CN112392551A - 涡轮机的叶片保持特征 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮机，该涡轮机包括连接到第一多个叶片的可旋转环形外鼓转子。第一多个叶片中的每一个包括固定至可旋转环形外鼓转子的叶片根部部分。每个叶片根部部分包括用于将每个叶片根部部分径向地保持在可旋转环形外鼓内的一个或多个结构径向保持特征，以及用于将每个叶片根部部分轴向地保持在可旋转环形外鼓内的一个或多个轴向保持特征。

Description

涡轮机的叶片保持特征
政府资助的研究
导致该申请的项目已经根据第CS2-FRC-GAM 2018/2019-807090号拨款协议，从欧盟地平线2020研究与创新计划下的Clean Sky 2联合企业获得了资助。
技术领域
本公开大体涉及涡轮机，并且更具体地，涉及涡轮机(诸如燃气涡轮发动机)的叶片保持特征。
背景技术
燃气涡轮发动机通常包括燃烧区段下游的涡轮区段，该燃烧区段可与压缩机区段一起旋转，以旋转和操作燃气涡轮发动机来生成动力，例如推进推力。通用燃气涡轮发动机设计标准通常包括必须加以权衡或折衷的冲突标准，包括提高燃料效率，操作效率和/或动力输出，同时保持或减少重量，零件数量和/或包装(即，发动机的轴向尺寸和/或径向尺寸)。
燃气涡轮发动机通常在压缩机区段的压缩机或涡轮区段的涡轮中的至少一个中包括多个旋转转子叶片。此外，至少某些燃气涡轮发动机还在压缩机区段的压缩机或涡轮区段的涡轮中的至少一个中包括多个反向旋转转子叶片。普通的旋转叶片由盘例如通过叶片根部，燕尾榫或枞树形，或第三部分作为铆钉或螺栓接头的方式组装并保持在内部。盘通常相对于叶片排位于内部。反向旋转叶片相似地附接到旋转部件，但是在外部。
尽管有前述内容，但是仍然需要改进的保持特征，用于将涡轮机的这种叶片保持在它们各自的旋转部件内。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从描述中变得显而易见，或者可以通过实践本发明来学习。
在一方面，本公开指向一种涡轮机。该涡轮机包括连接至第一多个叶片的可旋转环形外鼓转子。第一多个叶片中的每一个包括固定至可旋转环形外鼓转子的叶片根部部分。每个叶片根部部分包括用于将每个叶片根部部分径向地保持在可旋转环形外鼓转子内的一个或多个结构径向保持特征，以及用于将每个叶片根部部分轴向地保持在可旋转环形外鼓转子内的一个或多个轴向保持特征。
在另一方面，本公开指向一种在可旋转环形外鼓转子内组装涡轮机的多个叶片的方法。该方法包括在可旋转环形外鼓转子的狭槽内布置多个叶片的多个叶片根部部分。该方法还包括在可旋转环形外鼓转子的狭槽内旋转多个叶片的多个叶片根部部分。此外，该方法包括将多个间隔件***到多个叶片的多个叶片根部部分中的一个或多个叶片根部部分之间的可旋转环形外鼓转子的狭槽中，以将多个叶片固定在可旋转环形外鼓转子内，并使多个叶片之间的间隙最小化。应当理解，该方法可以进一步包括本文所述的任何附加步骤和/或特征。
在又一方面，本公开指向一种涡轮机。该涡轮机包括连接至多个叶片的可旋转环形外鼓转子。多个叶片中的每一个叶片包括固定至可旋转环形外鼓转子的叶片根部部分。叶片根部部分经由多个对应的阳互锁元件和阴互锁元件，以及穿过对应的阳互锁元件和阴互锁元件布置的一个或多个紧固件来固定至可旋转环形外鼓转子。应当理解，该涡轮机可以进一步包括本文所述的任何附加特征。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。结合在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：
图1示出了飞行器涡轮风扇燃气涡轮发动机的一个实施例的纵向横截面视图，该涡轮风扇燃气涡轮发动机具有由轴向位于低压涡轮和高压涡轮之间的涡轮间框架支撑的反向旋转低压涡轮；
图2示出了图1中的发动机的涡轮间框架和反向旋转低压涡轮转子的放大视图；
图3示出了图1中的发动机的风扇框架和前支承件(bearing)以及集油槽的放大视图；
图4示出了根据本公开的第一多个低压涡轮叶片中的一个的一个实施例的立体图；
图5示出了图4所示的低压涡轮叶片的叶片根部部分的详细立体图；
图6示出了连接到环形外鼓转子的图4所示的低压涡轮叶片的横截面视图；
图7示出了连接到环形外鼓转子的图4所示的低压涡轮叶片的叶片根部部分的详细立体图；
图8示出了连接到环形外鼓转子的图4所示的低压涡轮叶片的叶片根部部分的另一详细立体图；
图9示出了根据本公开的第一多个低压涡轮叶片中的一个的另一实施例的立体图；
图10示出了图9所示的低压涡轮叶片的叶片根部部分的详细立体图；
图11示出了连接到环形外鼓转子的图9所示的低压涡轮叶片的横截面视图；
图12示出了根据本公开的第一多个低压涡轮叶片中的一个的又一实施例的立体图；
图13示出了图12所示的低压涡轮叶片的叶片根部部分的详细立体图；
图14示出了图12所示的低压涡轮叶片的叶片根部部分的另一详细立体图；
图15示出了连接到环形外鼓转子的图12所示的低压涡轮叶片的横截面视图；
