涡轮发动机的喷嘴叶片、喷嘴、涡轮发动机及其制造方法与流程

发动机及配件附件的制造及其应用技术1.本发明涉及涡轮发动机的高压或低压喷嘴的叶片，其中衬套彼此嵌套。本发明还涉及此类叶片的制造方法。本发明还涉及设置有此类叶片的高压或低压喷嘴，以及设置有该喷嘴的涡轮发动机。2.本发明应用于航空领域，特别是飞行器发动机的高压或低压喷嘴的领域。背景技术：3.在诸如涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的飞行器涡轮发动机中，高压喷嘴和低压喷嘴每个都包括一组环形地固定并布置在燃烧室出口和涡轮入口之间的气流管道中的中空叶片。图1示出了高压喷嘴10的一部分的示例。该高压喷嘴10包括在两个同轴的环形平台(即内部平台11和外部平台12)之间径向地延伸的多个叶片100，所述两个平台界定了由燃烧室喷射的气体的循环管道13。每一个叶片100都包括叶片主体110，所述叶片主体110包括内径向端111和外径向端112。叶片主体110在其内端111和外端112之间包括内拱壁113和外拱壁114，所述内拱壁113和外拱壁114每个都配备有适于允许空气通过的冷却孔口115。4.由于它们被定位在气体的循环管道13中，所有叶片100都受到气体的非常高的温度。因此必须持续地冷却叶片100。为此，除了冷却孔口115之外，每个叶片100的叶片主体110通常包括在内端112和外端111之间径向地延伸的一个或多个通腔120。更多地简称为衬套的密封衬套200嵌入在每个叶片100的每一个通腔120中，使得在叶片主体的内表面和衬套的外表面之间限定环形外围间隙。图2示出安装了并且图3的分解视图示出了带有两个通腔122、124的叶片100的示例，所述通腔122、124每个都容纳有衬套200。叶片100的两个通腔122、124同轴，并且彼此径向地延伸。定位在叶片的后缘116上的第一通腔122容纳有第一衬套220；定位在叶片的前缘117上的第二通腔124容纳有第二衬套240。5.每个衬套220、240包括设置有多个孔222、242的径向壁221、241，所述孔在内部环形平台11和外部环形平台12之间分布在整个径向壁上。每个衬套220、240包括闭合表面223、243和开口表面224、244。第一衬套220的闭合表面223出现在叶片100的内端111处，第二衬套240的闭合表面243出现在叶片100的外端112处。第一衬套220的开口表面224出现在叶片100的外端112处，第二衬套240的开口表面244出现在叶片200的内端111处。因此，每一个衬套220、240的开口表面224、244在压缩机的一级的输出处接收从燃烧室上游获取的相对冷的空气。该冷空气穿透衬套220、240内侧，经由冲击从内侧冷却叶片的内拱壁113和外拱壁114。6.衬套220、240的开口表面224、244通常分别包括轴环225和245，其可以在衬套和叶片之间保持径向气隙。该轴环225、245还可以将衬套紧固在喷嘴中。实际上，通常通过焊接将每个衬套紧固在喷嘴10上，-例如通过分布在轴环轮廓上的三个焊接点-或通过钎焊将每个衬套紧固在喷嘴10上，-例如通过在轴环的整个轮廓上延伸的钎焊。通过衬套在喷嘴中的这种紧固(焊接或钎焊)，每个衬套嵌入在喷嘴内并机械地连接到所述喷嘴。然而，衬套在喷嘴上的连接或紧固区域是可能承受高应力的区域。事实上，在每个涡轮机内温度变化的效应下，喷嘴和衬套趋于膨胀。然而，喷嘴和衬套由不同的金属制成，例如用于喷嘴的am1或rene 125合金以及用于衬套的hastelloy x或ha 188合金，这在衬套和喷嘴之间的连接区处产生了很大的应力。图4示出了在衬套200和喷嘴10之间的连接区30处的裂纹的示例。由膨胀在连接区30中产生的应力可能处于裂纹40的起源处，甚至在这些连接区中破裂，用于削弱喷嘴。由于被削弱的喷嘴被视为劣化了，负责维护的技术人员必须在维护操作过程中移除和更换被削弱的喷嘴，这当然会在部件、人力和飞行器的固定时间方面产生成本。