CN103967840A - 将轴流涡轮压缩机的叶片连接至压缩机鼓 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴流涡轮机的压缩机鼓。鼓(28)包括旋转的壁(30)，其形成中空体。壁(30)包括叶片的两个环形保持表面(38)，其与所述叶片(24)的对应保持表面(42)匹配。这些表面(38、42)通常彼此远离以形成轮廓，轮廓随着从壁的外表面的径向距离增大而偏离。鼓的保持表面(38)可形成在外环形体(36)上或形成在倾斜的环形凸缘上。

Description

将轴流涡轮压缩机的叶片连接至压缩机鼓

技术领域

本发明涉及一种轴流压缩机的叶鼓(bladed drum)。更特别地，本发明涉及一种鼓，在其上面通过阳性材料接触(positive material contact)连接转子叶片。本发明还涉及一种安装有这种鼓的涡轮机。

背景技术

优选地，轴流涡轮压缩机具有若干压缩阶段。每个压缩阶段包括一排环形的转子叶片和一排环形的定子叶片。压缩机转子由具有轴向对称壁的鼓形成，这生成了轻质和经济的整体元件。

鼓具有基本环形的薄壁，转子叶片被直接地连接至薄壁。有几种实现此的方案。可将叶片焊接至鼓壁内的孔中，或者可将叶片根部插入到切入到鼓内的轴向槽中。

可选地，鼓可设置有环形凹部，凹部内有安装表面。转子叶片具有对应的安装表面，使得它们被夹持到凹部内。

专利EP2075417A1公开了一种轴流涡轮压缩机的转子鼓。该鼓具有对称的壁和环形凹部。后者径向地向外开口并且在相同的方向上收缩。叶片被夹持在环形凹部内。为此，它们具有使其轮廓对应于凹部的底脚并被插入到凹部内。从而它们被径向地保持。凹部的存在需要大量的材料，这使得鼓更重。而且，这些材料代表着成本。另外，由于环形凹部径向地延伸至鼓壁，环形凹部在鼓壁内形成材料的不连续。这降低了刚度，导致涡轮机运行时挠曲增加。由于离心力的原因叶片根部被向外拉。由于它们的形状，它们倾向于从环形凹部的内边缘分离，这进一步扭曲了鼓。每个环形凹部具有需被加工的夹持表面。由于凹部闭合的本性，夹持表面相对难以触及，使得加工复杂。

发明内容

技术问题

本发明意在解决至少一个现有技术中存在的问题。本发明还意在便于加工鼓的夹持表面。本发明还意在减轻轴流压缩机的叶片鼓的重量。本发明还意在硬化轴流压缩机的叶鼓。

技术方案

本发明涉及一种位于轴流涡轮机上的转子鼓，包括围绕转子的转动轴线旋转的壁，其形成了中空体，并在其外表面上包括两个环形叶片排保持表面；其中鼓壁的两个保持表面基本上彼此远离，以形成在壁的外表面径向地进一步变宽的轮廓。壁在夹持表面之间可以是材料连续的。

鼓在内壁上大致没有材料。从而其可以没有盘或环形盘。

根据本发明的有利实施例，两个保持表面的每一个的轮廓与转动轴线形成30°至60°之间的平均角度，和/或所述表面的轮廓在它们之间形成60°至120°之间的平均角度。

根据本发明的有利实施例，壁限定出鼓的形状，优选地从其前端至其后端限定出鼓的形状。

根据本发明的有利实施例，鼓壁在两个保持表面的上游和下游分别具有一个或多个环形肋，所述肋被构造为与材料的环形耐磨层匹配，壁沿着所述上游和下游的肋之间的两个保持表面大致呈直线地延伸。

根据本发明的有利实施例，两个保持表面相对于临近的壁大致径向地凸起。

保持表面的径向高度介于它们所在的鼓壁的平均半径的1％和10％之间，优选地介于1％和5％之间，更优选地介于1％和3％之间。本发明的该特征是要减少任何与夹持表面、固定架、环形体或任何关联凸缘的径向干涉。

