CN107882598B - 包括可变厚度腹板的转子盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转子的盘，盘相对于其主轴线包括环形径向腹板，位于腹板的内径向端的径向中心毂和位于腹板的外径向端的边缘；腹板包括相对于盘的主轴线的上游面和下游面，以及多个孔，螺栓穿过孔以附接形成另一个相邻转子的盘的一部分的至少一个环形凸缘，环形凸缘位于腹板的上游面或下游面，或两面；特征在于，腹板的所述上游面和/或所述下游面包括全局环形的凹陷，凹陷的底部沿着轴向方向相对于所述上游面和/或所述下游面的其它部分向内缩进到腹板中，从盘的毂朝向边缘径向向外延伸，并且在一定距离处围绕腹板的每个孔的径向内部。

Description

包括可变厚度腹板的转子盘

技术领域

本发明涉及一种涡轮机转子盘，其包括成形为改善盘腹板中应力分布的凹陷。

本发明更具体地涉及一种包括腹板的转子盘，所述腹板被刺穿以允许用于将另一个盘固定至所述转子盘的至少一个凸缘的附接螺钉穿过。

背景技术

飞机涡轮机，特别是涡轮机的低压涡轮机包括多个转子盘，每个转子盘相对于涡轮机的主轴线在径向平面中全局延伸并且彼此固定。

根据一个实施方式，通过将来自一个转子盘的环形凸缘螺栓固定到另一个转子盘的腹板上而将盘彼此固定。

为此，在另一个盘的腹板中存在多个孔，紧固螺栓可穿过所述孔。

当涡轮机运行时，热应力和离心应力施加在盘腹板上，并且这些应力在穿孔腹板中形成的孔处较高。腹板中这些局部应力集中的一个后果是转子寿命大大降低。

已经提出，可以通过增加孔周围的腹板厚度来延长转子寿命。这种实施方式增加了腹板上的质量，由于离心力而引起更高的应力，因此降低了方案的效率。

另一个建议是在腹板中，在组装螺丝所适配的孔之间形成椭圆形孔。

这些孔影响腹板中的应力分布，但它们还通过允许空气在位于不同盘的腹板之间的空腔之间循环而对转子通风空气流有负面影响。

本发明的目的是公开一种涡轮机转子，它的制造方式减少在涡轮机运行期间产生的，并且由于在腹板中存在孔而引起的应力。

发明内容

本发明公开了一种转子盘，其相对于盘的主轴线包括环形径向腹板，位于所述腹板的内径向端的径向中心毂和位于所述腹板的外径向端的边缘，所述腹板包括相对于所述盘的主轴线的上游面和下游面，以及多个孔，螺栓将穿过该孔以附接形成另一个相邻转子盘的一部分的至少一个环形凸缘，所述环形凸缘位于所述腹板的上游面或下游面，或两面；特征在于，所述腹板的所述上游面和/或所述下游面包括全局环形的凹陷，所述凹陷的底部沿着所述轴向方向相对于所述上游面和/或所述下游面的其它部分向内缩进到所述腹板中，所述凹陷从盘的毂朝向所述边缘径向向外延伸，并且在一定距离处围绕每个腹板孔的径向内部。

部分围绕腹板中的所有孔的凹陷的存在改变了腹板中的应力分布，使其与具有恒定横截面的腹板中的应力分布不同。

优选地，凹陷由第一部分和第二部分的交替组成，其中每个第一部分的外部径向端部部分地围绕所述腹板中的孔，并且每个所述第二部分位于两个相邻的第一部分之间以及两个相邻的孔28之间。

优选地，每个第二部分包括径向外边缘，该径向外边缘与其相关联的两个第一部分中的每一个的径向外边缘径向向外偏移。

优选地，每个第二部分的径向外边缘从所述孔径向向外偏移。

优选地，所述腹板的上游面和下游面中的每一个包括凹陷。

优选地，所述上游面中的凹陷的几何形状不同于所述下游面中的凹陷的几何形状。

优选地，所述上游面中的凹陷的几何形状和所述下游面中的凹陷的几何形状相同。

本发明还涉及一种涡轮机转子，其包括与根据本发明制造的转子的主轴线同轴的第一盘和与转子的主轴线同轴的第二盘，所述第二盘包括用于将所述第二盘连接至所述第一盘的环形凸缘，所述环形凸缘包括由交替的实心部分和中空部分组成的内周边，并且包括相对于所述转子的主轴线位于径向平面中的接触面，所述接触面定位成面向并通过所述第二盘的凸缘与所述第一盘的腹板的接触表面接触；特征在于，所述腹板的所述接触表面的几何形状与在所述腹板的表面中形成的所述凹陷的几何形状互补，并且与凸缘组装表面的几何形状相同。

