用于涡轮机涡轮或涡轮轴发动机涡轮的环的制作方法

1.本发明涉及一种用于涡轮机涡轮或涡轮轴发动机涡轮的环，其预期围绕涡轮转子的叶轮。


背景技术：

2.涡轮机通常在气流方向上从上游到下游包括鼓风机、低压压缩机、高压压缩机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮。
3.来自鼓风机的空气分成流入主要环形通路中的主要流以及流入环绕主要环形通路的次要环形通路中的次要流。
4.低压压缩机、高压压缩机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮位于主要通路中。
5.高压涡轮的转子和高压压缩机的转子经由第一轴杆旋转联接，以便形成高压主体。
6.低压涡轮的转子和低压压缩机的转子经由第二轴杆旋转联接以便形成低压主体，鼓风机能够直接或经由例如周转齿轮系连接到低压压缩机的转子。
7.高压涡轮和低压涡轮的转子具有由属于定子的环包围的叶轮。为了优化涡轮机的性能，轮叶的径向外端或尖端与界定温热气体的流动通路的环的径向内表面之间的径向间隙必须受限。具体来说，这些间隙的定义必须考虑部件在操作中的膨胀现象。
8.间隙越小，涡轮机的性能越好，因为几乎所有的气流都用于旋转涡轮。相反地，大间隙的存在会降低涡轮机的效率。
9.已知使用单片式环，即一体成型的环，从而降低涡轮的成本、重量和径向占用空间。然而，目前使用的单片式环仅设计成在有限温度范围内最佳地工作。在此温度范围外，轮叶尖端与环之间的径向间隙相当大并且会降低涡轮机的效率。
10.已知使用扇形环，即由几个相邻的角扇区组成，所述扇形环端对端放置以形成环。此环允许更精细地控制环扇区与轮叶尖端之间的间隙，但所述环重量大、径向尺寸高且价格昂贵。
11.本发明旨在以简单、可靠且便宜的方式补救此类缺点。


