CN101008322B

CN101008322B - 平衡飞重、装有平衡飞重的转子盘、转子和装有这些部件的航空发动机

Info

Publication number: CN101008322B
Application number: CN2007100009561A
Authority: CN
Inventors: 德祖迟·洛朗·吉勒
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2027-01-15
Also published as: CA2573034A1; US20100135774A1; JP2007187164A; EP1808573A1; FR2896289B1; CN101008322A; EP1808573B1; RU2007101133A; FR2896289A1; RU2433275C2; US7753651B2; JP5019888B2; CA2573034C

Abstract

平衡飞重(50)包括两个棱锥形状的端部(62)，每个端部都有一个底部(70)和一个顶部(66)，以及将两个端部(62)连接到一起的一个中间部分(64)。两个顶部(66)在纵轴(X)线上成一直线。通过垂直于所述纵轴(X)的平面(X，Z)，两个端部(62)和中间部分(64)呈现横截面，这些横截面为多边形，均以所述纵轴(X)为中心。应用于涡轮机转子(10)的平衡。

Description

平衡飞重、装有平衡飞重的转子盘、转子和装有这些部件的航空发动机

技术领域

本发明涉及涡轮机转子平衡的技术领域。本发明特别涉及涡轮机转子的一种平衡飞重。本发明还涉及装备这种飞重的涡轮机转子的转子盘。本发明还涉及包含这种转子盘的涡轮机转子。最后，本发明涉及包含这种转子的涡轮机，特别是航空发动机。

背景技术

在下面的说明中，“轴向”一词系指涡轮机的轴向方向，“纵向”一词系指平衡飞重的纵向方向，而“横向”一词则指涡轮机或平衡飞重的横向方向。众所周知，平衡飞重是用来平衡涡轮机转子的。通常，一个转子包含几个转子盘，平衡飞重则安装在转子的两个下游转子盘上，而转子盘上装有可拆叶片。

图1介绍了已有技术的平衡飞重，图2、图3和图4示出了装有这种已知平衡飞重的涡轮机转子。

图2以轴向截面示出了涡轮机转子110，特别是对应于该转子两个相邻平台N，N-1的两个转子盘112和132。

沿平台N的转子盘112的圆周方向，分布了若干个插槽114，每个插槽用来安装可拆叶片118的根部116。平衡飞重160就安装在两个相邻叶片根部116和116′之间形成的空间120内。同样，沿平台N-1的转子盘132的圆周方向，分布了若干个插槽134，每个插槽用来安装可拆叶片138的根部136。平衡飞重180就安装在两个相邻叶片根部136和136′之间形成的空间140内。

平衡飞重160和180按照人们已知的方式安装在空间120和140内，这样，转子110被带动旋转时，每个平衡飞重160和180的两个工作面156在离心力的作用下，与相对应的插槽114和134的两个工作侧面104相接触。

平台N的转子盘114的所有平衡飞重160彼此完全相同。同样，平台N-1的转子盘134的所有平衡飞重180彼此完全相同。图1透视了已有技术的典型平衡飞重160和180。正交轴(x，y，z)的局部参考系与其相关。该平衡飞重有一个本体162和182，该本体上加工有凹部158，从而降低其重量。另外，还带有两个定位凸耳184，在横向Y上从本体182向外延伸。这些定位凸耳184不会与安装飞重180的叶片138和138′的根部136和136′相接触，如图4所示。定位凸耳184可以防止出现装配误差，因为后者会损坏转子盘132。

图4通过图2的B-B线，给出了图2所示转子110的平台N-1上转子盘132横向截面图。该图更具体地示出了两个相邻可拆叶片138和138′以及平台N-1的平衡飞重180；两个叶片分别带有叶片根部136和136′，而平衡飞重180则安装在叶片根部136和136′之间所形成的空间140内。

当平衡飞重180位于两个叶片根部136和136′之间时，平衡飞重180的平面(x，z)与轴向截面即图2的平面相合并，而平衡飞重180的平面(y，z)就和横向截面即图4的平面相合并。换句话说，当平衡飞重180位于两个叶片根部136和136′之间时，其轴线X与涡轮机的轴线相平行，而其Y和Z轴线则构成了与涡轮机的横线相平行的一个面。

图3通过图2的A-A线，给出了图2所示转子110的平台N上转子盘112横向截面图。该图更具体地示出了两个相邻可拆卸叶片118和118′，两个叶片分别带有叶片根部116和116′。

由于它们属于两个不同的平台，即N和N-1，所以两个转子盘112和132上的插槽114和134尺寸不同，特别是沿其径向的尺寸不同。实际上，从图2、图3和图4可以看出，平台N-1(在图2的右侧)的转子盘132的插槽134的径向尺寸小于平台N(在图2的左侧)的转子盘112的插槽114的径向尺寸。为此，平衡飞重160和180的形状和/或尺寸就必须略有不同，这取决于它们是用于转子110平台N上的转子盘112还是平台N-1上的转子盘132。

