CN100416045C - 用于轴流式涡轮机的工作叶片的锁定装置及锁定圆盘 - Google Patents

用于轴流式涡轮机的工作叶片的锁定装置及锁定圆盘 Download PDF

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Abstract

提出一种用于轴流式涡轮机的工作叶片(10)的锁定装置，其中工作叶片(10)通过一个被推入一叶片安装部(16)的沿径向布置的轴向槽(14)内的叶片根部(12)而在径向及圆周方向上被锁定，锁定装置有一布置在叶片根端(13)与轴向槽底部(15)之间的锁定体(22)，锁定体(22)以其第一端部(26)从后面卡抵在叶片安装部(16)的与所作用的轴向力相反的后侧(40)上。除这些轴向及径向的锁定装置外，本发明的锁定装置(20)还有一锁定件(24)，锁定件(24)沿轴向布置在锁定体(22)的第一端部(26)附近并且为第一端部构成轴向止挡(34)。还为该锁定装置提出一锁定体，该锁定体的端部(26，26’)比轴向槽(14)宽并且在安装状态下只径向向外地突出到连接它们的底部(28)之外。

Description

用于轴流式涡轮机的工作叶片的锁定装置及锁定圆盘
技术领域
本发明涉及一种用于轴流式涡轮机的工作叶片的轴向锁定装置，其中每个工作叶片有一叶片根部，所述叶片根部被推入一叶片安装部的一轴向槽内，所述工作叶片在径向及圆周方向上被锁定，该锁定装置有一锁定体，该锁定体布置在属于该叶片根部的叶片根端与径向靠内地限定出该轴向槽边界的一轴向槽底部之间，该锁定体总是以其两个端部中的第一端部从后面卡抵在该叶片安装部的冲着下游的后侧上，从后面卡抵在该叶片安装部的后侧上的第一端部沿径向向外突出；并且本发明涉及一种锁定圆盘，其中每个工作叶片有一叶片根部，所述叶片根部被推入一叶片安装部的一轴向槽内，所述工作叶片在径向及圆周方向上被锁定，并且该锁定体被布置在属于该叶片根部的叶片根端与径向靠内地限定出该轴向槽边界的一轴向槽底部之间，该锁定体总是以一个第一端部从后面卡抵在该叶片安装部的冲着下游的后侧上，从后面卡抵在该叶片安装部的后侧上的第一端部沿径向向外突出，该锁定圆盘是这样构成并与该叶片安装部连接的，即它为该锁定体的第一端部构成一个轴向止挡，该轴向止挡沿径向向外延伸并且沿轴向支承沿径向向外突出的所述第一端部。
背景技术
离心力因旋转而作用于轴流式涡轮机的工作叶片上。通常，这些力通过在工作叶片与叶片安装部之间的、径向布置且轴向延伸的松树形或燕尾槽形的键槽弹性接合来承担。而通过流动介质的轴向流动方向产生的轴向力必须借助一个单独的锁定装置来承担。
为了在轴向上锁定叶片，目前通常使用布置在叶片根端与轴向槽底面之间的径向缝隙内的锁定体。
在这种情况下存在这样的锁定体，即它从位于下游的末端起仅延伸在径向布置的轴向槽的一部分上，如美国专利US 2641443所述的那样。这些锁定体通常有一个布置在上游的突出部，该突出部嵌在叶片根部的一相应槽内。位于下游的端部突出超过该轴向槽并为了沿轴向锁定工作叶片而弯曲，从而它从后方卡抵在叶片安装部的位于下游背面上。一个在该叶片根部上的突出部在该叶片根部的对置端部上从后面卡抵在叶片安装部的压力侧上。
用于轴向锁定的其它锁定体在该轴向槽的整个长度上延伸并且在两侧突出到该轴向槽之外。这例如在US 2928651和GB-A-6431914中描述了。在GB-A-6431914所述的锁定体中，一个突出的端部被设计成凸肩，它从后面卡抵在叶片安装部的压力侧上，而另一个突出的端部在安装状态下因弯曲而进入这样的位置，即在该位置上，它从后面卡抵在该叶片安装部的下游端侧上。US 2928651所公开的锁定体由金属板组成，金属板的两个突出端部是弯曲形成的，从而它们在安装状态下从后面卡抵在该叶片安装部的两个端面上。在这两种情况下，也通过突起或榫舌产生了造成轴向固定的与叶片根部的连接，所述突起或榫舌从各自锁定体上突出并且嵌入叶片根部的对应槽里。
锁定体的制造比较昂贵，因为一方面必须如此选择材料，即所述材料可被弯曲成所需形状，但又可承受所产生的力，另一方面，必须非常准确地弯曲金属板端部，以便精确地固定叶片的轴向位置。这样的锁定体只能有限地根据可能有的推力及剪切力来设计，其中弯曲导致了材料强度的附加减弱。因此，在目前常见的极高转速的情况下，弯曲端不能承受负荷并且被较大的力掰弯。叶片沿轴向滑出其位置并且摩擦该外壳。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于轴流式涡轮机的工作叶片的简单锁定装置，它的制造及装配更经济，其中锁定装置可以可靠地承受轴向的推力和剪切力并将所述工作叶片保持在准确的位置。
