專利名稱：用于裝配燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，更具體地涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)所用的導(dǎo)流葉片組件。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)通常包括用來壓縮工作流體如空氣的壓縮系統(tǒng)，其可由單個壓縮機(jī)或多個以不同速度旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)組成。壓縮的空氣被引導(dǎo)到燃燒室中，在此處其與燃料混合并點燃以產(chǎn)生燃?xì)?，這些燃?xì)獗灰龑?dǎo)至渦輪處。渦輪從燃?xì)庵谐槿∧芰恳则?qū)動壓縮機(jī)并產(chǎn)生有用功，以便推動飛機(jī)飛行或驅(qū)動某個負(fù)載，例如發(fā)電機(jī)或船用螺旋槳。
許多已知的壓縮機(jī)包括出口導(dǎo)流葉片組件。出口導(dǎo)流葉片具有翼型狀橫截面。已知的出口導(dǎo)流葉片(OGV)組件包括多個周向間隔開的葉片，這些葉片圍繞著壓縮機(jī)出口基本上均勻地間隔開。已知的OGV組件還包括多個支柱，它們?yōu)閴嚎s系統(tǒng)和OGV組件提供了結(jié)構(gòu)支撐。
在工作期間，由支柱產(chǎn)生的阻礙會誘發(fā)處于支柱上游的非均勻流場，并在各個支柱前緣的附近產(chǎn)生了局部高壓區(qū)域，這會對發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生負(fù)面的影響。另外，在至少某些已知的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中，當(dāng)可調(diào)排氣閥(VBV)的活門打開時，流場壓力的不均勻性增加，而且受影響的區(qū)域向上游進(jìn)一步擴(kuò)散。在緊鄰于出口導(dǎo)流葉片組件的上游處的一排轉(zhuǎn)子葉片上會引發(fā)額外的應(yīng)力。
為了便于降低轉(zhuǎn)子組件上的應(yīng)力，至少某些已知的發(fā)動機(jī)限制了VBV活門的操作。為了便于將應(yīng)力保持在預(yù)定限值之下，其它已知的發(fā)動機(jī)修改了葉片與支柱的比率，增大了出口導(dǎo)流葉片和支柱之間的流向間距，和/或使用了多個不同形狀的出口導(dǎo)流葉片。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個方面提供了一種用于裝配燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的方法，包括將發(fā)動機(jī)內(nèi)殼和發(fā)動機(jī)外殼連接起來以使在其間形成了環(huán)形的流動通道，在內(nèi)、外殼之間連接多個周向隔開的支柱，并將流動通道內(nèi)的處于支柱上游的多個周向隔開的出口導(dǎo)流葉片連接起來，使得在第一導(dǎo)流葉片和第二導(dǎo)流葉片之間形成了第一周向間距，并且在第二導(dǎo)流葉片和第三導(dǎo)流葉片之間形成了第二周向間距。導(dǎo)流葉片設(shè)置成使得第二導(dǎo)流葉片處于第一和第三導(dǎo)流葉片之間，而且第二周向間距不同于第一周向間距。
在本發(fā)明的另一方面提供了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的導(dǎo)流葉片組件。導(dǎo)流葉片組件包括多個周向隔開的導(dǎo)流葉片，其至少包括第一、第二和第三導(dǎo)流葉片。第二導(dǎo)流葉片位于第一和第三導(dǎo)流葉片之間。所述多個導(dǎo)流葉片定位成使得在第一和第二導(dǎo)流葉片之間形成了第一周向間距，而在第二和第三導(dǎo)流葉片之間形成了第二周向間距。第二周向間距不同于第一周向間距。
在本發(fā)明的另一方面提供了一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，其包括由發(fā)動機(jī)的內(nèi)外殼來限定邊界的環(huán)形的壓縮機(jī)排氣流動通道，以及多個設(shè)置在流動通道內(nèi)的周向隔開的導(dǎo)流葉片。所述多個導(dǎo)流葉片至少包括第一、第二和第三導(dǎo)流葉片。第二導(dǎo)流葉片位于第一和第三導(dǎo)流葉片之間。所述多個導(dǎo)流葉片定位成使得在第一和第二導(dǎo)流葉片之間形成了第一周向間距，而在第二和第三導(dǎo)流葉片之間形成了第二周向間距，并且第二周向間距不同于第一周向間距。


圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示意圖；
圖2是增壓器和包括有VBV活門的核心管道(core duct)的示意圖。
圖3是用于圖1所示發(fā)動機(jī)的高壓壓縮機(jī)的一部分的示意圖。
圖4是用于圖1所示發(fā)動機(jī)的示例性出口導(dǎo)流葉片組件的一部分的正面透視圖。
圖5是用于圖1所示發(fā)動機(jī)的示例性支柱組件的一部分的正面透視圖。
圖6是可用于圖1所示發(fā)動機(jī)的出口導(dǎo)流葉片組件的示意圖。
圖7是圖6所示導(dǎo)流葉片的放大視圖。
圖8是顯示了圖7所示導(dǎo)流葉片的層疊軸線的示意圖。
圖中各標(biāo)號的含義如下10燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)；12低壓壓縮機(jī)；13核心管道；14高壓壓縮機(jī)；16燃燒室；17支柱；18高壓渦輪；20低壓渦輪；24第一軸；26第二軸；28低壓壓縮機(jī)出口；30高壓壓縮機(jī)入口；32發(fā)動機(jī)的上游側(cè)；50壓縮機(jī)級；52轉(zhuǎn)子葉片；56葉片組件；58轉(zhuǎn)子盤；62定子機(jī)匣；74定子葉片；100出口導(dǎo)流葉片組件；110上安裝凸緣；120下安裝凸緣；130出口導(dǎo)流葉片；140壓縮機(jī)出口流動通道；200支柱組件；210支柱的上安裝凸緣；220支柱的下安裝凸緣；230支柱；500導(dǎo)流葉片組件；502導(dǎo)流葉片；504導(dǎo)流葉片的側(cè)壁；506導(dǎo)流葉片的側(cè)壁；507內(nèi)基部；508導(dǎo)流葉片的前緣；510導(dǎo)流葉片的后緣；512導(dǎo)流葉片的弦線；513導(dǎo)流葉片的層疊點；514導(dǎo)流葉片的中線；516導(dǎo)流葉片；520支柱；522支柱前緣；524支柱后緣；526支柱弦線；528支柱的周向間距；530導(dǎo)流葉片的周向間距；532第一導(dǎo)流葉片；534第二導(dǎo)流葉片；536第三導(dǎo)流葉片；538第四導(dǎo)流葉片；540第一周向間距；542第二周向間距；544第三周向間距。
具體實施例方式
圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的示意圖，其包括低壓壓縮機(jī)12、高壓壓縮機(jī)14以及燃燒室16。發(fā)動機(jī)10還包括高壓渦輪18以及設(shè)置成串聯(lián)軸流關(guān)系的低壓渦輪20。壓縮機(jī)12和渦輪20通過第一軸24相連，壓縮機(jī)14和渦輪18通過第二軸26相連。在一個實施例中，發(fā)動機(jī)10是可從美國俄亥俄州辛辛那提市的通用電器公司買到的GE90發(fā)動機(jī)。
圖2顯示了將低壓壓縮機(jī)12和高壓壓縮機(jī)14相連的核心管道13。核心管道13包括多個出口導(dǎo)流葉片130、可調(diào)排氣閥的活門15以及多個周向隔開的支柱17，通過排氣閥15可從燃?xì)馔ǖ乐谐槿∨艢狻?br> 在工作期間，空氣從發(fā)動機(jī)10的上游側(cè)32流過低壓壓縮機(jī)12，并通過核心管道13將被壓縮的空氣從低壓壓縮機(jī)12提供給高壓壓縮機(jī)14。然后將壓縮空氣傳送到燃燒室組件16中，在燃燒室內(nèi)其與燃料混合并被點燃。燃?xì)鈴娜紵?6引出以驅(qū)動渦輪18和20。
圖3是高壓壓縮機(jī)14的一部分的示意圖。壓縮機(jī)14包括有多個級50，每一級都包括一排轉(zhuǎn)子葉片52和一排定子葉片74。轉(zhuǎn)子葉片52由轉(zhuǎn)子盤58支撐并與轉(zhuǎn)子軸26相連。定子機(jī)匣62圍繞轉(zhuǎn)子葉片32和定子葉片組件56周向地延伸，因此定子葉片74由機(jī)匣62支撐。
圖4是用于發(fā)動機(jī)10(圖1所示)的示例性出口導(dǎo)流葉片組件100的一部分的正面透視圖。出口導(dǎo)流葉片(OGV)組件100包括多個出口導(dǎo)流葉片130，它們各自在上安裝凸緣110和下安裝凸緣120之間大致徑向地延伸，并且圍繞著壓縮機(jī)14周向間隔開。在一個實施例中，OGV組件100制造成凸緣110和120均與葉片130相連的弧段。在另一實施例中，OGV組件100形成為一個整體式組件。
