CN102733862A - 用于旋转叶片级的锁定装置布置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于旋转叶片级的锁定装置布置。所述布置包括叶轮，所述叶轮在构造上界定一个大体周向的槽和三个槽部分，所述槽部分中的一个槽部分包括一个径向槽和两个锁槽，以供沿着所述周向槽分别安装叶片和叶片锁，其他槽部分包括锁槽，以供沿着所述周向槽安装叶片锁，而且所述三个槽部分以一定的角度偏差彼此隔开，这样便可通过所安装的叶片锁、在所需的旋转中心周围大体上均匀地对所述叶轮进行质量平衡，从而减少流路间隙的累积。

Description

用于旋转叶片级的锁定装置布置
技术领域
本发明涉及一种用于旋转叶片级的锁定装置布置。
背景技术
燃气涡轮发动机中具有周向鸠尾附接件的旋转叶片级(即，叶轮)需要用于叶片安装的径向装载槽，而且通常需要用于叶片锁的两个相邻的径向锁槽，一个锁槽位于所述装载槽的一侧。所述叶片锁防止叶片在工作时从所述径向装载槽中退出。
然而，所述径向装载槽和所述相邻的径向锁槽形成一组三个槽，从而倾向于使叶轮中的旋转质量相对于旋转轴发生内在失衡，而且可能会使流路间隙累积较高。实际上，为形成三个槽而去除材料表示叶轮的一侧上出现材料损失。由于通常使用所安装的锁定装置来完成对叶轮的平衡校正操作，因此相邻锁定装置的重量足以抵消锁槽所损失的材料。通过所安装的叶片锁而设置的槽的剩余失衡仍相当显著，从而需要添加多个平衡重量以用于进行校正。
此外，叶片平台之间会形成较大间隙，从而造成流路中出现漏气(因而降低发动机性能和效率)和气动干扰。叶片平台之间累积出最大周向间隙的原因是，平台宽度固有的制造公差、叶轮和叶片的热径向增长和机械径向增长，以及有锁装置之间的叶片数目。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种用于旋转叶片级的锁定装置布置，而且所述布置包括叶轮，所述叶轮在构造上界定一个大体上周向的槽和三个槽部分，所述槽部分中的一个槽部分包括一个径向槽和两个锁槽，以供沿着所述周向槽分别安装叶片和叶片锁，其他槽部分包括锁槽，以供沿着所述周向槽安装叶片锁，而且所述三个槽部分以一定的角度偏差(angular offset)彼此隔开，这样便可通过所安装的叶片锁、在所需的旋转中心周围大体上均匀地对叶轮进行质量平衡，从而减少流路间隙的累积。
所述其他槽部分进一步包括与所述锁槽相邻的防护槽，用于进行额外的质量平衡、并减少槽的整体应力集中。
根据本发明的另一方面，提供一种用于旋转叶片级的锁定装置布置，而且所述布置包括：第一旋转主体，其构造成界定第一槽和三个槽部分，所述槽部分中的一个槽部分包括第二槽和与所述第一槽连通的两个第三槽，而且其他槽部分包括与所述第一槽连通的第三槽；多个第二主体，其经由所述第二槽通过安装而排列在所述第一主体中；以及多个第三主体，其分别设置于所述第三槽内，所述三个槽部分以一定的角度偏差彼此隔开，这样便可通过设置于所述第三槽内的多个第三主体、在所需的旋转中心周围大体上均匀地对所述第一主体进行质量平衡，从而减少流路间隙的累积。
所述第一主体包括叶轮。所述第一槽围绕所述第一主体周向延伸，具有鸠尾形截面。所述第二和第三槽中的至少一部分相对于所述第一槽横向定位。所述三个槽部分以一定的角度偏差彼此隔开，这样便可通过设置于所述第三槽中的所述多个第三主体、在所需的旋转中心周围大体上在周向上均匀地对所述第一主体进行质量平衡。
所述多个第二主体中的至少一部分中的每个主体包括：叶根，叶片，和平台，以供所述叶片部分耦接到所述叶根。所述叶根具有鸠尾形状，且以可滑动方式设置在所述第一槽中。所述多个第二主体的大小经过设置，以使所述第一槽中的相邻平台间形成间隙，其中所述第一槽被完全填充。所述多个第三主体对所述多个第二主体中的至少一部分主体的移位进行限制。
所述多个第三主体中的至少一部分中的每个主体包括：叶根；以及插在所述叶根中的定位螺钉；所述叶根具有鸠尾形状。所述其他槽部分进一步包括与所述第三槽相邻的第四槽，用于进行额外的质量平衡、并减少槽的整体应力集中。