技术实现要素：

12.出于此目的，本发明涉及一种用于涡轮机涡轮的单片式环，其预期围绕涡轮转子的叶轮，所述环围绕轴线周向地延伸且包括径向外部的环形和连续的支撑部件以及界定气流的循环通路的径向内部的部件，并且包括多个角度片段，所述多个角度片段分布在外周上且彼此邻近定位以形成界定通路的环形部分，其特征在于，周向间隙形成于彼此相对定位的相邻片段的周向端部之间，每一片段借助于连接区连接到支撑部件，用于循环冷却流体的环形通道径向地界定在外部支撑部件与界定通路的内部部件之间。
13.存在用于循环冷却空气的环形通道允许有效地冷却内部部件的片段，因为这些片段经受高温。另外，片段之间存在周向间隙限制径向扩展。
14.此单片式结构也便宜、可靠并且占用空间小。
15.径向外部的支撑部件为环形且连续，即不分段。换句话说，径向外部的支撑部件围绕整个圆周整体地延伸。
16.每个连接区可以比界定通路的径向内部部件的对应片段周向地延伸更短的距离。径向内部部件的每一扇区的周向尺寸例如大于对应连接区的周向距离的5倍。
17.每个连接区可以由平坦分区形成。所述分区可以在定向于轴向方向上的径向平面中延伸。
18.环可以包含在内部部件与外部部件之间的密封构件，所述密封构件能够允许从通道产生冷却空气泄漏速率。
19.密封构件可以限制和控制泄漏速率，其中从此泄漏产生的空气例如进入温热气体的流动通路或主要通路。
20.密封构件可以包括径向地安装在内部部件与外部部件之间的至少一个环形密封件。
21.密封构件可以包括分别位于通道的第一轴向端和第二轴向端处的第一环形密封件和第二环形密封件。
22.每个环形密封件可以部分地接合在位于内部部件中的凹槽中和/或位于外部部件中的凹槽中。
23.每个环形密封件可以具有多边形，例如正方形或弧形(例如，圆形或卵形)横截面。
24.凹槽可以具有与环形密封件互补的形式。
25.密封构件可以包括至少一个曲径密封件。
26.曲径密封件可以具有从内部部件延伸的一个或多个径向环形凸缘，它们轴向地插入从外部部件延伸的一个或多个径向环形凸缘之间，或反之亦然。
27.此密封件可以控制压降且因此控制泄漏速率。
28.密封构件可以包括分别位于通道的第一轴向端和第二轴向端处的第一曲径密封件和第二曲径密封件。
29.所述环可以具有进气口孔口以允许冷却空气进入通道。
30.进气口孔口可以径向地延伸。
31.进气口孔口可以位于支撑件的外部部分中。
32.进气口孔口可以围绕外周均匀地分布。
33.进气口孔口可以具有多边形横截面或弧形横截面，例如圆形。
34.每一片段可以包括第一周向端部，所述第一周向端部包括环形支撑件边缘，所述环形支撑件边缘周向地延伸并且能够支承在相邻片段的第二周向端部的径向外表面上。
35.因此，支撑件边缘可以位于冷却空气循环通道处。
36.每一片段可以包括第一区，其在片段的第一周向端部与连接区之间周向地延伸；以及第二区，其在片段的第二周向端部与连接区之间周向地延伸，第一区的周向尺寸小于第二区的周向尺寸。
37.第一区的周向尺寸与第二区的周向尺寸的比率例如在1与10之间。
38.此结构确保在操作中，膨胀作用挤压每一片段的第二周向端部的径向外表面，所述每一片段支承在相邻片段的对应支撑边缘上。
39.进气孔口中的至少一些可以位于至少一个连接区的水平面处。
40.此结构可以有效地冷却每个相关连接区。
41.外部部件的厚度可以大于内部部件的厚度，例如是内部部件的厚度的1.2到3倍。这确保更好地控制间隙并且在意外释放的情况下更好地保持叶片。
42.所述环可以通过增材制造来制造。
43.此过程可以生产复杂结构的单片式环，而不需要许多昂贵的额外机械加工或组装步骤，从而获得完成的或几乎完成的易于使用的环。
44.例如，增材制造过程是例如使用激光或电子束的烧结或选择性粉末熔化。
45.此过程包括一个步骤，在此步骤期间将具有受控厚度的金属或金属合金的粉末的第一层沉积在制造板上，随后是包括用加热构件(激光束或电子束)加热粉末层的预定义区的步骤，且通过对每一额外层逐片重复这些步骤继续进行直到获得最终部件。
46.本发明还涉及一种涡轮，例如高压涡轮、一种涡轮机或一种涡轮轴发动机或一种包括此环的飞机。
47.涡轮机可以是飞机涡轮机。涡轮轴发动机可以是直升机涡轮轴发动机。
附图说明
48.[图1]是根据本发明的第一实施例的环的一部分的部分透视图，
[0049]
[图2]是对应于图1的视图，其中未示出环形密封件，
[0050]
[图3]是说明环的一部分的径向横截面的示意图，
[0051]
[图4]是对应于图3的视图，其说明本发明的第二实施例，
[0052]
[图5]是根据本发明的第三实施例的环的一部分的透视图，
[0053]
[图6]是根据本发明的第四实施例的环的一部分的透视图。
具体实施方式
[0054]
图1到3说明根据本发明的第一实施例的用于涡轮机涡轮或涡轮轴发动机涡轮，例如高压涡轮或低压涡轮，的环1。
[0055]
环1预期围绕涡轮转子的叶轮2。
[0056]
叶轮具有围绕圆周均匀地间隔开的轮叶3，每个轮叶具有内部地界定气流的流动通路6的叶片4和径向内部平台5。轮叶3的径向外端7靠近环1定位。
[0057]
环1围绕转子的旋转轴周向地延伸，并且包括径向外部的环形和连续的支撑部件9，以及外部地界定通路6的径向内部部件10。
[0058]
外部部件9具有轴向中心圆柱形区11以及预期附接到涡轮机的定子的至少一个附接区12。
[0059]
所述内部部件10包括多个角度片段13，所述多个角度片段围绕外周分布并且彼此相邻定位，以便形成界定通路6的环形部分。每一片段13经由径向地延伸的连接区1连接到支撑部件9。片段的数目可以根据最终用途变化并且例如在3与30之间。
[0060]
用于循环冷却流体的环形通道15径向地界定在外部部件9与内部部件10之间，所述内部部件界定通路6。
[0061]
径向外部部件9的圆柱形区11包括进气口孔口16，所述进气口孔口围绕圆周均匀
地分布并且径向向外通向通道15。进气口孔口16各自具有矩形或正方形横截面。当然，可以使用其它形式。
[0062]
每一片段13包括第一周向端部17，所述第一周向端部包括环形支撑件边缘18，所述环形支撑件边缘周向地延伸且能够在涡轮机或涡轮轴发动机的操作期间支承在相邻片段13的第二周向端部19的径向外表面上。因此，支撑件边缘18位于冷却空气循环通道15处。
[0063]
每一片段13包括第一区20，其在片段13的第一周向端部17与连接区14之间周向地延伸；以及第二区21，其在片段13的第二周向端部19与连接区14之间周向地延伸。第一区20的周向尺寸小于第二区21的周向尺寸。
[0064]
第一区20的周向尺寸与第二区21的周向尺寸的比率例如在1与10之间。
[0065]
外部部件9的厚度可以大于内部部件10的厚度，例如是内部部件10的厚度的1.2到3倍。这确保更好地控制间隙并且在意外释放的情况下更好地保持叶片。
[0066]
环1进一步包括密封构件，所述密封构件包括分别位于通道15的第一轴向端和第二轴向端处的第一环形密封件22和第二环形密封件23。
[0067]
每个环形密封件22、23部分地接合在位于内部部件10中的凹槽24中以及位于外部部件9中的凹槽25中。每个环形密封件22、23可以具有多边形，例如正方形或弧形(例如，圆形或卵形)横截面。凹槽24、25在形式上与环形密封件22、23互补。
[0068]
环1可以例如使用激光束或电子束通过增材制造，具体来说通过烧结或选择性粉末熔化来制造。
[0069]
图4说明第二实施例，其中一些进气口孔口16位于连接区14处，以便有效地冷却每个所涉及的连接区14。
[0070]
图5说明第三实施例，其中第一区20的周向尺寸大于第二区21的周向尺寸。第一区20的周向尺寸与第二区21的周向尺寸的比率例如在1与10之间。
[0071]
图6说明第四实施例，其中密封构件包括分别位于通道15的第一和第二轴向端处的第一曲径密封件26和第二曲径密封件27。
[0072]
曲径密封件26、27可以具有从内部部件10延伸的一个或多个径向环形边缘27，它们轴向地插入从外部部件9延伸的一个或多个径向环形边缘28之间，或反之亦然。