專利名稱：用于可變截面渦輪機噴嘴的柔性翼片的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及用于渦輪機的可變截面噴嘴(噴管)的領域，特別是涉及由翼片環構成的噴嘴。
背景技術：
圖7中示出用于可變截面的渦輪機噴嘴10的常規結構。在該類型的結構中，眾所周知，可變截面噴嘴由翼片(或稱調節片)環組成，該翼片環包括受控翼片12、14和隨動翼片16。
受控翼片直接由控制裝置致動，以便改變流過渦輪機的主流動曲線或輪廓(即取決于噴嘴是否僅僅為會聚噴嘴或會聚/分叉噴嘴，形成一個或多個排出截面)。根據所需結構，控制裝置例如包括控制致動器18，該控制致動器18與較為復雜或者較不復雜的執行控制桿20和轉動連接叉22的聯動機構相連，或者與帶有凸輪和凸輪從動輪的環相連。
在噴嘴的操作中，不論其通過截面多大，隨動翼片被徑向置于受控翼片的內部且在其縱邊的任一側抵靠著相鄰的受控翼片，以提供主流動的連續性/密封性(這就是該隨動翼片也被稱為密封片的原因)。
根據控制裝置尤其是聯動機構的精確性，在操作中出現或多或少的明顯變形，導致了在各種受控翼片的偏轉中(即這些受控翼片相對渦輪機的軸線的角度之間)的相當大的偏移。
這在隨動翼片上導致相當大的應力(彎曲/扭轉應力)，該隨動翼片的兩個縱邊(平行于噴嘴軸線)然后必須抵靠在不共面的支撐線上。不幸的是，隨動翼片不能充分變形，以抵靠在兩個相鄰受控翼片上，特別是如圖7中的示例所示，當隨動翼片很短且作為單個零件制作時，各個隨動翼片產生懸臂現象，將導致主流體的橫向泄露26，從而降低了渦輪機的空氣動力性能(圖8)。
發明內容
因此，本發明的目的是通過提出一種隨動翼片結構來減輕這些缺陷，該隨動翼片結構具有足夠的柔性，以適應受控翼片之間的偏移。本發明的另一個目的是提供一種柔性隨動翼片，其能夠經受住與壓力和溫度有關的高負荷。
本發明的這些目的通過一種用于可變截面渦輪機噴嘴的柔性隨動翼片來實現，該隨動翼片插入兩相鄰受控翼片之間，且抵靠著該受控翼片被緊固裝置保持，該隨動翼片的特征在于，它包括多個獨立的橫向盒體，該橫向盒體并排安裝在一支撐板上，該盒體經由它們的凸出縱邊相互接觸且通過其橫邊保持在支撐板上，該橫邊與支撐板的縱邊嚙合。
利用這種特殊結構，翼片之間的泄露以及與變形相關的應力幾乎被完全消除。翼片的壽命得以提高，其制造成本降低。
與盒體的橫邊嚙合的支撐板的縱邊限定了用于支撐相鄰受控翼片的各個支撐區域，且它們包括用于將橫向盒體保持在適當位置上的保持凹口，各個凹口用于接收兩相鄰凸出縱邊的兩端。
有利的是，所述多個橫向盒體中的其中一個盒體還包括一橫向保持條，以用于將隨動翼片保持在休止或不工作位置上。該保持條構成從所述橫向盒體的一縱邊徑向延伸的一短直立支柱的終端橫臂。
優選地，該橫向盒體是隨動翼片的一端部橫向盒體，該支撐板由相對柔性且可經受住高溫的金屬板材料制成。
本發明還提供一種可變截面渦輪機噴嘴，該噴嘴包括多個所述柔性隨動翼片。
在閱讀了通過所指出和參考附圖作出的下面非限制性描述后，本發明的特點和優點將變得更加明顯，其中圖1是示出了本發明的一柔性隨動翼片的透視圖；圖2是示出了抵靠在可變截面噴嘴的一受控翼片上的圖1所示柔性隨動翼片的透視圖；圖3是圖1中的柔性隨動翼片的分解圖；圖3A示出了圖1中的柔性隨動翼片的細節；圖4、5和6是示出了圖1中的柔性隨動翼片在操作中的變形的視圖；圖7是現有技術的可變截面噴嘴的部分透視圖；圖8是示出與圖7中的噴嘴共存時的翼片之間的泄露的示意圖。
具體實施例方式