图16示出了根据本公开的用于将燃气涡轮发动机的低压涡轮的第一多个低压涡轮叶片组装在可旋转环形外鼓转子内的方法的一个实施例的处理流程图；
图17示出了根据本公开的可旋转环形外鼓转子内的组装的第一多个低压涡轮叶片，特别地示出了布置在涡轮叶片之间的多个间隔件；
图18示出了根据本公开的用于放置在燃气涡轮发动机的低压涡轮叶片之间的间隔件的一个实施例的立体图；
图19示出了根据本公开的可旋转环形外鼓转子内的组装的第一多个低压涡轮叶片的一个实施例的横截面视图，特别地示出了布置在涡轮叶片之间的多个间隔件；
图20示出了根据本公开的第一多个低压涡轮叶片中的一个的进一步实施例的立体图；
图21示出了连接到环形外鼓转子的图20所示的低压涡轮叶片的横截面视图；
图22示出了连接到环形外鼓转子的图20所示的低压涡轮叶片的叶片根部部分的详细立体图；
图23示出了连接到环形外鼓转子的图20所示的低压涡轮叶片的叶片根部部分的另一详细立体图；
图24示出了根据本公开的第一多个低压涡轮叶片中的一个的又一实施例的立体图；
图25示出了连接到环形外鼓转子的图24所示的低压涡轮叶片的横截面视图；和
图26示出了连接到环形外鼓转子的图24所示的低压涡轮叶片的叶片根部部分的详细立体图。
在本说明书和附图中重复使用参考字符旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。在附图和描述中相似或相似的标记已经用于指代本发明的相同或相似部分。
如本文中所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件或特征与另一个部件或特征区分开，并且不旨在表示各个部件或特征的位置，重要性或大小。
术语“向前”和“向后”是指燃气涡轮发动机或运载工具内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或运载工具的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前向是指更靠近发动机入口的位置，而后向是指更靠近发动机喷嘴或排气的位置。术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，而“下游”是指流体向其流动的方向。除非本文另有说明，否则术语“联接”，“固定”，“附接到”等是指直接联接，固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接，固定或附接。除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”，“一种”和“该”包括复数指代。
如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的，近似语言用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生变化的任何定量表示。因此，由诸如“约”，“大约”和“基本上”的术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或***的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在10％的范围内。
在这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有指示，否则这种范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围包括端点，并且端点可彼此独立地组合。
现在参考附图，图1示出了根据本公开的涡轮机(例如涡轮风扇燃气涡轮发动机10)的一个实施例的示意图。如图所示，燃气涡轮发动机10围绕发动机中心线8，并且包括接收环境空气14的入口气流的风扇区段12。风扇区段12具有分别包括第一风扇叶片排13和第二风扇叶片排15以及反向旋转第一增压器16和反向旋转第二增压器17的反向旋转第一风扇4和反向旋转第二风扇6。反向旋转第一增压器16和反向旋转第二增压器17轴向位于反向旋转第一风扇叶片排13和反向旋转第二风扇叶片排15之间，该布置提供了从风扇区段12发出的减小的噪声。风扇区段12后面是：高压压缩机(HPC)18；燃烧器20，该燃烧器20将燃料与由HPC 18加压的空气14混合，以生成通过高压涡轮(HPT)24向下游流动的燃烧气体；反向旋转低压涡轮(LPT)26，燃烧气体通过该反向旋转低压涡轮26从发动机10排出。发动机10被设计成使得第二增压器17的末级以及在示例性实施例中第二风扇叶片排15可相对于高压压缩机18反向旋转。这降低了发动机10对风扇区段12的气流入口变形的敏感性。它还降低了其他转子中的旋转失速单元的相互敏感性。
高压轴27将HPT 24接合到HPC 18，以基本上形成第一或高压转子33。高压压缩机18，燃烧器20和高压涡轮24统称为核心发动机25，对于本专利而言，该核心发动机25包括高压轴27。核心发动机25是模块化的，使得它可以作为单个单元与燃气涡轮的其他部件分开独立地更换。
