燕尾式复合出口导向轮叶组件及其组装方法与流程

1.本主题大体上涉及出口导向轮叶，更具体地，涉及一种燕尾式复合出口导向轮叶组件及其组装方法。


背景技术：

2.涡轮机(例如燃气涡轮)中的旋转叶片在操作期间可能会承受极高的温度和高速。在燃气涡轮中，轴流式压缩机在压力下供应用于通过涡轮区段膨胀的空气，并且通常包括被壳体包围的转子。壳体通常包括两个半圆柱形区段，可拆卸地连结在一起。转子包括多个级，每个级包括转子盘，转子盘具有围绕其外缘定位的单排叶片。这些级连结在一起并连结到涡轮驱动轴。壳体支撑多级或环形排的定子轮叶。定子叶片级位于压缩机叶片级之间，有助于压缩强制通过压缩机的空气，并将气流以适当的角度引导到转子叶片的下一级，以提供平稳、均匀的气流通过压缩机。
3.一些涡轮组件，包括那些由金属制成的组件，将定子叶片附接到壳体上。然而，这些组件可以包括也由金属制成的多种类型的支撑件，这潜在地使得组件笨重。这些组件还可能由于金属与金属的接触而受到磨损，从而增加轮叶系统中的摩擦，这反过来可以阻止或干扰轮叶的运动，这可能导致发动机失速。涡轮机的维修包括拆卸压缩机壳体和拆卸定子轮叶组件。这可能是昂贵的，耗时的，且需要熟练的工人。此外，笨重的组件可能更重，导致涡轮机的操作效率较低。
4.因此，替代的出口导向轮叶将在本领域中受到欢迎。
附图说明
5.说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本公开的完整且能够实现的公开，包括其最佳模式，说明书参考了附图，其中：
6.图1是可根据本公开的实施例检查的示例性燃气涡轮的示意图；
7.图2是燃气发动机涡轮内的高压涡轮的局部横截面视图；
8.图3示出了具有多个压缩机级的高压压缩机的横截面视图；
9.图4是燃气涡轮发动机的出口导向轮叶组件的侧视图。
10.图5是用于将出口导向轮叶组件附接到燃气涡轮发动机的锚固支架的图示；
11.图6是附接到燃气涡轮发动机的出口导向轮叶组件的横截面；
12.图7示出了用于燃气涡轮发动机的出口导向轮叶组件的实施例的侧视图；以及
13.图8图示了根据本主题的方面的用于附接出口导向轮叶组件的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
14.现在将详细参考本公开的实施例，在附图中示出一个或多个示例。每个示例是通过解释本公开的方式提供的，而不是对本公开的限制。事实上，对于本领域技术人员来说显
而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对本公开进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，本公开旨在涵盖落入所附权利要求及其等价物范围内的这些修改和变化。
15.如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用以区分一个部件与另一个部件，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
16.除非本文另有说明，否则术语“联接”、“固定”、“附接到”等既指直接联接、固定或附接，也指通过一个或多个中间部件或特征间接联接、固定或附接。
17.除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数指示。
18.在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可用于修饰任何可允许变化而不导致其相关的基本功能发生变化的定量表示。因此，由诸如“约”之类的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在某些情况下，近似语言可能对应于用于测量该值的仪器的精度。例如，近似语言可以指在1％、2％、4％、10％、15％或20％裕度内。这些近似裕度可应用于单个值，定义数值范围的任一端点或两个端点，和/或端点之间范围的裕度。
