专利名称：用于涡轮发动机的防旋转护罩的制作方法
技术领域：
本发明的领域大体上涉及涡轮发动机，并且更特定而言涉及在用于涡轮护罩的防旋转特征中的某些新颖且有用的进步，下文为防旋转特征的说明书，该说明书参考了附图，且附图形成说明书的一部分。
背景技术：
涡轮发动机包括附连到转子的翼型件，转子围绕预定的旋转轴线旋转。环形护罩围绕翼型件周向定位且与翼型件间隔开。环形分体式涡轮壳体围绕护罩周向定位且与护罩联接。另外，防旋转装置被添加到护罩并与护罩联接，以防止护罩在发动机正常操作期间旋转。然而，该防旋转装置是除了涡轮发动机的其它构件之外必须安装、拆卸和/或维护的额外零件。
发明内容
本公开描述了用于带有180度分体式涡轮壳体的涡轮发动机的改进的护罩的实施例。该护罩具有一体式防旋转装置，其防止护罩在发动机正常操作期间的周向移动且允许周向安装。由于防旋转装置是护罩的一体部分，因而不需要组装或拆卸另外的零件。此夕卜，现有的涡轮壳体可以被再加工以接受防旋转装置且仍然与原始护罩设计向后兼容。通过参考结合附图进行的以下描述，本公开的其它特征和优点将变得显而意见。
现在简单地参照附图，其中:
图1是构造成用于在涡轮发动机中使用的改进的涡轮护罩的一部分的透视 图2是与图1的改进的涡轮护罩一体地形成的防旋转装置的局部近距离视 图3是图2的防旋转装置的另一局部近距离视 图4是图1的改进的涡轮护罩的内表面的平面 图4A是图1和图4的改进的涡轮护罩的端视 图4B是图1和图4的改进的涡轮护罩的前侧视 图4C是图1和图4的改进的涡轮护罩的另一端视 图4D是图1和图4的改进的涡轮护罩的后侧视 图4E是图1和图4的改进的涡轮护罩的背面的平面 图5是被构造成与图1、图4、图4A、图4B、图4C、图4D和图4E的改进的涡轮护罩联接的改进的涡轮壳体的部段的透视 图6是图5的改进的涡轮壳体的部段的透视图，示出了其与图1、图4、图4A、图4B、图4C、图4D和图4E的改进的涡轮护罩以及第二级喷嘴的联接，该喷嘴的一部分和与改进的涡轮护罩一体地形成的防旋转装置重叠；
图7、图8和图9是示意图，示出了图1、图4、图4A、图4B、图4C、图4D和图4E的改进的涡轮护罩的实施例的组装以及一体地形成的防旋转装置与形成于改进的涡轮壳体中的通道的接合；
图10是改进的涡轮护罩的第二实施例的内表面的平面 图11是图10的改进的涡轮护罩的第二实施例的背面的平面 图12是被构造成与图10和图11的改进的涡轮护罩联接的另一改进的涡轮壳体的部段的透视 图13是沿图12的线A-A’截取的图12的改进的涡轮壳体的一部分的剖视图；以及图14是图12的改进的涡轮壳体的部段的透视图，示出了其与图10和图11的改进的涡轮护罩以及第二级喷嘴的联接，该喷嘴的一部分和与改进的涡轮护罩一体地形成的防旋
转装置重叠。贯穿若干视图，相同的标号表示等同或对应的构件和单元，附图未按比例绘制，除非另外指明。
具体实施例方式如本文所用，以单数形式叙述和前接用词“一”或“一个”的元件或功能应被理解为并不排除多个所述元件或功能，除非明确叙述了这种排除。另外，对要求保护的本发明的“一个实施例”的引用不应被解释为排除也包括所叙述特征的另外实施例的存在。图1是构造成用于在涡轮发动机中使用的改进的涡轮护罩100的一部分的透视图。图2是与图1的改进的涡轮护罩100—体地形成的防旋转装置140的局部近距离视图。图3是图2的防旋转装置140的另一局部近距离视图。图4是示出图1的改进的涡轮护罩100的内表面142的平面图。图4A是图1和图4的改进的涡轮护罩100的端视图。图4B是图1和图4的改进的涡轮护罩100的前侧视图。图4C是图1和图4的改进的涡轮护罩100的另一端视图。图4D是图1和图4的改进的涡轮护罩100的后侧视图。图4E是示出图1和图4的改进的涡轮护罩100的护罩背衬面141的平面图。参照图1、图2、图3、图4、图4A、图4B、图4C、图4D和图4E，改进的涡轮护罩100 (以下称为“护罩100”)具有环形形状，但为了方便图示和描述，图中仅示出其一部分。如航空器发动机和发电领域的技术人员将理解的，改进的涡轮护罩100为涡轮发动机的构件。当安装在涡轮发动机中时，改进的涡轮护罩与附连到转子的翼型件略微间隔开且同轴地围绕该翼型件定位。