一种锁定装置实现了此目的，其中每个工作叶片有一叶片根部，所述叶片根部被推入一叶片安装部的一轴向槽内，所述工作叶片在径向及圆周方向上被锁定，该锁定装置有一锁定体，该锁定体布置在属于该叶片根部的叶片根端与径向靠内地限定出该轴向槽边界的一轴向槽底部之间，该锁定体总是以其两个端部中的第一端部从后面卡抵在该叶片安装部的冲着下游的后侧上，从后面卡抵在该叶片安装部的后侧上的第一端部沿径向向外突出，其中沿轴向靠近该锁定体的第一端部地设有一个与该叶片安装部成一体的锁定件，并且该锁定件为所述第一端部构成一个轴向止挡，该轴向止挡沿径向向外延伸并且沿轴向支承沿径向向外突出的所述第一端部。
根据本发明，锁定装置在该叶片安装部内为每个工作叶片具有一个径向布置的轴向槽，工作叶片可以以其对置形成的叶片根部被推入轴向槽内。一锁定体布置在叶片根端与轴向槽底之间，锁定体以其第一端部从后面卡抵在与所作用的轴向力相反的该叶片安装部背面上。一个与过工作叶片安装部成一体的锁定件被布置成沿轴向靠近该锁定体的第一端部并且为第一端部构成一个轴向止挡。锁定体的第一端部在一个在该止挡与叶片安装部之间的环槽内。该止挡防止锁定体因所产生的力而轴向移出其位置或该端部被掰弯，这样一来，叶片根部被固定在其准确的位置上，工作叶片随之被固定在准确位置上。由于锁定件被设计成与叶片安装部成一体，所以生产及装配尤为简单且成本合算。
车削及/或铣是制造与该叶片安装部成一体的锁定件的最简单的方式；在优质材料的情况下，可以进行研磨制造。
尤其简单且成本合算的是，锁定装置以这样的锁定体来工作，即所述锁定体以其两端部轴向超过该轴向槽并且所述端部在安装状态下分别从后面卡抵在该叶片安装部的一端面上。这有以下优势，即该叶片根部可以简单地构成，因为它不必在压力侧从后面卡抵在该叶片安装部上。然而，也可以使用从下游末端起仅延伸在轴向槽一部分上的锁定体和带有与锁定体相应地形成的叶片根部的工作叶片。
如果该锁定体的端部比连它的锁定体底部宽，则作用于该端部的力分布在较大的面积上。这也会导致与由该锁定件形成的且配属于该端部的止挡有关的更有利的力/面积比。
如果该锁定体的端部比底部宽且也比轴向槽宽，则该锁定体的端部在安装状态下径向向外地突出到底部之外并且从后面卡抵在该叶片根部端面及叶片安装部端面上，这是非常有利的。如果情况确是如此，则为了产生叶片根部与锁定体之间的连接而不需要嵌入该叶片根部一配合槽内的附加榫舌和突起。这简化了叶片根部及锁定体的制造。当然，本发明的这种锁定体不仅可以与本发明的锁定装置相关地使用，而且可被用来代替没有锁定件的已知锁定体。
如果该锁定件被制造成随后被焊接或粘接成一与工作叶片安装部成一体的部件的独立的锁定圆盘或锁定环，则可以给现有的涡轮机改装上该锁定装置。
附图说明
以下，结合附图所示的优选实施例来详细说明本发明的主题，附图所示为：
图1以沿该叶片安装部的轴向槽底部的透视截面图表示一个根据本发明的锁定装置的叶片安装部的一部分以及一固定在该根部上的工作叶片；
图2以透视图表示本发明的锁定装置的一锁定体；
图3也以与图1相似的视图表示本发明的一锁定装置；以及
图4以另一透视图表示图3的没有工作叶片的实施例。
具体实施方式
图中所用符号及其含义总列在附图标记一览表中。原则上，图中相同的部件配有相同的符号。
图1、3分别表示一工作叶片10，它通过其部分12被固定在一个叶片安装部16的一径向布置的轴向槽14内。为清楚起见，只示出了叶片安装部16的一部分，确切地说是在轴向槽14的截面图中。叶片根部12呈一松树形根的形状并轴向槽14呈径向对置槽的形状，所以，叶片根部12在径向及周向上不可移动地固定在槽14内。为了轴向锁定，一锁定体22布置在属于叶片根部12的一叶片根端13与径向靠内地限定出轴向槽14边界的一轴向槽底部15之间，锁定体22的两个端部26、26’在轴向上超过轴向槽14。如图2所示，这两个端部26、26’分别比连接它们的锁定体22的底部28更宽。在安装状态下，这两个端部26、26’分别径向向外地突出到该底部28之外且分别从后面卡抵在叶片根部12的端面38’、40’及叶片安装部16的端面38、40上。由于锁定体22的这两个端部26、26’比底部28和轴向槽14更宽，所以，当它们径向向外地突出到底部28之外时，它们仍然从后面卡抵在叶片安装部16端面38、40的局部上。
