CN1656303A - 工作叶片的轴向固定装置 - Google Patents

Abstract

提供一种轴向通流透平机械工作叶片(10)的轴向固定装置，其中，工作叶片(10)径向和在切线方向上借助于轴向***叶片轮缘(16)径向槽(14)内的叶片根部(12)固定。轴向固定装置(20)具有固定体(22)，该固定体带有轴向第一端区(26，26′)和轴向第二端区(28)，它们借助于连接区(36)相互连接，其中，第一端区(26，26′)从后面夹住叶片根部(12)的端面(32)和流动出口侧上叶片轮缘(16)的端面(30)，第二端区(28)从后面夹住流动入口侧上叶片轮缘(16)的端面(34)。借助端区(26，26′，28)相对于由流动从流动入口侧在箭头(A)方向上作用产生的轴向力对叶片(10)进行固定。在连接区(36)内构成一个弹性件(38)，在安装状态下借助该弹性件在叶片根部(12)和径向槽底部(15)之间施加一种径向作用的力，该力足以逆流动入口(B)方向上的轴向力将工作叶片(10)固定在其轴向位置上。

Description

工作叶片的轴向固定装置

技术领域

本发明涉及按权利要求1前序部分所述用于轴向通流叶轮机械工作叶片的轴向固定装置。

在轴向通流叶轮机械的工作叶片上作用有由旋转产生的离心力。这些力一般通过在工作叶片和叶片轮缘之间圣诞树形或燕尾形构型由径向设置形状配合连接的槽-弹簧连接来接受。而通过流动介质的轴向流动方向产生的轴向力则必须借助于单独的轴向固定装置来接受。

背景技术

US-A-2,928,651公开了这种轴向固定装置的例子。用于固定轴向上工作叶片的是由板单件构成的固定体，其长度大于燕尾形叶片根部或叶片轮缘反相相同构成的径向槽的轴向延伸部分。此外用于接受轴向力的是板的起到固定件作用的端区，这些端区从叶片根部或叶片轮缘的端面轴向凸起，并出于固定目的在径向上弯曲。两个凸起端区的第一个沿板的中心纵轴线分成两部分。两个这样由端区中产生的连接片出于固定的目的在径向相反的方向上弯曲，使第一连接片从后面夹住叶片轮缘的端面，而第二连接片从后面夹住叶片根部的第一端面。两个凸起端区的第二个在安装状态下弯曲，使它从后面夹住叶片轮缘与第一端面反向的第二端面。在板中心心轴状由板平面凸起的簧片嵌入叶片根部楔形缺口内，作用同样是接受轴向作用于叶片的力。

叶片根部内的缺口非常麻烦且制造费用很高，因为在目前用于制造叶片的现代高效能材料中，例如像镍基合金或者钛合金，这种缺口只能更多地通过磨削或者腐蚀制造。此外，若是带有里面嵌入固定体凸起部的叶片根部的缺口或叶片轮缘径向槽内缺口的轴向固定装置，安装和拆卸非常麻烦且费时。例如在US-2,928,651所示的例中，例如为拆卸先得将径向向外立起的端区(标号26)矫直。此外，固定体由板单件成型，其端区以及心轴状簧片通过该板的相应弯曲产生。板的材料为此必须这样选择，使其一方面能够弯曲成所要求的形状，另一方面却还要能够接受出现的力。因此，这种固定体只能局限于可能的推力和剪切力进行设计，其中，通过弯曲额外降低了材料强度。在正常条件下，所使用的这些公知的材料都几乎难以满足所要求的性能，在例如像涡轮增压器这种高速运转的透平机械中出现的高温下，几乎没有一种材料即使在高温下仍能保证叶片轮缘中工作叶片所需的轴向固定。此外，在这种固定体中，为使叶片在其位置上精确定位，必须以高精度对固定体的端区进行弯曲。