当转子围绕预定的中心旋转轴线高速旋转时，翼型件在通过改进的涡轮护罩的装配形成的环形空间内高速转动，改进的涡轮护罩由同轴地围绕其定位的分体式环形涡轮壳体支撑。护罩100包括若干部段:主体130和与其连接的两个导轨一后导轨131和前导轨133。如本文所用，术语“后”是指涡轮发动机的下游部分，并且术语“前”(亦即“前部”)是指涡轮发动机的上游部分。后导轨131具有后边缘105。前导轨133具有前边缘107。如图1、图4A和图4C所示，主体130具有在其内表面142上的腔体135。腔体135是在侧壁143之间的主体130的凹进部分，侧壁143将后导轨131和前导轨133与主体130连接。因此，主体130的护罩背衬面141占据与后导轨131和前导轨133不同的平面。腔体135被构造成包含一面敞开的蜂窝芯(honeycomb core) 103。蜂窝芯由波状薄金属带构成,该金属带成型为布置成交错构型的均匀尺寸的六边形出个边的)胞室，其中每个胞室被彼此共享公共壁的6个相邻的胞室包围。蜂窝芯103通过金属钎焊操作连接到腔体135。该蜂窝结构提供了双重功能:第一个是提供在操作期间在发动机的旋转构件和静止构件之间的摩擦/接触/侵入事件中防止涡轮翼型件损坏的牺牲材料；且第二个是在旋转构件和静止构件之间维持小的顶端空隙，从而通过减少翼型件顶端周围的流动路径空气泄漏而改进发动机性能。一个或更多支撑件109或搭叠件与主体130的护罩背衬面141和后导轨131联接。每个支撑件109具有构造成与护罩100的主体130的护罩背衬面141联接的基部137、与基部137联接的支撑侧壁138、以及与支撑侧壁138联接的支撑导轨139。每个支撑件109由镍基或钴基金属片形成，并且使用点焊或备选的定位技术与护罩100联接，以准备用于将每个支撑件109永久性地结合/粘附到护罩背衬面141的金属钎焊操作。另外，每个支撑件109用来将护罩100径向地保持在壳体组件内，从而确保护罩100与旋转的翼型件同轴。在一个实施例中，护罩100的前导轨133具有一体地形成于其中的防旋转装置140。防旋转装置140包括固定的基部端111、弹性部分110以及包括突出部(tab) 120的自由端113。具有预定形状、宽度和长度的基部间隙119将防旋转装置140的基部端111与邻接侧壁143的前导轨133的第一部分隔开。基部间隙119用来将防旋转特征140的基部处的应力减小至护罩100的材料能力内。预定长度和宽度的第二间隙117从基部间隙119延伸，基本上平行于前导轨133的前边缘107，并且经过弹性部分110的自由端113的端面121。第二间隙117将防旋转装置140的弹性部分110和自由端113与邻接侧壁143的前导轨133的第二部分隔开。因此，弹性部分110为柔性的，并且若带有突出部120的自由端113和/或弹性部分110相对于前导轨133移动，则被偏压以使自由端113返回至图1所示的位置。如图1、图2、图3、图4和图4E所示，第三间隙115或切口将弹性部分110的自由端113的端面121与前导轨133的相邻第三部分隔开。第三间隙115被定尺寸和构造成允许防旋转装置140的自由端113相对于前导轨133移动。在一个实施例中，第三间隙115正交于第二间隙117。另外，突出部120从前导轨133的护罩背衬面141向外突出预定距离。突出部120具有高度与前导轨133的厚度相等或大约相等的端面121。成角度(angled)表面123与端面121联接，以预定角度朝基部端111倾斜。成角度表面123与主表面125联接。主表面125又与正交或几乎正交的突出表面127联接，突出表面127与弹性部分110联接。图5是改进的分模线(split line)涡轮壳体200 (以下称为“壳体200”)的部段的透视图，其被构造成与图1、图4、图4A、图4B、图4C、图4D和图4E的改进的涡轮护罩100联接。根据该实施例，壳体200包括金属、金属合金、复合材料或它们的组合。参照图5，虽然为了清楚和方便图示而仅示出一部分，但改进的涡轮壳体200为环形的且由至少两个180度的半部形成，其中壳体200的轴线与发动机中心线共线且与翼型件的旋转同轴。另外，壳体200具有形成于其中的多个平行的凹槽、通道和导轨。例如，第一护罩凹槽209 (例如，第一级护罩凹槽209)形成为与壳体200的前边缘207相邻且基本平行。