圖1是根據本發明的隨動翼片結構的透視圖。該翼片由于其變形能力而被稱之為“柔性的”，其包括并排保持在一支撐板32上的多個獨立的盒體30，該支撐板32還起到為熱氣流提供密封的作用。該隨動翼片經由兩個保持條被連接到兩個相鄰受控翼片上，即一上游保持條34被基本置于其理論上的鉸接軸上，并起到將隨動翼片放置在噴嘴中的作用，一下游保持條36被基本置于遠離其理論上的鉸接軸的自由端上，并起到將翼片保持在其休止或不工作位置上的作用(發動機關閉)。
各個盒體30呈矩形，并帶有兩個縱邊(或凸緣)30A和兩個橫邊30B(短邊)，其中所述縱邊30A是凸出的，以實現盒體的強化功能，所述橫邊30B被折疊起來，以起到與密封板嚙合的作用。
這些盒體的數量和它們的剛度取決于噴嘴所需的特征，特別是它們作為以下參數的函數進行優化作用于翼片上的壓力和溫度；尺寸；使用的材料；將被裝入的懸臂；確保盒體的縱邊末端不與受控翼片干涉的可供高度。
有利的是，端部盒體38(即置于隨動翼片的自由端的盒體)包括隨動翼片的下游保持條36。為此，該盒體的最外面的縱邊38A通過一相對噴嘴徑向向外延伸的較短的垂直支柱38B在其中心延伸，且終止于一構成保持條的橫臂38C。該保持臂的長度大于隨動翼片的寬度，因此其兩端38D可在隨動翼片的任一側與兩個受控翼片接觸。
密封板由相對柔性材料金屬板構成，其可經受住高溫(大于1000℃)，該密封板呈矩形，其尺寸與在兩受控翼片之間的將被裝入空間相匹配。更確切地說，隨動翼片的寬度大于所述空間，以便在其兩個縱邊的每一個上產生各重疊區域，該區域與隨動翼片抵靠受控翼片的區域相對應。
密封板的縱邊32A是彎曲的(朝上翻轉)，以便接收盒體30的折疊起來的橫邊30B，該縱邊32A包括凹口32B，該凹口32B規則地間隔開，以接收兩相鄰盒體的縱邊30A的兩端并因此將其保持在一起。提供盒體剛度的兩相鄰盒體的毗鄰縱邊30A因此可自由地一個在另一個上彼此滑動。
該隨動翼片結構使得各功能完全分離。首先，盒體構成翼片的結構，且為其提供可經受壓力的機械性能。當翼片扭曲時，盒體相對移動，而它們自身受到很小的變形。因此，在翼片上施加位移的事實使得實際上沒有在盒體內產生任何應力。其次，支撐板僅僅起到提供盒體之間的密封的作用，且改善了流動通過發動機的氣流形狀。該支撐板也起到在不執行任何結構角色的情況下沿著邊緣將盒體保持在一起的作用。
例如，隨動翼片通過上游保持條34相對于兩受控翼片被置于該兩受控翼片的任一側上，該保持條34利用至少一個螺釘40被固定到密封板32上。在示例中示出，其不受限于任何方式，該保持條被固定到一橋形金屬支撐件42上，該橋形金屬支撐件42如同一夾具，其一側被焊接到密封板的一端，另一側抵靠在隨動翼片的第一盒體44的其中一個縱邊44A上。當然，也可以設想使用能夠使翼片被迅速安裝在噴嘴內的任何其他的可分離裝置。
圖2示出了隨動翼片如何被連接到兩個受控翼片的其中一個上，該兩個受控翼片鄰近該隨動翼片。該連接首先通過上游保持條34、其次通過下游保持條36發生，其中，上游保持條34被彎曲成衣架形狀，其每一端部34A帶有一個被保持在兩凸耳46之間的適當位置上的圓柱形雙頭螺栓，該兩凸耳46被置于位于所述端部的任一側上的受控翼片的縱邊外側，以便限制該上游保持條34的橫向位移(即沿著噴嘴的軸線)，并容許其兩維自由移動(旋轉和縱向平移)，該下游保持條36的端部36A僅僅抵靠在對應的受控翼片的縱邊外側。利用這一結構，盒體全部支撐密封板，且所述翼片可經受較大的力。
圖3和3A示出裝配隨動翼片的各步驟。盒體由金屬板單獨制成，該金屬板被折疊以形成盒體的折疊邊緣和凸邊，端部盒體成形為包含下游保持條36。密封板自身由金屬板制成，其縱邊形成切口然后被折疊起來，以便接收和引導組成隨動翼片的各盒體。一旦這些盒體已經依次滑到金屬板上，各盒體的縱邊的端部便凹口對齊，金屬板的縱邊再次折疊起來，以確保盒體被正確地固定，如圖3A中所示。該組件然后被安裝到兩受控翼片之間，通過隨后將上游保持條置于適當位置上，翼片被彼此固定。