根据本发明的有利实施例，两个环形保持表面的一部分包括缺口，用于在两个表面之一上安装叶片，以允许通过没有缺口的保持表面的锁定运动组装叶片，然后通过倾斜平台滑动到缺口内。

根据本发明的有利实施例，保持表面通过从壁的外表面突出的两个环形凸缘形成，所述凸缘相对于转动轴线的垂直方向被彼此相反地倾斜。

根据本发明的有利实施例，两个凸缘位于壁上，彼此分离，所述分离优选地大于10mm。

根据本发明的有利实施例，在形成保持表面的壁的外表面上，鼓包括至少一个环形体。该环形体可具有基本上梯形的轮廓，其平行侧面基本上沿着转子的转动轴线延伸，这些侧面中的较小侧面在内部。

根据本发明的有利实施例，环形体包括在外侧径向开口的环形槽，被设计为保持密封件，密封件优选地采用圆环(toroid)的形状，被设计为在鼓转动期间被离心力压靠在叶片平台上。

根据本发明的有利实施例，鼓包括叶片排，所述叶片每个包括具有两个邻接表面的平台，两个邻接表面被设计为与壁上的保持表面相匹配。

根据本发明的有利实施例，叶片平台具有朝向鼓壁开口并形成邻接表面的空腔，空腔的底部形成面向鼓的内部的径向邻接表面。

根据本发明的有利实施例，两个叶片平台接触表面分别主要位于前缘和后缘的右面。

本发明涉及一种包括涡轮转子或压缩机的涡轮机，优选地为低压，其中转子包括根据本发明的鼓，并且优选地，其中鼓包括多组保持表面，每组对应于叶片排。

要求的权益

本发明简化了涡轮机鼓的加工。增加了保持表面周围的间隙，这简化了制造操作和相关的计量。

本发明使得功能性元件(例如保持表面和唇状密封件)能够定位在壁的相同侧面。当由坯料加工鼓时，减少了从内部加工的体积。这种构造提供了光滑的内部表面，当重新启动切割时，这易于内部支撑的插入。

本发明用于硬化鼓。壁的轮廓具有连续的曲率和半径变化的界限。轮廓的厚度的变化被限制，这改善了鼓的耐用性。

本发明还改善了转子上的叶片连接件的稳定性。它们与易于被分离或彼此远离的表面接触，这没有增加鼓需要的材料量并且没有增加其重量。

附图说明

图1示出了根据本发明的轴流涡轮机。

图2是根据本发明的涡轮压缩机的截面视图。

图3示出了根据本发明第一实施例的鼓。

图4示出了从上面径向观察的根据本发明第一实施例的鼓。

图5示出了沿着图4中所示5-5截面的根据本发明第一实施例的鼓。

图6示出了根据本发明第二实施例的鼓。

具体实施方式

在下面的说明中，术语内部和外部涉及相对于轴流涡轮机的转动轴线的位置。

图1示出了轴流涡轮机。在此情形下其是双流式涡喷发动机。该涡喷发动机2包括第一压缩阶段(称为低压压缩机4)、第二压缩阶段(称为高压压缩机6)、燃烧室8和一个或多个涡轮阶段10。在运行中，涡轮10的机械动力被通过中心轴传递至转子12并驱动两个压缩机4和6。减少的机构可增加传递到压缩机的转动速度。可选地，每个不同的涡轮阶段可通过同心轴被连接至压缩机阶段。压缩机包括与定子叶片排关联的若干转子叶片排。转子12围绕其转动轴线14的转动因此生成空气流，逐渐地压缩它直至燃烧室10的入口。