在一个实施例中，护罩凹槽209包括间隔开以在其间形成腔体231的第一导轨225 (例如前导轨225)和第二导轨227 (例如，后导轨227)。另外，第一通道229形成于前导轨225和后导轨227的对应上部中。另外，后导轨227包括形成于其下部中的第二通道233，在与第一通道229相反的后导轨227的一侧下方和之上。壳体200还包括第三导轨215，例如，定位在后导轨227和护罩凸缘(ledge) 223之间且与它们间隔开的喷嘴导轨215。换言之，喷嘴导轨215在后导轨227后方且与其间隔开，并且也与护罩凸缘223间隔开且在其前方，如图5所示。一个或更多凹口 217形成于喷嘴导轨215的上部中。每个凹口 217具有与第二表面237相对地定位的第一表面235。第一表面235被构造成至少接合图1、图2、图3、图4、图4A、图4B、图4C、图4D和图4E的防旋转装置140的突出部120的突出表面127。在涡轮发动机的组装和拆卸期间，第二表面237靠近且可接触图1、图2、图3、图4、图4A、图4B、图4C、图4D和图4E的防旋转装置140的突出部120的成角度表面123。在后导轨227和喷嘴导轨215之间的空间形成用于第二级喷嘴(图5中未示出)的喷嘴凹槽211。喷嘴导轨215和护罩凸缘223之间的空间形成第二护罩凹槽213，例如第二级护罩凹槽213。第二护罩凹槽213具有定位在喷嘴导轨215的上表面和护罩凸缘223的上表面下方的表面219。如图所示，护罩凸缘223邻近且平行于壳体200的后部205，并且包括沿其顶部前边缘的凸缘221。图6是图5的改进的涡轮壳体200的部段的透视图，示出了其与图1、图4、图4A、图4B、图4C、图4D和图4E的改进的涡轮护罩100以及第二级喷嘴300的联接，该喷嘴的一部分301和与改进的涡轮护罩100 —体地形成的防旋转装置140的实施例重叠。第二级喷嘴300定位在喷嘴凹槽211内。如图所示，当安装时，护罩100占据壳体200的第二护罩凹槽213，其中护罩的后导轨131靠近壳体200的后部205定位，并且护罩的前导轨133朝壳体200的前部207定位。特别地，护罩的后导轨131接触护罩凸缘223，并且护罩的前导轨133接触喷嘴导轨215。护罩的支撑带109的基部137不接触第二护罩凹槽213的表面219，且与所述表面形成间隙/空隙/腔体。此外，支撑带109的支撑导轨139维持与沿护罩凸缘223的上部前边缘形成的凸缘221的间隙配合。弹性部分110(图1)被偏压以使防旋转装置140的突出部120与形成于涡轮壳体200的喷嘴导轨215中的凹口 217配合或联接。一旦如图所示被安装，包括防旋转装置140 (图1)及其所有构件的护罩100的前导轨133便被定位在第二级喷嘴凹槽211内的第二级喷嘴300的部分301 (例如喷嘴悬垂部301)重叠。通过与防旋转装置140重叠，喷嘴悬垂部301防止防旋转装置140的突出部120脱离形成于喷嘴导轨215中的凹口 217。因此，防旋转装置140的突出部120与形成于壳体200的喷嘴导轨215中的凹口 217之间的联接防止护罩100在发动机操作期间旋转。然而，在发动机拆卸期间第二级喷嘴300的移除露出护罩100的前导轨133，包括防旋转装置140。之后，护罩100在与翼型件正常旋转方向相反的方向上的周向旋转导致凹口 217的第二表面237 (图5)接触防旋转装置140的突出部120的成角度表面123 (图5)，并且使防旋转装置140的突出部120向上升高并离开凹口 217。图7、图8和图9是示意图，示出了图1、图4、图4A、图4B、图4C、图4D和图4E的改进的涡轮护罩100的实施例的组装以及一体地形成的防旋转装置140与形成于改进的涡轮壳体200的喷嘴导轨215中的凹口 217的接合。在这些图中，喷嘴导轨215后部的成角度线表示蜂窝芯103。箭头403表示在涡轮发动机正常操作期间翼型件的旋转方向。箭头400指示在组装和/或拆卸期间护罩100的周向旋转方向。箭头205表示涡轮壳体200的后部，并且箭头207表示涡轮壳体200的前部。在一个实施例中，护罩100的该周向旋转方向400与翼型件401的旋转方向403相反。