19.此外，在没有进一步具体的情况下，术语“转子叶片”是指压缩机或涡轮的旋转叶片，包括压缩机转子叶片和涡轮转子叶片。在没有进一步具体的情况下，术语“定子轮叶”是指压缩机或涡轮的固定轮叶，包括压缩机定子轮叶和涡轮轮叶叶片。在没有进一步具体的情况下，术语“压缩机叶片”是指压缩机转子叶片和压缩机定子叶片两者。本文将使用术语“叶片”来指代任一类型的叶片。因此，在没有进一步具体说明的情况下，术语“叶片”包括所有类型的涡轮发动机叶片，包括压缩机转子叶片、压缩机定子叶片、涡轮转子叶片和涡轮定子叶片。此外，描述性或独立术语“叶片表面”可以指代任何类型的涡轮或压缩机叶片，并且可以包括叶片的任何或所有部分，包括吸力侧面、压力侧面、叶片尖端、叶片护罩、平台、根部和柄部。
20.最后，考虑到压缩机和涡轮围绕中心公共轴线的构造，以及许多燃烧器类型共有的圆柱形构造，在此可以使用描述相对于轴线的位置的术语。在这点上，应当理解，术语“径向”是指垂直于轴线的运动或位置。与此相关，可能需要描述与中心轴线的相对距离。在这种情况下，例如，如果第一部件比第二部件更靠近中心轴线，则第一部件将被描述为在第二部件的“径向向内”或“内侧”。另一方面，如果第一部件比第二部件更远离中心轴线，则第一部件在本文中将被描述为在第二部件的“径向向外”或“外侧”。另外，如将理解的，术语“轴向”指的是平行于轴线的运动或位置。最后，术语“周向”是指围绕轴线的运动或位置。如所提到的，虽然这些术语可以关于延伸通过发动机的压缩机和涡轮区段的公共中心轴线来应用，但是这些术语也可以关于发动机的其他部件或子系统来使用。
21.一般而言，本主题涉及出口导向轮叶，更具体地，涉及包括一种具有球根状端部或球根状轮廓(例如燕尾端)的出口导向轮叶的复合出口导向轮叶组件及其组装方法。
22.现在参考附图，图1图示了根据本主题的方面的可以在飞行器内使用的燃气涡轮发动机10的一个实施例的横截面视图，为了参考的目的，燃气涡轮发动机10被示出具有延伸穿过其中的纵向或轴向中心线轴线c。一般而言，燃气涡轮发动机10可包括核心燃气涡轮发动机(总体上由附图标记14表示)和定位在其上游的风扇区段16。核心发动机14通常可以包括基本上管状的外壳体18，其限定了环形入口20。此外，外壳体18可进一步包围并支撑增压压缩机22，用于将进入核心发动机14的空气的压力增加到第一压力水平。高压、多级、轴
流式压缩机24然后可以接收来自增压压缩机22的加压空气并且进一步增加这种空气的压力。离开高压压缩机24的加压空气然后可以流到燃烧器26，在燃烧器26内燃料被喷射到加压空气流中，得到的混合物在燃烧器26内燃烧。高能燃烧产物从燃烧器26沿燃气涡轮发动机10的热气路径被引导至第一(高压)涡轮28，用于经由第一(高压)驱动轴30驱动高压压缩机24，然后经由与第一驱动轴30大致同轴的第二(低压)驱动轴34到达第二(低压)涡轮32，用于驱动增压压缩机22和风扇区段16。在驱动涡轮28和32中的每一个之后，燃烧产物可以经由排气喷嘴36从核心发动机14排出以提供推进喷射推力。
23.应当理解，每个压缩机22、24可以包括多个压缩机级，每个级包括固定压缩机轮叶的环形阵列和紧邻压缩机轮叶下游定位的旋转压缩机叶片的环形阵列。类似地，每个涡轮28、32可以包括多个涡轮级，每个级包括固定喷嘴轮叶的环形阵列和紧邻喷嘴轮叶下游定位的旋转涡轮叶片的环形阵列。
24.此外，如图1所示，燃气涡轮发动机10的风扇区段16通常可以包括可旋转的轴流式风扇转子组件38，其被构造成被环形风扇壳体40包围。本领域普通技术人员应当理解，风扇壳体40可以构造成通过多个基本上径向延伸的、周向间隔开的出口导向轮叶110相对于核心发动机14被支撑。因此，风扇壳体40可封闭风扇转子组件38及其对应的风扇转子叶片44。此外，风扇壳体40的下游区段46可以在核心发动机14的外部部分上延伸，以便限定提供额外推进喷射推力的辅助或旁通气流管道48。
25.应当理解，在若干实施例中，第二(低压)驱动轴34可以直接联接到风扇转子组件38以提供直接驱动构造。或者，第二驱动轴34可经由减速装置37联接到风扇转子组件38，以提供间接驱动或齿轮驱动构造。这种减速装置也可以根据需要或要求设置在燃气涡轮发动机10内的任何其他合适的轴和/或线轴之间。