由风扇壳11和可旋转环形径向内旁路管道壁9径向界定的旁路管道21围绕反向旋转第一增压器16和反向旋转第二增压器17，以及到核心发动机25的高压压缩机18的入口管道19。旁路管道21由风扇壳11和环形径向内旁路管道壁9径向界定。径向内旁路管道壁9包括可旋转壁区段22，该可旋转壁区段22固定地安装到第二风扇叶片排15，并且第二增压器17从该可旋转壁区段22径向向内倚靠。第二风扇叶片排的径向外部23径向布置在旁路管道21内。
参考图1和2，反向旋转低压涡轮26包括环形外鼓转子136，该环形外鼓转子136通过后低压内圆锥形轴延伸部132可旋转地安装到低压内轴130。外鼓转子136包括从其径向向内延伸并且彼此轴向间隔开的多个低压涡轮叶片排138。鼓转子136从用螺栓连接到后低压内圆锥形轴延伸部132的低压涡轮叶片排138的末级139悬臂伸出。反向旋转低压涡轮26还包括环形低压内鼓转子146，该环形低压内鼓转子146通过后低压外圆锥形轴延伸部142可旋转地安装到低压外轴140。内鼓转子146包括从其径向向外延伸并且彼此轴向间隔开的多个第二低压涡轮叶片排148。第一低压涡轮叶片排138与第二低压涡轮叶片排148相互交叉。
低压外轴140将内鼓转子146驱动地连接至第二风扇叶片排15和第二增压器17。第二风扇叶片排15通过前圆锥形外轴延伸部143连接到低压外轴140。低压外轴140，内鼓转子146，第二风扇叶片排15和第二增压器17是低压外转子202的主要部件。低压内轴130将外鼓转子136驱动地连接到第一风扇叶片排13和第一增压器16。第一风扇叶片排13通过前圆锥形内轴延伸部133连接到低压内轴130。低压内轴130，外鼓转子136，第一风扇叶片排13和第一增压器16是低压内转子200的主要部件。
第一增压器16包括环形第一增压器转子区段166，该环形第一增压器转子区段166包括可旋转壁区段22，轴向间隔开的第一增压器叶片排168从该可旋转壁区段22径向向内延伸。环形第一增压器转子区段166以类似于整体叶片盘(通常称为“Blisk”)，或由于其重量轻并且不允许叶片附件泄漏而在常规转子中使用的整体叶片转子的方式被示出为整体叶片。增压器的低速操作和第一增压器转子区段166的低重量整体叶片盘设计有助于使第一增压器转子区段166的应力和挠度最小化。
第二增压器17包括环形第二增压器转子区段170，轴向间隔开的第二增压器叶片排172从该第二增压器转子区段170径向向外延伸。第二风扇叶片排15的径向内部28径向设置在入口管道19内，并且与第二增压器17一起旋转，因此被认为是第二增压器17和第二增压器叶片排172的一部分。第一增压器叶片排168和第二增压器叶片排172相互交叉并反向旋转。第一风扇叶片排13和第二风扇叶片排15分别固定地附接到第一增压器转子区段166和第二增压器转子区段170。低压内轴130和低压外轴140分别至少部分地与高压转子33同轴且径向向内可旋转地设置。
燃气涡轮发动机10还具有框架结构32，该框架结构32包括通过发动机壳45连接到中置发动机或涡轮间框架60的前部或风扇框架34。第二风扇叶片排轴向位于靠近风扇框架34的支柱35的位置，因此支柱35的前缘轴向向后扫掠或倾斜以减小噪音。发动机10例如通过从飞行器机翼向下延伸的吊架(未示出)安装在飞行器内或安装到飞行器。涡轮间框架60包括第一结构环86，该第一结构环86可以是围绕中心线8同轴设置的壳。涡轮间框架60还包括第二结构环88，该第二结构环88围绕中心线8与第一结构环86同轴地且径向向内间隔开地设置。第二结构环88也可以被称为毂。多个周向间隔开的支柱90在第一环86和第二环88之间径向延伸并且与其固定地接合。在本文所示的发明的示例性实施例中，支柱90是中空的，但是在其他实施例中，支柱可以不是中空的。由于涡轮间框架60轴向地位于高压转子33的HPT 24和LPT 26以及低压内转子200和低压外转子202之间，因此，它被称为涡轮间框架有时也被称为中置发动机框架。HPT 24和LPT 26之间的涡轮间过渡管道114穿过涡轮间框架60。
发动机在风扇框架34上的向前定位的风扇框架前安装座118和涡轮间框架60上的向后定位的涡轮框架后安装座120处安装至飞行器。发动机10可以通过吊架在前安装座118和后安装座120处安装在飞行器机翼下方，后安装座120在前安装座118的下游轴向间隔开。后安装座120用于将涡轮间框架60固定地接合至平台，该平台固定地接合至吊架。在一个实施例中，后安装座120包括U形U形夹122。传统安装座通常在涡轮间框架60上使用一组周向间隔开的U形U形夹122(附图的横截面图示中仅示出了一个U形U形夹)。U形U形夹122设计成通过一组销连接到一组链节。链节被连接到吊架底部上的平台。U形U形夹122是用于将发动机连接到飞行器的一种类型的框架连接装置。除了U形夹，其他类型的安装装置在飞行器工业中也是已知的，并且可以用来将本发明的框架和发动机安装到飞行器。
