CN103671251A - 将叶片连接在轴流式涡轮压缩机的鼓形转子上 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴流式涡轮压缩机(2)的转子叶片(12)的设计，尤其涉及将叶片(12)连接在转子(4)上的方法。叶片(12)包括翼面部和平台(14)以将叶片连接在转子(4)上。沿着叶片的主轴线，平台(14)包括第一层和相对于气动力表面位于第一层之下的第二层，第一层形成一表面，该表面约束液流并环绕气动力表面，该第二层被设计成为了固定目的能够与围绕所述转子(4)中的孔的转子(4)的壁(18)的内表面配合。

Description

将叶片连接在轴流式涡轮压缩机的鼓形转子上

技术领域

本发明涉及轴流式涡轮机的转子叶片，尤其涉及轴流式涡轮机的压缩机。本发明涉及将这些叶片连接在涡轮机的转子上。本发明还涉及用来容纳所述叶片的涡轮机转子。

背景技术

专利US3385512A公开了一种轴流式涡轮机压缩机的装有叶片的转子。该转子包括支撑多个叶片排的鼓形转子。该鼓形转子包括用于每排叶片的安装凹槽。许多叶片被布置在形成一节段的公用托架上。后者通过***鼓形转子中的相应凹槽而固定到转子上。托架包括在其下表面也就是与实际叶片相对的表面上有能够被***到鼓形转子的凹槽中的整体肋。该肋在其每个对立面上包括凹槽。鼓形转子上的凹槽包括在鼓形转子的凹槽内的相应凹槽内圆周延伸的两片弹簧。当将各叶片的公用托架***时，肋的正面包括锥形工作面，该锥形工作面被用来接触各叶并沿着后者滑动从而相对于它们的移动产生的弹力推动它们进入相应的凹槽。一旦肋内的横向槽与各叶相对，则后者就会依靠它们施加的弹力进入它。各叶，一旦进入适当位置，就跨立在叶片托架和鼓形转子的相应凹槽上，因此确保叶片连接在转子上。这样的固定方法有趣但存在一些缺陷。这需要托架和鼓形转子的大量材料，由此大大影响了发动机最终的重量，并且更重要地，大大提高了离心力，由此限制了鼓形转子的直径和最大速度。

专利US2944326A公开了一种将轴流式涡轮压缩机叶片连接在转子上的方法。各叶片具有尺寸减小并且其横截面具有楔形轮廓的平台。在平台的各侧面模制形成有凹槽。相对每个叶片，转子壁包括一个孔，孔的轮廓与叶片平台的轮廓对应。然后每个叶片***转子的一个孔中，其中它被阻止从一个方向脱离，这是因为平台和孔的圆锥形或楔形轮廓容纳了它。然后，冲压工具，例如冲压机和冲模被用来向转子紧邻孔的边缘的表面上施加高压力，其中孔的边缘相当于平台中的横向凹槽。该操作的目的在于将形成孔的材料推回到平台内的横向凹槽内从而确保其被夹住，尤其是在提到的相反方向上。叶片由此相对于转子在径向的两个方向上被稳固地容纳。该连接方法有趣但存在一些缺陷。它要求转子在其被连接在叶片上的那个部位非常厚。安装具有圆锥形轮廓平台的叶片的原理只对具有一定厚度的材料行得通。为了将材料推回到横向凹槽中也是真的。该固定方法不适用于基本上由形成鼓形转子网的薄壁构成的轻型鼓形转子。

专利US2685405A公开了一种轴流式压缩机的装有叶片的转子，其中各叶片为中空的并且与转子流体连通。每个叶片包括形成安装凹槽的平台。转子由若干相互连接在一起的部分组成。叶片在转子上的安装由每个叶片列的两个相邻的环来提供。这两个环中的每一个环具有带切口的边缘，所述切口与各叶片的安装凹槽的相应一半轮廓所匹配。各凹槽和各叶片被夹在两个装配环之间，后者被机械地连接在转子的剩余部分上。这类型的转子被设计成转子级以进行流体连通。如前面详细描述的那样，这类型的安装需要许多的材料。而且，它还需要制造许多部件并且需要相当大的努力来组装。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供一种将轴流式涡轮机的叶片连接在转子上的简单而且重量轻的方法。更具体地，本发明的目的在于提供一种将叶片连接在压缩机鼓形转子上的重量轻而且简单的方法。

