專利名稱：裝有冷卻流體流量調(diào)整裝置的渦輪葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用冷卻流體---諸如空氣---的內(nèi)部流動方式來冷卻的渦輪葉片。 特別是，本發(fā)明涉及一項改進(jìn)，可使飛機渦輪噴氣發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)冷卻流體流量能夠自動和被動地調(diào)整，即，無外部控制，冷卻流體流量的變化是渦輪噴氣發(fā)動機運轉(zhuǎn)速度的函數(shù)。
背景技術(shù)：
在飛機渦輪噴氣發(fā)動機上，高壓渦輪的動葉片位于燃燒室出口的緊后邊。它們承受非常高的溫度。因此，必須不斷對其進(jìn)行冷卻。常用的方法是建立冷卻流體的內(nèi)部流動， 典型情況下，是采用來自高壓壓氣機出口的空氣。應(yīng)該想到，這種高壓渦輪帶有在其外周緣裝有狹槽的盤，每個狹槽安裝一個葉根。 于是，通過狹槽和所述葉根之間的形狀連接，葉片便固定到盤上。每個葉片都帶有輸入冷卻流體的腔室。這樣，來自高壓壓氣機的空氣便流過葉根底下形成的幾個孔，穿過腔室，經(jīng)由分布在葉片表面的多個孔口流出。從高壓壓氣機來的冷卻空氣噴入盤的狹槽內(nèi)，從而能夠進(jìn)入葉片中。假定該冷卻空氣是來自高壓壓氣機的氣流，而且假定其對燃燒室內(nèi)的燃燒沒有多大作用，但重要的是，為了增加噴氣機的性能，降低發(fā)動機燃油消耗率，需要將其流量降到最小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于如下分析提出的。飛機起飛及爬高時，溫度最高。為此，正是在這些階段，對葉片的損傷最大。因此，習(xí)慣上，都要考慮起飛時可以承受的最高溫度，以確保葉片的預(yù)期使用壽命。這個溫度確定了冷卻空氣的某個流量。然而，巡航階段是持續(xù)時間最長的階段，在巡航時，葉片的溫度要低大約100攝氏度。因此，在這個階段降低冷卻空氣的流量是有利的，從而使得葉片的溫度增加，這種增加在巡航時是可以接受的。盡管如此，采用這種方法計算的新的冷卻空氣流量實際上與起飛時的流量計算一樣，因此，引起起飛時葉片溫度的相應(yīng)增加，從而大大縮短了葉片的使用壽命。據(jù)估算，起飛和爬高時，該溫度增加20攝氏度，使用壽命會降低大約一半。本發(fā)明所基于的理念就是在于降低冷卻空氣流量(相對于按目前使用規(guī)定所測定的值)，但只是在巡航時，且通過調(diào)整流量來實現(xiàn)，這種方式是被動的，即無需外部控制， 完全由巡航時的溫度和其它轉(zhuǎn)速---特別是起飛期間---時的溫度之間葉片的溫度差來驅(qū)動。更加特別地是，為此，本發(fā)明提出了一種采用冷卻流體內(nèi)部流動來冷卻的渦輪機葉片，冷卻流體經(jīng)由葉根下部的孔口進(jìn)入，所述葉片的特征在于，其包括帶孔的調(diào)整板，所述孔與所述孔口對準(zhǔn)，其特征還在于，所述調(diào)整板所用材料膨脹系數(shù)不同于葉根所用材料的膨脹系數(shù)，其特征還在于，調(diào)整板安裝在葉根下面，帶有縱向?qū)?，這種緊固方式保留了調(diào)整板孔和葉根孔口之間相對移動的可能性，這樣，流體流動截面會隨著溫度的增加而增加。所述葉片可以是渦輪轉(zhuǎn)子的動葉片，特別是，飛機渦輪噴氣發(fā)動機高壓渦輪的轉(zhuǎn)子葉片。在有利的實施方案中，調(diào)整板采用陶瓷材料制成，其膨脹系數(shù)小于葉根膨脹系數(shù)。按照已知方式，在葉根底部，帶有金屬校準(zhǔn)板，上面帶有上述孔口。為此，這些孔口部分地與所述調(diào)整板的孔相重合。金屬板可以一例如一焊接在葉根下面。有利的是，所述調(diào)整板僅在其一端緊固到所述葉根上，這樣，所述葉根就相對于調(diào)整板自由膨脹。在一個實施方案中，調(diào)整板置于直線導(dǎo)向軌內(nèi)，后者固定到葉根上，以便防止調(diào)整板相對于葉根轉(zhuǎn)動。為了充分利用葉根(即，校準(zhǔn)板)長度變化的幅度，位于葉根下面的孔口可以為三角形形狀。根據(jù)另一個有利特性，調(diào)整板上的孔可以是長方形或正方形形狀。另外，本發(fā)明提出了一種渦輪，其包括帶葉片的盤，所述葉片固定到盤的周緣，每個葉片都符合上述定義。 下面結(jié)合附圖，根據(jù)示例給出的說明，可以更好地理解本發(fā)明，本發(fā)明的其他優(yōu)點會更清楚地顯現(xiàn)出來。