更具体地参考图3，低压外转子202通过前圆锥形外轴延伸部143由安装在第一支承件支撑结构44中的后推力支承件43和安装在第二支承件支撑结构47中的第二支承件36、滚子支承件从风扇框架34轴向和径向地可旋转地支撑。低压内转子200通过前圆锥形内轴延伸部133，由安装在前圆锥形外轴延伸部143的向前延伸延伸部56和前圆锥形内轴延伸部133之间前差动推力支承件55从风扇框架34轴向和径向地可旋转地支撑。低压内转子200还通过低压内轴130和低压外轴140之间的前差动支承件208、滚子支承件从风扇框架34径向地可旋转地支撑。第一支承件支撑结构44和第二支承件支撑结构47固定地附接到风扇框架34。
更具体地参考图2，低压外转子202通过连接到低压外轴140的后低压外圆锥形轴延伸部142，由涡轮间框架60内的第三支承件76径向地可旋转地支撑。第三支承件76设置在附接到涡轮间框架60的后部110的后支承件支撑结构97与后低压外圆锥形轴延伸部142的前内延伸部190之间。低压外转子202由第三支承件76最向后可旋转地支撑，因此该第三支承件76被称为最向后低压转子支撑支承件。本发明的涡轮间框架60轴向位于HPT24和LPT26之间，因此基本上支撑整个低压涡轮26。
低压内转子200通过连接到低压内轴130的后低压内圆锥形轴延伸部132，由低压外转子202的后低压外圆锥形轴延伸部142径向地可旋转地支撑。差动支承件144(也称为轴间支承件)设置在后低压外圆锥形轴延伸部142的后内延伸部192和后低压内圆锥形轴延伸部132的外延伸部194之间。这允许低压内转子200和低压外转子202反向旋转。
再次参考图1，高压转子33的高压压缩机18的前高压端70由支承件组件80径向地可旋转地支撑，该支承件组件80安装在附接到风扇框架34的支承件组件支撑结构82中。更具体地参考图2，高压转子33的后端92由第五支承件94向后径向地可旋转地支撑，该第五支承件94安装在附接到涡轮间框架60的前部108的前支承件支撑结构96中。前支承件支撑结构96和后支承件支撑结构97分别固定地接合或附接到涡轮间框架60的前部108和后部110，并且因此轴向间隔开。涡轮间框架60的前部108和后部110分别由第二结构环88分离。
前集油槽构件104和后集油槽构件106接合到涡轮间框架60，并由前支承件支撑结构96和后支承件支撑结构97承载。前集油槽构件104和后集油槽构件106分别在集油槽构件的前圆柱形中心孔84和后圆柱形中心孔85中支撑第五支承件94和第三支承件76。第五支承件94和第三支承件76具有分别固定地连接到前支承件支撑结构96和后支承件支撑结构97的前固定外座圈176和后固定外座圈178。
位于LPT 26的后部是出口导向轮叶组件150，该出口导向轮叶组件150支撑在低压涡轮壳54和环形箱结构154之间径向向内延伸的静止的一排出口导向轮叶152。出口导向轮叶组件150解旋离开LPT 26的气流。连接的低压涡轮壳54在涡轮间过渡管道114的端部处在HPT 24和LPT 26之间用螺栓连接到发动机壳45。圆顶形盖板156用螺栓连接到环形箱结构154。出口导向轮叶组件150并未提及，也没有作为框架使用，因为它不会旋转地支撑任何发动机转子。
本发明的涡轮风扇燃气涡轮发动机10的高压压缩机18可操作、并且设计成以大约15至大约30范围内的相对较高压缩机压力比以及大约40至大约65范围内的总压力比进行操作。压缩机压力比是仅横跨高压压缩机18的压力上升的量度。总压力比是整个高压压缩机18中横跨风扇的压力上升的度量，即，它是离开高压压缩机的压力除以进入风扇区段12的环境空气14的压力之比。示出的高压压缩机18具有六个高压级48和用于前四个高压级48的三个可变轮叶级50。可以使用少于四个可变轮叶级50。高压压缩机18具有相对较少数量的高压级48，并且本发明设想使用6至8个高压级和大约四个可变轮叶级50或更小。这使得发动机更短，同时仍具有40-65范围内的高总压力比。
发动机具有5-15范围内的设计旁路比和1.4-2.5范围内的设计风扇压力比。反向旋转第一风扇叶片排13和反向旋转第二风扇叶片排15设计为以尖端速度操作，对于两个叶片排，该尖端速度的总和在约1000到2500英尺/秒的范围，这允许使用重量轻的复合风扇叶片。重量轻，未冷却，高温能力，反向旋转陶瓷基复合材料(CMC)翼型件可用于反向旋转低压涡轮26。因此，发动机10和风扇区段12可被描述为具有第一风扇叶片排13和第二风扇叶片排15的操作风扇尖端速度的总和在每秒1000至2500英尺的范围内。
仍参考图1，示出了从发动机中心线8到第一风扇叶片排13的风扇叶片尖端188测得的尖端半径RT，以及在核心发动机25的高压压缩机18的入口管道19的入口186处从发动机中心线8到低压内转子200的转子毂196测得的毂半径RH。本发明的发动机10可以设计成具有在0.20至0.35之间的范围内的小的风扇入口毂与尖端半径的比率(RH/RT)。对于给定的一组风扇入口和入口管道环形区域，与较大的比率相比，较小的风扇入口毂与尖端半径的比率允许较小的风扇直径。但是，风扇入口毂与尖端半径的比率水平受到设计支撑旋转风扇叶片的盘的能力的限制。本文示出的示例性实施例中的风扇叶片由轻质复合材料或铝制成，并且转子风扇尖端的速度被设计成使得风扇盘126可以被设计成使风扇入口毂与尖端半径之比低至0.20。低的风扇入口毂与尖端半径的比率允许风扇区段12和高压压缩机18之间的核心发动机过渡管道124以及HPT 24和LPT 26之间的涡轮间过渡管道114的低斜率和短长度。