技术方案

本发明涉及轴流式涡轮机转子叶片，包括：用于连接转子的平台；相互对立并且从平台沿着叶片的主轴线延伸的两个气动力表面；形成约束液流并且环绕气动力表面的表面；以及第二层，其相对于气动力表面位于第一层的下面并且被用来连接叶片；其中平台的第二层被构造成为了连接目的与围绕所述转子的孔定位的转子壁的内表面配合。

根据本发明的优选实施例，平台的第二层被构造成能够与在孔的两侧周向定位的转子壁的内表面的层直接地和／或间接地配合。

根据本发明的优选实施例，第二层形成从第一层的表面突出的一个或多个肩部。

根据本发明的优选实施例，第二层至少大致平行于第一层延伸并且从所述层的表面突出从而在它的各边缘形成肩部。

根据本发明的优选实施例，第二层从第一层的下表面突出并且包括一定位装置例如优选相对于转子周向定向的孔，能够与被用来与壁的内表面接触的细长连接装置机械接合。

根据本发明的优选实施例，第一层的下表面环绕第二层并且在转子壁的相应表面上的平台上形成支撑表面。

本发明还涉及轴流式涡轮机上的装有叶片的转子，由此叶片为根据本发明的叶片。

根据本发明的优选实施例，转子包括配备有一排叶片安装孔的壁的环形部，该壁部优选为整体式的。

根据本发明的优选实施例，转子结构大体上由形成了圆形网的壁构成，在接近壁的环形层的上游和／或下游处，壁的环形层相对于所述网突出，所述壁的环形部优选对应于单排叶片以及网优选包括至少一个环形肋，所述环形肋被设计成与定子叶片级的内壳的内表面基本密封配合。

根据本发明的优选实施例，壁包括在形成壳体的壁和壁的环形层之间大体上径向延伸的至少一个连接层。

根据本发明的优选实施例，叶片为根据权利要求3和4中任一项所述的叶片，壁的环形部的安装孔的形状对应于叶片平台的第一层的形状，并且所述层的液流的边界表面和壁的环形部的外表面齐平。

根据本发明的优选实施例，转子包括作用于叶片平台的内表面上以将它们固定就位的压力装置，所述装置优选地至少包括扣环和／或环状形成的带。

根据本发明的优选实施例，转子包括叶片平台肩部和转子壁之间的粘合装置，例如粘胶。

根据本发明的优选实施例，壁的环形部上的安装孔和叶片尤其是它们的气动力表面为了固定它们的目的而被构造成使得叶片从转子的内部***通过孔。

根据本发明的优选实施例，壁的环形部的外表面包括绕着每个安装孔的空腔以及连接装置，其中空腔用于容纳叶片平台的第一层和穿过所述孔的叶片平台的第二层，连接装置例如一个或多个扣环与叶片平台的定位装置配合以及与壁的所述部的内表面配合，所述装置优选环状布置。

要求利益

本发明的步骤使得将涡轮机叶片连接在转子上的装置有优势。这样的组件装置由于允许叶片和转子由不同的材料制成从而具有优势，尤其是在不可能在两者之间实施焊接操作的情况下。该类组件还具有非常轻的优点。它适合于鼓形的转子，也就是基本上由形成尖拱或鼓形壳体的薄壁组成，尤其装备有壁的环形凸起部。这些部分具有硬化鼓形转子以及补偿容纳定子叶片的内壳所需的高度差的双重优点。根据本发明的叶片尤其适合于这类型的转子。它们使用了壁的突出部分来容纳叶片从而将它们连接但不需要额外的任何材料或者增强。