进口风扇(通常指示为风扇16)被联接至转子12并产生空气流，空气流分成穿过涡轮机的上述各水平的主要流18，以及沿着机器的长度穿过环形管道(部分示出)的辅助流20，然后在涡轮出口再加入主流。主要流18和辅助流20是环形流并通过涡轮机的外壳引导。为此，外壳具有柱形壁或具有可位于内部或外部的壳体。

图2是如图1中的轴流涡轮机2的低压压缩机4的截面视图。可以看到涡扇18的一部分，如可以是主要空气流18和辅助空气流20之间的分流器鼻部22。转子12包括若干排转子叶片24，图2中的特别情形中有三排。

低压压缩机4包括若干定子，例如4个，每个包括一排定子叶片26。定子与风扇16或一排转子叶片24相关联，用来矫直空气流以将气流的速度压力转换成压力。

转子叶片24从转子12大致径向地扩展。它们彼此规则地间隔开，并具有与气流相同的角度方位。有利地，这些转子叶片24是相同的。任选地，可以如它们的角度方位一样，叶片之间的间距可局部地变化。一排中的一些叶片与其余的可不同。

转子12包括鼓28。鼓28具有壁30，壁30具有围绕转动轴线14的旋转轮廓。壁的旋转轮廓可具有基本连续的曲率。其径向地遵循主要流的内表面的截面变化。壁30基本上是薄的。其厚度基本是恒定的。其厚度小于10.00mm，优选地小于5.00mm，更优选地小于2.00mm。壁30形成中空体，其限定的空腔具有柱形或尖拱形的形状。鼓28和/或转子叶片24由金属材料制成，优选为钛。它们每个被整体成形。

鼓28包括环形的肋32或唇状密封件。它们形成径向延伸的环形带。它们被设计为耐磨地匹配耐磨材料的环形层以提供密封。通常，一层耐磨层32匹配两个肋。当压缩机运行时，转子12可变形。例如，在离心力的影响下其在直径上可膨胀或增加。这些变形在壁30上可以是明显的。

转子12包括环形的保持表面。转子叶片24包括与在鼓上的对应保持表面相匹配的保持表面，使得转子叶片在此处被固定。转子叶片24具有下部平台34，位于转子12的对侧。夹持表面位于转子12和下部平台34之间。

图3示出了根据本发明的第一实施例的鼓。

鼓28包括在其外表面上的环形体36。后者具有基本为梯形的轮廓，其平行的侧面大致平行于转动轴线14，另外两个倾斜的侧面大致径向地延伸。通过绕转动轴线14转动两个环形保持表面38中的一组生成梯形轮廓的倾斜侧面。鼓28可具有若干组这样的保持表面。每组保持表面38通过肋32与邻近组分开。

环形体36的径向厚度大于5.00mm，优选地大于10.00mm，更优选地大于20.00mm。环形体36形成外部环，其有助于强化和硬化鼓28。这减少了由于离心力导致的鼓28的变形。环形体36使得在鼓上的内环形增强体或肋被取代。通常通过车削鼓形的坯料来加工鼓，其壁比那些成品鼓的更厚。径向地，坯料必须足够的厚以提供外部的保持表面和内部的肋。所有这些导致大量的加工。由于环形体36与保持表面38位于相同的侧面，所以坯料可以更薄，相应地加工更少。

转子叶片24包括在其下部平台34下面径向和轴向延伸的固定耳40。固定耳40朝向彼此倾斜。对应的保持表面42位于固定耳40的内表面上。对应的保持表面42互相对立。

保持表面38和对应的保持表面42匹配。它们在它们大部分的长度上匹配。它们可以是锥形的。它们被设计为通过锁定匹配，以将转子叶片24固定在鼓28上。它们形成燕尾形接头。相应保持表面42的扩口部分与通过鼓的锥形保持表面38限定的部分一起使得叶片24被靠着鼓28径向地保持。