根据本发明的又一方面，提供一种装配用于旋转叶片级的锁定装置布置的方法，而且所述方法包括：形成第一旋转主体，以界定第一槽和三个槽部分，所述槽部分中的一个槽部分包括第二槽和与所述第一槽连通的两个第三槽，而且其他槽部分包括与所述第一槽连通的第三槽；经由所述第二槽在所述第一槽中安装多个第二主体；以及在各第三槽内安装多个第三主体，所述形成步骤包括将所述三个槽部分以一定的角度偏差彼此隔开，这样便可通过安装于各第三槽内的多个第三主体、在所需的旋转中心周围大体上均匀地对所述第一主体的旋转进行质量平衡，从而减少流路间隙的累积。
所述形成步骤包括形成所述第一主体，以至少根据所述多个第二主体的数目来界定若干个槽部分。所述方法进一步包括用所述多个第二主体完全填充所述第一槽；所述完全填充步骤包括分别重复安装所述多个第二和第三主体。
通过以下说明并结合附图可以更加清楚地了解到这些以及其他优点和特征。
附图说明
本说明书及权利要求书详细指出并明确主张了本发明。通过以下说明并结合附图可以清楚地了解本发明的上述及其他特征和优点，其中：
图1为旋转叶片级的透视图；
图2为旋转叶片级的局部放大透视图；
图3为旋转叶片级的轴向视图；以及
图4为根据替代实施例的旋转叶片级的轴向视图。
具体实施方式部分参考附图以举例方式介绍本发明的各项实施例及优点和特征。
元件符号列表：
Figure BSA00000703179100041
具体实施方式
参考图1到图3，本发明提供，例如，涡轮发动机的旋转叶片级10，从而可减少装有叶片的叶轮失衡和流路间隙。
旋转叶片级10包括：第一旋转主体(“叶轮”)20、多个第二主体(“叶片”)30、以及多个第三主体(“叶片锁”)40。叶轮20大体上为轮形，而且可具有设置在中心的孔21(但这并非必需的)以及在外直径处形成的轮缘22。轮缘22可进一步形成第一(“大体上为周向”或“周向”)槽50以及三个或更多槽部分60。槽部分60以角度偏差间隔β排列在叶轮20的周围，这样，可通过所安装的叶片锁40(即将在下面描述)、在所需的旋转中心周围大体上均匀地对叶轮20进行质量平衡，从而减少流路间隙的累积。
可采用包括图2和图3的布置的各种布置来形成槽部分60。如图2和图3所示，一个槽部分60包括：至少一个第二径向(“叶片”)槽70，其设置成与周向槽50连通；以及两个或两个以上第三径向(“叶片锁”)槽80，其也设置成与周向槽50连通。其他槽部分60各包括一个或多个锁槽80。多片叶片30中的每片叶片配置成排列在周向槽50中，而且多个叶片锁40中的每个叶片锁经配置以分别设置在对应的叶片锁槽80内。叶片锁40用来对所述多片叶片30中的至少一部分叶片沿着周向槽50的移位进行限制，而且所述叶片锁可排列在叶轮20周围。
周向槽50可具有鸠尾形截面，而且围绕叶轮20的轮缘22周向延伸。各叶片槽70和各叶片锁槽80可相对于周向槽50横向定位。
根据各实施例，每片叶片30可包括叶根31、叶片部分32，以及平台33，所述平台用以供叶片部分32耦接到叶根31。叶根31可具有鸠尾形，从而有助于将叶根31连接到周向槽50的鸠尾形，借此将叶根31以可滑动方式设置于其中。在叶根31以可滑动方式设置于周向槽50中的情况下，相应的平台33可紧靠(abut)相邻的平台33，而且可设置大小，从而当周向槽50完全被叶片30填充时，相邻平台33之间的间隙允许本说明书中所讨论的部件热胀冷缩。
周向槽50被完全填充的条件是，许多叶片30被安装在所述周向槽中、而且额外的叶片30无法安装到剩余的空间中。此剩余空间的量界定了允许进行热胀冷缩的间隙。
叶片锁40可以角度偏差间隔β排列在叶轮20的周围，从而可对叶轮20进行质量平衡(mass balance)，此外，所述叶片锁用来对叶片30中的至少一部分叶片沿着周向槽50的移位进行限制。也就是说，对于由一对叶片锁40挡住(bookended)的叶片30中的任意部分而言，所述部分中的单个叶片30可沿着周向槽50仅移位一定弧长，所述弧长的确定依据是相应平台33的大小、所提供的间隙，以及多个叶片锁40中对应一对叶片锁之间的弧长。因此，可防止所述部分中的单个叶片30移到所述一对叶片锁40的外部，从而减少流路间隙(flowpath gaps)的累积。