叶片安装部16的第一端面38形成叶片安装部16的压力侧。根据流动方向A(参见箭头)，非常大的轴向力作用在这一侧。通过叶片根部12，该轴向作用的力也被传给锁定体22的第一端部26，第一端部26从后面卡抵在叶片安装部的对置端面40(也称作后侧40)上。现在，为防止第一端部26被压弯，一锁定件24布置在该叶片安装部16的后侧40上，该锁定件24形成一个沿轴向位于第一端部26下游的止挡34，所以，第一端部26不会再弯下去。锁定件24与锁定体22、轴向槽14和叶片根部12一起形成一锁定装置20，该锁定装置即便在非常高的转速下仍然在轴向、径向及周向不移位地把工作叶片10与叶片安装部16连接起来。在所示例子中，锁定体22由金属片形成并且两个端部26、26’通过弯曲而转入其径向向外地突出到底部28之外的位置上。然而，当然也可以将从后面卡抵在叶片安装部后侧40上的第一端部38设计成实心突起的形式并且只有第二端区26’被弯曲到位。
图3、4表示与叶片安装部16成一体的锁定件24。在这个一体的构件时，首先，在叶片安装部16的基体内铣削或拉削出轴向槽14。然后，在叶片安装部16的后侧40测量出一个约是锁定体22的厚度两倍的条并将其车削掉，确切地说是一直径向向内车削，直到剩下的凸肩径向突出到轴向槽底部15之外的程度大致超过了该锁定体22的径向向外突出的所述第一端部26。最后，在形成的凸肩的面向轴向槽14的那侧，车削出一个环槽42，该环槽径向向内地大致超过该轴向槽底部15，并且环槽宽度是如此确定的，即环槽可以以小间隙容纳锁定体22的第一端部26。当使用非常优质的材料如约含40％镍的镍铬钛合金901时，环槽42也可以是磨削而成的。通过这种方式，在环槽42下游因铣削轴向槽14而出现的凹槽和仍然留在其间的、原本车削出的凸肩的部分就是多余的了。现在，所剩下的部分形成了用于锁定体22第一端部26的一个轴向止挡34，该止挡由于其宽度而超过该轴向槽14并进而也在周向上超过该凹槽，从而该该止挡可以发挥其作用。每个叶片根部12的及每个锁定体22底部28的轴向延伸长度等于车削后剩下的轴向槽14的轴向长度，结果，在装配之后，叶片根部12及底部28都没有突入环槽42内或突出超过该叶片安装部的压力侧38。
锁定件24可与以任何形式形成的锁定体组合并随后形成本发明的锁定装置20。在这种情况下，环槽42的相应匹配是不成问题的。
不过，如图1所示，也可以将锁定件24设计成一个单独的锁定圆盘32，它例如通过焊缝30与工作叶片安装部16连成一体。在这种情况下，锁定圆盘32在其面向叶片安装部16的一侧有一凸肩，如此形成该凸肩，即在与锁定圆盘连接时，产生一个环槽42，用于该叶片10的锁定体22的各第一端部嵌入该环槽里。根据叶片安装部16的构造，锁定件24也可以成锁定环形状。代替借助焊缝30的形式，也可以想象到通过粘接将锁定件24和叶片安装部16连成一体。
单独构成锁定件24的优点是，带有轴向槽/锁定体连接结构的现有的叶片安装部16可以改装上该锁定件24并且可以与锁定件连成一体。这样一来，可以事后建成本发明的锁定装置20。这可以与锁定体构造无关地实现。因为该锁定装置20也可利用其它锁定体发挥作用，如从开头所述专利文献中知道的锁定体。为此，锁定件24必须最终根据环槽42或止挡34的构造来调整。
为将工作叶片10安装在具有本发明锁定装置20的叶片安装部16内，首先，锁定体22被准确***轴向槽14内，从而环槽42容纳已经从底部28径向突出的第一端部26。然后，所述第一端部26略有余隙裕地布置在锁定件32的止挡34与该叶片安装部16端面40的相应部分之间。然后，工作叶片以其叶片根部12从压力侧38起在该锁定体22之上被推入该叶片安装部16的轴向槽14内。最后，使该锁定体22的第二端部26’径向向外弯曲，从而通过这两个端部26、26’轴向固定位该叶片根部12。
附图标记一览表
A         轴向流动
10        工作叶片
12        叶片根部
13        叶片根端
14        轴向槽
15        轴向槽底部
16        叶片安装部
20        锁定装置
22        锁定体
24        锁定件
26，26’  端部
28        底部
30        焊缝
32        单独的锁定圆盘
34        止挡
36        螺栓
38        指向压力侧上游的叶片安装部端面
38’      指向压力侧上游的叶片安装部端面
40        指向压力侧下游的叶片安装部端面
40’      指向压力侧下游的叶片安装部端面
42        环槽

