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CN100406682C - 叶片垫片的扣紧 - Google Patents

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CN100406682C
CN100406682C CNB2004100035153A CN200410003515A CN100406682C CN 100406682 C CN100406682 C CN 100406682C CN B2004100035153 A CNB2004100035153 A CN B2004100035153A CN 200410003515 A CN200410003515 A CN 200410003515A CN 100406682 C CN100406682 C CN 100406682C
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Abstract

一种燃气轮机叶片根部垫片(50)包括一个具有燕尾形状(51)的燕尾垫片部分(87)以及一个纵向延伸的平底面(52)及顶部的第1和第2纵向隔开的前后端(72和76)。横向隔开的第1和第2侧壁(54和64)从底面(52)向上延伸，这底面包括至少两个纵向延伸的细长的底面长孔(90)。每个底面长孔(90)包括一个主区(92)和纵向隔开的圆端区(94)。可以使用具有半圆形圆端区(102)的狗骨形的底面长孔(95)或圆端底面开口(99)。垫片是为具有在燕尾根部(30)的底部内成型的根槽(32)的叶片燕尾形根部(30)而设计的。具有燕尾形状(51)的燕尾垫片部分(87)实际上在整个根槽(32)内与至少一部分燕尾根部(30)的横截面的燕尾形(51)是一致的。底面(52)配置在根槽(32)内。

Description

叶片垫片的扣紧
发明领域
本发明是涉及到用其燕尾形的根部夹持在转子轮盘上的燕尾槽内的航空燃气轮机叶片，尤其是涉及配置在根部周围的垫片。
背景技术
许多燃气轮机是利用安置在转子的燕尾槽内的叶片的燕尾形根部而把转子叶片夹持在转子轮盘上。轮盘和叶片通常是用钛合金制成的，因为它的强度高，密度低并且在中低温度时具有良好的环保性能。在轮盘和叶片根部之间配置保护性的垫片以减少比较昂贵的轮盘和叶片根部的磨损。
压气机或风扇轮盘的外周可有一组燕尾槽而压气机或风扇的钛合金叶片根部就插入每个燕尾槽内。在静止状态时，叶片的燕尾部分是夹持在槽内的。在一台示例性发动机上，垫片被一个位于前部的叶片保持器以及一个位于后部的辅助短轴凸缘(spool flange)轴向夹持在轮盘上。以往经验表明燃气轮机在运转期间，风扇叶片的垫片可能在槽内轴向活动并因而损坏辅助短轴凸缘的前面或表面。这个辅助短轴是个关键的旋转部件，其表面的任何损坏都可能使得它不能正常工作。
当发动机在运转时，离心力使得叶片径向向外移动。叶片的燕尾部分的两侧沿轮盘燕尾槽的斜面滑动，在叶片与轮盘之间产生相对运动。在燃气轮机的过渡工况下，例如发动机启动、提升功率(飞机起飞)、降下功率和停机时，钛合金的叶片根部与轮盘之间的滑动是尤其严重的。这样的滑动可能会引起轮盘和叶片根部磨损并导致钛合金部件的抗疲劳能力下降。在这样的运转状态下，作用在燕尾槽附近的转子上的垂直力和滑动摩擦力可能会导致擦伤，然后在轮盘上形成疲劳裂纹并发展。要预测裂纹随发动机工作周期的增加而形成的情况及破坏程度是很困难的。因此，发动机的经营者，如航空公司必须要经常检查转子燕尾槽的内部，这是非常花费人力的一项工作。已经开发出保护性的垫片以消除钛合金轮盘、转子和叶片根部的磨损和擦伤。