现在参考图4-15，示出了根据本公开的第一多个低压涡轮叶片138的多个实施例的各种视图。更具体地，图4-8示出了根据本公开的第一多个低压涡轮叶片138的一个实施例的各种视图。图9-11示出了根据本公开的第一多个低压涡轮叶片138的另一实施例的各种视图。图12-15示出了根据本公开的第一多个低压涡轮叶片138的又一实施例的各种视图。
特别地参考图4，示出了根据本公开的第一多个低压涡轮叶片138中的一个的一个实施例的立体图。如图所示，低压涡轮叶片138包括用于固定至环形外鼓转子136的叶片根部部分141。另外，如图所示，每个叶片根部部分141可包括用于将每个叶片根部部分141径向地保持在环形外鼓转子136内的一个或多个结构径向保持特征145，以及用于将每个叶片根部部分141轴向地保持在环形外鼓转子136内的一个或多个轴向保持特征147(例如，如图6、11、21、22和26所示)。在某些实施例中，如本文将要讨论的，轴向保持特征147可以包括附接到可旋转环形外鼓转子136的旋转护罩158，活塞或密封环163，燕尾榫接头149的燕尾榫151的侧表面159，或类似的。
更具体地，如图所示，结构径向保持特征145可包括燕尾榫接头149和/或一个或多个径向保持钩153。在特定实施例中，燕尾榫接头149可具有任何合适的横截面形状，例如，枞树形横截面。另外，图示的实施例中所示，结构径向保持特征145可包括燕尾榫接头149和径向保持钩155的组合，以及一个或多个径向保持支架157。更具体地，如图所示，每个叶片根部部分141可包括布置在一个径向保持钩155与一个径向保持支架155之间的燕尾榫接头149。
因此，如特别地经由图5中的数字(1)所示，燕尾榫接头149被构造为提供各个低压涡轮叶片138的径向保持(即，防止叶片138在组装和/或发动机停机期间从外鼓转子136掉出)。另外，如经由数字(4)所示，燕尾榫接头149构造成在燃气涡轮发动机10的操作期间提供用于从各个低压涡轮叶片138到外鼓转子136的扭矩传递的路径。此外，如经由数字(3)所示，低压涡轮叶片138还可以经由轴向保持特征147轴向保持在外鼓转子136内，该轴向保持特征147在所示实施例中包括活塞环163。
现在参考图6，示出了根据本公开的固定到外鼓转子136的图4的低压涡轮叶片138的横截面视图。如数字(2)所示，第一多个低压涡轮叶片138的每个叶片根部部分141可包括用于在燃气涡轮发动机10的操作期间将每个叶片根部部分141径向地保持在可旋转环形外鼓转子136内的一个或多个操作径向保持特征153。在这样的实施例中，可以仅在燃气涡轮发动机10的操作期间激活操作径向保持特征153，以将每个叶片根部部分141保持在可旋转环形外鼓转子136内。例如，在特定实施例中，操作径向保持特征153可包括燕尾榫接头149的燕尾榫151的外表面，径向保持钩155的外表面和/或径向保持支架157的外表面。更具体地，如图6所示，操作径向保持特征153可包括径向保持钩155和/或径向保持支架157的外表面。
特别地参考图7，示出了固定到外鼓转子136的图4的低压涡轮叶片138的组件的一个实施例的示意图。因此，如图所示，在组装之后，燕尾榫接头149提供叶片138的径向保持。另外，如图所示，重力在径向保持钩155和外鼓转子136之间，径向保持支架157和外鼓转子136之间，以及燕尾榫接头149和外鼓转子136之间产生各种间隙160。因此，如图8所示，在燃气涡轮发动机10的操作期间，离心力作用在箭头161所示的方向上，压力负载如箭头162所示作用在叶片138上。这样，径向保持钩155和外鼓转子136、径向保持支架157和外鼓转子136、以及燕尾榫接头149和外鼓转子136之间的间隙160被封闭。因此，如图8所示，径向保持钩155和径向保持支架157与外鼓转子136接触，从而在燃气涡轮发动机10的操作期间提供叶片138的径向保持。
现在参考图9，示出了根据本公开的第一多个低压涡轮叶片138中的一个的另一实施例的立体图。如图所示，低压涡轮叶片138包括用于固定至环形外鼓转子136的叶片根部部分141。另外，如图所示，叶片根部部分141可以包括用于将每个叶片根部部分141径向地保持在环形外鼓转子136内的一个或多个结构径向保持特征145，以及用于将每个叶片根部部分141轴向地保持在环形外鼓转子136内的一个或多个轴向保持特征147。
更具体地，如图所示，结构径向保持特征145可以包括单个燕尾榫接头149。例如，如图所示，在一个实施例中，燕尾榫接头149可在燃气涡轮发动机10的轴向方向173上纵向延伸，并且可跨越叶片根部部分141的宽度。因此，如特别地经由图10中的数字(1)所示，燕尾榫接头149构造成提供各个低压涡轮叶片138的径向保持(即，防止叶片138在组装和/或发动机停机期间从外鼓转子136掉出)。另外，如经由数字(2)所示，燕尾榫接头149的燕尾榫151的外表面构造成在燃气涡轮发动机10的操作期间提供外鼓转子136内的各个低压涡轮叶片138的径向保持。
