[发明专利]涡轮机排气壳体及其制造方法

说明书

本申请描述了一种用于涡轮机的壳体(10)，特别是排气壳体，包括具有旋转轴线(A)的内毂(14)和围绕毂(14)延伸的外环形套圈(16)，所述套圈(16)构造成与毂(14)一起限定出用于气流的环形流动路径并且通过臂(20a，20b)刚性地连接到毂，毂(14)在一纵向端部处包括有齿的环形凸缘，该有齿的环形凸缘包括围绕所述轴线间隔分布并通过中空部分彼此间隔开的实心部分。毂(14)通过焊接多个角形毂扇部(14’)而被组装产生，该多个角形毂扇部围绕所述轴线端对端地周向布置，每个毂扇部(14’)通过纵向焊缝(30)连接到相邻的毂扇部(14’)，该纵向焊缝基本上在毂(14)的整个轴向范围上延伸并且基本上与所述凸缘的中空部分轴向对齐。

技术领域

本发明涉及一种壳体，特别是飞行器涡轮机排气壳体，以及其制造方法。

背景技术

现有技术具体包括文献US-A1-2010/111685、US-A1-2006/000077、US-A1-2015/204212和US-A1-2011/262277。

以已知的方式，涡轮机排气壳体包括内毂和围绕毂和旋转轴线延伸的外环形套圈。套圈构造成与毂一起限定出用于气流的环形流动路径，并且套圈通过相对于上述的轴线基本上为径向的臂刚性地连接到毂。

排气壳体安装在涡轮的下游(参考涡轮机中的气体流动)，并且因此，穿过排气壳体的气流是离开涡轮的燃烧气体流。

涡轮机可包括其他类似的壳体，例如中间壳体。中间壳体被插入在涡轮机的低压压缩机和高压压缩机之间，因此低压压缩机气流穿过中间壳体通过并用于供给高压压缩机。

这种类型的壳体在其纵向端部处可包括用于固定到涡轮机的其他构件的凸缘。壳体的毂包括例如处于纵向端部处的有齿的环形凸缘，该环形凸缘包括围绕旋转轴线规则地分布并且通过中空部分彼此间隔开的实心部分。在排气壳体的情况下，该凸缘使得能够将壳体连接到涡轮机的位于下游的喷射锥体。

在现有技术中，通过组装多个部件来制造这种壳体。毂由一个单独的部件制成，臂和套圈(扇形或非扇形)返回并固定在毂上。

本发明尤其提出了关于制造这种类型的壳体的改进。

发明内容

为此，本发明提出一种用于涡轮机的壳体，特别是排气壳体，包括具有旋转轴线A的内毂和围绕毂延伸的外环形套圈，所述套圈构造成与毂一起限定出用于气流的环形流动路径并且通过臂刚性地连接到毂，毂在纵向端部包括有齿的环形凸缘，该有齿的环形凸缘包括围绕所述轴线规则地分布并且通过中空部分彼此间隔开的实心部分，其特征在于，毂通过焊接多个角形毂扇部而被组装产生，所述角形毂扇部围绕所述轴线端对端地周向布置，每个扇部通过纵向焊缝连接到相邻的毂扇部，该纵向焊缝基本上在毂的整个轴向范围上延伸并且基本上与所述凸缘的中空部分轴向对齐。

本发明提出了一种制造壳体，尤其是排气壳体的新方法，该方法不是借助于最初的单件式毂，而是借助于被分成扇形的毂，即通过组装扇部而形成的毂。考虑到待焊接元件的材料厚度，这些毂扇部优选地通过电子束(EB)焊接。

通过毂的几何形状，在组装阶段，电子束可以在上述凸缘的区域中被引导同时穿过多个表层。EB焊接因此被称为“三层表层”，该电子束能够同时穿过三个表层，即凸缘、毂的环形加强件和套圈。

EB焊接能够穿过三个表层，但是穿过多个厚度需要更大的功率并且导致所获得的焊接质量的稳定性更低。

凸缘(例如上述凸缘)的设计必须考虑若干功能和机械尺寸要求，这些要求由符合成本和重量要求的材料厚度、多个螺钉、齿或中空部分的数量和尺寸传达。

所提出的解决方案包括上述凸缘的几何优化，以使得能够特别是通过限制被穿过的表层的数量而有利于焊接毂的过程。