美国专利No.5 160 243和5 240 375公开了许多用来安装在钛合金叶片根部与钛合金转子上的与其相应的槽之间的单层和多层垫片。这些垫片中最筒单的是用来在风扇叶片的根部上滑动的U形垫片，(见‘243专利的图3)。美国专利No.6 431 835的发明人发现这种垫片的缺点是在发动机运转过程中有变得松动的倾向，并且不能完全消除槽和风扇叶片根部之间的擦伤和磨损。
美国专利No.6 431 835公开了一种比较柔顺的垫片，用在燃气轮机风扇叶片与燃气轮机转子轮盘的燕尾槽之间，以减少那里的磨损。叶片根部的前缘和后缘有小的突起物，它们从根部的凹形的内表面向内径向延伸。这个柔顺的垫片具有第1和第2槽用来咬合住这些突起物。这些槽和突起物相结合就能在发动机运转期间把垫片固定住。这个柔顺的垫片的表面涂有氧化层。
叶片安装到转子轮盘上是靠把垫片滑到叶片根部上然后把装上了垫片的叶片插入燕尾槽中。这样的垫片的断面与叶片根部的断面不相匹配，因此把垫片滑到根部是很困难的并且可能会损坏或削弱垫片。这样，就要求有一种垫片，它能够很容易地安装到叶片的根部并需要把垫片展开以使它能与叶片根部的燕尾部分很好地贴合，并在两个突起物之间的槽内很好地贴合而固定，并沿根部的凹形内表面很好贴合。
发明概述
一种燃气轮机的叶片根部垫片包括一个燕尾形状的燕尾垫片部分以及纵向延伸的平底面及顶部的第1和第2纵向隔开的前端和后端。横向隔开的第1和第2壁从底面向上延伸，该底面至少包括两个纵向延伸的细长的底面长孔。每一个这样的底面长孔包括一个主区和几个纵向隔开的圆端区。在一个示例性的垫片实施例中，底面长孔的主区具有实际上平行的和直的边。底面长孔的更特殊的例子包括狗骨形的底面开口，它的圆端区比主区和圆端底面长孔更宽，而在这个圆端底面长孔上的圆端区是半圆形的，其宽度与主区宽度相同。
在一个垫片的示例性实施例中，第1和第2侧壁包括第1和第2下部，它们从底面向上并与底面成一个角度而延伸，它们相互之间也成一个角度，还包括从第1和第2下部分别向上和互相对着延伸的第1和第2上部。垫片的前端和后端包括在燕尾垫片部分的前后端处的前后切口。第1和第2壁的第1和第2下部上的缩减部分别从前后切口处的底面延伸到第1和第2下部的垫片前后垂直边缘。缩减部的垂直缩减部边缘从底面在整个第1和第2壁的第1和第2下部的部分分别向上延伸，并且缩减部的纵向缩减部边缘朝着垂直缩减部边缘而纵向及向下延伸。在纵向缩减部边缘与垂直缩减部边缘之间设置了过渡圆角。
一个燃气轮机叶片组件包括了一个具有叶片燕尾形根部的燃气轮机叶片及经过拉削的或者在燕尾形根部的底部形成的根部槽。具有燕尾形的燕尾垫片部分的形状在整个根槽内与燕尾形根部的燕尾形横断面的至少一部分(形状)是基本一致的。该底面配置在根槽内。
附图简述
本发明的上述几个方面以及其他特点将在以下说明中结合以下附图进行解释，其中：
图1是具有垫片切口及降低了抗弯强度的叶片垫片的叶片根部的透视图；
图2是图1中所示的叶片及垫片的正视图；
图3是图1中所示垫片的透视图；
图4是图3中所示垫片的顶视图；
图5是图4中所示垫片的侧视图；
图6是图3中所示垫片的放大正视图；
图7是图1中所示的叶片根部和垫片的径向向外及轴向向后看的透视图；
图8是图7中所示的垫片的径向向外看视图；
图9是具有另外一种垫片的叶片根部的径向向外和轴向向后看的透视图。
本发明的详细说明
