制造涡轮喷嘴组件的装置和方法

日期:2019-06-26 06:49:55

专利名称:制造涡轮喷嘴组件的装置和方法
技术领域
本发明总的涉及燃气轮机发动机,尤其涉及燃气轮机发动机用的涡轮喷嘴组件。
背景技术
已知的燃气轮机发动机包括将经过涡轮喷嘴组件引向涡轮的燃料-空气混合物点燃的燃烧室。至少某些已知的涡轮喷嘴组件包括多个联接在一起而使得这些部件隔开的翼面叶片。在这样的喷嘴组件内,这些翼面叶片是通过内外带平台而联接在一起的,这些内外带平台形成各自的径向内外流路边界。至少某些已知的外带包括一前一后的钩形组件,它们用来将该涡轮喷嘴联接在该发动机内。
与只包括一个翼面叶片的涡轮喷嘴相比较,包括多个翼面叶片的喷嘴组件通常更加耐用和泄漏更少。其次,此种多叶片涡轮喷嘴的制造和装配通常比只有一个翼面叶片的涡轮喷嘴更便宜。因为涡轮喷嘴可以遭受高的机械负荷,所以至少此种喷嘴组件中的一些是利用钎焊或焊接操作来装配的。具体地说,这些内外带平台是利用一台研磨机来成形的,然后钎焊在一起而形成该涡轮喷嘴组件。但是,因为研磨工艺可能造成不一致,所以相对于该涡轮喷嘴组件精确地对准这些涡轮喷嘴叶片可能是困难的。例如,一个部件可能相对于邻近的部件稍许成角度,而此种误对准可能造成邻近的翼面叶片之间的咽喉区中的变化,这种变化可能使发动机性能变坏。
发明概述在一方面,本发明提供一种制造一个涡轮喷嘴的方法。该涡轮喷嘴包括至少两个涡轮喷嘴单件,每个涡轮喷嘴单件包括一个外带、一个内带和一个延伸在内外带之间的叶片,而该叶片包括在一前缘和一后缘处联接在一起的第一侧壁和第二侧壁。该方法包括提供一个固定组件,该固定组件包括至少两个从该固定件伸出的支承部件、至少两个从该固定件伸出的定位构件和至少两个联接在该固定件上的偏压部件。该方法还包括将每个涡轮喷嘴单件安置在该固定组件中,使得每个前缘和每个后缘中的至少一个与至少一个支承部件接触,并使得每个第一侧壁和每个第二侧壁中的至少一个与定位构件之一接触,并相对于该固定件固定每个涡轮喷嘴单件,使得至少一个偏压部件对着定位构件之一偏压每个叶片。
在另一方面,本发明提供一种制造一个涡轮喷嘴的装置。该涡轮喷嘴包括至少两个涡轮喷嘴单件,每个涡轮喷嘴单件包括一个外带、一个内带和一个延伸在内外带之间的叶片,而该叶片包括在一前缘和一后缘处联接在一起的第一侧壁和第二侧壁。该装置包括一个固定件和至少两个从该固定件伸出的支承部件。每个支承部件有一第一邻接表面和一第二邻接表面,其中该至少两个支承部件中的第一个接触涡轮喷嘴叶片中的第一个的后缘和前缘中的至少一个。至少两个定位构件从该固定件伸出,其中定位构件中的第一个接触第一涡轮喷嘴叶片的第一侧壁和第二侧壁中的一个。至少两个偏压部件联接在该固定件上,其中偏压部件中的第一个对着第一定位构件偏压第一涡轮喷嘴叶片。
在又一方面,本发明提供一种用于制造涡轮喷嘴的数据系统组件。该涡轮喷嘴包括至少两个涡轮喷嘴单件,每个涡轮喷嘴单件包括一个外带、一个内带和一个延伸在内外带之间的叶片,而该叶片包括在一前缘处和一后缘处联接在一起的第一侧壁和第二侧壁。该数据系统组件包括一固定件、至少两排从该固定件伸出的支承部件,第一排支承部件用于支承第一个涡轮喷嘴叶片,其中该第一排支承部件的取向基本上互相平行于各排支承部件。每个支承部件有一第一邻接表面和一第二邻接表面,其中该第一邻接表面和第二邻接表面接触该后缘和前缘中的至少一个。至少两个定位构件从该固定件伸出,其中第一个定位构件接触第一涡轮喷嘴叶片的第一侧壁和第二侧壁中的一个。
附图简述

图1是一种可以用于燃气涡轮发动机中的示范的涡轮喷嘴组件的透视图;图2是一种在制造涡轮喷嘴组件如图1中所示的涡轮喷嘴组件期间使用的固定组件的透视图;
