[发明专利]涡轮发动机定子轮及包括这种定子轮的涡轮机或压缩机

说明书

背景技术

本发明涉及一种涡轮发动机的定子轮，特别是在工业涡轮机上的航空燃气涡轮发动机，其中这种定子轮形成涡轮喷嘴或压缩机扩压器。

可以想像提高涡轮发动机的性能并减少污染排放将导致更高的操作温度。

对于涡轮发动机的热部份中的元件，因此建议使用陶瓷基复合材料（CMC）。这种材料具有显著的热结构（therostructural）特性，即，使它们构成具有在高温下保护这些机械性能的能力的结构元件的机械特性。

此外，CMC材料具有比通常用于制造在涡轮发动机的热部分中的元件的金属材料低得多的密度。

因此，文献WO 2010/061140，WO 2010/116066，WO 2011/080443描述了使涡轮发动机叶片具有整体的内外平台。也已经提出使用专用于涡轮喷嘴的CMC材料，特别是文献WO 2010/146288中。

传统的金属涡轮喷嘴通常通过将通过铸造获得的有限数量的扇区装配在一起而被构造，每个扇区都有相当大量的翼片。这种扇区的复杂形状使得它们很难获得CMC材料的单件。为了获得CMC材料制成的涡轮喷嘴，因此必须设想将相对大量的单个元件或翼片装配在一起，每个翼片仅具有少量的翼型，以及可能仅有一个翼型。这导致在实现满意密封的同时难以实现简单而又经济地装配喷嘴翼片，特别是用于避免通过涡轮机的气流通道和喷嘴的外部之间的泄漏的目的时。

在暴露在较高温度的下游压缩机级使用CMC材料，或者至少在上游压缩机级使用有机基质复合（OMC）材料制造涡轮发动机压缩机扩压器时也出现了类似的问题。

发明目的和内容

本发明的一个目的是提供该问题的一种解决方案，并且为此，本发明提出了一种涡轮发动机定子轮，其包括多个复合材料制成的翼片，每个翼片包括内平台，在外侧上有连接片的外平台，以及在内平台和外平台之间延伸并安装到内平台和外平台上的至少一个翼型，翼片和外平台连同连接片一起形成复合材料的单件。

定子轮包括接合有翼片的连接片的金属装配圈，金属圈支撑所有翼片，沿着多个相邻翼片的外平台连续地延伸，并在翼片和壳体之间形成独特的装配部件。

金属装配圈从而用于接合定子轮的翼片并且通过沿翼片的外平台延伸而提供密封。

优选地，该金属圈由金属片制成，从而可具有适于补偿由于热源导致的不同尺寸变化的变形的能力。

有利地，金属圈具有有助于径向和轴向保持翼片同时还可更容易地适应不同尺寸变化的截头圆锥支撑表面。

在一种实施方式中，金属圈具有基本Ω形并向外打开的剖面，金属圈具有腹板部分和凸缘，凸缘以形成钩的端部终止，该钩用于连接到壳体，与翼片的连接片接触的截头圆锥支撑表面位于圈的凸缘的外表面上。

有利地，每个翼片的外平台具有向外突出并与金属圈的表面部分径向邻接的肋，以防止翼片的倾斜。肋也实施支肋的功能。当翼片仅具有一个翼型时，它可以使翼片的翼型延伸。

优选地，金属圈包括单件并具有翼片插入窗口。在这种情况下，定子轮可进一步包括至少一个卡齿，该卡齿用于限制在插入窗口的水平面上安装的翼片在适当位置。

为了进一步提高密封性能，密封片可被布置在翼片的外平台的外表面上，每个片覆盖在两个相邻翼片的外平台之间接合处的至少一部分。

本发明还提供了一种用于涡轮发动机并包括至少一个如上所述的定子轮的涡轮机或压缩机。

有利地，当涡轮发动机进一步包括与定子轮相邻的转子轮时，并且该转子轮包括在叶片的端部设置有面对由圈支撑的耐磨材料的滑动片的叶片，额外的金属圈被安装在耐磨支撑圈和定子轮翼片的外平台之间，支承在其上。

该额外的金属圈有利于提高密封。它可由金属片制成。该额外的金属圈优选为单件。

附图说明

在阅读由非限制性说明给出的以下描述并参考附图后，可更好地理解本发明，其中：

·图1为包含本发明一种实施方式的喷嘴的涡轮发动机的低压涡轮的局部剖视图；

·图2为图1的涡轮喷嘴的翼片的透视图；

·图3为图1喷嘴的金属装配圈的局部透视图；

·图4为用于装配图1喷嘴的卡齿的透视图；

·图5至11为示出装配图1涡轮喷嘴的连续步骤的局部剖视图和/或局部透视图；以及

·图12为示出本发明涡轮喷嘴的变型实施方式的局部透视图并且部分被去除。

具体实施方式

在图1中部分所示的涡轮发动机的多级低压涡轮包括多个定子轮，该些定子轮形成与转子30交替布置并安装在涡轮壳体40上的喷嘴10。