发明内容

本发明目的因此在于，提供一种上述类型的轴向固定装置，该装置制造和安装简单且成本低廉，而且确保工作叶片可靠地处于其轴向位置上。

该目的通过具有权利要求1所述特征的轴向固定装置得以实现，其中，叶轮的工作叶片借助于轴向固定装置对应的固定体得到固定。固定体具有轴向第一端区和轴向第二端区，它们通过连接区相互连接。在安装状态下，连接区设置在叶片根部末端和径向槽底部之间构成的一个间隙内。第一端区这样构成，使它用从后面夹住流动出口侧上叶片根部和叶片轮缘的端面。第二端区这样构成，使它用从后面夹住对着流动入口侧上叶片轮缘的端面。依据本发明，连接区具有一个弹性件，在装入状态下借助该弹性件在叶片根部和径向槽底部之间施加一种径向作用的力，该力足以克服轴向力沿流动入口方向将工作叶片固定在其轴向位置上。通过这种构型可以无径向缺口构成叶片根部以及径向槽，从而显著降低了制造成本。此外，借助依据本发明的轴向固定装置可以将固定体简单地装入径向槽内，随后将叶片用叶片根部***径向槽内。拆卸同样可以简单地以相反顺序进行。无需如弯曲或者扭转固定体或固定体的端区。这样减少了安装和拆卸所需的时间。

弹性件非常简单地以连接区内波的方式构成。该波可以由单整波、由双波或者多波，或者也可以由向上或者向下的半波构成。如果该弹性件以连接区的波形弯曲方式构成，那么固定体可以特别简单地制造。但是，该波也可以在由材料块加工出固定体时或者在铸造时等就设置在固定体内，从而无需事后的弯曲。

特别具有优点的是，波形的弯曲在其轴向延伸部分中基本相当于连接区径向厚度的两倍到十倍，因为这样达到径向槽底部和叶片根部末端之间的间隙内最佳的力比。

如果叶片根部在其至少一半的轴向长度上与固定体的连接区摩擦接触，那么还能进一步提高力作用。

如果固定体由耐高温钢制成，那么它在高速运转的透平机械上也可以容易地使用。在一特别优选的实施方式中，固定体由镍基合金制成。

制造方面特别简单的是固定体单件构成。

在固定体的第一和第二端区内实心构成的凸缘保证在轴向上特别良好的固定，因为这些凸缘不能矫直。但也可以设想，端区以可弯曲板端的方式构成。固定体的末端如何构成无关紧要，通过从铸造、腐蚀、板材冲裁和/或者借助激光可以非常简单地制造固定体。

其他优选的实施方式为从属权利要求的主题。

附图说明

下面借助附图中示出的优选实施例对本发明的主题作详细说明。其中：

图1一部分固定在叶片轮缘上的叶片以及一部分叶片轮缘利用依据本发明轴向固定装置的一优选实施方式的沿叶片轮缘径向槽底部的轴向剖面；

图2以与图1类似的示意图示出依据本发明轴向固定装置的第二实施方式；

图3以与图1和2类似的示意图示出依据本发明轴向固定装置的第三实施方式；

图4以与图1-3类似的示意图示出依据本发明轴向固定装置的另一实施方式。

附图中使用的附图符号及其含义汇总列在附图标记表中。所介绍的实施方式为本发明主题的举例，并无限制作用。

具体实施方式

图1和2分别示出带有圣诞树形叶片根部12的工作叶片10的一部分，叶片根部固定在叶片轮缘16的反向相同圣诞树形的径向槽14内。在叶片根部12的末端13和径向槽14的径向槽底部15之间的间隙18内，设置依据本发明轴向固定装置20的固定体22，该固定体在所示的实施例中为一体结构。向工作叶片10施加工作介质的流动方向这里采用箭头A表示。与该流向A相反-与通过流向A作用的力相比-小得多的轴向力在方向B上作用于工作叶片10。依据本发明的轴向固定装置20克服两个力A，B保证工作叶片10精确地保持在其轴向位置上。