图3示出了这种情况，该图示出了适合平台N-1的转子盘132的平衡飞重180，它安装在两个相邻的叶片根部116和116′之间。由于两个转子盘112和132的插槽114和134尺寸不同，适合平台N-1转子盘132的飞重180就不适合平台N的转子盘112，如图所示，定位凸耳184的区域108与叶片根部116和116′相重叠。如果平台N1的平衡飞重180安装在平台N的空间120内，这样就可以避免上面所述的重叠现象，那么，其工作面156就不会在转子盘112转动期间与插槽114的工作侧面104相接触。

因此，当这些平衡飞重是图1所示飞重180的几何尺寸时，两个相同的飞重180就不可能布置在两个不同转子盘112和132的插槽114和134中。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种平衡飞重，其形状和尺寸可以使其既能安装在平台N转子盘的插槽内，也能安装在平台N-1转子盘的插槽内。

本发明的另一个目的是提供一种平衡飞重，其形状和尺寸可以使其能够准确地安装在插槽内，无需提供定位突部。

根据本发明，上述目的和其它目的可以通过平衡飞重来实现。

根据本发明所适用的第一个方面，即本发明涉及一种涡轮机的平衡飞重，其特征在于：它包括两个棱锥形状的端部，每个端部都有一个底部和一个顶部，另外还包括一个中间部分，后者将端部的两个底部相连接。

根据本发明的一个特性，两个顶部在纵轴线成一直线。

根据本发明的一个特性，两个端部和中间部分通过所述纵轴轴线呈截面形式，截面部分呈现多边形，以所述纵轴轴线为中心。

根据本发明的一个特性，所述平衡飞重包括一个与所述纵轴轴线相垂直的几何正中平面。

根据本发明的一个特性，所述平衡飞重带有圆形边缘和圆形顶部。

根据本发明的一个特性，所述平衡飞重带有一个凹部。所述凹部最好是横向孔的形式，其方向垂直于所述纵轴。

根据本发明的一种优选实施方案，所述多边形为四边的多边形，这样，每个端部就有带四个面的棱锥形状，而中间部分则呈平行六面体形状。

根据本发明的另一种优选实施方案，所述四边形的多边形是长方形。

根据本发明上面所述优选实施方案的另一种较佳实施形式，所述四边形的多边形是正方形。

根据本发明上面所述的这个优选实施形式，所述平衡飞重包括八个工作面，即两个端部的八个面。

根据本发明所适用的第二个方面，即本发明涉及一种涡轮机的转子盘，配备有至少一个本发明第一个方面所述的平衡飞重。

特别是，涡轮机的所述转子盘包括若干个插槽，槽内装有叶片根部；叶片根部之间形成了一个空间，其方向与转子盘相切；另外，所述插槽带有两个工作侧面。

所述转子盘的特点是，在所述空间内装有至少一个本发明第一个方面所述的平衡飞重。

所述平衡飞重最好包括两个工作面，每个工作面布置在两个端部的每一个面上。

这两个工作面最好相对于几何正中平面彼此对称，而几何正中平面则垂直于纵轴轴线，后者使飞重的两个顶部相连。

当所述转子盘被带动旋转时，所述工作面最好分别与插槽其中一个工作侧面相接触。

根据本发明所适用的第三个方面，即本发明涉及一种涡轮机转子，该涡轮机转子包括一个按照上面第一个方面所述的平衡飞重和/或上面第二个方面所述的转子盘。

根据本发明所适用的第四个方面，即本发明涉及一种涡轮机，该涡轮机包括一个按照上面第一个方面所述的平衡飞重和/或上面第二个方面所述的转子盘和/或上面第三个方面所述的转子。特别是，该涡轮机是一种航空发动机。

附图说明

下面结合实施例的详细描述和附图对本发明作进一步的了解，但仅作为举例说明，本发明的适用范围不限于此。

图1为根据已有技术的平衡飞重的透视图；

图2为以轴向截面形式介绍了涡轮机转子的两个相邻的平台，安装有根据已有技术的平衡飞重；

图3为穿过图2的A-A线的横向截面图；

图4为穿过图2的B-B线的横向截面图；

图5为根据本发明的平衡飞重的透视图；

图6为根据本发明的平衡飞重的另一个纵轴截面图；

图7为通过图6的C-C线，为根据本发明的平衡飞重的另一个横向截面图；

图8是一张类似于图5的图，为根据本发明的平衡飞重的另一种实施例形式；

图9以轴向截面形式示出了涡轮机转子的两个邻近平台，装有根据本发明的平衡飞重；

图10为通过图9的D-D线的横向截面图；

图11为通过图9的E-E线的横向截面图。

具体实施方式

首先参照图5，该图以剖面形式介绍了根据本发明的平衡飞重50。后者通常带有一个椭圆形，沿纵轴X延伸。基准轴(X，Y，Z)的局部正交系与其相关，这样，平面(Y，Z)是平衡飞重50的正中横平面，而平面(Z，X)则是纵平面，垂直于正中平面(Y，Z)。