保持表面38和42的旋转轮廓相对于转动轴线14的垂直方向44以角度β倾斜，角度β在10°和80°之间，优选地包含在30°和60°之间。

保持表面38和42的轮廓相对于彼此以角度α倾斜。角度α介于60°和120°之间。角度α越小，在涡轮机运行中倾向于分离固定耳40的离心力越小。

保持表面38相对于鼓28的壁30大致径向地凸起。唇状密封件32被轴向地分离。鼓28轴向不受表面限制，该表面能对保持表面38形成大于5.00mm的障碍，优选地大于15.00mm，更优选地大于30.00mm。从而保持表面38易于触及而加工，例如用于粗加工和精加工。

鼓28的壁30可在保持表面38上大致直线地延伸，优选地在位于上游和下游的肋32之间。此特征有助于维持鼓28的刚度。特别地，其更能抗轴向压缩。一个结果是壁30可被制造得更薄。壁30的内表面的轮廓大致为直的或者大致为弯曲的。这方面减少了应力集中并改善了鼓的寿命。

环形体36具有径向向外开口的环形槽。转子12包括容纳在此环形槽内的O型圈48。O型圈48的内部半径小于或等于槽底部的半径，半径从转动轴线14上测量。O型圈48本质上是弹性的。在涡轮机运行期间增加的离心力的影响下，O型圈48被压靠在转子叶片24的下部平台34的内表面上。从而在叶片24的上游和下游之间提供了密封。

环形体36包括位于上游和下游的径向邻接表面50。它们大致为柱形并且取向为径向向外。转子叶片24具有对应的邻接表面52，其被设计为与鼓励的邻接表面50匹配。邻接表面52被设置在鼓的邻接表面50对面。在涡轮机运行期间，这些表面50和52保持彼此分开。离心力使得它们分开。当改变涡轮机的运行条件时，它们能够彼此接触或至少彼此接近。这些表面50和52减少或阻挡叶片24相对于鼓28的任何的向上游或向下游的倾斜，这种现象已知为“摇摆(rocking)”。

图4示出了鼓28的环形体36，径向地从外侧观察。通过其固定耳40，转子叶片24被安装在它上面。

在保持表面之一上环形体36具有至少一个轴向缺口53，能够与转子叶片24配合。一个闩锁(没有示出)或若干闩锁可闭合缺口53，并可用于切向地阻挡叶片24。闩锁可重叠环形体36或轴向地穿过它。一些转子叶片24，特别是它们的平台34或固定耳40可被因此更改。

图5示出了沿着图4中示出的5-5截取的根据本发明的第一实施例的鼓的截面视图。

两个环形保持表面的一部分或一段包括位于两个保持表面38之一上的单个叶片固定缺口53，以允许叶片24通过锁定运动被固定在缺口53对面的未锁定的保持表面上，然后平台34的固定耳40的部分地插入到缺口53内。叶片24然后可围绕鼓周向地滑动，从而其固定耳40不再在缺口53处。

图6示出了根据本发明的第二实施例的转子。对于相同或类似的元件，图6具有与之前附图相同的标记，但是标记递增了100。对于类似或等同的元件请参考前面附图中的说明。特定的标记用于特定于此实施例的项目。

鼓128包括两个环形凸缘154。优选地，相对于彼此凸缘154是倾斜的。它们彼此向外地偏离。轮廓具有平均长度和宽度。长度大于平均宽度的3倍，优选地大于5倍。凸缘154和壁130之间的接合处可互相间隔开。在与壁130外表面的接合处测量的保持表面之间的轴向距离大于凸缘154的轮廓的平均长度，优选地大于1.5倍，更优选地大于2倍。凸缘154之间的壁130可被局部地增厚以强化壁。

这种结构允许保持表面138被轴向地彼此分离而没有增加鼓128的重量。在鼓上的叶片124的稳定性得以改善。从而保持表面138和142的轮廓的倾斜角度可以更自由地选择。