技术实现要素：7.为了解决以上提到的在衬套与高压或低压喷嘴之间的连接区处应力的问题，申请人提出了一种喷嘴叶片，其中，衬套以与所述喷嘴机械独立的方式彼此连接。8.根据第一方面，本发明涉及一种涡轮发动机的喷嘴叶片，其包括叶片主体，其中，至少一个通腔在叶片的内端和所述叶片的外端之间延伸，并且分别容纳第一和第二衬套，第一衬套沿叶片的后缘延伸，第二衬套沿所述叶片的前缘延伸。该叶片的特征在于，每一个第一和第二衬套都包括适于独立于叶片主体将第一衬套连接到第二衬套的缠绕系统。9.这种低压或高压的喷嘴叶片的优点是包括衬套，所述衬套机械地独立于叶片主体，并且所述衬套的连接区因此对用于制造叶片主体和衬套的材料的任何膨胀差不敏感。10.有利地，叶片主体可包括在叶片的内端和外端之间同轴延伸的第一和第二通腔，第一衬套容纳在叶片的第一腔内侧，第二衬套容纳在所述叶片的第二腔内侧。11.有利地，当第一衬套包括在叶片的内端出现的闭合表面和在所述叶片的外端出现的开口表面，并且第二衬套包括在叶片的外端出现的闭合表面和在所述叶片的内端出现的开口表面时，缠绕系统包括在每一个衬套的闭合表面上突出的至少一个凸耳，以及设置在每一个衬套的开口表面中的孔口，每个闭合表面的凸耳能够插入到另一衬套的开口表面的孔口中。12.除了先前段落中刚提到的特征之外，根据本发明一个方面的喷嘴叶片还可以具有单独或以任何技术上允许的组合获取的以下之中的一个或多个附加特征：[0013]-每一个衬套的开口表面包括至少部分地在另一衬套的闭合表面上延伸的轴环，并且开口表面的孔口设置在轴环中。[0014]-通过焊接或钎焊将每个衬套的闭合表面上的凸耳紧固在另一衬套的开口表面的孔口中。[0015]-每个衬套的闭合表面上的凸耳和另一衬套的开口表面上的孔口包括适于彼此嵌套的形状和尺寸。[0016]-第一衬套的凸耳和第二衬套的孔口具有不同于第二衬套的凸耳和第一衬套的孔口的形状和/或尺寸。[0017]-凸耳为圆柱形或椭圆形，并且孔口相应地为圆形或椭圆形。[0018]-凸耳为平行六面体、锥体或棱柱形，并且孔口为互补的多边形。[0019]根据第二方面，本发明涉及一种涡轮发动机的高压或低压喷嘴，其包括安装在同轴的内部环形平台和外部环形平台之间的固定叶片环，其特征在于，每个叶片都与如上限定的叶片一致。[0020]根据第三方面，本发明涉及一种涡轮发动机，其包括如上所限定的高压或低压喷嘴。[0021]根据第四方面，本发明涉及一种制造涡轮发动机的喷嘴叶片的方法，包括以下操作：[0022]-制造叶片主体，所述叶片主体具有在所述叶片的内端和外端之间延伸的至少一个通腔，[0023]-经由所述叶片的外端将第一衬套插入叶片的第一通腔内侧，[0024]-经由所述叶片的内端将第二衬套插入叶片的第一通腔内侧，其中，第二衬套的凸耳嵌套在第一衬套的孔口中，第二衬套的孔口嵌套在第一衬套的凸耳上，使得独立于叶片主体连接/附接/连接第一和第二衬套，以及[0025]-通过钎焊或焊接紧固每一个凸耳/孔口组件。[0026]该制造方法允许将衬套简单地安装在叶片主体中。[0027]当叶片主体包括两个同轴通腔时，经由叶片的外端将第一衬套插入第一腔内侧，经由所述叶片的内端将第二衬套插入第二通腔内侧。附图说明[0028]当阅读通过附图图示的说明书时，本发明的其他优点和特征将显而易见，其中：[0029]已经描述的图1示出了根据现有技术的涡轮机高压喷嘴的局部示意图；[0030]已经描述的图2示出了根据现有技术的高压喷嘴的带有两个衬套的叶片的安装示意图；[0031]已经描述的图3示出了图2的叶片和两个衬套的分解示意图；[0032]已经描述的图4示出了在根据现有技术的衬套和高压喷嘴之间的连接区中裂纹的示例；[0033]图5示出了根据本发明的喷嘴叶片的衬套的示例的示意性透视图；[0034]图6示出了安装在根据本发明的喷嘴叶片中的图5的衬套的示意性透视图；[0035]图7示出了具有凸耳/孔口组件的第一和第二替代方案的安装在根据本发明的叶片中的衬套的示意性透视图；[0036]图8示出了根据本发明叶片的制造方法的功能图示例。