圖5是用于發(fā)動機(jī)10(圖1所示)的示例性支柱組件200的一部分的正面透視圖。支柱組件200包括多個各自在上安裝凸緣210和下安裝凸緣220之間延伸的支柱230。支柱組件200是發(fā)動機(jī)10的用于促進(jìn)保持各個部件在發(fā)動機(jī)10內(nèi)的方位的多個框架和支撐組件中的其中之一。更具體地說，這種框架和支撐組件與固定的部件相連，并為轉(zhuǎn)子軸承提供支撐。支柱組件230連接在壓縮機(jī)14的出口(未示出)的附近，使得支柱230圍繞壓縮機(jī)14的出口周向間隔開，并且在流動通道140上從壓縮機(jī)14的出口處延伸出來。OGV組件100定位在支柱組件200的上游并由支柱組件200來支撐。導(dǎo)流葉片130也在流動通道140上從壓縮機(jī)14的出口處延伸出來。
圖6是用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10(圖1所示)的出口導(dǎo)流葉片組件500的示意圖。圖7是包含在導(dǎo)流葉片組件500內(nèi)的導(dǎo)流葉片502的放大視圖。導(dǎo)流葉片組件500包括多個周向隔開的導(dǎo)流葉片502，其在壓縮機(jī)出口流動通道140上延伸。各導(dǎo)流葉片502包括一對在前緣508和后緣510處連接起來的側(cè)壁504和506。各導(dǎo)流葉片502的弦線512分別在各自的前緣508和后緣510之間延伸。
圖8是導(dǎo)流葉片502的示意圖，其顯示了層疊軸線516。側(cè)壁504和506從內(nèi)基部507處徑向向外地延伸到外端(未示出)。圖7所示的截面垂直于側(cè)壁504和506。在從導(dǎo)流葉片502的基部507到外端的各個這種截面上，從前緣508到后緣510所形成的中線514將葉片基本上分成兩半。層疊點513沿著中線514形成在前緣508和后緣510之間的基本上一半距離的位置處。層疊軸線516在葉片502的從基部507到外端的葉片長度上沿著由層疊點513所形成的線而延伸。
導(dǎo)流葉片組件500位于核心管道13(圖2所示)內(nèi)，其還包括在出口流動通道140上延伸的多個支柱520。各支柱520都連接在導(dǎo)流葉片502的下游，而且各支柱520均包括前緣522和后緣524。各支柱520的弦線526分別在各支柱的前緣522和后緣524之間延伸。更具體地說，支柱520位于流動通道140上，使得形成于相鄰支柱520之間的周向間距528在整個核心管道13上是基本上均勻的。
通常，相鄰導(dǎo)流葉片502之間形成的周向間距530圍繞著導(dǎo)流葉片組件500是基本上均勻的。然而，在緊鄰于各相應(yīng)支柱520的上游處，四個相鄰的導(dǎo)流葉片532，534，536和538是以非均勻的周向間距相連并且錯開，這一點如下所詳述。更具體地說，雖然導(dǎo)流葉片532，534，536和538與其它導(dǎo)流葉片502相同地構(gòu)造而成，但是葉片532，534，536和538的定位不同于葉片502。具體地說，形成于葉片532和534之間的第一周向間距540基本上等于均勻的間距530。然而，形成于相鄰葉片534和536之間的第二周向間距542不同于第一周向間距540。在該示例性實施例中，第二周向間距542至少比第一周向間距540寬30％。形成于第三導(dǎo)流葉片536和相鄰導(dǎo)流葉片538之間的第三周向間距544基本上等于第一周向間距540。
導(dǎo)流葉片532，534，536和538還周向定位成使得延伸穿過第二葉片534的層疊軸線在流動通道140的方向上與至少一個支柱520的前緣522基本上處于同一直線。而且，雖然導(dǎo)流葉片534和536基本上平行于其余導(dǎo)流葉片502來設(shè)置，然而第一導(dǎo)流葉片532和第四導(dǎo)流葉片538定位成偏開或錯開一個角度θ，這個角度是相對導(dǎo)流葉片502來測量的。因此，第一導(dǎo)流葉片532和第四導(dǎo)流葉片538分別相對于其余導(dǎo)流葉片502的定向而傾斜地設(shè)置。在一個實施例中，葉片532和538偏開至少約1度的角度θ。在另一實施例中，第一導(dǎo)流葉片532偏開至少約-1度的角度θ，使得第一導(dǎo)流葉片532相對于流動通道的軸線而言處于更敞開的方位，而第四導(dǎo)流葉片538偏開至少約+1度的角度θ，使得第四導(dǎo)流葉片538相對于流動通道的軸線而言處于更封閉的方位。
在工作期間，葉片534和536之間的增大的周向間距542為流經(jīng)各支柱520的氣流提供了附加的引導(dǎo)，從而降低了作用在各支柱520兩側(cè)上的壓力差。更具體地說，增大的周向間距542便于減小因葉片支柱連接所引起的不均勻的壓力場傳播。另外，由于這種增大的周向間距542，包括于組件500內(nèi)的葉片502的數(shù)量也可在周向上減少，這樣就減小了導(dǎo)流葉片組件500的整體重量。在一個實施例中，導(dǎo)流葉片組件500所包括的葉片502減少了超過5％。
