CN119452151A - 包括用于对平台之间的振动进行限制的装置的带叶片涡轮机组件 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种涡轮机带叶片组件(10)，该涡轮机带叶片组件包括至少两个相邻的叶片(12)，每个叶片(12)包括径向轮叶(14)和位于轮叶(14)的自由径向端部处的平台(16)，其中，带叶片组件(10)的每个叶片(12)的平台(16)被定位成周向地面对带叶片组件(10)的另一周向相邻的叶片(12)的平台(16)，其中，带叶片组件(10)包括插入件(20)，插入件周向地布置在平台(16)之间并且与平台(16)配合，每个平台(16)包括周向支承表面(32)，插入件(20)的一个周向端部与周向支承表面接触，每个周向支承表面(32)和插入件(20)之间的接触方向相对于主轴线A周向地定向，组件包括用于将插入件(20)轴向保持在两个平台(16)之间的装置，该装置包括由插入件(20)承载的至少一个指状部(36)，指状部从插入件(20)周向突出，并且指状部被接纳于在平台(16)中的至少一个平台中周向地形成为凹部的相关联的凹口(38)中，所述至少一个指状部(36)和相关联的凹口(38)被设计成使得插入件(20)能够相对于平台(16)在径向方向上相对移动。

Description

包括用于对平台之间的振动进行限制的装置的带叶片涡轮机 组件

技术领域

本发明涉及一种带叶片涡轮机组件，该带叶片涡轮机组件被设计成通过彼此配合来实现对移动叶片的外径向端部的振动阻尼。

本发明的目的是取代与在安装时利用预应力来组装叶片相关的现有解决方案。

背景技术

在涡轮机的运行期间，叶片(尤其是移动叶片)经受各种振动。

这些振动通常在每个叶片的外径向端部(通常被称为“平台”)处最强。

为了限制平台处的振动的幅度，已经提出利用叶片的扭转预应力来组装叶片。

在涡轮机的运行期间，与特定安装相关联的上述预应力产生摩擦应力，以使得能够减小振动的振幅。

这种安装涉及叶片的平台的特定形状从而以预定方式互锁。

然而，由于叶片在一个方向上或在另一个方向上的旋转，或者叶片的平台的相对位置的改变，平台之间的接触应力可能变化，这可能妨碍对振动进行阻尼。

此外，在由陶瓷基复合(compositeàmatrice cáramique，CMC)材料制成的叶片的情况下，该材料不允许具有与其他材料一样大的扭转预应力。这种预应力引起的强静态应力可能超过材料所能接受的应力。

本发明的目的是提出一种如下的带叶片涡轮机组件，该带叶片涡轮机组件被设计成使得能够通过摩擦来对振动进行阻尼，而不需要在安装时对叶片施加预应力。

发明内容

本发明提出了一种带叶片涡轮机组件，该带叶片涡轮机组件围绕主轴线A延伸并且包括至少两个周向相邻的叶片，

每个叶片包括翼型部和平台，翼型部根据相对于所述主轴线A的径向延伸方向延伸，平台位于翼型部的自由径向端部处，

其中，带叶片组件的每个叶片的平台被定位成周向地面对带叶片组件的另一周向相邻的叶片的平台，

其中，带叶片组件包括插入件，插入件周向地布置在平台之间并且与平台配合，

其特征在于，每个平台包括周向支承表面，插入件的周向端部抵靠周向支承表面而接触，

并且每个周向支承表面和插入件之间的接触的方向相对于主轴线A周向地定向。

优选地，两个平台中的至少一个平台包括朝向两个平台中的另一个平台周向敞开的凹槽，两个平台中的至少一个平台的凹槽的一个表面形成周向支承表面并且插入件的周向端部被接纳在所述凹槽中。

