CN106121746A - 用于轴流涡轮机械压缩机的复合分流器唇边 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于飞机的轴流涡轮机械的低压压缩机的分流器唇边(22)。所述分流器唇边(22)包括金属制成的具有圆形前导边缘(30)的上游环形壁(36)以及有机基质、短纤维复合材料制成的下游环形隔板(38)。所述分流器唇边(22)也支撑用于压缩机的上游的定子的外护套(28)。所述上游壁(36)包括环形锚固部分(40)，该锚固部分布置在所述下游隔板(38)的厚度内，以将隔板(38)和壁(36)彼此锚固。所述锚固部分(40)具有分布的六边形开口(42)以增加锚固。本发明也提出通过模制用于生产双材料分流器唇边(22)或混合唇边的方法。

Description

用于轴流涡轮机械压缩机的复合分流器唇边

技术领域

本发明涉及用于轴流涡轮机械的空气入口。更准确地说，本发明涉及用于轴流涡轮机械的分流器唇边。本发明也考虑用于制造轴流涡轮机械的分流器唇边的方法。

背景技术

为了保护环境，已经研发了涡扇发动机。在这种情况下，保护环境意在苛刻地限制噪声并减小消耗。鉴于优化推力和性能并同时减小噪声，喷气式发动机使用多个环形空气流，例如，两个或三个。

通常，涡轮机械将进入空气流分成初级气流和环形套筒形式的次级气流。初级气流穿过压缩机、燃烧室并然后在涡轮中膨胀。次级气流围绕压缩机、燃烧室和涡轮的外侧穿过并然后在喷气式发动机的出口处与初级气流再次汇合。气流被位于压缩机上游的环形分流器唇边分开，这个唇边的形状限制进入压缩机的空气的量。

分流器唇边必须坚固，由于它在操作过程中暴露于外来物体的侵入。因此，它必须也可以支撑各种元件，如压缩机的上游定子和/或隔音板。它也可以容纳除冰系统，它必须保持和保护该除冰系统的管道和/或通道。

EP 1801389A1公开了一种用于轴流涡轮机械的抵压压缩机的分流器唇边。该唇边包括环形进行主体，该环形金属主体在内护套和隔音板之间形成机械联接。该分流器唇边包括轴向凸缘，该轴向凸缘紧密抵靠隔音板的内侧配合，以借助于螺钉安装。但是，这种安装方法由于螺钉的加入而较弱，该螺钉的加入导致应力集中。

发明内容

本发明具有解决现有技术中存在的至少一个问题的目的。更准确地说，本发明具有加强分流器唇边的组件的目的。本发明还具有减小分流器唇边的重量的目的。

很好理解的是，本发明涉及分流器唇边，该分流器唇边包括有可能复合材料的下游隔板，以及有可能金属的上游隔板，该上游隔板具有圆形前导边缘和突起，用于在下游隔板的厚度上安装。根据另一种方法，本发明涉及具有两个隔板的分流器唇边，所述两个隔板在前导边缘的外侧并且由两种不同材料制成，它们中的一个具有锚固部分，该锚固部分整合到另一个中，以连接它们。

本发明也涉及用于涡轮机械的分流器唇边，尤其是用于轴流涡轮机械的低压压缩机的分流器唇边，该唇边包括具有圆形前导边缘的上游环形壁，下游环形隔板，明显在于上游壁包括环形锚固部分，该环形锚固部分布置在下游隔板的厚度中，以将隔板和壁彼此锚固。

根据本发明的一个有利实施方式，所述下游隔板包括环形外表面和环形内表面，所述锚固部分距所述外表面和内表面一定距离处。

根据本发明的一个有利实施方式，所述锚固部分包括至少一个锚固粗糙部，优选地是在其表面上分布的多个锚固粗糙部。

根据本发明的一个有利实施方式，所述锚固部分包括至少一个锚固开口，优选地多个锚固开口，所述下游隔板的材料穿过所述锚固开口，该开口有可能是六边形的。

根据本发明的一个有利实施方式，所述锚固部分包括互连节点的网络，有可能在锚固部分的轴向大部分上和/或基本上在全部分流器唇边上重复一图案。

根据本发明的一个有利实施方式，所述锚固部分和所述下游隔板的材料是互相啮合的，所述下游隔板的材料占据锚固部分的大部分。

根据本发明的一个有利实施方式，所述下游隔板和所述上游壁各自包括环形外表面，其中所述表面彼此成一条线延伸且/或在圆周上相切。

根据本发明的一个有利的实施方式，所述上游壁包括加强的环形加厚部分，所述前导边缘有可能形成在该环形加厚部分上。

根据本发明的一个有利实施方式，所述上游壁包括回转轮廓，具有由弧限界的一部分，所述锚固部分从所述弧轴向延伸，所述弧和/或所述部分有可能在所述上游壁的厚度的大部分上延伸。