图6通过纵平面(X，Z)以截面形式介绍了平衡飞重50。它包括三个相连的部件，即两个端部62通过一个中间部分64彼此连接。两个端部62均为棱锥形状，带有一个底部70、一个顶部66和四个面56。中间部分64为平行六面体形状，带有尺寸相同的四个面72。中间部分64将两个端部的两个底部70连续而匀称地相连在一起，与纵轴X相平行；而两个顶部66则在纵轴上成一直线。中间部分64的面72是端部62的各个面56的延伸。

平衡飞重50带有横截面，垂直于纵轴X且呈正方形，如图7所示。在中间部分64和其中一个端部62之间的交汇处，平衡飞重50为横截面形式，穿过对应于图6的C-C线的横平面(Y，Z)。Y轴和Z轴的位置是这样定位的，即它们都穿过中间部分64的两个相对面的中心。

在平衡飞重的各个面56和72之间，平衡飞重50最好带有圆形边缘，而且最好还有圆形顶部66。

端部62的端面56的倾斜定义为α角，其值取决于各项要求。这个角度α在30度到60度之间，最好是在40度到55度之间。角度α甚至最好设定在45度上。

带有如上所述形状的平衡飞重50的一个优点是，它有几个几何平面；当其绕纵轴X转动90°时，在纵平面(Z，X)上保持相同的轮廓。

图8是平衡飞重50的另一种形式的实施例。该平衡飞重有一个凹部58，该凹部最好通过机加工而成，目的是改善和/或减轻其重量。在所示图例中，凹部58呈横向孔的形式，与纵轴X成垂直方向并穿过横轴Y或Z。当从其中一个横平面(X，Y)或(Z，X)上看时，凹部58的形状和位置不会影响平衡飞重50的轮廓。

该发明的一个优点是，所有平衡飞重50的形状和尺寸都是独特的，不论它们所安装的是转子盘12还是转子盘32。这样，平衡飞重的制作就可以得到简化，同时也降低了这种制作成本。

根据本发明的平衡飞重最好是从镍基合金、钛基合金、铝基合金和钢材料中选取。

图9为根据本发明的涡轮机转子10的轴向截面图，该图特别介绍了本发明的对应于两个属于该转子10的相邻平台N和N-1的两个转子盘12和32。

每个插槽14都装有可拆叶片18的叶片根部16，这些叶片沿平台N转子盘12圆周方向分布。根据本发明的平衡飞重50就布置在两个相邻根部16之间所形成的空间20内。同样，每个插槽34都装有可拆叶片38的叶片根部16，这些叶片沿平台N-1转子盘32圆周方向分布。根据本发明的平衡飞重50就布置在两个相邻根部36之间所形成的空间40内。

图10为穿过图9的D-D线的横向截面图，该图介绍了图9所示转子10平台N的转子盘32，特别示出了分别装有叶片16和16′的两个相邻可拆叶片18和18″，以及安装在两个叶片之间所形成空间20内的平衡飞重50。

同样，图11为穿过图9的E-E线的横向截面图，该图介绍了图9所示转子10平台N-1的转子盘32，特别示出了分别装有叶片36和36′的两个相邻可拆叶片38和38″，以及安装在两个叶片之间所形成空间40内的平衡飞重50。

平台N的转子盘114的所有飞重160都彼此相同。同样，平台N-1的转子盘134的所有飞重180都彼此相同。此外，布置在平台N转子盘(图10和图9的左侧部分)内的飞重50都与布置在平台N-1转子盘(图11和图9的右侧部分)内的飞重50相同。

平衡飞重50，50都布置在两个相邻叶片根部16，16′，36，36′之间的空间20，40(图10和图11)内，这样，在转子10被带动旋转时(图9)，通过离心力使得每个飞重50的两个工作面56，56都与对应插槽14，34的两个工作侧面4，4相接触。与对应插槽14，34的工作侧面4，4相接触的两个工作面56，56都相对于平衡飞重50的几何正中平面而彼此对称。

如图10和图11具体所示，空间20，40在转子盘12，32的横平面上实际上都是正方形。通过选择一个带有四个边长相等的多边形，即正方形，来确定中间部分64的横断面，就可以防止平衡飞重50一旦装入插槽14，34内时绕其纵轴X转动。这样，可以减小插槽14，34和/或飞重50损坏的风险。如果平衡飞重50带有圆形边缘68和圆形顶部66，这些风险则可以进一步减小。

