內徑葉片插槽24。位于前覆環(huán)部件20和后覆環(huán)部件22的每一個上的一個半槽或凹部組成插槽24。在圖1中，只顯示了前葉片覆環(huán)部件20的一部分，因此能看見插槽24的內部。葉片內徑覆環(huán)14可構造為尺寸小于葉片內徑覆環(huán)的整個周長的部件。在圖1所示的實施例中，前葉片覆環(huán)部件20由葉片內徑覆環(huán)14周長的大約1/6(即60°)的各部分組成，后葉片覆環(huán)部件22由葉片內徑覆環(huán)14周長的大約1/2(即180°)的各部分組成。
可調葉片組16由驅動葉片26和多個從動葉片28組成。驅動葉片26和從動葉片28在葉片內徑覆環(huán)14內由一同步機構連接，例如是上文提及的共同待審相關申請中描述的同步機構。因此，當致動器18轉動驅動葉片26時，從動葉片28也旋轉同樣的量。
通常，從動葉片28環(huán)繞整個葉片覆環(huán)14。只顯示可調葉片組16的一部分，這樣可看到插槽24。驅動葉片26和從動葉片28可旋轉地安裝在風扇罩12內的定子葉片部分10的外徑處，以及葉片覆環(huán)14內的定子葉片部分10的內徑處。驅動葉片26的數(shù)量在其他實施例有所不同，可以只有一個。在一實施例中，可調葉片組16包括52個從動葉片28和2個驅動葉片26。驅動葉片26與從動葉片28的結構類似。在一實施例中，驅動葉片26采用加強型結構，以便承載致動器18施加的力。
定子葉片部分10一般位于燃氣輪機壓縮機部分的轉子葉片部分的下游或后面?？諝獗磺懊娴霓D子葉片部分或風扇強制壓入定子葉片部分10。流過定子葉片部分10的空氣一般又轉入另外的轉子葉片部分。驅動葉片26和從動葉片28沿著它們各自的徑向位置旋轉，以便控制穿過燃氣輪機壓縮機部分的空氣流。
圖2顯示了風扇罩12和葉片覆環(huán)14之間的可調葉片組16的特寫。驅動葉片26和從動葉片28可在葉片內徑覆環(huán)14的插槽24中旋轉。在插槽24之間沿著葉片內徑覆環(huán)14的一個位置截取3-3部分。在插槽24之間，前覆環(huán)部件20和后覆環(huán)部件22固定在一起，形成葉片內徑覆環(huán)14。沿著葉片內徑覆環(huán)14的一位置截取4-4部分，從動葉片28A的內徑端在此處插入插槽24A中。前覆環(huán)部件20和后覆環(huán)部件22共同形成了用于固定可調葉片組16的內端的插槽24。
圖3A顯示了圖2的3-3部分，該部分是葉片插槽24之間的葉片內徑覆環(huán)14的橫截面。圖3B顯示了圖3A的葉片內徑覆環(huán)的橫截面的分解圖。圖3A和圖3B將一起討論。葉片內徑覆環(huán)14包括前覆環(huán)部件20，后覆環(huán)部件22，前中空區(qū)30，后中空區(qū)32，孔34，緊固件36，鎖定嵌件37，開口38，蓋39，凹部40及孔42。
前中空區(qū)30和后中空區(qū)32是在前葉片覆環(huán)部件20和后葉片覆環(huán)部件22的制造過程中用本領域已知的熔模鑄造技術形成的。在一實施例中，在前葉片覆環(huán)部件20和后葉片覆環(huán)部件22的鑄造過程中將陶瓷芯放在模子里。前葉片覆環(huán)部件20和后葉片覆環(huán)部件22的模子凝固冷卻后去除陶瓷芯，以便各自形成前中空區(qū)30和后中空區(qū)32。前中空區(qū)30和后中空區(qū)32減少了生產(chǎn)前葉片覆環(huán)部件20和后葉片覆環(huán)部件22所需的材料用量，從而減輕了葉片內徑覆環(huán)14的重量。葉片內徑覆環(huán)14保持足夠堅固，以便在燃氣輪機運行中保護驅動葉片26和從動葉片28。輕型鑄造前覆環(huán)部件20和后覆環(huán)部件22也可以用機加工制造，以便符合定子葉片及其所應用的燃氣輪機的設計需要。