根据本发明的一个有利实施方式，所述锚固部分在所述上游壁上形成较小厚度的区，有可能的是，所述锚固部分在上游被至少一个，优选地被至少两个环形台阶限界。

根据本发明的一个有利实施方式，所述分流器唇边包括由下游隔板围绕的外护套，优选地，所述分流器唇边包括由所述外护套支撑的定子导叶的环形排，所述锚固部分有可能轴向布置在所述导叶排的高度水平处，例如，与所述导叶的前导边缘成一直线。

根据本发明的一个有利实施方式，所述上游壁包括环形安装钩，所述环形安装钩优选地在下游方向上轴向取向，所述外护套有可能安装到所述环形钩上。

根据本发明的一个有利实施方式，所述下游隔板包括具有有机基质和纤维的复合材料，所述下游隔板有可能是实心的。

根据本发明的一个有利实施方式，所述下游隔板包括径向向内延伸的环形凸缘。

根据本发明的一个有利实施方式，所述下游隔板的厚度在轴向方向上和/或围绕所述分流器唇边的圆周大致恒定。

根据本发明的一个有利实施方式，所述锚固部分在所述下游隔板的外表面和内表面之间等距离布置。

根据本发明的一个有利实施方式，所述锚固部分紧密配合到所述下游隔板的外表面和内表面上。

根据本发明的一个有利实施方式，所述锚固部分形成片材，尤其是穿孔的片材。

根据本发明的一个有利实施方式，所述锚固部分包括环形内表面和环形外表面，所述表面中的至少一个或二者被下游隔板覆盖且/或与所述下游隔板接触。

根据本发明的一个有利实施方式，所述上游壁由金属制成，尤其是由钛或钛合金制成。

根据本发明的一个有利实施方式，所述环形钩包括至少一个管状表面和/或形成具有轴向轮廓的环形凹陷。

根据本发明的一个有利实施方式，所述分流器唇边包括在外侧上由下游隔板，且有可能在内侧上由外护套限定的环形空腔。

根据本发明的一个有利实施方式，所述锚固部分围绕所述分流器唇边的圆周不连续。

根据本发明的一个有利实施方式，所述下游隔板是实心的。

根据本发明的一个有利实施方式，所述锚固部分具有弯曲的回转轮廓。

根据本发明的一个有利实施方式，所述上游壁是连接所述下游隔板和外护套的块状件。

根据本发明的一个有利实施方式，所述锚固部分至少大致布置在所述下游隔板的中间。

根据本发明的一个有利实施方式，所述下游隔板和上游壁包括平滑的圆形外部接合部。

根据本发明的一个有利实施方式，上游壁和/或下游隔板的外表面的回转轮廓可选地是直的且/或相对于分流器唇边的回转轴线大致倾斜5°到30°。

根据本发明的一个有利实施方式，上游壁及其锚固部分呈一件且/或一体地接合。

本发明也涉及涡轮机械，其包括分流器唇边，尤其是，分流器唇边是根据本发明的，有可能的是，该涡轮机械包括具有所述分流器唇边限界的入口。

根据本发明的一个有利实施方式，所述涡轮机械包括风扇、围绕所述风扇的分流器唇边，有可能的是，所述上游壁具有恒定厚度和/或是中空的。

根据本发明的一个有利实施方式，所述涡轮机械包括引擎机舱，所述分流器唇边形成在该引擎机舱上。

本发明也涉及一种用于生产用于轴流涡轮机器，尤其是用于压缩机的分流器唇边的方法，所述唇边包括具有圆形前导边缘的上游环形壁、复合材料的下游环形隔板，所述方法包括步骤(a)：提供或生产上游环形壁，尤其是，上游环形壁包括锚固部分，且在于所述方法包括步骤(b)：将下游隔板模制到所述锚固部分上，以将所述上游壁通过锚固部分锚固到所述下游隔板中。

根据本发明的一个有利实施方式，所述模制步骤(b)涉及将注射模具应用于所述上游壁的环形外表面上。

总地来说，本发明的每个主题的有利实施方式能够等同地施加于本发明的其他主题。只要有可能，本发明的每个主题可以与其他主题结合。

分流器唇边有利于双材料分流器唇边的产生，这允许利用唇边精确加强前导边缘，然后与复合隔板一起延伸，以便优化重量节省。总之，这种涡轮机械变得更轻，这降低了相应飞机的燃料消耗。若干材料的使用简化了特性形状的形成。取决于所经受的载荷，成本高效的材料可以被使用。