26.在燃气涡轮发动机10的操作期间，应当理解初始空气流(由箭头50指示)可以通过风扇壳体40的相关入口52进入燃气涡轮发动机10。空气流50然后通过风扇叶片44并分成移动通过气流管道48的第一压缩空气流(由箭头54指示)和进入增压压缩机22的第二压缩空气流(由箭头56指示)。然后第二压缩空气流56的压力增加并进入高压压缩机24(如箭头58所示)。在与燃料混合并在燃烧器26内燃烧之后，燃烧产物60离开燃烧器26并流过第一涡轮28。此后，燃烧产物60流过第二涡轮32并离开排气喷嘴36以为燃气涡轮发动机10提供推力。
27.如上所述，燃气涡轮发动机10还可以包括通过其壳体和/或框架限定的多个进入端口，用于提供进入核心发动机14内部的通道。例如，如图1所示，燃气涡轮发动机10可包括多个压缩机进入端口62(仅示出其中三个)，这些压缩机进入端口62限定通过外壳体18，用于提供对压缩机22、24之一或两者的内部进入。类似地，如图所示，在所示实施例中，燃气涡轮发动机10可包括多个涡轮进入端口64(仅示出其中三个)，这些涡轮进入端口64限定通过外壳体18，用于提供到涡轮28、32之一或两者的内部进入。在若干实施例中，进入端口62、64可沿核心发动机14轴向间隔开。例如，压缩机进入端口62可以沿每个压缩机22、24轴向间隔开，使得至少一个进入端口压缩机位于每个压缩机级处，以提供对位于该级内的压缩机轮叶和叶片的进入。类似地，涡轮进入端口64可沿每个涡轮28、32轴向间隔开，使得至少一个涡轮进入端口64位于每个涡轮级处，以提供对位于该级内的喷嘴轮叶和涡轮叶片的进入。
28.应当理解，尽管在本文中一般参考提供对压缩机22、24之一或两者的内部进入和/或用于提供对涡轮28、32之一或两者的内部进入来描述进入端口62、64，燃气涡轮发动机10
可以包括提供进入燃气涡轮发动机10的任何合适的内部位置的进入端口，例如通过包括提供进入燃烧器26和/或燃气涡轮发动机10的任何其他合适的部件内的进入端口。此外，本公开可用于检查燃气涡轮发动机10的任何部件。
29.应当理解，图1中描绘和上面描述的示例性燃气涡轮发动机10仅作为示例提供。在其他实施例中，燃气涡轮发动机10可以具有任何其他合适的构造，例如与风扇44的齿轮连接；变桨距风扇；任何合适数量的轴/线轴、压缩机或涡轮；等等。此外，虽然描述为涵道涡扇发动机，但在其他实施例中，燃气涡轮发动机10可构造为非涵道涡扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机等。
30.现在参考图2，根据本主题的实施例示出了以上参考图1描述的第一(或高压)涡轮28的局部横截面视图。如图所示，第一涡轮28可包括第一级涡轮喷嘴66和紧邻喷嘴66下游的旋转涡轮叶片68(其中一个被示出)的环形阵列。喷嘴66通常可以由环形流动通道限定，该环形流动通道包括多个径向延伸的、圆形间隔的喷嘴叶片70(其中一个被示出)。叶片70可以支撑在多个弓形外带72和多个弓形内带74之间。另外，周向隔开的涡轮叶片68通常可以构造成从围绕燃气涡轮发动机10的中心线轴线c(图1)旋转的转子盘(未示出)径向向外延伸。此外，涡轮护罩76可紧邻涡轮叶片68的径向外尖端定位，以便限定沿燃气涡轮发动机10的热气路径流过涡轮28的燃烧产物60的外径向流动路径边界。
31.如上所述，涡轮28通常可包括任意数量的涡轮级，每一级包括喷嘴叶片的环形阵列和后续涡轮叶片68。例如，如图2所示，涡轮28的第二级的喷嘴叶片78的环形阵列可以直接位于涡轮28的第一级的涡轮叶片68的下游。
32.此外，如图2所示，多个涡轮进入端口64a、64b可以通过涡轮壳体和/或框架限定，多个涡轮进入端口64a、64b中的每一个被构造为在不同的轴向位置处提供对涡轮28内部的进入。具体地，如上所述，在若干实施例中，多个涡轮进入端口64a、64b可以轴向间隔开以使得多个涡轮进入端口64a、64b中的每一个与涡轮28的不同级对齐或以其他方式提供对涡轮28的不同级的内部进入。例如，如图2所示，第一涡轮进入端口64a可限定为通过涡轮壳体/框架以提供对涡轮28的第一级的进入，而第二涡轮进入端口64b可以限定通过涡轮壳体/框架以提供对涡轮28的第二级的进入。