根据各实施例，每个叶片锁40可包括叶根41和定位螺钉42，定位螺钉42可***叶根41。相应的叶根41各自可具有鸠尾形，类似于叶片30的相应叶根31中的每个叶根。定位螺钉42以紧靠的方式防止(abuttably preventing)叶片30沿着周向槽50移动。
根据其他方面，且参考图1到图3，本发明还提供一种装配旋转叶片级10的方法。所述方法包括形成叶轮20，以界定周向槽50和三个或三个以上槽部分60，所述槽部分排列在叶轮20周围、具有大体统一的加权(uniform weighting)。根据各实施例，一个槽部分60包括叶片槽70和两个叶片锁槽80，这些槽均与周向槽50连通。其他槽部分60各自仅包括叶片锁槽80，或者包括叶片锁槽80和相邻的应力防护槽90。所述方法进一步包括：经由叶片槽70在周向槽50中安装多个叶片30，以及在两个或两个以上叶片锁槽80中的每个叶片锁槽内安装多个叶片锁40。
所述形成(the forming)步骤可包括形成叶轮20，以根据提供大体统一的周向加权的需要、叶片30的数目及成本，来界定若干个槽部分60。角度偏差间隔β的确定依据是，由各槽部分60施加在叶轮20上的相对质量失衡。
根据各实施例，对于偶数和奇数叶片30的计数(counts)而言，槽部分60的数目可能是3或更多。这样，无论叶片30的计数如何，都可使用所述形成/成型操作(the forming operation)的类似方法。
根据其他实施例，角度偏差间隔β可根据各槽部分60的质量进行计算，但对于具有三个槽部分60的实例而言，所述角度偏差间隔通常为约125度到约135度。
确定槽部分60的数目之后，所述方法包括用多个叶片30完全填充(fully populating)周向槽50，其中完全填充的定义如上所述，而且所述完全填充可通过重复安装多个叶片30和叶片锁40来实现。对于界定三个槽部分60的实例而言，可根据以下示例性方法来实现周向槽50的完全填充。
叶轮20的旋转方式如图3所示，其中一个槽部分60包括大体上垂直设置的叶片槽70。此时，在下方经由叶片槽70在周向槽50中安装叶片30中的第三个，从而完全填充周向槽50最下面的弧长。可通过径向***各叶片30来完成安装，其中叶根31首先通过叶片槽70，从而使叶根31与周向槽50径向对准，随后使叶片30沿着周向槽50滑动。叶片锁40随后可安装在最下面的叶片锁槽80中，用作阻挡件。接着，经由最上面的叶片槽70安装大多数的剩余叶片30，这样便可完全填充周向槽50的侧面弧长中的每个弧长。叶片锁40随后可安装在最上面的叶片锁槽80中，其中所述叶片锁与所述叶片锁槽之间可能会有少量的叶片30。安装在最上面的叶片锁槽80中的叶片锁40可防止叶片30移动到叶片槽70，而且可防止所述叶片从叶轮20中脱离。
尽管上面所描述的其中一个槽部分60具有叶片槽70和两个叶片锁槽80，但应理解存在替代实施例。例如，参考图4，垂直设置的槽部分60可仅具有叶片槽70，以供叶片30和叶片锁40安装到周向槽50中，而其他槽部分60中的每个槽部分仅包括锁槽80。
此外，如图3所示，槽部分60也可包括与锁槽80相邻的应力防护槽90，用于减少应力集中且降低额外质量平衡所需的槽部分60的质量，且实现更理想的角度偏离间隔β，从而获得最小的流路间隙。
尽管本说明书仅结合有限数目的实施例详细介绍了本发明，但应了解，本发明并不局限于此类公开的实施例。相反，本发明可经修改以涵盖所有之前并未介绍、但与本发明的精神和范围相符合的变化、更改、替换或等效配置。此外，尽管介绍了本发明的各种实施例，但应了解，本发明的各方面可以仅包括前述实施例中的一些实施例。因此，本发明不应被视为受前述说明书的限制，其仅受所附权利要求书范围的限制。

Claims (20)

1.一种用于旋转叶片级的锁定装置布置，其包括：
叶轮，其构造成界定一个大体上周向的槽和三个槽部分，
所述槽部分中的一个槽部分包括径向槽和两个锁槽，以供沿着所述周向槽分别安装叶片和叶片锁，
其他槽部分包括锁槽，以供沿着所述周向槽安装叶片锁，以及
所述三个槽部分以一定角度偏差彼此隔开，这样便可通过所安装的叶片锁、在所需的旋转中心周围大体上均匀地对所述叶轮进行质量平衡，从而减少流路间隙的累积。