附图说明

在阅读以下详细描述之后，本发明的其它特征和优点将变得清楚，通过参考附图将更好地理解本发明，其中：

图1是包括根据本发明制造的至少一个转子盘的涡轮机的低压涡轮的一部分的轴向平面的示意性横截面图；

图2是更大比例的图1所示两个转子盘的示意性透视撕开图，示出了根据本发明制造的腹板；

图3是图1和图2所示转子盘的透视图，其腹板包括根据本发明的凹陷；

图4是图3所示转子盘的腹板的较大比例细节，展示了根据本发明的凹陷的构造。

具体实施方式

图1示出了涡轮机的低压涡轮10的一部分，其特别地包括若干转子盘12，每个转子盘12对应于涡轮10的一级。

每个转子盘12与涡轮机的主轴线A同轴并且包括环形径向腹板14，位于腹板14的内径向端的径向中心毂16和位于腹板14的外径向端的边缘18。

边缘18成形为支撑涡轮10的级的叶片20，并且它包括为此而形成在其外围边缘中的一系列凹槽22，叶片20的根部配合到该凹槽22中。

低压涡轮10的所有盘12围绕涡轮机的主轴线旋转固定。

为了实现这一点，一些盘12设置有在轴向方向上朝向相邻的盘12延伸的环形板24。板24的自由端的轴向自由端由环形凸缘26组成，所述环形凸缘26固定至相邻盘的腹板14。

根据图1所示实施方式，沿着涡轮机中气流方向的从上游端到下游端的顺序来参照盘，这将是图中从左到右的轴向取向，第一盘12(也就是说，最左侧的盘)包括沿下游方向轴向延伸至第二盘的板24；第二盘12包括沿下游方向轴向延伸至第三盘12的板24，并且第四盘12包括沿上游方向上轴向延伸至第三盘12的板24。

第三盘12不具有板24，并且在该第三盘12上安装有两个凸缘，两个凸缘安装在该第三盘12的两侧。

应当理解，本发明不限于板24的这种分布，并且本发明可以应用于任何变型。

在下面的描述中，将参考安装有板24的凸缘26的第二盘或第三盘12。

每个凸缘26通过栓接(换句话说，将凸缘紧固到腹板14上的多个螺钉32和螺母24组件)固定到与其相关联的腹板14。为了实现这一点，腹板14包括多个孔28，所述孔28穿过腹板14并且被布置成与形成在凸缘26中的孔对齐。

在其上固定有来自第二盘12的凸缘26和来自第四盘12的凸缘26的第三盘12的情况下，腹板14中的每个孔28对准源自第二盘12的凸缘26中的孔30或对准源自第四盘12的凸缘26的孔30。

第一盘，第二盘或第四盘12的每个凸缘26与第二盘或第三盘12的腹板14的上游面14a或下游面14b接触。

上游面14a和下游面14b中的每一个相对于盘的主轴线在径向平面中延伸，即垂直于盘12的主轴线的平面。

每个凸缘26包括通过螺栓32，34与腹板14的上游面14a或下游面14b紧密接触的径向面。

在涡轮机运行期间，转子的转速和涡轮机中的高温在腹板14中，特别是在孔28处，产生集中的应力。

腹板14的上游面14a和下游面14b中的任一个和/或两者都包括凹陷36，凹陷36的底部从所述上游面14a或下游面14b的其他部分沿轴向方向缩进，以使腹板14中的应力分布更均匀。

凹陷36位于腹板14的径向内部，换句话说，它从轮毂16朝向边缘18径向向外延伸，更具体地，腹板14从腹板14的径向内边缘开始在所述边缘处与毂16连接。

凹陷36通常为环形，换句话说，其全部围绕盘12的主轴线延伸。

凹陷36部分地围绕腹板中的孔28，换句话说，如图3和4所示，凹陷36的径向外边缘和孔28相距一定距离延伸，并且位置部分从孔28向内缩进。

凹陷36由径向面对腹板14中的孔28的第一部分38和位于两个相邻的第一部分38之间和两个相邻的孔28之间的第二部分40的交替构成，以便形成具有单一表面的凹陷36。