33.应当理解，类似的涡轮进入端口64a、64b也可以设置用于涡轮28的任何其他级和/或用于第二(或低压)涡轮32的任何涡轮级。还应当理解，除了图2中所示的轴向隔开的涡轮进入端口64之外，进入端口也可以设置在不同的周向间隔的位置处。例如，在一个实施例中，多个周向隔开的进入端口可限定为在每个涡轮级处通过涡轮壳体/框架，以在围绕涡轮级的多个周向位置处提供对涡轮28的内部进入。
34.现在参考图3，根据本主题的实施例示出了上面参考图1描述的高压压缩机24的局部横截面视图。如图所示，高压压缩机24可以包括多个压缩机级，每个级包括固定压缩机轮叶80的环形阵列(每个级仅示出其中一个)和可旋转压缩机叶片82的环形阵列(每个级仅示出其中一个)。每排压缩机轮叶80通常构造成将流过高压压缩机24的空气引导到紧邻其下游的一排压缩机叶片82。
35.此外，如上所述，高压压缩机24可以包括多个压缩机进入端口62a、62b、62c、62d，这些进入端口62a、62b、62c、62d被限定通过压缩机壳体/框架，多个压缩机进入端口62a、62b、62c、62d中的每一个构造成在不同的轴向位置处提供对压缩机24内部的进入。具体地，
在若干实施例中，多个压缩机进入端口62a、62b、62c、62d可以轴向间隔开以使得多个压缩机进入端口62a、62b、62c、62d中的每一个与压缩机24的不同级对齐或以其他方式提供对压缩机24的不同级的内部进入。例如，如图3所示，第一、第二、第三和第四压缩机进入端口62a、62b、62c、62d被示出，它们分别提供对高压压缩机24的四个连续级的进入。
36.应当理解，也可以为高压压缩机24的任何其他级和/或增压压缩机22的任何级提供类似的进入端口。还应当理解，除了图3中所示的轴向隔开的压缩机进入端口62之外，进入端口也可以设置在不同的周向间隔的位置处。例如，在一个实施例中，可以在每个压缩机级处限定多个周向间隔的进入端口，以在围绕压缩机级的多个周向位置处提供对高压压缩机24的内部进入。
37.现在参考图4，示出了根据本主题的示例性实施例的出口导向轮叶组件100的立体示意图。出口导向轮叶组件100包括出口导向轮叶110，出口导向轮叶110包括在轴向方向a上从基部112延伸到顶部115的整体式主体111。基部112可以在沿轴线a的比顶部115更低的位置。此外，基部112和顶部115中的至少一个可以包括球根状轮廓120。在一个示例性实施例中并且如图4所示，球根状轮廓120可以在基部112上。然而，在至少一些实施例中，基部112和顶部115都可以具有球根状轮廓120。球根状轮廓120在径向方向r(例如，其中径向方向r正交于轴向方向a)上的厚度大于整体式主体111在径向方向r上的厚度，例如呈燕尾形。在示例性实施例中，球根状轮廓120的厚度与整体式主体111在径向方向r上的厚度的比率大于约1.2。在基部112和顶部115均具有球根状轮廓120的某些非限制性实施例中，基部112的球根状轮廓120的厚度和顶部115的球根状轮廓120的厚度可以基本相似。
38.出口导向轮叶110也由复合材料制成。将复合材料用于燃气涡轮发动机10中的出口导向轮叶110可以提供额外的优势(例如更轻的重量)，导致涡轮效率更高。在至少一些示例性实施例中，复合材料是聚合物基质复合材料，例如碳复合材料，例如层压和/或编织纤维。
39.在一些实施例中，出口导向轮叶110可以使用增材制造形成。增材制造技术通常可以描述为通过逐点、逐层、通常在竖直方向上构建对象来制造对象。例如，此类示例性增材制造方法可以利用包括粉末床熔合(pbf)技术的增材制造技术，例如直接金属激光熔化(dmlm)技术、选择性激光熔化(slm)技术、定向金属激光烧结(dmls)技术或选择性激光烧结(sls)技术。在示例性的pbf技术中，粉末材料的薄层顺序地施加到构建平面上，然后以逐层的方式选择性地彼此熔化或熔合以形成一个或多个三维物体。使用这些方法中的一种或多种增材制造的物体在本质上通常可以是整体的并且可以具有多种完整的子部件。