最好由例如像尼莫尼克镍基合金90这样的镍基合金制成的固定体22具有两个端区26，26′和28，固定体22利用这些端区凸出叶片轮缘16径向槽14的轴向延伸部分或叶片根部12的轴向延伸部分。固定体22的第一端区26，26′为实心双凸缘。径向内凸缘26在这里所示的实施例中形状配合连接用从后面夹住流动出口侧上的叶片轮缘端面30，径向外凸缘26′同样形状配合连接地用从后面夹住流动出口侧上的叶片根部端面32。与第一端区26，26′轴向上隔开地设置有第二端区28，它在安装状态下径向内部用从后面夹住流动入口侧上叶片轮缘12的端面34。两个端区26，26′和28通过连接区36轴向相互连接。连接区36具有矩形横截面，它在其整个轴向长度上尺寸基本不变。这样可以非常简单地制造固定体22以及简单地加工叶片轮缘16和叶片根部12。但也可以设想其他任何类型的横截面，如半圆形、多边形等等。

图1中的连接区36在流动出口侧具有连接区36的单波40形式的弹性件38。该单波40与连接区36径向厚度相比，大致具有两倍半的轴向延伸部分(未按比例示出)。波40可以在铸造时或者在冲裁、铣削或利用激光切割时由一块材料制成，或者在使用允许弯曲或深冲材料的情况下，通过连接区的相应变形制成。在后两种方法中，波40区域内的横截面与连接区36的其他基本不变的横截面相比略有减小。

图2所示固定体22的连接区36同样具有作为弹性件38的波，它由半波42构成并与图1中的波40相反设置在流动入口侧上。如在所有图中那样，这里为便于观察，间隙18、固定体22和弹性件38同样未按比例示出。但叶片根部末端13和径向槽底部15之间间隙18的径向延伸部分基本相当于连接区36的径向厚度。

图3和4的实施方式与前面实施方式的区别在于，叶片根部12′和径向槽14′为燕尾形。弹性件38也是在流动出口侧由波构成，其中，图3中为一倍半波44，而图4中则为双波45。图3和4中叶片根部12′和径向槽14′的燕尾形状不同并举例示出，只要叶片根部12和径向槽14以在径向和切线方向上保证固定叶片10的方式形成槽-弹簧连接，依据本发明的轴向固定装置20就可以在所有可设想的叶片根部形状和径向槽形状中使用。

图5所示的依据本发明的轴向固定装置20原则上相当于图1所示的装置。但在该实施方式中，端区26，26′和28以公知的方式通过弯曲产生，并取代单波或者双波，在基本轴向上连接区36的中心设置多波48。

如从图1和2可清楚看到的那样，叶片根部12在由单波40、双波45或者多波48构成的弹性件38上在波40，45，48的两侧与固定体22的连接区36摩擦接触。这样做特别具有优点，因为在工作期间与借助于叶片根部末端13和径向槽底部15之间的弹性件38施加的径向力附加离心力作用于固定体22和叶片10，该离心力在弹性件38由波40，45，48构成时加强了作用在弹性件两侧的摩擦力。与此相反，弹性件38由半波42或者一倍半波44的构成导致叶片根部12仅在波42，44的一侧上与固定体22的连接区36摩擦接触，而且在多个波弧线情况下最多与一个或者多个波弧线46摩擦接触，这一点正如图3中借助一倍半波44所示的那样。除半波和一倍半波外，也可以具有两倍半、三倍半等等的波。波的轴向延伸部分与它们是否为半波、单波直至多波的具体构成无关，可以处于连接区36径向厚度大致两倍至十倍的区域内。具有优点的是，单件上叶片根部12在至少大致一半的轴向延伸部分上与固定体22摩擦接触，然后那里可以更好地充分利用离心力的作用。弹性件38作为半波、单波等的构成，其轴向延伸部分以及其与连接区36轴向延伸部分相比在间隙18内的设置，取决于转子、叶片10和叶片轮缘16的作用力和几何形状。

与固定装置20的具体构成无关紧要，安装和拆卸始终同样简单和迅速：安装时将固定体22装入径向槽14内，使端区26′和28用从后面夹住叶片轮缘16的两个端面30，34。然后将工作叶片10径向在固定体22上***径向槽14内，其中，必须克服通过弹性件38施加的可视为摩擦阻力的径向作用力。将工作叶片继续***径向槽14内，直至它利用其流动出口侧的端面32与第一端区26，26′的径向外凸缘26′接触。拆卸时按相反顺序进行。在流动方向A上作用的较大的轴向力由端区26，26′和28接受，而在反向B上作用小得多的轴向力，与由借助于弹性件38在径向槽14内施加的径向夹紧叶片根部12产生的摩擦力反作用。