通过凸缘154之间的间隙限定出环形空间156。它们中的一个已被加厚以包含环形槽和O型图，其被设计用于靠着转子叶片124的平台提供密封。以类似镶边(banding)的方式，凸缘154有助于硬化鼓。

Claims (15)

1.轴流涡轮机转子的鼓(28、128)，包括

环绕转子的转动轴线(14、114)旋转的壁(30、130)，形成中空体并在其外表面上包括用于一排叶片的两个环形保持表面(38、138)；

其中

鼓壁(28、128)的两个保持表面(38、138)通常彼此偏离，以形成从壁的外表面径向地越向外越宽的轮廓。

2.根据权利要求1所述的鼓(28、128)，其中，两个保持表面(38、138)的每一个的轮廓与转动轴线(14、114)形成介于30°和60°之间的平均角度，和/或所述表面的轮廓在它们之间形成介于60°和120°之间的平均角度。

3.根据权利要求1和2之一项所述的鼓(28、128)，其中，壁(30、130)限定出鼓的形状，优选地从壁的前端到壁的后端限定出鼓的形状。

4.根据权利要求1至2之一项所述的鼓(28、128)，其中，鼓(28、128)的壁(30、130)分别在两个保持表面(38、138)的上游和下游具有一个或多个环形肋(32、132)，所述肋(32、132)被构造为与材料的环形耐磨层匹配，壁(30、130)沿着所述上游和下游肋(32、132)之间的两个保持表面(38、138)大致直线地延伸。

5.根据权利要求1至4之一项所述的鼓(28、128)，其中，两个保持表面(38、138)相对于邻近壁(30、130)基本径向地凸起。

6.根据权利要求1至5之一项所述的鼓(28、128)，其中，壁(30、130)和保持表面(38、138)被一体制成，优选地大致一体成型。

7.根据权利要求1至6之一项所述的鼓(28、128)，其中，两个环形保持表面(38、138)的一部分包括用于在两个表面(38、138)之一上安装叶片(24、124)的缺口(53)，以允许通过没有缺口的保持表面的锁定运动来组装叶片，然后通过平台(34、134)的倾斜滑入到缺口内。

8.根据权利要求1至7之一项所述的鼓(128)，其中，保持表面(138)由从壁(130)的外表面突出的两个环形凸缘(154)形成，所述凸缘(154)相对于转动轴线(114)的垂直方向彼此相对地倾斜。

9.根据权利要求8所述的鼓(128)，其中，两个凸缘(154)位于壁(130)上，彼此分开，所述分开优选地大于10mm。

10.根据权利要求1至7之一项所述的鼓(28)，其中，在壁(30)的外表面上包括至少一个环形体(36)，并形成保持表面(38)。

11.根据权利要求10所述的鼓(28)，其中，环形体(36)包括被设计为保持密封件的径向向外开口的环形槽，密封件优选地采用圆环(48)的形状，被设计为在鼓转动期间通过离心力被压靠在叶片(24)的平台(34)上。

12.根据权利要求1至11之一项所述的鼓(28、128)，其中，它包括叶片排(24、124)，所述叶片各自包括具有两个对应保持表面(42、142)的平台(34、134)，保持表面(42、142)被设计为匹配壁(30、130)的保持表面(38、138)。

13.根据权利要求12所述的鼓(28、128)，其中，叶片(24、124)的平台(34、134)包括朝向鼓的壁(30、130)开口并形成对应保持表面(42、142)的空腔，空腔的底部形成朝向鼓的内部的径向邻接表面(52、152)。

14.根据权利要求12和13之一项所述的鼓(28、128)，其中，叶片(24、124)的两个对应保持表面(42、142)大致分别与所述叶片的前缘和后缘对齐。

15.包括涡轮转子(12)或压缩机(4、6)的涡轮机(2)，优选地为低压，其中，转子包括根据权利要求1至14之一项所述的鼓(28、128)，并且优选地，其中鼓包括多组保持表面(38、138)，每组对应于叶片排(24、124)。