40.另外或替代地，合适的增材制造技术包括例如熔融沉积建模(fdm)技术、直接能量沉积(ded)技术、激光工程净成形(lens)技术、激光净形制造(lnsm)技术、直接金属沉积(dmd)技术、数字光处理(dlp)技术、还原聚合(vp)技术、立体光固化成型(sla)技术和其他利用能量束的增材制造技术。
41.其他制造方法被考虑并且在本公开的范围内。例如，尽管本文的讨论涉及材料的添加以形成连续的层，但当前公开的主题可以用任何增材制造技术或其他制造技术来实践，包括层增材处理、层减材处理或混合处理。
42.此外，在一些示例性实施例中，例如，如图4和6所示，出口导向轮叶110是定子轮叶。然而，还应当理解，出口导向轮叶110可以指如图6所示的任何固定轮叶。出口导向轮叶
110，例如定子轮叶，可以使用锚固支架130在一个或多个附接点158处附接至燃气涡轮发动机10。通常，锚固支架130可包括锚固基部132和接合槽134，其中接合槽134由至少一个侧面结构136限定。在一些实施例中，至少一个侧面结构136a、136b可以包括至少两个侧面结构136a和136b，如图4和5所示。此外，锚固支架130还可包括由侧面结构136、136b和锚固基部132限定的多个凹槽138a、138b。凹槽138a和138b可各自具有足够大的面积以允许包括一个或多个附接构件155，以在一个或多个附接点158处附接锚固支架130。在一些实施例中，一个或多个附接点158可指发动机壳体140和/或风扇壳体40上的一个或多个点，如图1所示。
43.在某些非限制性实施例中，出口导向轮叶110的球根状端部120，例如具有球根状轮廓120的整体式主体111的端部，被构造成滑入锚固支架130的接合槽134中。接合槽134足够大以允许球根状端部120适配在接合槽134内，但又足够小以使球根状端部120不会从接合槽134中掉出。接合槽134还可沿轴向方向a为直的、锥形的和弯曲的中的至少一种。然而，应当理解，接合槽134可以是任何其他形状，该形状可以被构造成接收出口导向轮叶110的球根状轮廓120。
44.此外，在出口导向轮叶110和锚固支架130之间放置间隔件(spacer)150，如图4和6所示。间隔件150例如通过摩擦力与出口导向轮叶110和/或锚固支架130相互作用，以保持在原位。然而，应当理解，间隔件150可替代地或附加地通过机械和/或其他方式联接到出口导向轮叶110、锚固支架130或两者。在一些实施例中，间隔件150可以是复合材料，例如聚合物基质复合材料。例如，聚合物基质复合材料可包括碳复合层压材料和/或碳复合编织纤维中的一种或多种。此外，在一些实施例中，间隔件150可以是与出口导向轮叶110相同的材料。然而，替代地，间隔物150可以是金属，例如铝、钛、镍和/或它们的合金。
45.现在具体参考图6，出口导向轮叶组件100可通过锚固支架130附接到燃气涡轮发动机的发动机框架140。燃气涡轮发动机，具体地，高压压缩机24(未示出)限定更靠近燃气涡轮发动机10的中心轴线c的内跨度is以及远离燃气涡轮发动机10的中心轴线c(例如，更靠近燃气涡轮发动机10的外侧)的外跨度os。如图6所示，每个出口导向轮叶110可以是出口导向轮叶组件100的一部分，使得发动机壳体140具有一个或多个出口导向轮叶组件100，例如两个或多个出口导向轮叶组件100，例如三个或更多出口导向轮叶组件100等。在一些实施例中，涡轮机中的所有出口导向轮叶110都是出口导向轮叶组件100的一部分。然而，应当理解，在一些实施例中，一些出口导向轮叶100可以通过其他方式附接到发动机框架/壳体140。
46.锚固支架130可以使用一个或多个附接构件155附接到内跨度is、外跨度os或两者。另外，简要地参考图5，锚固基部132可以包括多个开口156，一个或多个附接构件155延伸穿过这些开口。如前所述，凹槽138a和138b各自具有足够大的面积以允许包含一个或多个附接构件155和/或多个开口156。一个或多个附接构件155可以延伸穿过多个开口156，所述多个开口156形成为轴向地(a)或径向地(r)穿过锚固支架130。一个或多个附接构件155可由金属材料制成，例如镍和/或镍合金(例如，铬镍铁合金)。在某些实施例中，一个或多个附接构件155可以是螺栓、杆、螺钉、铆钉和/或任何其他类型的紧固件。此外，一个或多个附接构件155可指将锚固支架130安全地固定到发动机框架140所需的任何数量的附接构件155。例如，出口导向轮叶组件100可包括两个或更多个附接构件155，例如三个或更多个附接构件155，例如四个或更多个附接构件155。在某些实施例中，附接构件155将仅使用五个