具体实施方式[0037]以下参考附图详细地描述涡轮喷嘴叶片的实施例，其中，衬套彼此嵌套。该示例示出了本发明的特征和优点。然而，需要提醒的是，本发明不限于该示例。[0038]在图中，相同的元件用相同的附图标记标注。考虑到附图的易读性，未按照所示元件之间的尺寸比例。[0039]图5和6中显示涡轮喷嘴叶片的一示例。在该示例中，叶片100是高压喷嘴的叶片，其中应该理解的是，该叶片的特征与低压喷嘴叶片的特征相同。该叶片100安装在喷嘴的内部平台11和外部平台12之间。它包括与图3所示和如上所述的等同的中空叶片主体110。该叶片主体110可包括在叶片的内端111和外端112之间延伸的单一通腔122。替代地，它可包括由隔板分隔并且在叶片的内端和外端之间同轴地延伸的两个通腔122、124。在叶片主体110包括第一通孔122和第二通孔124的情况下将给出以下描述，所述第一通孔沿后缘116在叶片的内端111和外端112之间径向地延伸，所述第二通口124沿前缘117在所述叶片的外端111和内端112之间径向地延伸，两个通孔122、124基本同轴并由内部隔板123分隔。[0040]根据本发明，叶片100包括被容纳在第一通孔122中的第一衬套220以及被容纳在第二通孔124中的第二衬套240。每个衬套220、240包括在闭合表面223、243和开口表面224、244之间基本环形地延伸的径向壁221、241。第一衬套220的闭合表面223定位在叶片100的内端111处，第二衬套240的闭合表面243定位在叶片200的外端112处。第一衬套220的开口表面224定位在叶片100的外端112处，第二衬套240的开口表面244定位在叶片100的内端111处。每一个衬套的径向壁221、241包括分布在所述径向壁的整个表面上的多个孔222、242。[0041]衬套220、240的尺寸分别适用于通孔122、124的内部尺寸，使得在每一个衬套的壁周围界定一外围间隙，该间隙被设计成允许冷却空气循环。每个衬套220、240可在其径向壁221、241的外表面上分别包括至少一个突起部或凸出226和246，其被设计成在衬套和叶片主体110之间提供横向气隙。换句话说，突起部226、246被容纳在间隙内侧，并在衬套周围保持横向气隙。[0042]根据某些实施例，每个衬套220、240分别包括在其开口表面224、244周围的轴环225和245，使得可以在衬套和叶片100的端部之间保持径向气隙。该轴环225、245为基本平面区域，所述区域在衬套的开口表面224、244的整个或部分轮廓上展开，并且当衬套安装在叶片主体中时覆盖另一衬套的闭合表面的至少一部分。该轴环224、245可以在衬套和叶片的端部之间保持径向气隙。[0043]根据本发明，每个衬套包括适用于独立于叶片主体和/或喷嘴将衬套彼此机械地连接的缠绕系统251-254。换句话说，缠绕系统251-254可以将第一衬套220附接在第二衬套240上，相反地将第二衬套附接在第一衬套上，而不将两个衬套的任一个紧固在叶片或喷嘴上。[0044]在图5和6的示例中，每个衬套的缠绕系统251-254包括凸耳252、254和孔口251、253。凸耳252、254是径向地布置在衬套的闭合表面223、243上的例如金属性的突出部件或突出物。孔口251、253是设置在衬套的开口表面224、244上制成的通孔。当开口表面设置有轴环225、245时，优选地在轴环中完成孔口224、244。在该示例中，如图6所示，第二衬套240的凸耳254插入第一衬套220的孔口251中，并且相反地，第一衬套220的凸耳252插入第二衬套220的孔口253中。这样，第一衬套240在叶片的端部111和112的任一侧上附接到第二衬套。换言之，每个都被容纳在叶片的空腔中的这两个衬套220、240在叶片的内端111处和在叶片的外端112处彼此连接。