图3是图2中所示的固定组件在移去涡轮喷嘴组件后的透视图;图4是图1中所示而插入图2中所示的固定组件中的涡轮喷嘴组件的侧视图;以及图5是图1中所示而在制造期间插入图2的固定组件中的涡轮喷嘴组件的侧透视图。
本发明详述如此处所用的,术语“制造”可以包括任何制造过程。例如,制造过程可以包括研磨、精加工、抛光、切削、机加工、检验和/或铸造。上述例子只用作示范,因此并不以任何方式限制术语“制造”的定义和/或意义。此外,如此处所用,术语“部件”可以包括应用制造过程的任何对象。其次,虽然此处描述的本发明与一燃气涡轮发动机有关,并更具体地与一种燃气涡轮发动机的涡轮喷嘴组件一起使用,但应当理解,本发明可以应用于任何部件和/或任何制造过程。因此,本发明的实施不限于制造涡轮喷嘴组件或燃气涡轮发动机的其它部件。
图1是一种可以与一燃气涡轮发动机(未示出)一起使用的示范的已知的涡轮喷嘴组件50的透视图。在该示范的实施例中,喷嘴组件50包括多个一起制造而形成一件式喷嘴组件50的涡轮喷嘴单件90。每个单件90包括一个被一拱形的径向内带或平台54和一拱形的径向外带或平台56联接在一起的翼面叶片52。在该示范的实施例中,喷嘴组件50由三个单件50制成。因此,喷嘴组件50包括三个翼面叶片52。但是,在另一实施例中,喷嘴组件50包括形成一个双件的两个单件90。
内带54包括一个从其沿径向向内伸出的固定法兰60。更具体地说,法兰60相对于法兰60的径向外表面62从带54基本上垂直地伸出。外带56也包括一个从其沿径向向外伸出的固定法兰64和一个也从其沿径向向外伸出的前缘钩形组件66。更具体地说,外带固定法兰64和前缘钩形组件66相对于带56的径向内表面68从带56基本上垂直地伸出。表面62和68限定一个用于通过喷嘴组件50的流路的径向外边界和径向内边界。
翼面叶片52基本上相同,而示范的喷嘴组件50包括一前翼面叶片74、一后翼面叶片76和一内翼面叶片78。每个翼面叶片52包括一第一侧壁80和一第二侧壁82。第一侧壁80是凸形的并限定每个翼面叶片52的一个压力侧面。侧壁80和82在每个翼面叶片52的前缘84处和沿轴向隔开的后缘86处是结合的。更具体地说,每个翼面后缘86按翼弦方向隔开并在每个相应的翼面前缘84的下游。第一和第二侧壁80和82分别沿纵向延伸,或从径向内带54沿翼展径向外延伸到径向外带56,并隔开一个距离87,使得在每个翼面叶片74、76和78之间限定一个咽喉区88。
图2是制造喷嘴组件50期间用于对准和固定涡轮喷嘴单件90的固定组件92的透视图。图3是当涡轮喷嘴组件50移去时固定组件92的透视图。图4是插入固定组件92中的涡轮喷嘴组件50的侧视图。图5是在制造期间插入配件组件92中的喷嘴组件50的侧视透视图。在该示范的实施例中,制造单件90而形成涡轮喷嘴组件50。具体地说,单件90被相互钎焊而形成喷嘴组件50。在该示范的实施例中,一起制造一前单件94、一内单件96和一后单件98而形成喷嘴组件50。
每个单件90分别包括内带54和外带56。每个单件90还包括具有第一侧壁80、第二侧壁82、前缘84和后缘86的翼面叶片52。在制造前,将单件90装入或置入固定组件92中。
固定组件92包括一个固定件102、一个数据系统组件104和多个联接在固定件102上的偏压部件106。固定件分别包括一个有一平面顶表面110的平台108、一个从平台108的第一端部114伸出的第一延伸臂112、一个从平台108的第二端部118伸出的第二延伸臂116,以及一个延伸在第一臂112和第二壁116之间的梁120。在该示范的实施例中,梁120的第一端部122可以转动地联接在一个通过第一臂112的顶端126伸出的销钉124。梁120的第二端128可以移去地联接在第二臂116的顶端130上。一个可以移出的销钉132可以移去地联接在第二壁116和梁120上,以便于将梁120联接在第二臂顶端130上。因此,梁120能够围绕第一臂顶端126转动,由此便于如下所述地对数据系统组件104提供单件90的进出口。而且,延伸臂116和118每个包括一配件枢轴式转动的孔134,用于将固定组件92附接到一个枢轴式转动的部件(未示出)上,使得在喷嘴组件50制造期间能围绕一个配件枢轴式转动轴136而枢轴式转动。