附图符号表

A   来自流动入口侧流动的方向

B   来自流动出口侧力的方向

10  工作叶片

12  叶片根部

13  叶片根部末端

14  径向槽

15  径向槽底部

16  叶片轮缘

18  径向间隙

20  轴向固定装置

22  固定体

26，26′ 第一端区

28  第二端区

30  叶片轮缘流动出口侧端面

32  叶片根部流动出口侧端面

34  叶片轮缘流动入口侧端面

36  连接区

38  弹性件

40  单波

42  半波

44  一倍半波

45  双波

46  波弧线

48  多波

Claims (10)

1.轴向通流的透平机械工作叶片(10)的轴向固定装置，其中，工作叶片(10)径向和切线方向上借助于轴向***一个叶片轮缘(16)的一个径向槽(14)内的一个叶片根部(12)固定，其中，轴向固定装置(20)包括一个固定体(22)，该固定体包括逆流动方向相对叶片轮缘(16)固定固定体(22)的装置，在流动方向上相对固定体(22)固定工作叶片(10)的装置，在流动方向上相对叶片轮缘(16)固定固定体(22)的装置，以及逆流动方向相对固定体(22)固定工作叶片(10)的装置，其特征在于，至少用于固定的装置之一由固定体(22)和工作叶片(10)或固定体(22)和叶片轮缘(16)之间摩擦配合连接构成，而且摩擦配合的连接被施加径向弹力。

2.按权利要求1所述的轴向固定装置，其特征在于，固定体(22)包括一个轴向第一端区(26，26′)和一个轴向第二端区(28)，它们借助于连接区(36)相互连接，其中，连接区(36)在固定体(22)的安装状态下设置在叶片根部末端(12)和径向槽底部(15)之间构成的一个间隙(18)内，作为用于相对叶片轮缘(16)逆流动方向固定固定体(22)的装置第一端区(26，26′)从后面夹住流动出口侧上叶片轮缘(16)的一个端面(30)，作为用于相对固定体(22)在流动方向上固定工作叶片(10)的装置第一端区(26，26′)从后面夹住流动出口侧上叶片根部(12)的一个端面(32)，作为用于相对叶片轮缘(16)在流动方向上固定固定体(22)的装置第二端区(28)从后面夹住流动入口侧上叶片轮缘(16)的一个端面(34)，作为用于相对固定体(22)逆流动方向固定工作叶片(10)的装置固定体(22)在连接区(36)内包括一径向作用的弹性件(38)，该弹性件与叶片根部(12)形成摩擦配合连接。

3.按权利要求2所述的轴向固定装置，其特征在于，弹性件(38)以连接区(36)的波(40，42，44，45，48)的方式构成。

4.按权利要求3所述的轴向固定装置，其特征在于，波(40，42，44，45，48)在其轴向延伸部分中基本相当于连接区(36)径向厚度的两倍到十倍。

5.按权利要求2-4之一所述的轴向固定装置，其特征在于，叶片根部末端(13)和径向槽底部(15)之间间隙(18)的径向延伸部分基本相当于连接区(36)的径向厚度。

6.按权利要求2-5之一所述的轴向固定装置，其特征在于，叶片根部(12)在安装状态下约其至少一半的轴向长度上与固定体(22)的连接区(36)摩擦接触。

7.按权利要求2-6之一所述的轴向固定装置，其特征在于，固定体(22)的材料为耐高温钢，特别是镍基合金。

8.按权利要求2-7之一所述的轴向固定装置，其特征在于，固定体(22)单件构成。

9.按权利要求2-8之一所述的轴向固定装置，其特征在于，第一端区(26，26′)和第二端区(28)以实心凸缘的方式构成。

10.按权利要求2-9之一所述的轴向固定装置，其特征在于，固定体(22)通过由板材冲裁、腐蚀、铣削和/或者借助激光制造。

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