图1所示是一个示例性燃气轮机叶片组件12，它具有表示成风扇叶片的叶片10。这叶片10包括一个翼面14，这个翼面从叶片轮盘16径向地向外延伸并从叶片前缘20轴向地延伸到叶片后缘22。叶片的尾端26径向地向内延伸到叶片燕尾形根部30，这个根部是燕尾形的以便插入燃气轮机轮盘或转子的燕尾形的转轮槽内。具有一个径向向内面向的表面33的一个横槽或根槽32延伸到位于根部前边缘42和根部后边缘44处的径向向内延伸的前缘和后缘突起物36和38之间的燕尾形根部30的底部34。
参看图1和图2，一个弹性根部垫片50配置在根槽32内并围绕燕尾形根部30，它的形状通常是与这个根部是一致的。在整个根槽32内，垫片50通常与燕尾形根部30的断面形状51相一致。参看图3-6，垫片50具有纵向延伸的平底面52以及横向隔开的第1和第2侧壁54和64，这两个恻壁从底面52向上延伸。第1和第2侧壁54和64具有第1和第2下部56和66，它们与底面52成一个角度并且互相之间成一个角度而延伸。第1和第2侧壁54和64还具有第1和第2上部60和70，它们通常与叶片尾端26和叶片燕尾根部30之间的叶片过渡部分71相一致(图2有说明)。垫片50是由有弹性的薄金属片制成并在其内侧和/或外侧面可以具有抗摩擦或抗擦伤的涂层。
垫片50从前端72延伸到后端76。前缘突起物36配置在底面52的前端72上所形成的前切74内。后缘突起物38放置在底面52的后端76所形成的后切口78内。在第1和第2侧壁54和64的第1和第2下部上的缩减部80分别从前后切口74和78的底面52延伸到第1和第2下部56和66的垫片前后垂直边缘104和106。缩减部80包括缩减部垂直边缘82，它从底面52在整个第1和第2壁54和64的第1和第2下部56和66的大约1/2的部分内向上延伸。缩减部纵向边缘84纵向及向下朝缩减部垂直边缘82方向延伸。在缩减部纵向边缘84与缩减部垂直边缘82之间安排了圆角86。这样就为缩减部80在水平底面52与第1和第2侧壁54和64的第1和第2下部56和66的缩减部垂直边缘之间提供了平滑过渡。
参看图2，垫片50具有一个燕尾形垫片部分87，它具有燕尾形高度88，这个高度比叶片10的燕尾根部30的叶片根部高度89要小，以适应根槽32并与燕尾根的形状相一致。具有燕尾形状51的燕尾垫片部分87在整个根槽32内至少与燕尾根30的断面燕尾形51的一部分相一致。底面52放置在根槽32内。象这样，垫片50必须有足够的柔性以便展开，使得它能够在较大的燕尾叶片根30配合贴合，仍不会损坏或变形而失去其弹性以及适应和保持它在叶片根部上扣紧贴合的能力。
在底面52上的两个纵向延伸的细长的底面长孔90为底面和垫片50提供了柔性。可以使用两个以上的细长的底面长孔90。每一个底面长孔90具有如图4，7，8和9所示的一个主区92和纵向间隔开的圆端区94。主区92的长孔的两侧边98是平行的和直的。图4、7、8中所示的是两个狗骨形底面长孔95，其中圆端区94比主区92更宽。图9显示具有相同宽度W的半圆形圆端区102的两个圆端底面长孔99。
本发明已经以图示方法说明了。要理解所使用到的术语是用来说明的而不是限制性的。虽然本文已经说明了被认为是本发明的最佳实施例，然而本发明的其他改进对于业内人士是显而易见的，因此希望在所附权利要求书中确保所有这些改进都落在本发明的真实的精神和范围内。
120411-零部件明细表
10.燃气轮机叶片
1.叶片组件
2.翼面
16.叶片轮盘
20.前缘
22.后缘
26.叶片尾端
30.根部
32.根槽
33.槽表面
34.底部
36.前缘突起物
38.后缘突起物
42.根部前缘
44.根部后缘
48.垫片内侧
49.垫片外侧