在该示范的实施例中,数据系统组件104便于为了制造而支承和对准三个单件90。具体地说,数据系统组件104便于分别支承和对准前、后和内壁面叶片74、76和78。因此,数据系统组件104包括多个支承部件104和多个定位配件142。在该示范的实施例中,数据系统组件104包括三排支承部件140和三个与该三排支承部件140对应的定位配件142。在该示范的实施例中,数据系统组件104便于翼面叶片74、76、78的取向,使得对利用配件组件92制造的每个涡轮喷嘴组件50的每个叶片74、76和78之间形成如图1中所示的基本上均匀的咽喉区88。在该示范的实施例中,最小的咽喉区143是从后缘到下一翼面的凸形侧面的最小半径,而配件组件92在制造前通过对准翼面叶片74、76、78而便于符合一致地制造基本上相同的喷嘴组件50。
每个支承部件140包括一个从平面顶表面110伸出的底部144、一个第一邻接表面146和一个第二邻接表面148。底部144从平面顶表面110伸出一段距离,使得当单件插入数据系统组件104中时在后缘86和平台10g之间形成一个间隙152。第一和第二邻接表面146和148分别这样取向,使得第一邻接表面146基本上与平面顶表面110平行,而第二邻接表面146从第一邻接表面延伸一个角度α。在该示范的实施例中,角度α是直角,使得邻接表面146和148形成一个插入件,而翼面叶片74、76或78搁置在该插入件内。在另一实施例中,角度α是锐角,使得邻接表面146和148有一V形构型,该构型便于将翼面叶片固定在表面146和148之间。在该示范的实施例中,支承部件140便于支承翼面后缘86。具体地说,第一邻接表面146便于支承邻接后缘86的第一侧壁80,而第二邻接表面148便于支承和/或固定邻接后缘86的第二侧壁82。因此,当翼面叶片52插入和安置在数据系统组件104中时,翼面后缘86由第一邻接表面146支承并由第二邻接表面148固定。
在该示范的实施例中,如图4中所示,每个翼面叶片52由内支承部件156和外支承部件158支承。内支承部件156离内带54一段距离。外支承部件158离外带56一段距离。使用两个支承部件系统便于在制造过程期间向单件90提供稳定性。在另一实施例中,提供多于或少于两个支承部件140来支承每个单件90。
定位构件142对每个单件90包括一个翼面定位器170和一个带定位器172。每个定位构件142包括一个从平面顶表面110伸出的提升器174和一个从提升器174伸出的定位垫176,以便当单件90装入数据系统组件104时接触单件90。定位垫176包括一个用于接触单件90的弯曲接触表面178。在另一实施例中,接触表面178是平坦的。在该示范的实施例中,翼面定位器170便于相对于邻接的单件90定位对应的单件90,而翼面定位器170也便于与支承部件140结合地支承单件90。具体地说,翼面定位器定位垫176接触大体上分别与前缘84和后缘86等距离的第一侧壁80。在另一实施例中,定位垫176接触邻近后缘86的第一侧壁80。在又一实施例中,定位垫176接触邻近前缘84的第一侧壁84。
