CN1607319A - 在涡轮机中用于将叶片安装到涡轮转子盘上的安装装置 - Google Patents

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Abstract

一种在涡轮机中用于将叶片(12)安装到涡轮转子盘(11)上的安装装置，叶片根(30)形成突出部，突出部径向地配合并保持在转子盘上的互补形状的空腔(31)中，并具有防止叶片根(30)在空腔中轴向移动的装置，叶片轴线(24)沿着一方向并成一角度地相对于与转子旋转轴线(10)垂直的方向向上游或下游倾斜，所述方向和角度设计成至少部分地补偿在涡轮机运行过程中由施加到转子上的机械和热应力导致的叶片轴线(24)的移位。

Description

在涡轮机中用于将叶片安装到涡轮转子盘上的安装装置
技术领域
本发明涉及一种在诸如航空涡轮喷气机或涡轮螺桨发动机的涡轮机中用于将可动叶片安装到涡轮转子盘上的安装装置。
背景技术
在这种涡轮机中，涡轮级的转子叶片通过将叶片根形成的突出部装配在转子盘上形成的空腔中而被安装在转子盘上，这种突出/凹入配合是例如燕尾型或圣诞树型，使得叶片被径向地保持在转子盘上。还设置有用于防止叶片根在转子盘上的狭槽中轴向移动的装置。
在静止时，叶片轴线精确地垂直于转子旋转轴线。
已经发现，转子的结构受到轴向、径向和切向力的作用，并且也受到温度梯度的作用，导致引起叶片的自由端附加轴向移位的变形。这样，当涡轮机运行时，叶片具有一个相对于转子旋转轴线不垂直的构型。这种构型降低了涡轮的效率，并因而降低了涡轮机的性能。
发明内容
本发明的目的是通过一种安装装置消除上述缺陷，安装装置能够使叶片轴线在涡轮机运行时精确地垂直于转子旋转轴线。
本发明的目的是通过一种在涡轮机中用于将叶片安装到涡轮转子盘上的安装装置来实现的，叶片根形成突出部，突出部径向地配合并保持在转子盘上的互补形状的空腔中，并具有防止叶片根在空腔中轴向移动的装置，其中，在静止和均匀温度条件下，叶片轴线沿着一方向并成一角度地相对于与转子旋转轴线垂直的方向向上游或下游倾斜，所述方向和角度设计成至少部分地补偿在涡轮机运行过程中由施加到转子上的机械和热应力导致的叶片轴线的移位。
在本发明第一实施例中，与垂直于叶片轴线的叶片根的表面配合的空腔的表面相对于转子旋转轴线成角度α倾斜。
在本发明另一实施例中，与垂直于转子旋转轴线的空腔的表面配合的叶片根的表面相对于叶片轴线的垂直方向成角度α’倾斜。
角度α和α’确定成，使得在运行时叶片轴线大体上垂直于转子旋转轴线，即，使得角度α和α’随着静止时叶片轴线的位置与运行时其位置之间所需的角度补偿而确定。
角度α和α’位于-1.5°到+1.5°的范围内。
已经发现，叶片的附加移位不是全部指向同一方向，尽管在运行时涡轮不同级的大多数叶片向下游倾斜，但一些其它级的叶片可能向上游倾斜。
本发明的装置可以相互独立地补偿不同级的叶片的附加偏斜。
总之，本发明的优点是通过在涡轮机运行时保持可动叶片相对于转子旋转轴线大体上垂直提高了涡轮的效率，并从而提高涡轮机的性能。
附图说明
通过以下非限定性的描述并且结合附图，本发明的其它优点或特征将变得明显，其中：
图1是在包括转子旋转轴线的平面上的涡轮机转子截面纵向示意图，显示了现有技术；
图2是图1的一部分的放大示意图；
图3是显示在垂直于转子旋转轴线平面上的用于将可动叶片安装到转子盘上的装置的示意纵向图；
图4和5是对应于图1一部分的放大示意图，并且显示了本发明的两个实施例；以及
图6是从转子外侧沿着径向方向看的空腔底部的局部示意图。
具体实施方式
参照图1，图1是在包括转子旋转轴线10的平面上的涡轮机转子截面纵向示意图。转子包括相互连接的涡轮盘11、安装到所述涡轮盘上的叶片12、以及用于防止叶片相对于涡轮盘轴向移动的***13，该***由设置在叶片之间的护罩和挡圈构成，护罩和挡圈以图2更清楚显示的方式固定到涡轮盘上。转子通过驱动锥15连接到涡轮14的轴上。
在图2中，可以看到两个相邻涡轮盘20和21通过在两个涡轮盘20与21之间沿着旋转轴线垂直延伸的护罩22相互连接。挡圈23设置在第一转子盘20与护罩22之间，另一挡圈25设置在护罩22与另一转子盘21之间。
在现有技术中，在静止和常温下，叶片12的轴线24垂直于转子的旋转轴线10延伸。
图3显示了用于将叶片12径向固定在转子盘11上的公知装置，该装置是燕尾型，并且包括形成在叶片12一端并安装到转子的对应盘11上的突出部30，所述突出部被称作叶片根或球根，并且与通过称作狭槽的空腔在转子盘11的周边上形成的凹入部31相互配合。
叶片根30具有平面表面34，平面表面34与旋转轴线10平行并且朝向形成狭槽31底部的大体上的平面表面35。
当涡轮机运行时，转子结构受到轴向、径向和切向力，并且也受到温度梯度的作用，导致引起叶片12的自由端附加轴向移位的变形。在图2中，可以看到叶片的轴线24占据一个与转子旋转轴线10不垂直的方位，叶片轴线的附加倾斜指向下游或者上游。此外，温度梯度导致构成叶片12的材料膨胀，并且导致所述叶片12相对于转子旋转轴线10附加径向移位。
在图4所示本发明第一实施例中，与垂直于叶片轴线24的叶片根30的表面34相对应的空腔31或狭槽的表面35相对于转子旋转轴线10成角度α向上游倾斜。
这意味着，在静止时，轴线24向上游倾斜角度α，如图4所示。在运行时，轴向、径向和切向应力以及温度梯度导致引起叶片12的自由端轴向附加移位的变形，结果使轴线24向下游倾斜，从而使它回到与转子的旋转轴线10大体上垂直的位置，在静止时的倾斜角度α确定成尽可能精确地补偿叶片12的附加偏斜。
在图5所示本发明第二实施例中，与平行于转子旋转轴线10的空腔31或狭槽的表面35相对应的叶片根30的表面34在静止时相对于叶片轴线24的垂直方向向上游倾斜角度α’。
其结果是，在静止时，轴线24向上游倾斜角度α’，如图5所示。在运行时，上述应力具有升高轴线24的作用，使得它回到与转子的旋转轴线10大体上垂直的位置，角度α’预先确定成尽可能精确地补偿叶片12的附加偏斜。
叶片的附加偏斜可以在不同级中指向上游或下游。在静止并且在常温状态下，本发明的安装装置可以使叶片轴线24在涡轮的不同级中相互独立第向上游或者向下游倾斜角度α或α’，以便尽可能好地补偿轴线的附加倾斜，并使它们在运行时回到与转子的旋转轴线10垂直的位置。
该装置不将每个涡轮机局限于单一实施例。涡轮机可以包括本发明的两个实施例，即，在一个或者多个级中，与垂直于叶片轴线24的叶片根30的表面34配合的空腔31的表面35相对于转子的旋转轴线10倾斜角度α，并且还在一个或多个涡轮盘上，与平行于转子的旋转轴线10的空腔31的表面35配合的叶片根30的表面34相对于叶片轴线24的垂直方向倾斜角度α’。
本发明的连接装置可用于叶片和转子盘之间的连接，在转子盘中，空腔或狭槽31不必平行于转子的旋转轴线10定向。图6显示了空腔或狭槽31的底表面35沿着相对于转子的旋转轴线10成角度β的方向纵向地定向的结构。
这种定向也是接收在空腔或狭槽31中的叶片根30的定向。更精确地，角度β是空腔31和叶片根30的纵向方向与平行于旋转轴线并且位于图6的平面中的直线之间的角度，该平面是一个平行于转子的旋转轴线10的平面。