圖1為根據(jù)本發(fā)明以及一部分轉(zhuǎn)子盤的分解透視圖；圖2為起飛期間葉根下面的示意圖；圖3為葉根下面的局部示意圖，示出了流量變化情況。
具體實施例方式從圖中可以看出，渦輪動葉片11由翼面12和葉根14組成。翼面通過平臺15與葉根分開。渦輪由盤17和多個這樣的葉片組成。在其周圍，盤17帶有狹槽19。每個狹槽的外形對應(yīng)于葉根14的外形，這樣，每個葉片可以通過狹槽和葉根之間的確定形狀連接方式固定到盤上。平臺15構(gòu)成了流動段的內(nèi)壁，供渦輪噴氣發(fā)動機燃燒室噴出的熱燃?xì)饬鲃印?這種布置是人們熟知的，無需詳細(xì)贅述。另外，人們還知道，必須對葉片進(jìn)行冷卻，因為渦輪是通過熱燃?xì)獾牧鲃觼眚?qū)動的。為此，每個葉片都是空心的，包括經(jīng)由葉根下面校準(zhǔn)孔口 22 輸入空氣的腔室20。于是，在每個葉片內(nèi)，保持了冷卻流體的內(nèi)部流動。更確切地說，空氣來自高壓壓氣機，后者通常用來向燃燒室輸送氧化劑。該空氣流向盤17內(nèi)的狹槽19，并經(jīng)由葉根下面的孔口 22進(jìn)入，沿內(nèi)部腔室20流動，從而經(jīng)由開口于翼面12表面的多個孔口排出。為了校準(zhǔn)空氣流量，金屬校準(zhǔn)板25固定一通常為釬焊一到葉根14的內(nèi)表面上。這種校準(zhǔn)板25呈窄的長方形的舌形，帶有與孔口 22對應(yīng)的一定數(shù)量的孔。葉根14和校準(zhǔn)板25的膨脹系數(shù)相同，這樣，它們隨著溫度的變化而一起膨脹。在本發(fā)明的情況下，熱膨脹用來改變冷卻空氣的流量。更加特別地，調(diào)整板27所用材料膨脹系數(shù)不同于葉根14和校準(zhǔn)板25所用材料膨脹系數(shù)，該調(diào)整板包括與校準(zhǔn)板孔口 22對準(zhǔn)的孔29。調(diào)整板27—般呈窄的長方形形狀，相當(dāng)于校準(zhǔn)板的形狀。所述調(diào)整板27安裝在葉根的下面，此處與校準(zhǔn)板22對準(zhǔn)并與其接觸，調(diào)整板具有縱向?qū)?通過直線導(dǎo)軌33來獲得)，并使用一種緊固方式，這種緊固方式可保持調(diào)整板孔四和葉根(此處為校準(zhǔn)板)孔口 22之間的相對運動的可能性，這樣，流體流動截面會隨著溫度的增加而增加。更確切地說，調(diào)整板27采用陶瓷或復(fù)合材料制成，與葉根和校準(zhǔn)板的膨脹系數(shù)相比，其膨脹系數(shù)非常小。葉根下面的進(jìn)氣孔口 22與調(diào)整板27上的孔四相重合。調(diào)整板僅在其一端通過錨定構(gòu)件31固定到所述葉根上。調(diào)整板27保持在直線導(dǎo)軌33內(nèi)，后者固定到葉根14或校準(zhǔn)板25上。其采用離心力緊靠在校準(zhǔn)板上。這樣，在起飛時，動葉片11由于自然升高到較高溫度而會整體膨脹。在葉根14處， 可以看到校準(zhǔn)板上的孔口 22和調(diào)整板27上的孔四之間的重合是變化的，因為調(diào)整板幾乎根本不會伸長。如圖2所示，這種相對變化會引起起飛時冷卻空氣可用進(jìn)氣截面達(dá)到最大。 校對該截面就可以滿足需要，從而使起飛時的溫度達(dá)到確保葉片預(yù)期使用壽命的最大值。 相反，在巡航時，葉根由于葉片溫度的下降而收縮，導(dǎo)致冷卻空氣進(jìn)氣截面減小(圖3)，結(jié)果，從壓氣機引出的空氣減少。這樣，在巡航時，渦輪噴氣發(fā)動機的整體效能得以增加。如果流量僅在巡航時減少，葉片的使用壽命會縮短，但也只是很小，大約15%。這個情況在起飛和爬高階段，通過稍微增加流量，便可很容易地得到補償?？傊?，葉片的預(yù)期使用壽命會得到保持，同時，渦輪噴氣發(fā)動機的性能還會提高，從而，降低了發(fā)動機巡航時的消耗率。