在该示范的实施例中,带定位器172从平面顶表面110延伸一距离182,以便于分别接触内带54和/或外带56。带定位器172也便于相对于邻接的单件90将对应的单件90安置在固定组件92中。具体地说,带定位器172便于分别对准固定组件92内的邻接单件90的内带54和外带56,从而能够制造单件90。在该示范的实施例中,带定位器172接触外带56。具体地说,带定位器定位垫176接触外带的径向内表面68。在另一实施例中,定位垫176接触内带54。在又一实施例中,定位垫176是为内带54和外带56而提供的,由此而对准两个带54和56。
图3中示出的偏压部件106联接在固定件102上。每个偏压部件106包括一个从固定件102伸出的主体190和一个用于接合翼面叶片52的接触表面192。在该示范的实施例中,偏压部件106联接在梁120上并取向而接触邻近前缘84的第二侧壁82。因此,偏压部件106对着翼面定位器170而偏压翼面叶片52。像这样,单件90固定在配件组件92内并为了制造而彼此相对地安置。在该示范的实施例中,偏压部件106可以这样调整,使得当单件90安置在数据系统组件104中时,偏压部件106能够伸出,直到接触表面192接合翼面叶片52。在另一个实施例中,偏压部件106包括一个夹子(未示出),该夹子可以延伸在一锁定位置和一未锁位置之间,使得当夹子处在该锁定位置中时,接触表面192接合翼面叶片52。
在该示范的实施例中,支承部件140和定位构件142固定地联接在平台上,以便于使单件90相对于固定件102符合一致地对准。具体地说,支承部件140和定位构件142将单件94、96、98这样安置在固定组件92中,使得每个单件90的内带54相对于固定组件92内的每个其它内带54基本上对准,而每个单件90的外带56相对于固定组件92内的每个其它外带56基本上对准。而且,支承部件140和定位构件142这样隔开,使得如图5中所示地在相邻的单件90的内带54和相邻的单件90的外带56之间形成一个具有间隙变化宽度201的间隙200。间隙200是单件90之间所需的钎焊间隙。间隙变化宽度201是从研磨工艺得来的角度和钎焊面结合部中的研磨工艺偏差。间隙变化宽度201是可变地选择的,以便于单件90的钎焊或焊接。在一个实施例中,间隙宽度201可变地选自一个约0.001~0.020英寸的宽度,以用于一起制造单件90。在另一实施例中,间隙宽度201为约0.005英寸,以用于一起制造单件90。用这种方法,间隙200对后缘86和第一侧壁80之间的最小咽喉区143没有影响,使得咽喉区88在使用固定组件92制造的每个涡轮喷嘴组件50的每个叶片74、76和78之间基本上是均匀的。但是,在另一实施例中,提供一个更大或更小的间隙200。
如图5中所示,在制造之前,在固定件102内分别对准前、内、后单件94、96、98的内带54。具体地说,在前单件94和内单件96之间分别示出第一间隙202,而后单件98和内单件96之间分别示出第二间隙204。
在该示范的实施例中,在各个单件90之间延伸多个线部件206。线部件206的宽度208宽于间隙宽度200,使得线部件206越过间隙200而延伸。线部件206利用例如焊接工艺联接到相应的单件90上。因此,线部件206便于在一起钎焊单件90之前相互固定单件90而形成喷嘴组件50。在该示范的实施例中,线部件宽度208为约0.025~0.040英寸,其中0.030英寸被认为对跨过间隙200和对焊接到单件90上能提供一个最佳宽度208。在该示范的实施例中,三个线部件206用于相互固定单件90的外带56,而三个线部件206用于相互固定单件90的内带56。在另一实施例中,利用更多或更少的线部件206来相互固定单件90。而且,使用一个相似的焊接单件90之间的线部件206的工艺来将外带56固定在一起。而且,在该示范的实施例中,使固定组件92围绕固定枢轴136进行轴枢式转动而在焊接线部件208之前固定单件90。一旦单件90相互固定,就通过将单个的单件90联接在一起而制造涡轮喷嘴组件50。具体地说,在该示范的实施例中,涡轮喷嘴组片50是通过相互钎焊或焊接单件90从而形成具有多个翼面叶片52的一件式涡轮喷嘴组件50的。在该示范的实施例中,一起制造三个单件90。在另一实施例中,两个单件一起制造而形成一个双件。