Claims (10)

1、一种在涡轮机中用于将叶片安装到涡轮转子盘上的安装装置，叶片根形成突出部，突出部径向地配合并保持在转子盘上的互补形状的空腔中，并具有防止叶片根在空腔中轴向移动的装置，其中，在静止和均匀温度条件下，叶片轴线沿着一方向并成一角度地相对于与转子旋转轴线垂直的方向向上游或下游倾斜，所述方向和角度设计成至少部分地补偿在涡轮机运行过程中由施加到转子上的机械和热应力导致的叶片轴线的移位。
2、如权利要求1所述的安装装置，其特征在于，与垂直于叶片轴线的叶片根的表面配合的空腔的表面相对于转子旋转轴线成角度α倾斜。
3、如权利要求1所述的安装装置，其特征在于，与垂直于转子旋转轴线的空腔的表面配合的叶片根的表面相对于叶片轴线的垂直方向成角度α’倾斜。
4、如权利要求2或3所述的安装装置，其特征在于，角度α和α’确定成，使得在运行时叶片轴线大体上垂直于转子旋转轴线。
5、如权利要求2或3所述的安装装置，其特征在于，角度α和α’位于-1.5°到+1.5°的范围内。
6、如权利要求1所述的安装装置，其特征在于，在静止时，至少一个涡轮级的叶片轴线指向上游。
7、如权利要求1所述的安装装置，其特征在于，在静止时，至少一个涡轮级的叶片轴线指向下游。
8、如权利要求1所述的安装装置，其特征在于，防止叶片根在空腔中轴向移动的装置包括环形挡圈，环形挡圈通过转子盘携带的护罩压入在位。
9、如权利要求1所述的安装装置，其特征在于，空腔和叶片根具有平行于转子旋转轴线、或者在平行于旋转轴线的平面内相对于所述轴线成角度β的纵向定向。
10、如权利要求1所述的安装装置，其特征在于，叶片根和空腔是燕尾型。
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