上述出口導(dǎo)流葉片組件提供了用于減輕因OGV級和支柱組件之間的剛性連接所引起的壓力場影響的成本效率合算的方法。這種裝置能夠顯著地降低緊鄰于葉片組件的上游處的那排葉片上的最大葉片應(yīng)力，還具有可提高發(fā)動機(jī)性能并降低發(fā)動機(jī)的重量和成本的優(yōu)點。
在上文中已經(jīng)詳細(xì)地介紹了導(dǎo)流葉片組件的示例性實施例。導(dǎo)流葉片組件并不限于本文所介紹的具體實施例，而是各組件的零件都可單獨地且獨立于本文所述的其它零件來使用。例如，各導(dǎo)流葉片組件的零件也都可與其它導(dǎo)流葉片零件相結(jié)合地使用。
雖然已經(jīng)針對各種具體的實施例介紹了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在權(quán)利要求限定的精神和范圍內(nèi)，本發(fā)明可通過各種改進(jìn)方式來實施。
權(quán)利要求
1.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)的導(dǎo)流葉片組件(100)，所述導(dǎo)流葉片組件(100)包括多個周向隔開的導(dǎo)流葉片(502)，其至少包括第一、第二和第三導(dǎo)流葉片(532，534，536)，所述第二導(dǎo)流葉片(534)位于所述第一和第三導(dǎo)流葉片(532，536)之間，所述多個導(dǎo)流葉片(502)定位成使得在所述第一和第二導(dǎo)流葉片(532，534)之間形成了第一周向間距(540)，而在所述第二和第三導(dǎo)流葉片(534，536)之間形成了第二周向間距(542)，所述第二周向間距(542)不同于所述的第一周向間距(540)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)流葉片組件(100)，其特征在于，所述導(dǎo)流葉片組件(100)還包括多個周向隔開的支柱(520)，其位于所述多個導(dǎo)流葉片(502)的下游，使得延伸穿過所述第二導(dǎo)流葉片(534)的層疊軸線(513)在所述流動通道(140)的方向上與所述多個支柱(520)中的至少一個支柱的前緣(522)基本上處于同一直線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)流葉片組件(100)，其特征在于，所述導(dǎo)流葉片組件(100)還包括與所述第三導(dǎo)流葉片(536)相鄰的第四導(dǎo)流葉片(538)，使得所述第三導(dǎo)流葉片(536)位于所述第二和所述第四導(dǎo)流葉片(534，538)之間，形成于所述第三和第四導(dǎo)流葉片(536，538)之間的第三周向間距(544)基本上等于所述第一周向間距(540)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)流葉片組件(100)，其特征在于，所述第二導(dǎo)流葉片(534)基本上平行于所述第三導(dǎo)流葉片(536)，所述第一和第四導(dǎo)流葉片(532，538)相對于所述第二和第三導(dǎo)流葉片(534，536)傾斜地設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)流葉片組件(100)，其特征在于，所述第一和第四導(dǎo)流葉片(502，504)與所述第二和第三導(dǎo)流葉片(534，536)偏開至少約1度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)流葉片組件(100)，其特征在于，所述第二周向間距(542)至少比所述第一周向間距(540)寬約30％。
全文摘要
一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)的導(dǎo)流葉片組件(100)，其包括多個周向隔開的導(dǎo)流葉片(502)，其中至少包括有第一、第二和第三導(dǎo)流葉片(532，534，536)。第二導(dǎo)流葉片位于第一和第三導(dǎo)流葉片之間。所述多個導(dǎo)流葉片定位成使得在第一和第二導(dǎo)流葉片之間形成了第一周向間距(540)，在第二和第三導(dǎo)流葉片之間形成了第二周向間距(542)。第二周向間距不同于第一周向間距。
文檔編號F04D29/56GK1576611SQ20041006328
公開日2005年2月9日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月30日
發(fā)明者H·-T·劉, W·A·拜利, J·D·尼德梅爾 申請人:通用電氣公司