上述用于燃气涡轮发动机的涡轮喷嘴组件是以一种成本效益好而可靠的方式制造的。该涡轮喷嘴组件是使用在制造前于一数据系统组件内取向的多个单件而制造的。该数据系统组件便于相互有关地安置这些单件而用于准确、精密而符合一致地制造涡轮喷嘴组件。具体地说,该数据系统组件支承该翼面叶片并在每组单件之间提供一间隙,使得在用钎焊工艺将这些单件在一起制造之前可以将多个线部件焊接在这些单件上从而使这些单件相互固定。其次,因为这些翼面叶片是在该数据系统组件内取向的,所以该涡轮喷嘴组件将这样制造,使得将能准确、精密而符合一致地装配翼面叶片之间的咽喉区。结果,该涡轮喷嘴组件便于以可靠而成本效益好的方式提高性能和延长燃气涡轮发动机的有用寿命。
上面详述了固定组件的示范实施例。这些组件不限于此处描述的特定实施例,相反,每个组件的部件可以与此处描述的其它部件分开地独立使用。例如,每个固定组件的部件也可以与其它固定组件的部件组合地使用。
虽然已经按照各种特定实施例描述了本发明,但该技术的专业人员将会理解,本发明可以在权利要求书的范围和精神内进行修改地实施。
部件清单50 涡轮喷嘴组件52 翼面叶片54 内带56 外带60 法兰62 径向外表面64 固定法兰66 钩形组件68 径向内表面74 前翼面叶片76 后翼面叶片78 内翼面叶片80 第一侧壁82 第二侧壁84 翼面前缘86 翼面后缘87 距离88 咽喉区90 涡轮喷嘴单件92 固定组件94 前单件96 内单件98 后单件102固定件104数据系统组件106偏压部件108平台
110平面顶表面112第一延伸臂114第一端部116第二延伸臂118第二端部120梁122第一端部124销钉126第一臂顶端128第二端部130第二臂顶端132可移去的销钉134固定件枢轴孔136固定件枢轴140支承部件142定位构件143最小咽喉区144底部146第一邻接表面148第二邻接表面150距离152间隙156内支承部件158外支承部件160距离162距离170翼面定位器
172带定位器174升高器176翼面定位器定位垫178接触表面182距离190主体192接触表面200间隙201间隙变化宽度202第一间隙204第二间隙206线部件208线部件宽度
权利要求
1.制造涡轮喷嘴(50)的装置(92),该喷嘴(50)包括至少两个涡轮喷嘴单件(90),每个涡轮喷嘴单件包括一个外带(56)和一个内带(54)及一个延伸于内外带之间的叶片(52),每个叶片包括一个第一侧壁(80)和在前缘(84)和后缘(86)处联接在一起的一个第二侧壁(82),所述装置包括一个固定件(102);至少两个从所述固定件伸出的支承部件(140),每个所述支承部件包括一个第一邻接表面(146)和一个第二邻接表面(148),所述至少两个支承部件中的第一个支承部件用于接触该涡轮喷嘴叶片中的第一个的后缘和前缘中的至少一个;至少两个从所述固定件伸出的定位构件(170),所述定位构件中的第一个用于接触该第一涡轮喷嘴叶片的第一侧壁和第二侧壁中的一个;以及至少两个联接在所述构造上的偏压部件(106),所述偏压部件中的第一个用于逆着所述第一定位构件偏压该第一涡轮喷嘴叶片。
2.按照权利要求1的装置(92),其特征在于,所述至少两个偏压部件(106)中的至少一个接触与所述第一支承部件(140)对置的第一涡轮喷嘴叶片(52)的前缘(84)和后缘(86)中的一个。