或更少的附接构件155，例如四个或更少的附接构件155，或例如三个或更少的附接构件155。
47.还将理解，出口导向轮叶组件100还可包括多于一个的锚固支架130，如图7所示。例如，如上所述，出口导向轮叶110可包括在基部112和/或顶部115处的球根状轮廓120，例如在基部112处的第一球根状轮廓120a和在顶部115处的第二球根状轮廓120b。出口导向轮叶组件100中的锚固支架130可以是第一锚固支架130a并且还可以包括第二锚固支架130b。第一锚固支架130a可与第一球根状端部120a联接，第二锚固支架130b可与第二球根状端部120b联接。例如，出口导向轮叶110的每个球根状轮廓120a、120b可以构造成滑入第一锚固支架130a或第二锚固支架130b之一的接合槽134中。出口导向轮叶组件100可以使用第二锚固支架130b附接在出口导向轮叶110的相对端。简要地参考图1，出口导向轮叶110被示意性地示出为在顶部115处通过锚固支架130附接到外跨度os，并且在基部112处附接在内跨度is，例如发动机壳体140。
48.现在参考图8，描述了用于组装出口导向轮叶组件100的方法200的流程图。通常，方法200可以包括，在210处，在球根状端部120和锚固支架130之间添加间隔件150；在220处，将具有球根状端部120的出口导向轮叶110滑动到包括锚固基部132、接合槽134和至少一个侧面结构136的锚固支架130上；并且，在230处，将锚固支架130固定到燃气涡轮发动机的至少一部分。
49.具体而言，在210处，将间隔件150添加在球根状端部120和锚固支架130之间。一般来说，如前所述，由于锚固支架130的接合槽134内的出口导向轮叶110的球根状端部120之间的摩擦力和/或张力，间隔件150保持在出口导向轮叶110和锚固支架130之间的适当位置。然而，在替代和/或附加实施例中，间隔件150可以用保持环和/或螺栓保持在适当位置。此外，在一些实施例中，间隔件150可包括更多间隔件150，例如两个间隔件150、三个间隔件150或四个间隔件150，以将出口导向轮叶110的球根状端部120保持在适当位置。
50.此外，在220处，具有球根状端部120的出口导向轮叶110滑动到包括锚固基部132、接合槽134和限定接合槽134的至少一个侧面结构136的锚固支架130上。在某些示例性实施例中，在将间隔件150放置在出口导向轮叶110和锚固支架130之间的接合槽134中之后，出口导向轮叶110的球根状端部120滑入接合槽134中。然而，间隔件150也可以在球根状端部120附接到锚固支架130之后，放置在出口导向轮叶110和锚固支架130之间。
51.在230处，锚固支架130被固定到燃气涡轮发动机10的至少一部分。在一些示例性实施例中，锚固支架130被固定到燃气涡轮发动机10的发动机框架或壳体。然而，应当理解，出口导向轮叶组件100可替代地在任何其他合适的位置附接到涡轮机。此外，使用一个或多个附接构件155将锚固支架130固定到燃气涡轮发动机10的壳体包括使用标称数量的附接构件155固定锚固支架130，例如，十个或更少的附接构件155、五个或更少的附接构件155、四个或更少的附接构件155、或三个或更少的附接构件155。如前所述，一个或多个附接构件155延伸穿过锚固支架130的锚固基部132中的多个开口156。
52.还应理解，本文所述的出口导向轮叶组件100和方法200可被修改成在单个锚固支架130上容纳一个以上的出口导向轮叶110，如图7所示。例如，锚固支架130可以包括多于一个的接合槽134，例如两个或更多接合槽134，例如三个或更多接合槽134，例如五个或更多接合槽134。具体地，图7的出口导向轮叶组件100可包括第一出口导向轮叶110a和第二出口