首先看图7，具有接触涡轮壳体200的喷嘴导轨215的前导轨133的涡轮护罩100在由箭头400表示的组装方向上周向地旋转，直到如图8所示防旋转装置140的突出部120配合在形成于喷嘴导轨215中的凹口 217内且与凹口 217的第一表面235联接。如图7所示，防旋转装置140的自由端113最初靠置在喷嘴导轨215的上表面上，并且因此向上且远离前导轨133和喷嘴导轨215被偏压，以在组装或拆卸期间允许防旋转装置140的突出部120的主表面125和/或成角度表面123沿着涡轮壳体200中的喷嘴导轨215滑动。当防旋转装置140的自由端113在凹口 217上方时，偏压的弹性部分110 (图1)的弹簧作用使防旋转装置140的突出部120移入凹口 217中。由于突出部120的突出表面127 (例如，承载表面127)在旋转的翼型件的相同方向上，因而护罩100被认为是防旋转的。此后，在护罩100处于合适位置之后，周向地组装喷嘴(图6中的300)。喷嘴300的后部301将与防旋转装置140的流动路径侧重叠，从而防止防旋转装置140的突出部120和/或自由端113脱离凹口 217。当防旋转装置140的突出部120配合在凹口 217内时，防旋转装置140平行或基本上平行于护罩100的前导轨133的平面，并且准备被喷嘴300 (图6)的部分301 (图6)重叠。如图9所示，由翼型件401的正常旋转导致的振动和力趋于至少将防旋转装置140的突出部120的突出表面127和凹口 217的第一表面235驱动得更靠近在一起。然而，一旦防旋转装置140的突出部120和凹口 217的第一表面235接合，护罩100在翼型件旋转方向403上的进一步周向移动便停止。图10是改进的涡轮护罩100的第二实施例的内表面的平面图。图11是图10的改进的涡轮护罩的第二实施例的背面的平面图。参照图10和图11，该第二实施例与此前关于图1、图2、图3、图4、图4A、图4B、图4C、图4D和图4E描述的等同，除了接纳防旋转装置140的突出部120的凹口 217形成于前导轨133中而不是在涡轮壳体200 (图5)的导轨215(图5)中。后导轨131、支撑带109和蜂窝103与此前描述的相同。图12是被构造成与图10和图11的改进的涡轮护罩100联接的另一改进的分体式涡轮壳体200的部段的透视图。该第二实施例与此前关于图5描述的等同，除了导轨215的一部分具有包括弹性部分110的防旋转装置140。弹性部分110与导轨215以间隙117隔开。弹性部分110的自由端113包括突出部120，其具有成角度表面123和主表面127，如前所述。后部205、前部207、后导轨227、第一级护罩凹槽209、第二级喷嘴凹槽211和第二级护罩凹槽213也如前所述。图13是沿图12中的线A-A’截取的图12的改进的涡轮壳体200的一部分的剖视图，该图进一步示出形成于改进的涡轮壳体200的导轨215中的防旋转装置140的第二实施例。如图13所示，弹性部分110的自由端113包括突出部120。突出部120包括与主表面125联接的突出表面127。主表面125与成角度表面123联接。成角度表面123与端面121联接。端面121与导轨215的相对部分以间隙115隔开。图14是图12的改进的分体式涡轮壳体200的部段的透视图，示出了其与图10和图11的改进的涡轮护罩100以及第二级喷嘴300的联接，该喷嘴的一部分和与改进的分体式涡轮壳体200的导轨215 —体地形成的防旋转装置140重叠。如图所示，当安装时，护罩100占据壳体200的第二护罩凹槽213，其中护罩的后导轨131靠近壳体200的后部205定位，并且护罩的前导轨133朝壳体200的前部207定位。特别地，护罩的后导轨131接触护罩凸缘223，并且护罩的前导轨133接触喷嘴导轨215。护罩的支撑带109的基部137不接触第二护罩凹槽213的表面219，且与所述表面形成间隙/空隙/腔体。此外，支撑带109的支撑导轨139维持与沿护罩凸缘223的上部前边缘形成的凸缘221的间隙配合。弹性部分110被偏压以使防旋转装置140的突出部120与形成于护罩100的前导轨133中的凹口 217配合或联接。一旦如图所示被安装，包括防旋转装置140 (图1)及其所有构件的护罩100的前导轨133便被定位在第二级喷嘴凹槽211内的第二级喷嘴300的部分301 (例如喷嘴悬垂部301)重叠。