由于其具有两个纵向几何平面(Y，Z)和(Z，X)的特殊形状，每个平衡飞重50都可以布置在空间20，40内，无需提供特别的装入方向和/或定位突部。实际上，端部62的所有工作面56都是一样的，因此，它们都可以具有与对应插槽14，34工作侧面4，4接触的工作面的功能。对于必须平衡的转子的所有转子盘来讲，设想的平衡飞重的形状相同。它能够选择普通平衡飞重的尺寸，从而能够装入径向尺寸最小的插槽中，也就是说，可以装入图9右侧平台N-1转子盘32的插槽34中。因此，这种平衡飞重50可以节省转子盘12，32的装配时间。

本发明并不限于前面所述的实施例。特别是，每个棱锥的工作面数并不限于四个。

Claims

1.一种涡轮机转子(10)的平衡飞重(50)，其特征在于：它包括两个棱锥形状的端部(62)，每个端部带有一个底部(70)和一个顶部(66)，以及一个中间部分(64)，后者将端部(62)的两个底部(70)相连接。

2.根据权利要求1所述的平衡飞重(50)，其特征在于：所述两个顶部(66)在纵轴(X)上成一直线。

3.根据权利要求2所述的平衡飞重(50)，其特征在于：它包括一个垂直于所述纵轴(X)的几何平面(Y，Z)。

4.根据权利要求1到3的任何一项权利要求所述的平衡飞重(50)，其特征在于：它带有一个凹部(58)。

5.根据权利要求4所述的平衡飞重(50)，其特征在于：该凹部(58)在面向垂直于纵轴(X)方向上呈横向孔形式，该纵轴线将两个顶部(66)相连。

6.根据权利要求2、3或5所述的平衡飞重(50)，其特征在于：通过垂直于所述纵轴(X)的平面(Y，Z)，两个端部(62)和中间部分(64)的横截面为多边形，均以所述纵轴(X)为中心。

7.根据权利要求6所述的平衡飞重(50)，其特征在于：所述多边形为四边多边形，这样，每个端部(62)都是一个带有四个面的棱锥形状，而且中间部分(64)则为平行六面体形状。

8.根据权利要求7所述的平衡飞重(50)，其特征在于：所述四边多边形是长方形。

9.根据权利要求7所述的平衡飞重(50)，其特征在于：所述四边多边形是正方形。

10.根据权利要求1、2、3、5、7、8或9所述的平衡飞重(50)，其特征在于：它带有圆形边缘和圆形顶部。

11.根据权利要求1、2、3、5、7、8或9所述的平衡飞重(50)，其特征在于：它是从镍基合金、钛基合金、铝基合金和钢材料中选取。

12.一种涡轮机的转子盘，其特征在于：它装有至少一个如权利要求1到11中任何一项权利要求所述的平衡飞重(50)。

13.根据权利要求12所述的涡轮机的转子盘，所述转子盘包括插槽(14，34)，叶片根部(16，16′，36，36′)就装在其中；叶片根部之间形成空间(20，40)，与转子盘(12，32)相切；所述插槽(14，34)都有两个工作侧面(4，4)，其特征在于：它配备有至少一个如权利要求1到11中任何一项权利要求所述的装在所述空间(20，40)内的平衡飞重(50)。

14.根据权利要求13所述的涡轮机的转子盘(12，32)，其特征在于：所述平衡飞重(50)包括每个端部(62)上所形成的两个工作面(56，56)。

15.根据权利要求14所述的涡轮机的转子盘(12，32)，其特征在于：所述这两个工作面(56，56)相对于一个正中平面(Y，Z)而彼此对称，而该正中平面垂直于纵轴(X)，后者使飞重(50)的两个顶部(66)相连。

16.根据权利要求15所述的涡轮机的转子盘(12，32)，其特征在于：当所述转子盘(112，132)被带动旋转时，所述工作面(56，56)分别与插槽(114，134)的其中一个工作侧面(4，4)相接触。

17.一种涡轮机转子(10)，其特征在于：它包括至少一个如权利要求12到16中任何一项权利要求所述的转子盘(12，32)。

18.一种涡轮机，其特征在于：它包括至少一个如权利要求1到11中任何一项权利要求所述的平衡飞重(50)。

19.一种涡轮机，其特征在于：它包括至少一个如权利要求12到16中任何一项权利要求所述的转子盘(12，32)。

20.一种航空发动机，其特征在于：它包括至少一个如权利要求1到11中任何一项权利要求所述的平衡飞重(50)。

21.一种航空发动机，其特征在于：它包括至少一个如权利要求12到16中任何一项权利要求所述的转子盘(12，32)。