附图说明

图1为喷气式发动机的轴流式涡轮机的低压压缩机段的局部剖面图，各叶片和转子为根据本发明第一实施例的叶片和转子。

图2为图1中的涡轮机转子的剖面图，所示为根据本发明第一实施例的可选择的转子叶片连接方法。

图3为根据本发明第一实施例的叶片的一示范性实施例的透视图。

图4为根据本发明第二实施例的轴流式涡轮机转子的局部剖面图。

图5为根据本发明第二实施例的图4中的转子叶片的透视图。

图6为图4中的装有叶片的转子沿线6—6的剖面图。

具体实施方式

图1所示为喷气式发动机的轴流式涡轮机2的前部。显示了安装在转子4上的进气风扇6。紧接该风扇6下游的是流过风扇6的气流的导流板前端8。所讨论的流体被分成穿过压缩机的不同压缩级的主流以及主流和压缩机外部的副流。压缩机包括由定子叶片10组成的一系列静子级。转子4支撑一系列转子叶片排12，每个转子叶片排与位于紧接下游的定子叶片排一起形成压缩机的压缩级。

转子4为主要由围绕其旋转轴旋转对称的壁16形成的鼓形转子。该壁形成了对应于尖拱形鼓形转子的总体形状的壳体。然而，其具有与固定了叶片12的排相对应的凸起部18。这些环形凸起部18使得叶片固定于其上而暴露它们的平台14，限定出经过压缩机沿着转子壁直到相邻定子叶片10的内壳体20的主流。壳体20由定子叶片12支撑并且包括耐磨材料22，耐磨材料22实质上与转子4的壁16上的唇形密封24一起提供了密封。

壁的凸起部18包括孔，叶片12***该孔中并保持在其中。每个叶片12包括平台14，平台14用来直接在所述孔的边缘与壁18的内部或内表面配合。事实上，如可在图1中看到的，转子叶片12的平台14包括在上游和下游边缘形成肩部的下层，这些肩部与壁的内表面相接触。它们在径向提供了叶片的机械保持。这样的肩部也可以形成在平台14的其他边缘，也就是周向地形成在边缘上。图1中没有显示出它们，因为图1是转子的纵向剖面图。

转子叶片12因此通过从鼓形转子的内部***来定位；叶片翼面首先被***相应的孔中，然后把平台***具有与转子壁的内表面接触的保持层的孔中从而定位平台。转子叶片12还可以通过其他装置例如胶粘来固定就位。保持平台14的形状确保在对应于离心力的方向上的叶片的径向定位。旋转期间，这些力非常大以致于它们偏离了作用于叶片上的其它力，例如气动力以及与叶片自身重量有关的力。当停止或甚至低速时，离心力为零或很小并且因此转子叶片通过其他装置固定很重要。但是，在这些情况下叶片遭受的力相比与离心力有关的力要低得多。

注意到叶片平台和壁18上的壳体孔的尺寸设计成能够使得两者之间过盈配合。在这种情况下，平台和／或壁18上的孔的边缘可以是锥形的从而确保在转子叶片装配时的夹紧。

图2所示为根据图1所示的本发明第一实施例的将叶片连接在转子上的可变方法。图2仅仅以断面示出了转子。

第一转子叶片排12通过容纳在平台14的内侧上的具有相应形状凹槽内的圆形截面扣环26被固定就位。该环优选由弹性金属材料例如弹簧钢制成。它被构造成使得其一旦处于向平台上施加力的位置时处于应力状态，这些力从转子被大致径向向外地指向。

第二转子叶片排12还是通过扣环来固定就位，但是这次是大致矩形截面扣环28。它也被容纳在形成于平台内侧上的具有相应形状的凹槽内。它也被构造成使得其在支撑平台的位置处于应力状态。

第三转子叶片排12通过沿大部分叶片平台长度上延伸的带30来固定就位。给定带的宽度，对应的凹槽不是必需的。

图2所示的各连接装置为示例并且能够相互或者与其他装置例如粘合和／或夹紧联合使用。

图3为图1和图2所示的本发明第一实施例的叶片的透视图。转子叶片12基本上由气动力层32和平台14构成。后者包括形成液流表面并且环绕气动力层32的第一上层34。该表面可以是平行四边形形状，更特别地，是矩形形状。它的厚度基本上相当于转子壁凸起部18(图1和图2)的厚度，更特别地是相当于转子壁的正好在容纳叶片的孔的边缘处的厚度。平台14还包括直接位于第一层下面的第二层36。第二层36盖住第一层的范围并且至少在第一层34的两个相对边缘上形成肩部。在图3的特定情况下，第二层在第一层的四个边缘上形成肩部。这些肩部被用来在容纳叶片的孔的边缘处接触壁的内表面。