Claims (11)

1. 一种用于轴流式涡轮机的工作叶片(10)的锁定装置，其中每个工作叶片(10)有一叶片根部(12)，所述叶片根部(12)被推入一叶片安装部(16)的一轴向槽(14)内，这样一来，所述工作叶片(10)在径向及圆周方向上被锁定，该锁定装置有一锁定体(22)，该锁定体(22)布置在属于该叶片根部(12)的叶片根端(13)与径向靠内地限定出该轴向槽(14)边界的一轴向槽底部(15)之间，该锁定体(22)总是以其两个端部中的第一端部(26)从后面卡抵在该叶片安装部(16)的冲着下游的后侧(40)上，从后面卡抵在该叶片安装部(16)的后侧(40)上的第一端部(26)沿径向向外突出，其特征在于，沿轴向靠近该锁定体(22)的第一端部(26)地设有一个与该叶片安装部(16)成一体的锁定件(24)，并且该锁定件为所述第一端部构成一个轴向止挡(34)，该轴向止挡(34)沿径向向外延伸并且沿轴向支承沿径向向外突出的所述第一端部(26)。
2. 如权利要求1所述的锁定装置，其特征在于，在安装状态下，该锁定体(22)的第一端部(26)被布置在该轴向止挡(34)与该叶片安装部(16)之间的环槽(42)内。
3. 如权利要求1或2所述的锁定装置，其特征在于，该锁定件(24)通过车削和/或铣削制成。
4. 如权利要求1或2所述的锁定装置，其特征在于，该锁定件(24)是作为单独的锁定圆盘(32)或单独的锁定环制成的并且与该叶片安装部(16)焊接或粘接成一体。
5. 如权利要求1所述的锁定装置，其特征在于，该锁定件(24)的两个端部(26，26’)在轴向上超过该轴向槽(14)，并且所述端部(26，26’)在安装状态下分别从后面卡抵在该叶片安装部(16)的一端面(38，40)上。
6. 如权利要求5所述的锁定装置，其特征在于，所述端部(26，26’)比连接它们的底部(15)宽并且比该轴向槽(14)宽，所以它们在圆周方向上突出超过该轴向槽(14)。
7. 如权利要求5或6所述的锁定装置，其特征在于，在安装状态下，该锁定体(22)的这些端部(26，26’)径向向外地突出到该底部(28)之外并且它们从后面卡抵在该叶片根部(12)的端面(38’，40’)及该叶片安装部(16)的端面(38，40)上。
8. 如权利要求1所述的锁定装置，其特征在于，所述轴向止挡(34)在所述叶片根端(13)的高度上径向延伸。
9. 一种沿轴向锁定轴流式涡轮机的工作叶片(10)的锁定圆盘(32)，其中每个工作叶片(10)有一叶片根部(12)，所述叶片根部(12)被推入一叶片安装部(16)的一轴向槽(14)内，这样一来，所述工作叶片(10)在径向及圆周方向上被锁定，并且该锁定体(22)被布置在属于该叶片根部(12)的叶片根端(13)与径向靠内地限定出该轴向槽(14)边界的一轴向槽底部(15)之间，该锁定体(22)总是以一个第一端部(26)从后面卡抵在该叶片安装部(16)的冲着下游的后侧(40)上，从后面卡抵在该叶片安装部(16)的后侧(40)上的第一端部(26)沿径向向外突出，在这里，该锁定圆盘(32)是这样构成并与该叶片安装部(16)连接的，即它为该锁定体(22)的第一端部(26)构成一个轴向止挡(34)，该轴向止挡(34)沿径向向外延伸并且沿轴向支承沿径向向外突出的所述第一端部(26)。
10. 如权利要求9所述的锁定圆盘(32)，其特征在于，该锁定圆盘(32)被设计成环形。
11. 如权利要求9或10所述的锁定圆盘(32)，其特征在于，该锁定圆盘(32)能以第一侧与该叶片安装部(16)连接并且在该第一侧有一凸肩，在该锁定圆盘(32)与该叶片安装部(16)连接时，在该锁定圆盘(32)与该叶片安装部(16)之间形成一环槽(42)，所述锁定体(22)的第一端部(26)能被***该环槽(42)内。
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