锚固部分的厚度可以减小以减小其刚性，这限制了应力集中并且表面了硬点的形成。网格结构的环形区的形成改善了接口。下游隔板在轴向延伸的区的辅助下连接到上游壁，改善了安装。

本发明减少了各种元件之间的接口的数量，这简化了组装和维护。

附图说明

图1示出根据本发明的轴流涡轮机械；

图2是根据本发明的涡轮机械压缩机的视图；

图3示出根据本发明的通过分流器唇边的截面；

图4示出根据本发明的上游壁及其锚固部分。

具体实施方式

在下面的描述中，术语“内”或“内部”以及“外”或“外部”指的是相对于轴流涡轮机械的轴线的位置。轴线方向对应于沿着涡轮机械的旋转轴线的方向。

图1是轴流涡轮机械的简化图示。在这个特定情况下，它是涡扇发动机。发动机2包括称为低压压缩机4的第一压缩级和称为高压压缩机6的第二压缩级，燃烧室8以及一个或多个涡轮级10。在操作中，通过中心轴传递到转子12的涡轮10的机械功率驱动两个压缩机4和6。这些压缩机4和6包括多排转子叶片，所述多排转子叶片与多排定子导叶相关联。转子围绕其旋转轴线14的旋转使得有可能产生空气流并将空气流逐渐压缩到进入燃烧室8的入口。传动装置可以增加传递到压缩机的旋转速度。

入口风扇16耦接到转子12并产生空气流，该空气流被分成穿过涡轮机械的各种上述级的初级气流18以及穿过机械中的环形通道(部分示出)的次级气流20，以便然后在涡轮出口处与初级气流再汇合。次级气流可以被加速以产生推力反应。初级气流18和次级气流20是环形流，它们通过涡轮机械的壳体引导。为此目的，壳体具有可以在内部和外部的圆柱形壁或护套。

图2是诸如图1所示的轴流涡轮机械的压缩机的截面。压缩机可以是低压压缩机4。附图示出了风扇16的一部分以及用于分离初级气流18和次级气流20的唇边22。转子12包括多排(在这种情况下，三排)转子叶片24。

低压压缩机4包括多个(在这种情况下4个)定子，每个定子包含一排定子导叶26。定子与风扇16或者一排转子叶片相关联，以便重新导向空气流，使得气流的速度被转变成静压力。定子导叶26基本上从它们的支撑部径向向内延伸。它们具有被枢转的成弧形轮廓，以便沿轴向重新导向具有圆周分量的环形流。

三个定子整合在压缩机的外壳体内，相应的导叶可以借助于销轴安装于其上。上游定子，在压缩机的入口处，可以包括焊接到外护套28上的导叶。这个外护套28可以通过分流器唇边22承载在上游。

图3示出在穿过旋转轴线14的平面内的通过分流器唇边22的截面。该图示出定子导叶26的外端部。

分流器唇边22包括上游的圆形前导边缘30，在此初级气流18和次级气流20被分离。分流器唇边22具有内表面32和外表面34，该内表面基本上形成在外护套28上。这些表面是环形的并且在前导边缘30处相交。内表面32和外表面34的回转轮廓可以是大体上直的，它们可以相对于彼此倾斜5°到60°，优选地10°到40°，有可能的是20°到30°。该回转轮廓是围绕回转轴线14，该回转轴线14与涡轮机械的旋转轴线14重合。

在气流的方向上，分流器唇边22包括上游环形壁36，然后是下游环形隔板38。上游壁36和下游隔板38从前导边缘30向外并向下游延伸，并形成唇边22的外表面34。上游壁36也可以向内延伸。上游壁36和下游隔板38可以具有平滑接合处；它们的外表面34彼此延长并成切向。

上游壁36可以由金属，例如钛制成。这个材料提供在冲击情况下(例如，外力物体侵入)前导边缘所需的强度。金属也提供有益于除冰的热传导。然后为了减小分流器唇边22的整体质量，下游隔板38可以由复合材料制成。这个材料可以包括有机基质和纤维。基质可以是聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)或等价材料。纤维可以是碳纤维和/或石墨纤维和/或玻璃纤维和/或任何其他等价纤维。纤维可以是短纤维，也就是说，长度小于5.00mm、优选地小于2.00mm。这种复合材料在重量增加和强度之间提供折衷，同时提供减小下游隔板38的厚度的可能性。