优选地，所述周向支承表面呈圆的弧的形状或相对于径向方向倾斜。

优选地，平台的周向支承表面平行于相对于主轴线A的径向方向。

优选地，周向支承表面包括凹槽。

优选地，插入件包括两个接触表面，两个接触表面中的每个接触表面具有与和该接触表面相关联的支承表面的形状互补的形状。

优选地，插入件的至少一个接触表面呈圆柱体的弧的形状，该圆柱体的轴线平行于插入件的主方向。

优选地，插入件的每个周向端部在存在径向间隙和周向间隙的情况下被接纳在与该周向端部相关联的凹槽中。

优选地，每个平台包括凸台，凸台的径向厚度大于平台的其余部分的厚度，凹槽形成在所述凸台中。

优选地，带叶片组件包括用于将插入件轴向保持在两个平台之间的装置。

优选地，轴向保持装置包括由插入件承载的至少一个指状部，指状部从插入件周向突出，并且指状部被接纳于在平台中的至少一个平台中以凹部的形式周向地形成的相关联的凹口中。

本发明还提出了一种飞行器涡轮机，该飞行器涡轮机包括根据本发明的带叶片组件。

附图说明

[图1]是根据相对于带叶片组件的主轴线的径向方向的带叶片涡轮机组件的端部视图。

[图2]是根据与带叶片组件的主轴线垂直的平面的在图1中所示的带叶片组件的横截面。

[图3]是与图2的视图类似的视图，示出了在平台膨胀的情况下插入件相对于平台的另一相对位置。

[图4]是与图1的视图类似的视图，示出了插入件的替代实施例。

[图5]是与图2的视图类似的视图，示出了图4中所示的带叶片组件的横截面。

[图6]是根据圆周方向截取的带叶片组件的横截面，示出了用于保持插入件的装置的第一实施例。

[图7]是与图6的横截面类似的横截面，示出了保持装置的另一实施例。

[图8]是配备有根据本发明的带叶片组件的涡轮机转子元件的局部视图。

具体实施方式

附图示出了包括两个周向相邻的叶片12的带叶片涡轮机组件10的一部分。优选地，包括带叶片组件10的涡轮机是飞行器涡轮机。

该带叶片组件10优选地是属于涡轮机的转子盘(例如转子盘DR，该转子盘的一部分在图8中示出)的部件。因此，叶片12可以通过叶片的根部安装在该盘DR的对应单元格中，同时形成叶片21a、21b的环，叶片在由盘承载的同时围绕盘DR。

在此，根据非限制性实施例，叶片12是低压涡轮机涡轮的移动叶片。应当理解，本发明不限于该实施例，并且本发明还可以涉及涡轮机的其他模块的移动叶片或固定叶片。

带叶片组件10具有主轴线A，当带叶片组件10安装在涡轮机中时，该主轴线旨在与涡轮机的主轴线相同或同轴。

每个叶片12包括：翼型部14，翼型部沿相对于主轴线的径向方向延伸；第一径向端部部分15，第一径向端部部分被称为根部并且连接到翼型部14的第一径向端部；以及第二径向端部部分16，第二径向端部部分被称为平台并且连接到翼型部14的第二径向端部。

优选地，平台16被连接到翼型部14的自由径向端部，即翼型部14的未被紧固到用于对叶片12进行支撑的旋转元件的径向端部。

因此，根据附图中所示的实施例，平台16位于翼型部14的外径向端部处。翼型部14的内径向端部承载叶片12的根部15，叶片通过根部安装在支撑元件上。如图8所示并且作为优选的但非限制性的示例，叶片12的根部15安装在涡轮机的转子的盘DR的单元格17中。

叶片12的外径向端部与用于将叶片12紧固到转子的根部15相对，叶片的外径向端部还包括密封条状部(未示出)。

附图中所示的带叶片组件10由在涡轮机中周向相邻的两个叶片12构成。

特别地，叶片12的平台16根据周向方向彼此靠近地定位。

每个平台16包括侧表面18，该侧表面被定位成周向地面对周向相邻叶片的平台16的侧表面18并且位于距周向相邻叶片的平台的侧表面一距离处。在此，彼此面对的两个侧表面18彼此平行并且相对于如下的平面倾斜，该平面穿过带叶片组件10的主轴线。

带叶片组件10还包括插入件20，该插入件周向地布置在两个周向相邻叶片12的平台之间并且同时与两个平台16配合，使得当叶片12上产生振动时，在插入件20和平台16之间发生摩擦以减小平台16的振动运动的幅度。

优选地，插入件20与平台16配合以减小振动。

为此，两个平台16中的一个平台的每个侧表面18包括支承表面32，插入件20抵靠该支承表面而支承。此外，插入件20在支承表面32上的支承相对于主轴线A至少部分周向地定向。

因此，插入件20支承抵靠的至少一个支承表面32相对于径向方向倾斜。

为此，至少一个平台16的侧表面18包括凹槽22，凹槽接纳插入件20的与凹槽相关联的周向端部。该凹槽22包括形成平台的支承表面32的表面，并且该凹槽根据周向方向在另一叶片12的平台16的方向上敞开。