圆形截面凹槽38横向地形成在平台14的内表面上，在这种情况下，是在第二层36的内侧。该凹槽被用来配合环形的扣环例如图2中的第一转子排上所示的扣环26。

叶片平台的第二层能够采取多种形式，只要它能提供机械定位所述叶片的方式。事实上，作为盖住第一层的范围的替代，它可能被限定为限定出肩部的支架。

第二层36的上游和下游边缘具有遵循与之接触的壁的内表面轮廓的弯曲表面。

叶片平台和与叶片配合的转子壁部被构造成这样的形式以致于形成液流表面的第一层34的表面与所述的壁部的外表面齐平。

图4—6示出了本发明的第二实施例。图4是轴流式涡轮机转子的局部剖面图，所示为将叶片装配到转子壁上。图5是图4所示的叶片的透视图。图6是图4中装有叶片的转子沿线6—6的视图。

对于相同或相应的部件，第一实施例的图1—3中的附图标记同样被用于第二实施例的图4—6中；但是，这些标记都增加了100。对于完全相同的零件，附图标记参考第一实施例的那些标记。

图4所示的转子104类似于图1和图2所示的转子。然而，不同在于容纳叶片112的壁凸起部118。作为具有大致等截面的孔的替代，壁部118在此包括横截面大致对应于平台的横截面的空腔和小于该空腔的孔。

叶片112的平台114包括第一层134，类似于第一实施例中的平台的第一层34(参见图3)。它还包括直接位于第一层134下面的第二层136。第二层136从第一层的底部延伸以便突出。它被用来穿过壁凸起部118内的孔从而连接叶片。它包括用来与支承在壁部118的内表面上的连接装置配合的孔138。孔138在转子中沿周向定向。图6示出了穿过转子叶片排上若干相邻叶片平台的孔的扣环126。扣环126可以在整个圆周上延伸，形成多圈或可以为多节段从而仅仅与一排中的少数叶片配合。

从第一层的底面突出的第二层能够采取不同于图4—6所示的形式。第二层上的定位装置也同样如此。孔可以采取其他形式，包括被不同地定向。在第二层上提供若干个孔也是可能的。定位装置还可以由第二层的合适的外部轮廓形成。后者可以例如是T型轮廓，扣环或相应形状的锁杆能够与之配合从而确保叶片在转子上的保持。

可以提供用来向第二层上施加张力的夹紧装置。它们能够集成到与定位装置(在这种情况下为孔138)配合的连接装置中(在这种情况下为图4-6的示例中的扣环126)。连接装置可以在至少一个与平台的第二层的接触面上具有锥度从而当定位所述固定装置时向所述第二层施加牵引力。可替代地或附加地，夹紧装置能够作为固定在壁的内表面上的装置的支撑体。

本发明的叶片，也就是，尤其是上面描述的两个实施例，能够用不同于转子的材料来制造。特别地，它们能够用复合材料制造，特别是具有有机基体的复合材料。转子本身可以用金属材料例如钛制成。装有叶片的转子因此能够非常轻同时提供了最优的叶片连接，特别适于补偿所使用的材料之间的不均匀膨胀。

由复合材料制成的叶片还可以包括一个或多个金属插件，特别是在第二平台层上，该第二平台层在包括涡轮机操作期间的某些情况下会遭受很大的压力。

Claims (15)