例如，在燕尾榫接头149组装之后，重力在燕尾榫接头149与外鼓转子136之间产生间隙(类似于图7中的间隙160)。因此，在燃气涡轮发动机10的操作期间，离心力作用在叶片138上，使得燕尾榫151的外表面被迫抵靠环形外鼓转子136。这样，燕尾榫接头149和外鼓转子136之间的间隙是封闭的，从而在燃气涡轮发动机10的操作期间提供叶片138的径向保持。
另外，如经由图11中的数字(3)所示，低压涡轮叶片138也可以经由轴向保持特征147轴向地保持在外鼓转子136内，该轴向保持特征147在所示实施例中包括可旋转环形外鼓转子136的旋转护罩158。另外，如经由图10中的数字(4)所示，燕尾榫接头149的侧表面159构造成在燃气涡轮发动机10的操作期间提供用于从各个低压涡轮叶片138到外鼓转子136的扭矩传递的路径。
现在参考图12，示出了根据本公开的第一多个低压涡轮叶片138中的一个的又一实施例的立体图。如图所示，低压涡轮叶片138包括用于固定至环形外鼓转子136的叶片根部部分141。另外，如图所示，叶片根部部分141可以包括用于将每个叶片根部部分141径向地保持在环形外鼓转子136内的一个或多个结构径向保持特征145，以及用于将每个叶片根部部分141轴向地保持在环形外鼓转子136内的一个或多个轴向保持特征147。
更具体地，如图12和15所示，结构径向保持特征145可以包括单个燕尾榫接头149。然而，作为图9-11的实施例的替代，燕尾榫接头149可以在燃气涡轮发动机10的径向方向175(即，切线方向)上纵向延伸，并且可以跨越叶片根部部分141的宽度。因此，如特别地经由图13和图15中的数字(1)所示，燕尾榫接头149构造成提供各个低压涡轮叶片138的径向保持(即，防止叶片138在组装和/或发动机停机期间从外鼓转子136掉出)。另外，如经由数字(2)所示，燕尾榫接头149的燕尾榫151的外表面构造成在燃气涡轮发动机10的操作期间提供外鼓转子136内的各个低压涡轮叶片138的径向保持。
例如，在燕尾榫接头149组装之后，重力在燕尾榫接头149与外鼓转子136之间产生间隙(类似于图7中的间隙160)。因此，在燃气涡轮发动机10的操作期间，离心力作用在叶片138上，使得燕尾榫151的外表面被迫抵靠环形外鼓转子136。这样，燕尾榫接头149和外鼓转子136之间的间隙是封闭的，从而在燃气涡轮发动机10的操作期间提供叶片138的径向保持。此外，如经由图14中的数字(3)所示，低压涡轮叶片138也可以经由轴向保持特征147轴向地保持在外鼓转子136内，该轴向保持特征147在所示实施例中包括燕尾榫接头149的燕尾榫151的侧表面159。另外，如经由图13中的数字(4)所示，燕尾榫接头149的前表面构造成在燃气涡轮发动机10的操作期间提供用于从各个低压涡轮叶片138到外鼓转子136的扭矩传递的路径。
现在参考图16-18，示出了根据本公开的将第一多个低压涡轮叶片138组装在图12-15所示的可旋转环形外鼓转子136内的一个实施例的处理流程图。更具体地，如(1)和(2)所示，第一多个低压涡轮叶片138的叶片根部部分141布置在可旋转环形外鼓转子136的第一狭槽164内。此外，如(2)和(3)所示，第一多个低压涡轮叶片138的多个叶片根部部分141在可旋转环形外鼓转子136的第一狭槽164内旋转。此外，如(3)和(4)所示，该过程包括将多个间隔件165***到第一多个低压涡轮叶片138的多个叶片根部部分141中的一个或多个之间的可旋转环形外鼓转子136的多个第二狭槽167中，以将第一多个低压涡轮叶片138固定在可旋转环形外鼓转子136内和/或使第一多个低压涡轮叶片138之间的间隙最小化。图17示出了组装的可旋转环形外鼓转子136与固定在其中的第一多个低压涡轮叶片138和多个间隔件165。间隔件165的细节在图18中进一步示出。
因此，如图19所示，示出了第一多个低压涡轮叶片138和多个间隔件165固定在其中的组装后的可旋转环形外鼓转子136的横截面。低压涡轮叶片138通常经受高温，因此，叶片设计必须考虑叶片根部部分设计和间隔件的热膨胀。因此，如图所示，间隔件165可被设计成使得两侧与环形外鼓转子136接触，并且两侧在环形外鼓转子136之间具有间隙169。该设计确保维持叶片138之间的切向间隙171的设计标准。
现在参考图20，示出了根据本公开的第一多个低压涡轮叶片138中的一个的又一实施例的立体图。如图所示，低压涡轮叶片138包括用于固定至环形外鼓转子136(图21)的叶片根部部分141。另外，如图20和21所示，叶片根部部分141可包括用于将每个叶片根部部分141径向地保持在环形外鼓转子136内的一个或多个结构径向保持特征145，以及用于将每个叶片根部部分141轴向地保持在环形外鼓转子136内的一个或多个轴向保持特征147。
更具体地，如图所示，结构径向保持特征145可包括多个径向保持钩155(例如，叶片根部部分141的相对侧上的镜像钩)。因此，如图22中经由数字(1)所示，径向保持钩155构造成提供各个低压涡轮叶片138的径向保持(即，防止叶片138从外鼓转子136掉出)。另外，如图22中经由数字(2)所示，径向保持钩155的外表面构造成在燃气涡轮发动机10的操作期间提供外鼓转子136内的各个低压涡轮叶片138的径向保持。