支承表面32是凹槽22的径向外表面，该径向外表面部分地径向向内定向，即朝向主轴线A定向，并且沿另一平台16的方向部分周向地定向。

根据图1至图3所示的第一实施例，两个平台16中的一个平台(在此为右侧平台16)的支承表面32在平行于径向方向的平面中延伸。因此，插入件20抵靠该支承表面32的支承相对于主轴线A完全周向地定向。

根据该第一实施例，仅另一平台16(在此即为左侧平台16)的支承表面32包括具有支承表面32的凹槽22。

因此，根据该实施例，插入件20在两个平台16的两个支承表面32之间被周向压缩，并且插入件径向向外抵靠左侧平台的支承表面32而支承，左侧平台的该支承表面部分地限定凹槽22。

在布置有带叶片组件10的涡轮机的运行期间，插入件20抵靠倾斜支承表面32的支承导致插入件20根据周向方向抵靠径向定向的另一支承表面32而支承。

通过该周向支承，插入件20和支承表面32之间产生摩擦应力，从而减小了两个周向相邻平台16的振动。

如图3所示，支承表面的倾斜还使得能够补偿由叶片的膨胀引起的叶片12的尺寸变化。在叶片12的膨胀期间，周向相邻平台16彼此周向地彼此移动远离。由于至少一个支承表面32相对于径向方向倾斜，因此即使平台16彼此周向地移动远离(也就是说，支承表面32彼此周向地移动远离)，插入件20相对于主轴线A径向移动，同时保持与两个支承表面32接触。

因此保留了对振动进行阻尼的功能。

根据图4和图5所示的另一实施例，每个平台16的侧表面18包括凹槽22，凹槽接纳插入件20的与凹槽相关联的周向端部。该凹槽22包括形成平台的支承表面32的表面，并且该凹槽根据周向方向在另一叶片12的平台16的方向上敞开。

支承表面32是凹槽22的径向外表面，该径向外表面部分地径向向内定向，即朝向主轴线A定向，并且沿另一平台16的方向部分周向地定向。

插入件20包括接触表面34，该接触表面旨在抵靠平台16的支承表面32而支承。每个接触表面34具有与和该接触表面相关联的支承表面32的形状互补的形状。接触表面34和与该接触表面相关联的支承表面32彼此周向面对地布置。

因此，根据图1和图2所示的实施例，接触表面34部分地径向向外定向，也就是说以移动远离主轴线A的方式定向，并且沿与接触表面34相关联的平台16的方向部分周向地定向。另一接触表面34在平行于径向方向的平面中延伸，使得插入件20抵靠相关联支承表面32的支承相对于主轴线A完全周向地定向。

根据图4和图5所示的实施例，两个接触表面34中的每一个接触表面部分地径向向外定向，也就是说以移动远离主轴线A的方式定向，并且沿与接触表面34相关联的平台16的方向部分周向地定向。

无论实施例如何，为了使得平台16特别地由于叶片12的膨胀而能够相对于彼此相对移动，插入件20在存在间隙的情况下被接纳在凹槽22或两个凹槽22中。优选地，插入件20的每个周向端部在存在径向间隙和周向间隙的情况下被接纳在两个凹槽22中的每一个凹槽中。

为此，每个凹槽22的径向尺寸以及周向测量的深度大于插入件20的径向厚度以及插入件的接纳在每个凹槽22中的部分的周向长度。

为了补偿这种膨胀差异，并且根据图5中所示的替代实施例，插入件20的接触表面34径向向外弯曲。优选地，插入件20的接触表面34呈圆柱体的弧的形状，该圆柱体的轴线平行于插入件20的大致轴向的主方向。

除了插入件20的这种弯曲形状之外，每个凹槽22的支承表面32也是弯曲的并且呈圆柱体的弧的形状，该圆柱体的轴线平行于侧表面18的大致轴向的主方向。

优选地，与凹槽22的每个支承表面32相关联的圆柱体的半径大于与插入件20的接触表面34相关联的圆柱体的半径。

通过面对的壁和表面的这些凸出形状，无论叶片12中的一个叶片和/或另一个叶片的变形如何以及叶片的平台16的移动如何，插入件20和每个平台16之间的接触以圆柱体-圆柱体接触分布，即为在插入件20的整个长度上分布的接触。

为了接纳每个凹槽22，平台16包括凸台28，即包括径向额外厚度。该额外厚度的结果是平台16的质量增加。因此，插入件20或相关联的凹槽22的长度越大，平台16的质量也越大。