为了改善它们的接合条件，上游壁36包括优选的环形锚固部分40。这个部分40布置在下游隔板38的厚度内，例如，位于中心处地，也就是说，在其厚度的中间。锚固部分40具有至少一个面，优选地两个面，隔壁38的材料附着于所述面上。为了改善保持性，面可以具有粗糙部，如凸起或隆起。

锚固部分40可以包括至少一个通孔42，优选地多个通孔42，该通孔可以形成该粗糙部。这些开口42使得通过相互啮合其材料来连接上游壁36和下游隔板38成为可能。下游隔板38的材料穿透并穿过开口42以便将其自身锚固于其中。其中定位锚固部分40的轴向区域使得加强下游隔板38成为可能。这可以变得复合的，可能地，借助于锚固部分及其可能的纤维实现双重加强。锚固部分40可以形成加强格栅，优选地由实心条围绕。

下游隔板38可以包括环形安装凸缘44，该环形安装凸缘径向延伸并且形成分隔部，以便限定用于除冰系统(未示出)的高压室(plenum)。此外，它能够支撑用于传输热流体的导管。它可以具有一排安装开口(未示出)，用于接收布置在下游的元件的凸缘。分流器唇边22可以包括环形空腔46，例如，用于容纳涡轮机械的壳体。这个空腔46可以通过上游壁36、下游壁38和外护套28形成。它可以通过上述环形凸缘44在下游封闭。

上游壁36可以包括环形加厚部分48，借助于该环形加厚部分，它可以被加强，尤其是，相对于外来物体的侵入并以便更好地支撑外护套。前导边缘30可以形成在环形加厚部分48上。在加厚部分48处，唇边22的回转轮廓在一侧上具有弧50。这个弧可以在上游壁36的厚度的大部分上延伸，其中，该厚度可以垂直于上游壁36的外表面34测量。弧50可以限定锚固部分40，以减小上游壁36的轴向长度。

上游壁36可以包括环形安装钩52。它形成开口通道。这个安装装置可以用于将外护套28保持在那里，在该处它是悬臂的。钩52可以包括管状安装表面，以便允许护套28轴向安装在上游壁36中。钩52可以被构造有通道，该通道用于循环用于除冰的热空气。

锚固部分40可以定位在由外护套支撑的导叶26的层次处。更准确地说，导叶26的前导边缘54可以径向延伸到锚固部分40中。这趋于减小上游壁36的主要部分，并由此减轻唇边22。

在前导边缘30处，上游壁的回转轮廓的半径R小于100mm，优选地小于30mm，更优选地小于或等于5.00mm。下游隔板38的厚度小于20mm，优选地小于10mm，更优选地小于或等于5.00mm。

分流器唇边22对应于压缩机入口。根据本发明，分流器唇边也可以适于在涡轮机械的引擎机舱上的风扇入口，以便形成分流器唇边。

图4示出上游壁36的角度节段及其锚固部分40，它们以立体图示出。下游隔板为了清楚缘故未示出。钩52被示出。

锚固部分40为叶或片材的形式。它基本上是薄的，具有恒定厚度。它大体沿着延伸上游壁36的外表面34的平面延伸，或者与所述外表面34的整体曲率连续。

它可以以穿孔片材的方式穿孔。锚固部分40的开口42可以在其整个范围上，例如，轴向和/或圆周方向上分布。它们可以描绘出网格或重复图案。它们可以对齐。开口42可以是多边形，例如三角形或六边形，如图所示。开口42可以由形成接合部56的杆56分离。开口42可以是互联的，以在锚固部分40的轴向区域上形成栅格，使得它可以做得更柔性。锚固部分40可以在其表面积的超过25％上被刺穿或切开，或者大部分被穿孔。也就是说，其范围的大部分没有材料。

锚固部分40可以在上游壁36上形成减小厚度的区。它可以由两个环形台阶58在上游轴向限制，该两个环形台阶58可以形成圆形肩台。

给定分流器唇边的双材料结构，尤其是它的外表皮，它可以利用相称的方法生产。用于生产唇边的方法可以包括如下顺序的步骤：

(a)提供或形成具有圆形前导边缘的上游环形壁。该上游壁可以通过机加工，如车加工(turning)弯曲的半成品元件来生产。

(b)将下游隔板模制到锚固部分中。由此，上游壁通过锚固部分被锚固并密封到下游隔板上。模制步骤(b)可以包括将注射模具抵靠上游壁的环形外表面施加。另一个模具可以施加到内侧，并可以使之有可能形成隔板的内部凸缘。关闭该模具限定了模制型腔。这容纳锚固部分，同时等待树脂。

Claims (17)