通过与防旋转装置140重叠，喷嘴悬垂部301防止防旋转装置140的突出部120脱离形成于护罩100的前导轨133中的凹口 217。因此，防旋转装置140的突出部120与凹口 217之间的联接防止护罩100在发动机操作期间旋转。然而，在发动机拆卸期间第二级喷嘴300的移除露出护罩100的前导轨133，包括防旋转装置140。之后，护罩100在与翼型件正常旋转方向相反的方向上的周向旋转导致凹口 217的表面接触防旋转装置140的突出部120的成角度表面123，并且使防旋转装置140的突出部120移出凹口 217。本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够制作和使用本发明。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有与权利要求的字面语言没有差别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这样的其它示例意图在权利要求的范围内。虽然本发明的具体特征在一些附图中而未在其它附图中示出，但这仅是为了方便，因为每个特征可以与根据本发明的其它特征中的任一个或全部结合。如本文所用，词语“包括”、“包含”、“具有”和“带有”应被广义且全面地解释，而不局限于任何物理互连。此夕卜，本申请中公开的任何实施例不应被视为唯一可能的实施例。本领域的技术人员会想到其它实施例，这些实施例在所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种分模线润轮壳体,包括: 喷嘴导轨，其具有在其中的凹口，所述凹口被构造成接纳形成于涡轮护罩的一部分上的防旋转装置的突出部；以及 护罩凸缘，其定位成靠近所述涡轮壳体的后部并与所述喷嘴导轨间隔开以在它们之间形成护罩凹槽。
2.—种润轮护罩,包括: 主体，其具有前导轨和后导轨；以及 防旋转装置，其一体地形成于所述前导轨的一部分中。
3.根据权利要求2所述的涡轮护罩，其特征在于，所述防旋转装置包括: 基部端，其与所述前导轨联接并与邻近所述涡轮护罩的侧壁的所述前导轨的第一部分相隔第一间隙； 弹性部分，其从所述基部端延伸且终止于自由端，所述弹性部分与邻近所述侧壁的所述前导轨的第二部分相隔第二间隙；以及 突出部，其形成于所述自由端处，并且被构造成配合在形成于分模线涡轮壳体的喷嘴导轨中的凹口内且与所述凹口联接。
4.根据权利要求3所述的涡轮护罩，其特征在于，所述突出部还包括: 端面，其与所述前导轨的相邻的第三部分相隔第三间隙； 成角度表面，其与所述端面联接且从所述端面延伸； 主表面，其与所述成角度表面联接且从所述成角度表面延伸；以及 突出表面，其在所述弹性部件和所述主表面之间联接且正交地延伸。
5.根据权利要求4所述的涡轮护罩，其特征在于，所述第二间隙从所述第一间隙延伸经过所述自由端且平行于所述前导轨的前边缘。
6.根据权利要求4所述的涡轮护罩，其特征在于，所述第三间隙正交于所述第二间隙。
7.—种润轮护罩,包括: 防旋转装置，其具有弹性部分，所述防旋转装置在涡轮叶片旋转方向上取向，以防止所述涡轮护罩在发动机操作期间相对于分模线涡轮壳体的旋转。
8.—种分模线润轮壳体,包括: 导轨；以及 防旋转装置，其形成于所述导轨中，其中所述防旋转装置包括: 弹性部分，其从基部端延伸且终止于自由端，所述弹性部分以间隙与所述导轨分隔开；以及 突出部，其形成于所述自由端处，并且被构造成配合在形成于涡轮护罩的一部分中的凹口内且与所述凹口联接。
全文摘要
一种用于涡轮发动机的护罩。该护罩具有一体式防旋转装置，其防止护罩在发动机正常操作期间的周向移动，并且允许在分体式环形壳体设计中的周向安装。由于防旋转装置是护罩和/或环形分体式涡轮壳体的一体部分，因而不需要安装或拆卸另外的零件。此外，现有的环形分体式涡轮壳体可以被再加工以接受防旋转装置且仍然与原始护罩设计向后兼容。
文档编号F01D25/24GK103168150SQ201180052211
公开日2013年6月19日 申请日期2011年10月4日 优先权日2010年10月29日
发明者G.J.陈, V.H.S.科雷亚 申请人:通用电气公司