例如，如图22所示，重力在径向保持钩155和外鼓转子136之间产生间隙(类似于图7中的间隙160)。因此，在燃气涡轮发动机10的操作期间，离心力作用在叶片138上，使得径向保持钩155的外表面被迫抵靠环形外鼓转子136。这样，径向保持钩155与外鼓转子136之间的间隙是封闭的，从而在燃气涡轮发动机10的操作期间提供叶片138的径向保持。此外，如图22中经由数字(3)所示，低压涡轮叶片138也可以经由轴向保持特征147轴向地保持在外鼓转子136内，该轴向保持特征147在所示实施例中表示可旋转环形外鼓转子136或活塞环163的旋转护罩158。另外，如经由图23的数字(4)所示，径向保持钩155可以进一步包括一个或多个肋或突起174，以在燃气涡轮发动机10的操作期间提供用于从各个低压涡轮叶片138到外鼓转子136的扭矩传递的路径。
现在参考图24，示出了根据本公开的第一多个低压涡轮叶片138中的一个的又一实施例的立体图。如图所示，低压涡轮叶片138包括用于固定至环形外鼓转子136(图25)的叶片根部部分141。另外，如图24和25所示，叶片根部部分141可以包括用于将每个叶片根部部分141径向地保持在环形外鼓转子136内的一个或多个结构径向保持特征145，以及用于将每个叶片根部部分141轴向地保持在环形外鼓转子136内的一个或多个轴向保持特征147。
更具体地，如图所示，结构径向保持特征145可以包括对应的阳互锁元件180和阴互锁元件182，以及穿过对应的阳互锁元件180和阴互锁元件182布置的一个或多个紧固件184。例如，在所示的实施例中，叶片根部部分141可以包括阴互锁元件182，而可旋转环形外鼓转子136可以包括阳互锁元件180。因此，如图26中经由数字(1)所示，对应的阳互锁元件180和阴互锁元件182以及紧固件184被构造为提供各个低压涡轮叶片138的径向保持(即，防止叶片138从外鼓转子136掉出)。另外，如经由数字(2)所示，对应的阳互锁元件180和阴互锁元件182以及紧固件184被构造为在燃气涡轮发动机10的操作期间提供外鼓转子136内的各个低压涡轮叶片138的径向保持。
另外，如经由图26中的数字(3)所示，低压涡轮叶片138也可以经由轴向保持特征147轴向地保持在外鼓转子136内，该轴向保持特征147在所示实施例中由对应的阳互锁元件180和阴互锁元件182以及紧固件184表示。另外，如经由图26中的数字(4)所示，对应的阳互锁元件180和阴互锁元件182以及紧固件184可以进一步在燃气涡轮发动机10的操作期间提供用于从各个低压涡轮叶片138到外鼓转子136的扭矩传递的路径。
该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实践本发明，包括制造和使用任何装置或***以及进行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，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，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
本发明的进一步方面由以下条项的主题提供：
条项1.一种涡轮机，包括：
可旋转环形外鼓转子，该可旋转环形外鼓转子连接到第一多个叶片；
第一多个叶片中的每一个包括固定至可旋转环形外鼓转子的叶片根部部分，每个叶片根部部分包括用于将每个叶片根部部分径向地保持在可旋转环形外鼓转子内的一个或多个结构径向保持特征、以及用于将每个叶片根部部分轴向地保持在可旋转环形外鼓转子内的一个或多个轴向保持特征。
条项2.根据条项1所述的涡轮机，其中，涡轮机包括涡轮区段，压缩机区段或发电机中的至少一个。
条项3.根据条项2所述的涡轮机，其中，涡轮机包括涡轮区段，涡轮区段包括高压转子，高压转子包括高压涡轮和低压涡轮，低压涡轮包括位于高压转子后方的反向可旋转低压内转子和低压外转子，低压涡轮进一步包括连接至第一多个叶片的可旋转环形外鼓转子和连接至第二多个叶片的可旋转环形内鼓转子。
条项4.根据任一前述条项所述的涡轮机，其中，一个或多个结构径向保持特征包括燕尾榫接头或一个或多个径向保持钩中的至少一个。
条项5.根据条项4所述的涡轮机，其中，一个或多个结构径向保持特征包括燕尾榫接头、一个或多个径向保持钩、以及一个或多个径向保持支架。
条项6.根据条项4所述的涡轮机，其中，一个或多个轴向保持特征包括可旋转环形外鼓转子的旋转护罩、活塞环、密封环或至少一个燕尾榫接头的燕尾榫的侧表面中的至少一个。
条项7.根据条项4所述的涡轮机，其中，至少一个燕尾榫接头在涡轮机的轴向方向上纵向延伸，并且跨越叶片根部部分的宽度。
条项8.根据条项4所述的涡轮机，其中，至少一个燕尾榫接头在涡轮机的径向方向上纵向延伸，并且跨越叶片根部部分的宽度。
条项9.根据条项4所述的涡轮机，其中，至少一个燕尾榫接头提供用于从第一多个叶片中的每一个到可旋转环形外鼓转子的扭矩传递的路径。
条项10.根据条项4所述的涡轮机，其中，至少一个燕尾榫接头包括枞树形横截面。