根据图6和图7所示的本发明的另一方面，带叶片组件10包括用于将插入件20轴向保持在两个平台16之间的装置。

根据第一实施例，插入件20的轴向长度和与插入件相关联的凹槽22的轴向长度小于平台16的轴向长度，并且凹槽22不通向平台16的每个轴向端部。因此，插入件20能够抵靠凹槽22的轴向端部而被轴向止挡，插入件部分地容纳在凹槽中。

根据图7所示的第二实施例，这些轴向保持装置由指状部36构成，指状部相对于插入件20的其余部分周向突出，并且被接纳于在平台16中形成的相关联的凹口38中。

指状部36和凹口38被设计成使得插入件20能够相对于平台16根据径向方向进行相对运动。

平台16和平台的功能表面(即凸台28、侧表面18和凹槽22的壁)通过对功能部分进行编织、模制然后可选地机加工而由陶瓷基复合材料(CMC)制成。

插入件20例如由含有镍或钴的耐火金属材料制成或由一体的或纤维增强的陶瓷材料制成。应当理解，形成插入件的材料不限于这些示例，并且可以使用其他材料以在耐温性和质量减小方面同时在插入件20的保持和产生期望的阻尼水平方面适应于所选择的用途。

Claims (10)

1.一种带叶片涡轮机组件(10)，所述带叶片涡轮机组件围绕主轴线(A)延伸并且包括至少两个周向相邻的叶片(12)，

每个叶片(12)包括翼型部(14)和平台(16)，翼型部根据相对于所述主轴线A的径向延伸方向延伸，所述平台位于所述翼型部(14)的自由径向端部处，

其中，所述带叶片组件(10)的每个叶片(12)的平台(16)被定位成周向地面对所述带叶片组件(10)的另一周向相邻的叶片(12)的平台(16)，

其中，所述带叶片组件(10)包括插入件(20)，所述插入件周向地布置在所述平台(16)之间并且与所述平台(16)配合，

其中，每个平台(16)包括周向支承表面(32)，所述插入件(20)的周向端部抵靠所述周向支承表面而接触，

并且每个周向支承表面(32)和所述插入件(20)之间的接触的方向相对于所述主轴线A周向地定向，其特征在于，所述带叶片涡轮机组件包括用于将所述插入件(20)轴向保持在两个平台(16)之间的装置，所述装置包括由所述插入件(20)承载的至少一个指状部(36)，所述指状部从所述插入件(20)周向突出，并且所述指状部被接纳于在所述平台(16)中的至少一个平台中以凹部的形式周向地形成的相关联的凹口(38)中，所述至少一个指状部(36)和所述相关联的凹口(38)被设计成使得所述插入件(20)能够相对于所述平台(16)根据径向方向相对移动。

2.根据权利要求1所述的带叶片组件(10)，其特征在于，所述两个平台(16)中的至少一个平台包括朝向所述两个平台(16)中的另一个平台周向敞开的凹槽(22)，所述两个平台中的至少一个平台的所述凹槽(22)的一个表面形成所述周向支承表面(32)，并且所述插入件(20)的周向端部被接纳在所述凹槽(22)中。

3.根据权利要求1或2所述的带叶片组件(10)，其特征在于，所述周向支承表面(32)呈圆的弧的形状或相对于所述径向方向倾斜。

4.根据前述权利要求中任一项所述的带叶片组件(10)，其特征在于，平台(16)的周向支承表面(32)平行于相对于所述主轴线A的径向方向。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的带叶片组件(10)，其特征在于，所述周向支承表面(32)包括凹槽(22)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的带叶片组件(10)，其特征在于，所述插入件(20)包括两个接触表面(34)，所述两个接触表面中的每个接触表面(34)具有与和该接触表面相关联的支承表面(32)的形状互补的形状。

7.根据与权利要求3组合的前一项权利要求所述的带叶片组件(10)，其特征在于，所述插入件(20)的至少一个接触表面(34)呈圆柱体的弧的形状，所述圆柱体的轴线平行于所述插入件(20)的主方向。

8.根据前一项权利要求所述的带叶片组件(10)，其特征在于，所述插入件(20)的每个周向端部在存在径向间隙和周向间隙的情况下被接纳在与该周向端部相关联的凹槽(22)中。

9.根据前述权利要求中任一项所述的带叶片组件(10)，其特征在于，每个平台(16)包括凸台(28)，所述凸台的径向厚度大于所述平台(16)的其余部分的厚度，所述凹槽(22)形成在所述凸台(28)中。

10.一种飞行器涡轮机，所述飞行器涡轮机包括根据前述权利要求中任一项所述的带叶片组件(10)。