叶片主体的内部隔板123插入在两个衬套220、240之间，因此，每一个衬套220、240都与叶片集成在一起，然而并不直接地紧固在叶片或喷嘴上。因此，衬套机械地独立于喷嘴。[0045]在某些实施例中，为了将衬套的组件紧固在一起，每个衬套的闭合表面上的凸耳通过焊接或钎焊紧固在另一衬套的开口表面的孔口中，使得每个凸耳252、254与其各自的孔口253、251紧固在一起。通过焊接或钎接进行的紧固可以在供给或不供给额外金属的情况下进行。[0046]即使在通过焊接或钎焊将它们紧固时，这两个衬套的连接区(即两个衬套缠绕的区域)也不会受到因膨胀差而产生的任何机械应力。事实上，由于两个衬套由相同的材料制成并且受到相似的温度(因为二者都处于相同的通风流中)，因此由膨胀差导致的机械应力不会施加在连接区上。因此，排除了在这些连接区中的破裂风险。[0047]根据某些实施例，在叶片外端处衬套的缠绕系统以及在叶片内端处衬套的缠绕系统相同。相反，根据某些其他实施例，两个缠绕系统彼此不同。[0048]当每一个缠绕系统包括在衬套的闭合表面上的凸耳以及在另一衬套的开口表面上的孔口时，凸耳和孔口的形状和尺寸适于彼此嵌套。特别地，孔口具有与凸耳的外形互补的形状，即与其轮廓互补；同样，孔口的尺寸略大于凸耳轮廓的尺寸，使得凸耳能够以最小间隙穿过孔口。[0049]例如，如图6所示，凸耳252和/或254可具有圆形截面的管状形状。例如，它可具有约2mm的直径和约5mm的长度l。孔口251和/或253具有圆形截面的孔口，其直径略大于2mm。在另一示例中，凸耳252和/或254可具有椭圆形柱体形状，如图7的示例b所示；然后，孔251和/或253具有椭圆形。在图7的示例a中，凸耳252和/或254可具有一种带有圆形边缘的平行六面体形状；孔口251和/或253然后具有一种带有圆角的平行四边形形状。在其他示例中，凸耳252和/或254可具有不同的平行六面体形状，例如具有正方形或矩形截面的平行六面体，或锥体或棱柱形状等；孔口251和/或253然后具有互补的多边形形状，例如正方形、矩形或三角形。[0050]上述示例提出了一种在叶片的外表面连接两个衬套的凸耳/孔口组件，以及在叶片的内表面连接两个衬套的另一凸耳/孔口组件。当然，在某些实施例中，可以在衬套的每个闭合表面和每个开口表面上布置若干凸耳/孔口组件，以增加两个衬套之间的机械连接。这些不同的组件可具有相同或不同的形状和/或尺寸。[0051]通过实施图8所示的操作310至350，可通过方法300制造刚刚描述的喷嘴叶片。这些操作如下：[0052]-根据常规方法制造叶片主体110，其中，提供在叶片的内端111和外端112之间同轴地延伸的至少一个第一通腔122和一个第二通腔124(步骤310)，[0053]-通过叶片的外端112将第一衬套220插入叶片主体的第一腔122内侧(步骤320)，[0054]-通过叶片的内端111将第二衬套240插入叶片主体的第二空腔124内侧(步骤330)，[0055]-通过将第二衬套的凸耳254插入第一衬套的孔口251内以及将第二衬套的孔口253插入在第一衬套的凸耳252上，组装两个衬套220、240(步骤340)，以及[0056]-通过钎焊或焊接固定凸耳254和孔口251组件以及凸耳252和孔口253组件(步骤350)。[0057]当然，对喷嘴10的每一个叶片100执行类似于操作310至350的操作，使得每一个所述叶片都具有相同的特征，使得可以独立于叶片主体以及因此独立于喷嘴将每个叶片的第一和第二衬套连接在一起。[0058]尽管通过特定数量的示例、替代方案和实施例进行了描述，但是根据本发明的涡轮发动机的喷嘴叶片包括对本领域技术人员来说显而易见的多种替代方案、修改和改进，其中应该理解的是，这些替代方案、修改和改进是本发明范围的一部分。









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