1.一种用于涡轮机械(2)、尤其是轴流涡轮机械(2)的低压压缩机(4)的分流器唇边(22)，该唇边(22)包括：

具有圆形前导边缘(30)的上游环形壁(36)；

下游环形隔板(38)；

其特征在于，

所述上游壁(36)包括环形锚固部分(40)，该环形锚固部分布置在所述下游隔板的厚度中，以将所述隔板和壁彼此锚固。

2.如权利要求1所述的唇边(22)，其特征在于，所述下游隔板(38)包括环形外表面(34)和环形内表面，所述锚固部分(40)处于距所述外表面(34)和内表面一定距离处。

3.如权利要求1和2中任一项所述的唇边(22)，其特征在于，所述锚固部分(40)包括至少一个锚固粗糙部(42)，优选地多个锚固粗糙部(42)，所述锚固粗糙部在所述锚固部分的表面上分布。

4.如权利要求1至3中任一项所述的唇边(22)，其特征在于，所述锚固部分(40)包括至少一个锚固开口(42)，优选地多个锚固开口(42)，下游隔板(38)的材料穿过该锚固开口，可能地所述开口(42)是六边形的。

5.如权利要求1至4中任一项所述的唇边(22)，其特征在于，所述锚固部分(40)包括互连接合部(56)的网络，可能地，在锚固部分(40)的轴向大部分上且/或基本上围绕全部分流器唇边(22)重复一图案。

6.如权利要求1至5中任一项所述的唇边(22)，其特征在于，所述锚固部分(40)的材料和下游隔板(38)的材料互相啮合，所述下游隔板(38)的材料占据锚固部分(40)的大部分。

7.如权利要求1至6中任一项所述的唇边(22)，其特征在于，所述下游隔板(38)和上游壁(36)各自包括环形外表面(34)，其中所述表面(34)彼此成一条直线延伸且/或在圆周上成切向。

8.如权利要求1至7中任一项所述的唇边(22)，其特征在于，所述上游壁(36)包括加强的环形加厚部分(48)，所述前导边缘(30)可能地形成在所述环形加厚部分(48)上。

9.如权利要求1至8中任一项所述的唇边(22)，其特征在于，所述上游壁(36)包括回转轮廓，具有由弧(50)限定的部分，该锚固部分(40)从所述弧(50)轴向延伸，所述弧(50)和/或所述部分(40)可能地在所述上游壁(36)的厚度的大部分上延伸。

10.如权利要求1至9中任一项所述的唇边(22)，其特征在于，所述锚固部分(40)在上游壁(36)上形成较小厚度区，可能地，所述锚固部分(40)在上游由至少一个、优选地由至少两个环形台阶(58)限定。

11.如权利要求1至10中任一项所述的唇边(22)，其特征在于，它包括外护套(28)，该外护套由下游隔板(38)围绕，优选地是，所述分流器唇边(22)包括由所述外护套(28)支撑的环形排的定子导叶(26)，所述锚固部分(40)可能地轴向布置在所述排的导叶(26)的层次，例如与所述导叶(26)的前导边缘(54)成一条直线。

12.如权利要求1至11中任一项所述的唇边(22)，其特征在于，所述上游壁(36)包括环形安装钩(52)，该环形安装钩优选地在下游方向上轴向取向，所述外护套(28)可能地安装到所述环形钩(52)。

13.如权利要求1至12中任一项所述的唇边(22)，其特征在于，所述下游隔板(38)包括具有有机基质和纤维的复合材料，所述下游隔板(38)可能地是实心的。

14.一种涡轮机械(2)，该涡轮机械包括分流器唇边，其特征在于，所述分流器唇边是根据权利要求1至13中任一项所述的分流器唇边(22)，可能地，所述涡轮机械包括压缩机，该压缩机具有由所述分流器唇边限定的入口。

15.如权利要求14所述的涡轮机械，其特征在于，它包括风扇，所述分离器唇边围绕所述风扇，可能地所述上游壁具有恒定厚度和/或是中空的。

16.一种用于生产用于轴流涡轮机械(2)，尤其是压缩机(4)的分流器唇边(22)的方法，所述唇边(22)包括：

具有圆形前导边缘(30)的上游环形壁(36)；

复合的下游环形隔板(38)，

所述方法包括提供或生产上游环形壁(36)的步骤(a)，

其特征在于，

所述上游壁(36)包括锚固部分(40)；

且其中所述方法包括将下游隔板(38)模制到锚固部分(40)上以通过锚固部分(40)将所述上游壁(36)锚固到所述下游隔板(38)内的步骤(b)。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，模制步骤(b)涉及将注射模具抵靠所述上游壁(36)的环形外表面(34)施加。