為了優(yōu)化流量變化為葉根和調(diào)整板之間膨脹差的函數(shù)，校準(zhǔn)板上的孔為三角形狀，而調(diào)整板上的孔為正方形或長方形形狀。在示例中，每個孔口 22的面積為3. 5平方毫米(πιπ )。面對校準(zhǔn)板上的每個孔口， 在調(diào)整板上有正方形或長方形孔四。當(dāng)葉根處于580°C的起飛溫度時，孔的邊緣與三角形的橫邊相重合。起飛后，葉根收縮，從而部分地封閉了其橫向底部附近的三角形孔口。當(dāng)渦輪噴氣發(fā)動機在巡航時，其溫度降至450°C。通過陶瓷板可看到，葉根收縮量為0.025毫米(mm)。 這就引起截面減小2. 8%。在巡航時動葉片消耗的流量的減少與該面積的減小成正比。
權(quán)利要求
1.一種渦輪葉片，其通過經(jīng)由葉根(14)下面孔口 0 流入的冷卻流體的內(nèi)部流動來冷卻，所述葉片的特征在于，其包括調(diào)整板(27)，上有與所述孔口 0 對準(zhǔn)的孔( )，所述調(diào)整板所用材料膨脹系數(shù)不同于葉根所用材料膨脹系數(shù)，并且調(diào)整板安裝在葉根下面，帶有縱向?qū)?，并以一種方式固定，這種方式保留了調(diào)整板的孔和葉根的孔口之間相對移動的可能性，這樣，流體流動截面會隨著溫度的增加而增加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，其特征在于，所述葉片是動葉片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦輪葉片，其特征在于，所述調(diào)整板(XT)所用材料的膨脹系數(shù)小于葉根所用材料的膨脹系數(shù)。
4.根據(jù)前面任何權(quán)利要求所述的渦輪葉片，其特征在于，所述調(diào)整板(XT)采用陶瓷材料制成，與所述葉根的膨脹系數(shù)相比，其膨脹系數(shù)小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到3其中一項所述的渦輪葉片，其特征在于，所述調(diào)整板07)采用復(fù)合材料制成，與所述葉根的膨脹系數(shù)相比，其膨脹系數(shù)小。
6.根據(jù)前面任何權(quán)利要求所述的渦輪葉片，其特征在于，所述葉根包括在其底部的金屬校準(zhǔn)板(25)，其上帶有孔口(22)，與所述調(diào)整板(XT)上的孔相對應(yīng)。
7.根據(jù)前面任何權(quán)利要求所述的渦輪葉片，其特征在于，所述調(diào)整板(XT)僅在其一端固定(31)到所述葉根上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪葉片，其特征在于，所述調(diào)整板置于直線導(dǎo)軌(33)內(nèi)，后者固定到所述葉根(14)或校準(zhǔn)板05)上。
9.根據(jù)前面任何權(quán)利要求所述的渦輪葉片，其特征在于，位于葉根下面的孔口02)為三角形形狀。
10.根據(jù)前面任何權(quán)利要求所述的渦輪葉片，其特征在于，調(diào)整板上的孔09)為正方形或長方形形狀。
11.一種包括盤(17)和葉片(11)的渦輪，所述盤在其周緣有狹槽(19)，每個狹槽安裝一個葉根(14)，空氣被引向所述狹槽，所述渦輪的特征在于，每個葉片(11)都符合前面任何權(quán)利要求。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求11的渦輪，其特征在于，其是飛機渦輪噴氣發(fā)動機的高壓渦輪。
全文摘要
一種渦輪葉片，其采用自動變化冷卻流體內(nèi)部流動來冷卻。所述葉片帶有孔口(22)和調(diào)整板(27)，孔口位于葉根(14)下面，冷卻流體經(jīng)由該孔口滲入，調(diào)整板(27)帶有與孔口對準(zhǔn)的孔(29)，所述調(diào)整板的膨脹系數(shù)不同于葉根的膨脹系數(shù)。
文檔編號F01D5/08GK102197193SQ200980142018
公開日2011年9月21日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者里吉斯·格羅漢斯, 雷諾·蓋布里埃爾·康斯坦特·魯瓦揚 申請人:斯奈克瑪