条项11.根据任一前述条项所述的涡轮机，其中，第一多个叶片的每个叶片根部部分进一步包括用于在涡轮机的操作期间将每个叶片根部部分径向地保持在可旋转环形外鼓转子内的一个或多个操作径向保持特征，一个或多个操作径向保持特征仅在涡轮机的操作期间被激活，以将每个叶片根部部分保持在可旋转环形外鼓转子内。
条项12.根据条项11所述的涡轮机，其中，一个或多个操作径向保持特征经由在涡轮机的操作期间发生的一个或多个离心力被激活，以进一步将每个叶片根部部分径向地保持在可旋转环形外鼓转子内。
条项13.根据条项12所述的涡轮机，其中，一个或多个操作径向保持特征包括至少一个燕尾榫接头的燕尾榫、一个或多个径向保持钩、或一个或多个径向保持支架中的至少一个的外表面。
条项14.根据条项13所述的涡轮机，其中，每个叶片根部部分包括布置在一个或多个径向保持钩中的一个径向保持钩与一个或多个径向保持支架中的一个径向保持支架之间的至少一个燕尾榫接头。
条项15.一种在涡轮机的可旋转环形外鼓转子内组装多个叶片的方法，该方法包括：
在可旋转环形外鼓转子的狭槽内布置多个叶片的多个叶片根部部分；
在可旋转环形外鼓转子的狭槽内旋转多个叶片的多个叶片根部部分；和
将多个间隔件***到多个叶片的多个叶片根部部分中的一个或多个叶片根部部分之间的可旋转环形外鼓转子的狭槽中，以将多个叶片固定在可旋转环形外鼓转子内，并使多个叶片之间的间隙最小化。
条项16.根据条项15所述的方法，其中，每个叶片根部部分包括用于将每个叶片根部部分径向地保持在可旋转环形外鼓转子内的一个或多个结构径向保持特征、以及用于将每个叶片根部部分轴向地保持在可旋转环形外鼓转子内的一个或多个轴向保持特征。
条项17.根据条项16所述的方法，其中，一个或多个结构径向保持特征包括燕尾榫接头或一个或多个径向保持钩中的至少一个。
条项18.根据条项17所述的方法，其中，一个或多个结构径向保持特征包括燕尾榫接头、一个或多个径向保持钩、以及一个或多个径向保持支架。
条项19.根据条项17或18所述的方法，其中，一个或多个轴向保持特征包括可旋转环形外鼓转子的旋转护罩、活塞环、密封环或至少一个燕尾榫接头的燕尾榫的侧表面中的至少一个。
条项20.一种涡轮机，包括：
可旋转环形外鼓转子，该可旋转环形外鼓转子连接到多个叶片；并且
多个叶片中的每一个叶片包括固定至可旋转环形外鼓转子的叶片根部部分，叶片根部部分经由多个对应的阳互锁元件和阴互锁元件，以及穿过对应的阳互锁元件和阴互锁元件布置的一个或多个紧固件来固定至可旋转环形外鼓转子。

Claims (10)

1.一种涡轮机，其特征在于，包括：
可旋转环形外鼓转子，所述可旋转环形外鼓转子连接到第一多个叶片；
所述第一多个叶片中的每一个包括固定至所述可旋转环形外鼓转子的叶片根部部分，每个所述叶片根部部分包括用于将每个所述叶片根部部分径向地保持在所述可旋转环形外鼓转子内的一个或多个结构径向保持特征、以及用于将每个所述叶片根部部分轴向地保持在所述可旋转环形外鼓转子内的一个或多个轴向保持特征。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，其中，所述涡轮机包括涡轮区段、压缩机区段或发电机中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的涡轮机，其特征在于，其中，所述涡轮机包括所述涡轮区段，所述涡轮区段包括高压转子，所述高压转子包括高压涡轮和低压涡轮，所述低压涡轮包括位于所述高压转子后方的反向可旋转低压内转子和低压外转子，所述低压涡轮进一步包括连接至所述第一多个叶片的所述可旋转环形外鼓转子和连接至第二多个叶片的可旋转环形内鼓转子。
4.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，其中，所述一个或多个结构径向保持特征包括燕尾榫接头或一个或多个径向保持钩中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的涡轮机，其特征在于，其中，所述一个或多个结构径向保持特征包括所述燕尾榫接头、所述一个或多个径向保持钩、以及一个或多个径向保持支架。
6.根据权利要求4所述的涡轮机，其特征在于，其中，所述一个或多个轴向保持特征包括所述可旋转环形外鼓转子的旋转护罩、活塞环、密封环或所述至少一个燕尾榫接头的燕尾榫的侧表面中的至少一个。
7.根据权利要求4所述的涡轮机，其特征在于，其中，所述至少一个燕尾榫接头在所述涡轮机的轴向方向上纵向延伸，并且跨越所述叶片根部部分的宽度。
8.根据权利要求4所述的涡轮机，其特征在于，其中，所述至少一个燕尾榫接头在所述涡轮机的径向方向上纵向延伸，并且跨越所述叶片根部部分的宽度。
9.根据权利要求4所述的涡轮机，其特征在于，其中，所述至少一个燕尾榫接头提供用于从所述第一多个叶片中的每一个到所述可旋转环形外鼓转子的扭矩传递的路径。
10.根据权利要求4所述的涡轮机，其特征在于，其中，所述至少一个燕尾榫接头包括枞树形横截面。
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