凹陷36的每个第一部分38包括在径向外端处的边缘42，该边缘42围绕腹板14中的孔28延伸并且距离网板14中的孔口28一定距离。

在这种情况下，如图4中更详细地可以看到的，每个第一部分38的外边缘42形成径向向外开口并且中心位于相关联孔28的中心处的圆的圆弧。

凹陷36的每个第二部分40包括在径向外端处的边缘44，该边缘44从每个第一部分38的外边缘42向外径向偏移。

每个第二部分40的外边缘44是直的，并且相对于盘12的主轴线垂直于径向定向。

根据另一个实施方式，每个第二部分40的外边缘44的形式是中心位于盘12的主轴线上的圆的圆弧。

每个第二部分40的外边缘44从腹板14中的孔28径向向外偏移。

确定凹陷36的第一部分38和第二部分40的外边缘42，44的径向位置，以减小腹板14在其孔28处的内部应力。

从图2可以看出，在前景中所示的盘12也可以装配有环形凸缘26，环形凸缘26也成形为在其自身的孔30处减小内部应力。

根据本实施方式，凸缘26的内周边是花环状的，换句话说，由实心部分46和中空部分48的交替构成，实心部分从中空部分48的底部径向向内突出，围绕凸缘26的孔30。

凸缘26包括相对于盘12的主轴线位于径向平面中的接触表面，所述接触面定位成面向并接触腹板14的上游面14a或下游面14b。

腹板14的上游面14a或下游面14b包括具有相关联的凸缘26的接触表面50，该接触表面50具有与凹陷36的表面的几何形状互补的几何形状。

根据一个优选实施方式，该接触表面的几何形状与凸缘26的接触表面的几何形状相同。

这样，当凸缘26通过螺栓组装在盘12上时，两个相对的接触表面完全相互覆盖，这减少了表面之间的冲击。

从图2可以看出，在前景中示出，并且在腹板14的上游面14a和下游面14b的每一个上安装有凸缘26的第三盘12的情况下，腹板14的上游面14a和下游面14b因此包括凹陷。

在所示的实施方式中，该腹板14的两个凹陷的几何形状是相同的。

应当理解，本发明不限于该实施方式。因此，根据另一个实施方式，腹板14的两个表面14a，14b上的凹陷36的几何形状是不同的，特别是关于凹陷36的每个部分38，40的圆周范围或径向程度。

类似地，形成在盘12的腹板14的上游面14a上或下游面14b上的凹陷36的轴向尺寸，特别是深度可以与形成在另一个盘12的腹板14的表面14a，14b上的凹陷36的轴向尺寸相同或不同。

根据本发明的另一方面，如图2所示，关于在背景中示出的第二盘12，只有腹板14的前表面14a将与仅在图1中显示的第一盘12的凸缘26配合。根据该另一方面，腹板14的两个面14a，14b包括凹陷36，换句话说，即使是没有安装凸缘的下游面14b也是如此。

Claims (8)

1.一种转子(10)的盘(12)，所述盘(12)相对于所述盘(12)的主轴线包括环形径向腹板(14)，位于所述腹板(14)的内径向端的径向中心毂(16)和位于所述腹板(14)的外径向端的边缘(18)，

所述腹板(14)包括相对于所述盘(12)的主轴线的上游面(14a)和下游面(14b)，以及多个孔(28)，螺栓(32，34)穿过所述孔(28)以附接形成另一个相邻转子(10)的盘(12)的一部分的至少一个环形凸缘(26)，所述环形凸缘(26)位于所述腹板(14)的上游面(14a)或下游面(14b)，或两面，

特征在于，所述腹板(14)的所述上游面(14a)和/或所述下游面(14b)包括全局环形的凹陷(36)，所述凹陷(36)的底部沿着轴向方向相对于所述上游面(14a)和/或所述下游面(14b)的其它部分向内缩进到所述腹板(14)中，所述凹陷从所述盘(12)的毂(16)朝向所述边缘(18)径向向外延伸，并且在一定距离处围绕所述腹板(14)的每个所述孔(28)的径向内部。

2.根据权利要求1所述的转子(10)的盘(12)，特征在于，所述凹陷(36)由第一部分(38)和第二部分(40)交替组成，其中每个所述第一部分(38)的外部径向端部部分地围绕所述腹板(14)中的孔(28)，并且每个所述第二部分(40)位于两个相邻的第一部分(38)之间以及两个相邻的孔(28)之间。

3.根据权利要求2所述的转子(10)的盘(12)，特征在于，每个第二部分(40)包括径向外边缘(44)，该径向外边缘从与其相关联的两个所述第一部分(38)中的每一个的径向外边缘(42)径向向外偏移。

4.根据权利要求3所述的转子(10)的盘(12)，特征在于，每个第二部分(40)的径向外边缘从所述孔(28)径向向外偏移。

5.根据权利要求中1所述的转子(10)的盘(12)，特征在于，所述腹板(14)的所述上游面(14a)和下游面(14b)中的每一个包括凹陷(36)。

6.根据权利要求5所述的转子(10)的盘(12)，特征在于，所述上游面(14a)中的凹陷(36)的几何形状不同于所述下游面(14b)中的凹陷的几何形状。

7.根据权利要求5所述的转子(10)的盘(12)，特征在于，所述上游面(14a)中的凹陷(36)的几何形状和所述下游面(14b)中的凹陷的几何形状相同。

8.一种涡轮机转子(10)，该涡轮机转子包括与根据前述权利要求中任一项制造的转子(10)的主轴线同轴的第一盘(12)，和与所述转子(10)的主轴线同轴的第二盘(12)，所述第二盘包括用于将所述第二盘(12)连接至所述第一盘(12)的环形凸缘(26)，

所述环形凸缘(26)包括由交替的实心部分(46)和中空部分(48)组成的内周边，并且包括相对于所述转子(10)的主轴线位于径向平面中的接触面，所述接触面定位成面向并通过所述第二盘(12)的凸缘(26)与所述第一盘(12)的腹板(14)的接触表面(50)接触，

特征在于，所述腹板(14)的所述接触表面(50)的几何形状与在所述腹板(14)的面中形成的所述凹陷(36)的几何形状互补，并且与所述凸缘(26)的组装表面的几何形状相同。

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