前葉片覆環(huán)部件20鑄造時帶有開口38，為前中空區(qū)30提供了入口。在其它實施例中，開口38可通過鑄造之后的機加工步驟形成。前葉片覆環(huán)部件20的附加特征通過鑄造之后的機加工在前葉片覆環(huán)部件中形成。例如，在前葉片覆環(huán)部件20和后葉片覆環(huán)部件22中機加工出凹部40可作為減輕重量的手段?？?4和孔42可采用另外的機加工步驟形成?？?4和凹部40的準確外形和構造取決于應用該葉片內徑覆環(huán)14的燃氣輪機的特定設計需要。前葉片覆環(huán)部件20和后葉片覆環(huán)部件22可制成小于最終需要的葉片內徑覆環(huán)14的整個周長的段。在一實施例中，在用于對開風扇罩設計時，前葉片覆環(huán)部件20由大約1/6圓周(即60°)的段組成，而后葉片覆環(huán)部件22由大約半圓(即180°)的段組成。
通過用緊固件36將前覆環(huán)部件20固定到后覆環(huán)部件22上而組裝成葉片內徑覆環(huán)14。鎖定嵌件37穿過孔42被安置在孔34內。緊固件36穿過前中空區(qū)30，穿過孔42，插入孔34的鎖定嵌件37中。蓋39放在開口38上以便蓋住它，并為前葉片覆環(huán)部件20的前部提供空氣動力表面。驅動葉片26和從動葉片28在前葉片覆環(huán)部件20和后葉片覆環(huán)部件22裝配前插入插槽24中。
圖4A顯示了圖2的4-4部分，該部分是葉片內徑覆環(huán)14在葉片插槽24的橫截面。圖4B顯示了圖4A的葉片內徑覆環(huán)的橫截面的分解圖。圖4A和圖4B將一起討論。葉片內徑覆環(huán)14包括前覆環(huán)部件20，后覆環(huán)部件22，插槽24A，前中空區(qū)30，后中空區(qū)32，凹部33，開口38及蓋39。從動葉片28A包括耳軸43，其可樞軸轉動地位于葉片內徑覆環(huán)14的插槽24A中。插槽24A由凹部25A和凹部25B組成。當如圖3A所示，用緊固件36將前葉片覆環(huán)部件20固定在后葉片覆環(huán)部件22上，前葉片覆環(huán)部件20和后葉片覆環(huán)部件22一起形成了插槽24A。插槽24A成型為具有接受耳軸42的外形的輪廓。因此，耳軸43固定在插槽24A中并能夠在插槽24A中旋轉。作為一種減輕重量的手段，凹部33直接模具成型或機加工于后覆環(huán)部件22中。
雖然本發(fā)明參考優(yōu)選實施例進行了描述，但是本領域普通技術人員明白在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可以進行形式和細節(jié)的改變。
權利要求
1.一種用于安裝渦輪機定子葉片的內徑端的葉片內徑覆環(huán)，該葉片覆環(huán)包括具有弧形長度的前覆環(huán)部件，并包括沿該前覆環(huán)部件的長度延伸的中空前溝槽；以及后表面凹部；以及具有弧形長度的后覆環(huán)部件，并包括沿該后覆環(huán)部件的長度延伸的中空后溝槽；以及與該后表面凹部相配以形成安裝定子葉片內徑端的插槽的前表面凹部。
2.如權利要求1所述的葉片覆環(huán)，其特征在于，該前覆環(huán)部件包括一個通向沿該前覆環(huán)部件的長度延伸的中空前溝槽的開口。
3.如權利要求2所述的葉片覆環(huán)，其特征在于，該前覆環(huán)部件包括一個用于密封該中空前溝槽的開口的蓋。
4.如權利要求1所述的葉片覆環(huán)，其特征在于，該前覆環(huán)部件包括用于安裝一些緊固件的孔。
5.如權利要求1所述的葉片覆環(huán)，其特征在于，該后覆環(huán)部件包括用于安裝一些螺紋緊固件的孔。
6.如權利要求5所述的葉片覆環(huán)，其特征在于，這些孔包括一些用于安裝一些螺紋緊固件的鎖定嵌件。