1.轴流式涡轮机的转子叶片(12，112)，包括：

-用于将叶片连接在转子(4，104)上的平台(14，114)；

-相互对立并且从所述平台(14，114)沿着叶片的主轴线延伸的两个气动力表面(32，132)；

沿着叶片的主轴线，所述平台(14，114)包括：

·第一层(34，134)，其形成一个表面来约束液流并且环绕所述气动力表面(32，132)，以及

·第二层(36，136)，其相对于所述气动力表面(32，132)位于所述第一层(34，134)的下面并且被用来连接所述叶片；

其中

所述平台(14，114)的所述第二层(36，136)被设计成为了连接目的能够与围绕所述转子中的孔的所述转子(4，104)的壁(18，118)的内表面配合。

2.如权利要求1所述的转子叶片(12，112)，其中，所述平台(14，114)的所述第二层(36，136)被设计成能够与在所述孔的两侧周向定位的所述转子(4，104)的壁(18，118)的内表面的层直接地和／或间接地配合。

3.如权利要求1和2中之一所述的转子叶片(12)，其中，所述第二层(36)形成从所述第一层(34)的表面突出的一个或多个肩部。

4.如权利要求3所述的转子叶片(12)，其中，所述第二层(36)至少大致平行于第一部分延伸并且从所述部分的表面突出从而在它的各边缘形成肩部。

5.如权利要求1或2所述的转子叶片(112)，其中，所述第二层(136)从所述第一层(134)的下表面突出并且包括一定位装置例如优选相对所述转子(104)周向定向的孔(138)，能够与被用来与所述壁(118)的内表面接触的细长连接装置(126)机械接合。

6.如权利要求5所述的转子叶片(112)，其中，所述第一层(134)的下表面绕过所述第二层(136)并且在所述平台(114)上在所述转子(104)的所述壁(118)的相应表面上形成支撑表面。

7.轴流式涡轮机的装有叶片的转子(4，104)，其中，所述叶片(12，112)为根据权利要求1—6中任一项所述的叶片。

8.如权利要求7所述的装有叶片的转子(4，104)，其中，它包括配备有一排叶片安装孔(12，112)的环形壁部(18，118)，该壁部优选为整体式的。

9.如权利要求8所述的装有叶片的转子(4，104)，其中，转子结构大体上由形成了圆形网的壁(16，116)构成，在接近壁的环形层的上游和／或下游处，壁(18，118)的环形层相对于所述网突出，所述壁的环形层优选对应于单排叶片(12，112)以及所述网优选包括至少一个环形肋(24，124)，所述环形肋被设计成与定子叶片级的内壳(20，120)的内表面(22，122)密封配合。

10.如权利要求9所述的装有叶片的转子(4，104)，其中，所述壁(16，116)包括在形成所述网的壁和所述壁(18，118)的环形层之间大体上径向延伸的至少一个连接层。

11.如权利要求8-10中任一项所述的装有叶片的转子(4)，其中，所述叶片(12)为根据权利要求3和4中任一项所述的叶片，所述壁(18)的所述环形层上的安装孔的形状对应于所述叶片(12)的所述平台(14)的所述第一层(34)的形状，并且所述第一层(34)的液流的边界表面和所述壁(18)的所述环形层的外表面齐平。

12.如权利要求11所述的装有叶片的转子(4)，其中，它包括作用于所述叶片(12)的所述平台(14)的内表面上以将它们固定就位的压力施加装置(26，28，30)，所述装置优选包括至少一个扣环(26，28)和／或环状布置的带(30)。

13.如权利要求11和12之一所述的装有叶片的转子(4)，其中，它包括在所述叶片(12)的所述平台(14)的所述肩部(36)和所述转子的所述壁(18)之间的粘合装置，例如粘胶。

14.如权利要求11-13中任一项所述的装有叶片的转子(4)，其中，所述壁(18)的所述环形层上的所述安装孔和所述叶片(12)尤其是它们的气动力表面(32)为了固定它们的目的而被设计成允许所述叶片(12)从转子(4)的内部***通过孔。

15.如权利要求8-10中任一项所述的装有叶片的转子(104)，其中，所述叶片(112)为根据权利要求5和6之一所述的叶片，所述壁(118)的所述环形层的外表面包括绕着每个安装孔的空腔以及连接装置，所述空腔用于容纳叶片(112)的平台(114)的第一层(134)和延伸通过所述孔的叶片(112)的平台(114)的所述第二层(136)，所述连接装置例如扣环(126)与叶片(112)的平台(114)的定位装置(138)以及与壁(118)的所述层的内表面配合，所述装置优选环状布置。

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