3.按照权利要求1的装置(92),其特征在于,所述至少两个支承部件(140)包括一个第一支承部件(140)和一个第二支承部件(140),它们这样取向,使得第一叶片(52)的后缘(86)接触所述第一和第二支承部件。
4.按照权利要求1的装置(92),其特征在于,所述第一邻接表面(146)和所述第二邻接表面(146)这样取向,使得至少一个叶片(52)的后缘(86)能被固定在其间。
5.按照权利要求1的装置(92),其特征在于,将所述支承部件(140)和所述定位构件(170)做成基本上对准所述固定件(102)内的邻近的涡轮喷嘴单件(90)的内带(54)和外带(56)。
6.按照权利要求1的装置(92),其特征在于,将所述支承部件(140)和所述定位构件(170)做成基本上对准所述固定件(102)内的邻近的涡轮喷嘴单件(90)的内带(54)和外带(56),使得在邻近的单件的内带和外带之间限定一个间隙(200)。
7.按照权利要求6的装置(92),其特征在于,至少一根线(206)延伸成至少部分地跨过每个所述间隙(200),将所述线做成固定地紧固邻近的喷嘴单件(90)。
8.一种用于制造涡轮喷嘴(50)的数据系统组件(104),其特征在于,该涡轮喷嘴包括至少两个涡轮喷嘴单件(90),每个单件(90)包括一外带(56)、一内带(54)和一延伸在两带之间的叶片(52),每个叶片包括在前缘(84)和后缘(86)处联接在一起的第一侧壁(80)和第二侧壁(82),所述数据系统组件包括一个固定件(102);至少两排从所述固定件伸出的支承部件(140),所述两排支承部件中的第一排用于支承第一个涡轮喷嘴叶片,所述第一排支承部件的取向基本上互相平行于所述各排支承件,每个所述支承件包括一个第一邻接表面(146)和一个第二邻接表面(148),所述第一邻接表面和所述第二邻接表面用于接触该后缘和前缘中的至少一个;以及至少两个从所述固定件伸出的定位构件(170),所述定位构件中的第一个用于接触第一涡轮喷嘴叶片的第一侧壁和第二侧壁之一。
9.按照权利要求8的数据系统组件(104),其特征在于,每个支承部件(140)的所述第一邻接表面(148)和所述第二邻接表面(148)的取向能使至少一个叶片(52)的后缘(86)被固定于这两上表面之间。
10.按照权利要求8的数据系统组件(104),其特征在于,将所述各排支承部件(140)和所述定位构件(170)做成基本上对准所述固定件(102)中的邻近的涡轮喷嘴单件(90)的内带(54)和外带(56),使得在相邻单件的内带和外带之间限定一个间隙(200)。
全文摘要
一种能够制造涡轮喷嘴(50)的装置(92),该喷嘴(50)包括至少两个涡轮喷嘴单件(90)。每个单件包括内带(54)和外带(56)及一个延伸在内外带之间的叶片(52)。该叶片还包括在前缘(84)和后缘(86)处联接在一起的第一侧壁(80)和第二侧壁(82)。该装置(92)包括一个固定件(102)和至少两个从该固定件伸出的支承部件(140)。每个支承部件具有第一和第二邻接表面(148),其中该至少两个支承部件中的第一个接触第一个叶片的前缘和后缘中的至少一个。至少两个定位构件(170)从该固定件伸出,其中该定位构件中的第一个接触第一叶片的第一和第二侧壁之一。至少两个偏压部件(106)联接在该固定件上,其中第一个偏压部件对着第一定位构件偏压第一叶片。
文档编号F01D9/04GK1704560SQ200510074279
公开日2005年12月7日 申请日期2005年6月2日 优先权日2004年6月2日
发明者M·比费勒, L·E·小利克 申请人:通用电气公司


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