50.根部垫片
51.燕尾形
52.平底面
54.第1侧壁
56.第1下部
58.第1上部
60.第1端部
64.第2侧壁
66.第2下部
68.第2上部
70.第2端部
71.过渡部分
72.垫片前端
74.前切口
76.垫片后端
78.后切口
80.缩减部
82.缩减部垂直边缘
84.缩减部纵向边缘
86.圆角
87.燕尾垫片部分
88.垫片燕尾高度
89.叶片根部高度
90.垫片底面长孔
92.主区
94.端区
95.垫片底面狗骨形长孔
98.长孔侧边
99.垫片底面圆端长孔
102.半圆端区
104.垫片前部垂直边缘
106.垫片后部垂直边缘
W-宽度

Claims (11)

1.一种燃气轮机叶片根部垫片(50)包括：
一个具有燕尾形状(51)的燕尾垫片部分(87)；
该燕尾垫片部分(87)包括一个纵向延伸的大致平的底面(52)和顶部的纵向间隔开的前后端部(72和76)，
从底面(52)向上延伸的横向间隔开的第1和第2侧壁(54和64)；
在底面(52)上的至少两个纵向延伸的细长的底面长孔(90)，以及
每个底面长孔(90)包括一个主区(92)和纵向隔开的圆端区(94)。
2.如权利要求1所述的一种叶片根部垫片(50)，其特征在于底面长孔(90)的主区(92)具有平行的和直的长孔边(98)。
3.如权利要求2所述的一种叶片根部垫片(50)，其特征在于底面长孔(90)是狗骨形的底面长孔(95)，并且其圆端区(94)比主区(92)宽。
4.如权利要求2所述的一种叶片根部垫片(50)，其特征在于底面长孔(90)为圆端底面长孔(99)，而圆端区(94)是半圆端区(102)，半圆端区的宽度与主区(92)的宽度相同。
5.如权利要求1所述的一种叶片根部垫片(50)，其特征在于还包括：第1和第2侧壁(54和64)，其从底面(52)向上延伸，并且相互之间与底面成一个角度；
分别从第1和第2下部(56和66)互相面向地向上延伸的第1和第2上部(58和68)。
6.如权利要求5所述的一种叶片根部垫片(50)，其特征在于底面长孔(90)的主区(92)具有平行和直的长孔边(98)。
7.如权利要求6所述的一种叶片根部垫片(50)，其特征在于底面长孔(90)为狗骨形的底面长孔(95)，而其圆端区(94)比主区(92)宽。
8.如权利要求6所述的一种叶片根部垫片(50)，其特征在于底面长孔(90)为圆端底面长孔(99)，而圆端区(94)为半圆形端区(102)，半圆形端区的宽度(W)与主区(92)的宽度相同。
9.如权利要求5所述的一种叶片根部垫片(50)，其特征在于在燕尾垫片部分(87)的前后端(72和76)处的底面(52)上还包括前后切口(74和78)。
10.如权利要求9所述的一种叶片垫片(50)，其特征在于还包括在第1和第2侧壁(54和64)的第1和第2下部(56和66)处的缩减部(80)，该第1和第2侧壁分别从前后切口(74和78)的底面(52)延伸到第1和第2下部(56和66)的垫片前后垂直边缘(104和106)。
11.如权利要求10所述的一种叶片根部垫片(50)，其特征在于还包括：
从底面(52)通过第1和第2侧壁(54和64)的第1和第2下部(56和66)的一部分分别向上延伸的缩减部(80)的缩减部垂直边缘(82)，
大致纵向及向下朝向缩减部垂直边缘(82)延伸的缩减部(80)的纵向边缘(84)，以及
位于缩减部纵向边缘(84)与缩减部垂直边缘(82)之间的圆角(86)。
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