[发明专利]轴流式涡轮机的壳体及包括该壳体的轴流式涡轮机

说明书

本发明涉及轴流式涡轮机的低压压缩机的环形外部壳体(30)。壳体(30)包括具有有机基底的复合材料的环形壁(32)。壳体(30)包括径向地延伸的成环形排的叶片(26)，叶片(26)包括固定于环形壁(32)的平台(28)。壳体(30)还包括具有安装装置(48)的径向环形凸缘(36)，所述安装装置设计为允许壳体(30)装配在涡轮机中。环形凸缘(36)附连到环形壁(32)并且限制用于叶片的平台(28)的环形插入区域(43)。本发明减少了壳体的制造成本并且支持环形凸缘和叶片平台之间的力的传递，这具有减小环形壁中应力的优势。

技术领域

本发明涉及轴流式涡轮机的壳体。更特别地，本发明涉及用于轴流式涡轮机的环形压缩机壳体，该轴流式涡轮机由复合材料制成并且支撑环形排的叶片。

背景技术

为了减少飞机涡轮喷气发动机的重量，一些部件由复合材料制成。特别地，结构部件、例如外部环形壳体可由复合材料制成。除了支撑成排的定子叶片之外，这种壳体一般用于安装其它结构发动机部件。因此，它必须具有充足的机械强度。

在低压压缩机壳体的情况下，壳体与分流前端(splitter nose)相接触。但是，后者易于吸收外来的物体。因此壳体必须具有一些柔性以及弹性以便能够变形并且经受住冲击而不会破裂。

固定于壳体的叶片可以通过钉在壳体的内表面中的平台固定。叶片受到与流体的流动有关的力并且传递壳体必须经受住的载荷。另外，壳体必须经受来自用来紧固叶片的固定装置的力以及任何合成的应力集中。应当强调的是，壳体通常与也产生应力集中的多组固定装置相接触。

专利EP 2402615 A1公开了一种用于轴流式涡轮机的外部压缩机壳体。壳体包括环形壁和两个径向凸缘、一个在上游而另一个在下游。壳体由复合材料制成。它支撑成环形排的多个定子叶片。每个叶片具有通过固定装置紧固于环形壁的外部平台。

标准作法是径向凸缘附连到涡轮机的分流前端和中间壳体。这可以通过将螺栓插入到在径向凸缘中所钻的孔中来实现。当发动机运行时这些孔特别地受到应力，而且由于机械夹紧力和/或振动可能会发生脱离(pullout)。

为了阻止脱离的发生，可以使凸缘显著地加厚。但是，这种解决方案倾向于增加壳体的重量，从而减少了通过使用复合方案而产生的所期望的重量减轻。此外，这种解决方案的机械强度是有限的并且应力集中仍然存在。

为了加强所述壁，标准作法是建造具有复合壁和金属径向凸缘的环形壳体。

专利FR 2282537 A1公开了一种具有轴流式涡轮机的外部壳体的压缩机。壳体包括成环形排的叶片以及交替(alternating)的环形间隔器和叶片保持环。保持环由金属制成并收缩到环形间隔器中。这些由轻金属制成从而抵抗机械应力。壳体容纳围绕保持环和环形间隔器的复合环形壁。所述复合壁被制作在其上装配有所述保持环和间隔器的心轴上。心轴的使用意味着在设备和人力方面的相当大的花费。将连续的纤维缠绕到心轴上的时间在制造时间方面是昂贵的。虽然该壳体包括复合材料，但是由于它的金属部件，它仍然非常重。此外，固定叶片的方法是复杂的。它基于多个需要代价大的调节的机械界面。

发明内容

本发明的目标是解决至少一个现有技术中存在的技术问题，更具体地，本发明旨在减少制造复合壳体的成本。本发明也旨在减小涡轮机壳体的复合环形壁中的机械应力。

本发明涉及轴流式涡轮机、尤其是压缩机的壳体，包括复合材料制成的环形壁，其内表面包括环形区域，径向延伸的成排的叶片平台插入在所述环形区域中，至少一个环形附连凸缘径向地延伸，其中环形凸缘附连到环形壁并且限制叶片平台插入区域。

术语“附连到环形壁的环形凸缘”指的是例如通过固定装置固定在环形壁上的环形凸缘。