7.如權利要求1所述的葉片覆環(huán)，其特征在于，一些螺紋緊固件被用于連接該前覆環(huán)部件和后覆環(huán)部件，其中這些緊固件被安裝在這些插槽之間。
8.一種用于渦輪機的定子葉片部分，該定子葉片部分包括一個風扇外徑罩；多個定子葉片，每個包括一個內徑端；以及一個用于在該風扇外徑罩中旋轉的外徑端；一個葉片內徑覆環(huán)包括一個前內徑覆環(huán)部件包括一個沿該整個前覆環(huán)部件周向延伸的中空前溝槽；以及多個前凹部；以及一個后覆環(huán)部件包括一個沿該整個后覆環(huán)部件周向延伸的中空后溝槽；以及多個與該前凹部相配的以安裝定子葉片的內徑端后凹部。
9.如權利要求8所述的定子葉片部分，其特征在于，該后覆環(huán)部件包括一些用于安裝一些螺紋緊固件的孔。
10.如權利要求9所述的定子葉片部分，其特征在于，這些孔包括一些用于安裝一些螺紋緊固件的鎖定嵌件。
11.如權利要求8所述的定子葉片部分，其特征在于，該前覆環(huán)部件包括一個允許進入該中空前溝槽的開口。
12.如權利要求11所述的定子葉片部分，其特征在于，該前覆環(huán)部件包括一個用于密封該開口的蓋。
13.如權利要求8所述的定子葉片部分，其特征在于，該前覆環(huán)部件包括多個用于安裝一些螺紋緊固件的孔。
14.一種葉片覆環(huán)段，包括一個弧形體部；一個包括用于安裝定子葉片的內徑端的部分插槽的配合表面；以及一條沿該弧形體部分的長度延伸的中空內溝槽。
15.如權利要求14所述的葉片覆環(huán)段，其特征在于，弧形體部分包括一些用于安裝一些螺紋緊固件的孔。
16.如權利要求15所述的葉片覆環(huán)段，其特征在于，這些孔包括用于安裝一些螺紋緊固件的鎖定嵌件。
17.如權利要求14所述的葉片覆環(huán)段，其特征在于，該弧形體部分包括一個允許進入該中空內溝槽的開口。
18.如權利要求17所述的葉片覆環(huán)段，其特征在于，該弧形體部分包括一個用于密封該開口的蓋。
19.如權利要求14所述的葉片覆環(huán)段，其特征在于，該弧形體部分包括多個用于安裝一些螺紋緊固件的孔。
20.一種葉片內徑覆環(huán)，具有相配合以安裝一些定子葉片內徑端的一前覆環(huán)部件和一后覆環(huán)部件，該葉片內徑覆環(huán)的特征在于一條沿該前覆環(huán)部件的整個內部延伸的前中空溝槽；以及一條沿該后覆環(huán)部件的整個內部延伸的后中空溝槽。
21.如權利要求20所述的葉片覆環(huán)，其特征在于，該后覆環(huán)部件包括一些用于安裝一些螺紋緊固件的孔。
22.如權利要求21所述的葉片覆環(huán)，其特征在于，這些孔包括一些用于安裝一些螺紋緊固件的鎖定嵌件。
23.如權利要求20所述的葉片覆環(huán)，其特征在于，該前覆環(huán)部件包括一個允許進入該中空前溝槽的開口。
24.如權利要求23所述的葉片覆環(huán)，其特征在于，該前覆環(huán)部件包括一個用于密封該開口的蓋。
25.如權利要求20所述的葉片覆環(huán)，其特征在于，前覆環(huán)部件包括多個用于安裝一些螺紋緊固件的孔。
全文摘要
一種用于燃氣輪機的葉片內徑覆環(huán)，該葉片內徑覆環(huán)包括輕型鑄造前覆環(huán)部件和后覆環(huán)部件。前覆環(huán)部件和后覆環(huán)部件由熔模鑄造技術制造，形成了在圓周方向貫穿延伸每一部件的空腔。前覆環(huán)部件和后覆環(huán)部件是可配合的，以便形成安裝可調定子葉片的內徑端的插槽。
文檔編號F01D9/00GK1912352SQ20061012122
公開日2007年2月14日 申請日期2006年7月20日 優(yōu)先權日2005年7月20日
發(fā)明者J·A·吉埃莫, J·P·蒂洛恩三世 申請人:聯(lián)合工藝公司