导向轮叶110b，并且锚固支架130可以包括第一接合槽134a和第二接合槽134b，至少一个侧面结构136a、136b限定第一接合槽134a并且至少一个侧面结构136c、136d限定第二接合槽134b。在一些实施例中，出口导向轮叶组件100可包括将第一出口导向轮叶110a保持在适当位置的第一间隔件150a和将第二出口导向轮叶110b保持在适当位置的第二间隔件150b。第二间隔件150b可以设置在第二出口导向轮叶110b的球根状轮廓和锚固支架130之间。另外，虽然图7示出了每个接合槽134a、134b各自具有两个侧面结构，但是应当理解，两个接合槽134a、134b可以替代地共享一个侧面结构，例如136b。
53.本公开的其他方面由以下条项的主题提供：
54.一种出口导向轮叶，包括：整体式主体，所述整体式主体在轴向方向上从基部延伸到顶部，其中所述基部和所述顶部中的至少一个包括球根状轮廓，所述球根状轮廓在径向方向上的厚度大于所述整体式主体在所述径向方向上的厚度，其中所述径向方向与所述轴向方向正交；并且其中所述出口导向轮叶包括复合材料。
55.根据任何前述条项的出口导向轮叶，其中所述出口导向轮叶是定子轮叶。
56.根据任何前述条项的出口导向轮叶，其中所述基部和所述顶部均包括所述球根状轮廓。
57.根据任何前述条项的出口导向轮叶，其中所述基部的所述球根状轮廓的所述厚度和所述顶部的所述球根状轮廓的所述厚度基本相似。
58.根据任何前述条项的出口导向轮叶，其中所述球根状轮廓的所述厚度与所述整体式主体在所述径向方向上的所述厚度之比大于约1.2。
59.一种出口导向轮叶组件，包括：出口导向轮叶，所述出口导向轮叶包括：整体式主体，所述整体式主体在轴向方向上从基部延伸到顶部，其中所述基部和所述顶部中的至少一个包括球根状轮廓，所述球根状轮廓在径向方向上的厚度大于所述整体式主体在所述径向方向上的厚度，其中所述径向方向与所述轴向方向正交；并且其中所述出口导向轮叶包括复合材料；以及锚固支架，所述锚固支架包括：锚固基部；接合槽；和至少一个侧面结构，所述至少一个侧面结构限定接合槽。
60.根据任何前述条项的出口导向轮叶组件，进一步包括：间隔件。
61.根据任何前述条项的出口导向轮叶组件，其中所述锚固基部进一步包括多个开口，并且其中所述出口导向轮叶组件附接到限定内跨度和外跨度的燃气涡轮发动机。
62.根据任何前述条项的出口导向轮叶组件，其中所述锚固支架在所述内跨度或所述外跨度处通过一个或多个附接构件附接到所述燃气涡轮发动机的发动机框架。
63.根据任何前述条项的出口导向轮叶组件，其中所述出口导向轮叶在所述基部具有第一球根状轮廓，并且在所述顶部具有第二球根状轮廓，其中所述锚固支架是与所述第一球根状轮廓联接的第一锚固支架，其中所述出口导向轮叶组件进一步包括与所述第二球根状轮廓联接的第二锚固支架，其中，所述第一锚固支架通过一个或多个附接构件附接到所述内跨度，其中所述第二锚固支架在所述外跨度处通过一个或多个附接构件附接到所述发动机框架。
64.根据任何前述条项的出口导向轮叶组件，其中所述第一球根状轮廓的所述厚度和所述第二球根状轮廓的所述厚度基本相同。
65.根据任何前述条项的出口导向轮叶组件，其中所述接合槽沿所述轴向方向是直
的。
66.根据任何前述条项的出口导向轮叶组件，其中所述接合槽沿所述轴向方向是锥形或弯曲的。
67.根据任何前述条项的出口导向轮叶组件，其中所述至少一个侧面结构包括至少两个侧面结构，并且其中所述至少两个侧面结构中的每一个都限定凹槽。
68.根据任何前述条项的出口导向轮叶组件，其中所述复合材料是聚合物基体复合材料。
69.根据任何前述条项的出口导向轮叶组件，其中所述球根状轮廓的所述厚度与所述整体式主体在所述径向方向上的所述厚度之比大于约1.2。
70.根据任何前述条项的出口导向轮叶组件，进一步包括：第二出口导向轮叶，其中所述锚固支架进一步包括：第二接合槽；和至少一个侧面结构，所述至少一个侧面结构限定第二接合槽。
71.根据任何前述条项的出口导向轮叶组件，进一步包括：第二间隔件，所述第二间隔件设置在所述第二出口导向轮叶的球根状轮廓和所述锚固支架之间。