以下參考圖4到6敘述本發明的柔性隨動翼片的操作，該附圖4到6示出了隨動翼片受到的變形(為易于理解，省略了彎曲的保持條)。在從噴嘴排放出的熱氣體的壓力作用下，隨動翼片由于其緊靠相鄰受控翼片的支承面的偏移而變形。在一側，隨動翼片沿著直線形的支撐線50支撐受控翼片，而在其另一側，盒體彼此相對移動，以便與另一偏移的受控翼片52保持接觸。盒體具有經受壓力的足夠剛度，且其被密封板保持在適當位置。由于密封板是柔性的，其沿著移動零件的移動軌跡移動并彎曲，以便盡可能近地壓靠在隨動翼片的盒體上，從而確保排出氣流具有平滑的空氣動力曲線。因此，柔性隨動翼片需要承受的變形通過累積移動件(盒體)之間的小位移獲得，借此避免產生由于變形導致的應力。翼片的壽命因而得到延長。
本發明的柔性隨動翼片因此便利于盒體之間的位移，以避免翼片的部件之間的應力。這是因為，盒體并排放置，因此它們在保持相鄰的同時可自由地彼此相對移動。密封板被單獨沿著其縱邊保持。由于受到高壓，各盒體抵靠相鄰翼片，因此密封板自身的負荷較輕，并壓靠在盒體上。
這種結構因此滿足了對立的兩方面的要求，其一是彎曲強度或第二彎矩面積的要求(借助盒體)，其二是柔性要求(借助于密封板)，因此經受壓力和提供密封的功能是獨立的。這就在盒體的相對位移(沒有應力產生)和機械應力水平之間獲得了較好折衷，該機械應力由施加的位移而產生的(翼片被彎曲)。這種結構因此特別適于應用到可變截面噴嘴中，其無論是包括短的會聚部分的噴嘴，還是也提供有一個分叉部分的噴嘴。
權利要求
1.一種用于可變截面渦輪機噴嘴的柔性隨動翼片(16)，該翼片被插入兩相鄰受控翼片(12、14)之間，且抵靠著該受控翼片被緊固裝置(34)保持，其特征在于，該翼片包括并排多個安裝在一支撐板(32)上的獨立橫向盒體(30)，該盒體經由它們的凸出縱邊(30A)相互接觸，且通過它們的橫邊(30B)被保持在支撐板上，該橫邊(30B)與支撐板的縱邊(32A)嚙合。
2.如權利要求1所述的柔性隨動翼片，其特征在于，與盒體的橫邊嚙合的所述支撐板的縱邊限定了各支撐區域，以用于支撐相鄰受控翼片。
3.如權利要求1所述的柔性隨動翼片，其特征在于，所述支撐板的縱邊包括用于將橫向盒體保持在適當位置上的保持凹口，每個凹口接收兩相鄰盒體的凸出縱邊的端部。
4.如權利要求2或3所述的柔性隨動翼片，其特征在于，所述多個橫向盒體中的其中一個盒體(38)還包括橫向保持條(36)，以用于將隨動翼片保持在休止位置上。
5.如權利要求4所述的柔性隨動翼片，其特征在于，所述保持條構成一短的直立支柱(38B)的終端橫臂(38C)，該短的直立支柱(38B)從所述橫向盒體的縱邊(30A)徑向延伸。
6.如權利要求4或5所述的柔性隨動翼片，其特征在于，所述橫向盒體為隨動翼片的一個端部橫向盒體。
7.如權利要求1所述的柔性隨動翼片，其特征在于，所述支撐板由相對柔性且可經受高溫的金屬板材料制成。
8.一種可變截面渦輪機噴嘴，它包括多個如權利要求1至7中任何一項所述的柔性隨動翼片。
全文摘要
在可變截面渦輪機噴嘴中，提供多個柔性隨動翼片，該柔性隨動翼片插入相鄰受控翼片之間，且抵靠著所述受控翼片被緊固裝置(34)保持，各隨動翼片包括多個并排安裝在支撐板(32)上的獨立橫向盒體(30)，該盒體經由其縱邊相互接觸，且經由其橫邊被保持在支撐板上，該橫邊與支撐板的縱邊嚙合，該支撐板的縱邊限定了各支撐區域，以用于支撐相鄰受控翼片。
文檔編號F02K1/00GK1576519SQ200410063380
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月8日 優先權日2003年7月8日
發明者埃馬紐埃爾·芒代 申請人:Snecma發動機公司