2.根据权利要求1所述的用于旋转叶片级的锁定装置布置，其特征在于，所述其他槽部分进一步包括与所述锁槽相邻的防护槽，用于进行额外的质量平衡、并减少槽的整体应力集中。
3.一种用于旋转叶片级的锁定装置布置，其包括：
第一旋转主体，其构造成界定第一槽和三个槽部分，所述槽部分中的一个槽部分包括第二槽和与所述第一槽连通的两个第三槽，而且其他槽部分包括与所述第一槽连通的第三槽；
多个第二主体，其经由所述第二槽通过安装而排列在所述第一槽中；以及
多个第三主体，其分别设置于所述第三槽内，
所述三个槽部分以一定角度偏差彼此隔开，这样便可通过设置于所述第三槽中的所述多个第三主体、在所需的旋转中心周围大体上均匀地对所述第一主体进行质量平衡，从而减少流路间隙的累积。
4.根据权利要求3所述的用于旋转叶片级的锁定装置布置，其特征在于，所述第一主体包括叶轮。
5.根据权利要求3所述的用于旋转叶片级的锁定装置布置，其特征在于，所述第一槽围绕所述第一主体周向延伸。
6.根据权利要求5所述的用于旋转叶片级的锁定装置布置，其特征在于，所述第二和第三槽中的至少一部分相对于所述第一槽横向定位。
7.根据权利要求3所述的用于旋转叶片级的锁定装置布置，其特征在于，所述第一槽具有鸠尾形截面。
8.根据权利要求3所述的用于旋转叶片级的锁定装置布置，其特征在于，所述三个槽部分以一定的角度偏差彼此隔开，这样便可通过设置于所述第三槽中的所述多个第三主体、在所需的旋转中心周围大体上在周向上均匀地对所述第一主体进行质量平衡。
9.根据权利要求3所述的用于旋转叶片级的锁定装置布置，其特征在于，所述多个第二主体中的至少一部分中的每个主体包括：
叶根；
叶片部分；以及
平台，以供所述叶片部分耦接到所述叶根。
10.根据权利要求9所述的用于旋转叶片级的锁定装置布置，其特征在于，所述叶根具有鸠尾形状。
11.根据权利要求9所述的用于旋转叶片级的锁定装置布置，其特征在于所述叶根以可滑动方式设置在所述第一槽中。
12.根据权利要求9所述的用于旋转叶片级的锁定装置布置，其特征在于所述多个第二主体的大小经过设置，以使所述第一槽中的相邻平台间形成间隙，其中所述第一槽被完全填充。
13.根据权利要求3所述的用于旋转叶片级的锁定装置布置，其特征在于所述多个第三主体对所述多个第二主体中的至少一部分主体的移位进行限制。
14.根据权利要求3所述的用于旋转叶片级的锁定装置布置，其特征在于所述多个第三主体中的至少一部分中的每个主体包括：
叶根；以及
插在所述叶根中的定位螺钉。
15.根据权利要求14所述的用于旋转叶片级的锁定装置布置，其特征在于所述叶根具有鸠尾形状。
16.根据权利要求3所述的用于旋转叶片级的锁定装置布置，其特征在于所述其他槽部分进一步包括与所述第三槽相邻的第四槽，用于进行额外的质量平衡、并减少槽的整体应力集中。
17.一种装配用于旋转叶片级的锁定装置布置的方法，其包括：
形成第一旋转主体，以界定第一槽和三个槽部分，所述槽部分中的一个槽部分包括第二槽和与所述第一槽连通的两个第三槽，而且其他槽部分包括与所述第一槽连通的第三槽；
经由所述第二槽在所述第一槽中安装多个第二主体；以及
在各第三槽内安装多个第三主体，
所述形成步骤包括将所述三个槽部分以一定的角度偏差彼此隔开，这样便可通过安装于各第三槽中的所述多个第三主体、在所需的旋转中心周围大体上均匀地对所述第一主体的旋转进行质量平衡，从而减少流路间隙的累积。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于所述形成步骤包括形成所述第一主体，以至少根据所述多个第二主体的数目来界定若干个槽部分。
19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括用所述多个第二主体完全填充所述第一槽。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于所述完全填充步骤包括分别重复安装所述多个第二和第三主体。
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