72.一种组装出口导向轮叶组件的方法，包括：在出口导向轮叶的球根状端部和锚固支架之间添加间隔件，其中所述出口导向轮叶包括整体式主体，所述整体式主体在轴向方向上从基部延伸到顶部，其中所述基部和所述顶部中的至少一个包括球根状轮廓，所述球根状轮廓在径向方向上的厚度大于所述整体式主体在所述径向方向上的厚度，其中所述径向方向与所述轴向方向正交，其中所述出口导向轮叶包括复合材料，并且其中所述锚固支架包括锚固基部、接合槽以及限定所述接合槽的至少一个侧面结构；将具有所述球根状端部的所述出口导向轮叶滑动到所述锚固支架上；以及将所述锚固支架固定到燃气涡轮发动机的至少一部分。
73.根据任何前述条项的方法，其中将所述锚固支架固定到所述燃气涡轮发动机的至少一部分包括使用一个或多个附接构件将所述锚固支架固定到所述燃气涡轮发动机的发动机壳体。
74.本描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则它们旨在落入权利要求的范围内。

技术特征：
1.一种出口导向轮叶，其特征在于，包括：整体式主体，所述整体式主体在轴向方向上从基部延伸到顶部，其中所述基部和所述顶部中的至少一个包括球根状轮廓，所述球根状轮廓在径向方向上的厚度大于所述整体式主体在所述径向方向上的厚度，其中所述径向方向与所述轴向方向正交；并且其中所述出口导向轮叶包括复合材料。2.根据权利要求1所述的出口导向轮叶，其特征在于，其中所述出口导向轮叶是定子轮叶。3.根据权利要求1所述的出口导向轮叶，其特征在于，其中所述基部和所述顶部均包括所述球根状轮廓。4.根据权利要求3所述的出口导向轮叶，其特征在于，其中所述基部的所述球根状轮廓的所述厚度和所述顶部的所述球根状轮廓的所述厚度基本相似。5.根据权利要求1所述的出口导向轮叶，其特征在于，其中所述球根状轮廓的所述厚度与所述整体式主体在所述径向方向上的所述厚度之比大于约1.2。6.一种出口导向轮叶组件，其特征在于，包括：出口导向轮叶，所述出口导向轮叶包括：整体式主体，所述整体式主体在轴向方向上从基部延伸到顶部，其中所述基部和所述顶部中的至少一个包括球根状轮廓，所述球根状轮廓在径向方向上的厚度大于所述整体式主体在所述径向方向上的厚度，其中所述径向方向与所述轴向方向正交；并且其中所述出口导向轮叶包括复合材料；以及锚固支架，其中所述锚固支架包括：锚固基部；接合槽；和至少一个侧面结构，所述至少一个侧面结构限定所述接合槽。7.根据权利要求6所述的出口导向轮叶组件，其特征在于，所述出口导向轮叶组件进一步包括：间隔件，所述间隔件设置在所述出口导向轮叶的所述球根状轮廓和所述锚固支架之间。8.根据权利要求6所述的出口导向轮叶组件，其特征在于，其中所述锚固基部进一步包括多个开口，并且其中所述出口导向轮叶组件附接到限定内跨度和外跨度的燃气涡轮发动机。9.根据权利要求8所述的出口导向轮叶组件，其特征在于，其中所述锚固支架在所述内跨度或所述外跨度处通过一个或多个附接构件附接到所述燃气涡轮发动机的发动机框架。10.根据权利要求8所述的出口导向轮叶组件，其特征在于，其中所述出口导向轮叶在所述基部上具有第一球根状轮廓，并且在所述顶部上具有第二球根状轮廓，其中所述锚固支架是与所述第一球根状轮廓联接的第一锚固支架，其中所述出口导向轮叶组件进一步包括与所述第二球根状轮廓联接的第二锚固支架，
其中所述第一锚固支架通过一个或多个附接构件附接到所述内跨度，其中所述第二锚固支架在所述外跨度处通过一个或多个附接构件附接到所述发动机框架。

技术总结
本文提供了一种用于出口导向轮叶组件的系统及其组装方法。出口导向轮叶组件通常包括复合出口导向轮叶，该复合出口导向轮叶包括在轴向方向上从基部延伸到顶部的整体式主体，以及锚固支架。基部和顶部中的至少一个包括球根状轮廓，该球根状轮廓在径向方向上的厚度大于整体式主体在径向方向上的厚度，其中径向方向与轴向方向正交。锚固支架通常包括锚固基部、接合槽和限定接合槽的至少一个侧面结构。接合槽和限定接合槽的至少一个侧面结构。接合槽和限定接合槽的至少一个侧面结构。


技术研发人员：郑莉 尼古拉斯
受保护的技术使用者：通用电气公司
技术研发日：2022.11.18
技术公布日：2023/6/26