CN101096914A - 涡轮机转子和装有这种转子的涡轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涡轮机转子,特别涉及叶片(2),尤其是风扇叶片,在转子盘(4)上的安装。本发明具体涉及到包括转子盘(4)的涡轮机转子,所述转子盘的周围带有多个叶根槽(41),还涉及到多个可拆除的叶片(2),每个叶片(2)都包括安装在其中一个叶根槽(41)内的叶根(22),还涉及到一个下游法兰(7),所述法兰固定在所述转子盘(4)上,每个叶根(22)则抵在该转子盘上。根据本发明,所述转子包括一种弹性缓冲件(8),位于每个叶根(22)和下游法兰(7)之间,用来使叶根(22)和下游法兰(7)之间保持一个间隙。
Description
技术领域
本发明涉及一种涡轮机转子,特别是涉及叶片,尤其是风扇叶片,在转子盘上的安装。
背景技术
一个涡轮机转子通常一方面包括一个转子盘,转子盘的周围带有多个实际上呈轴向并成角度均匀分布的叶根槽,另一方面,包括多个可以拆除的叶片,这些叶片自所述转子盘周围径向向外延伸,每个叶片包括安装在其中一个叶根槽内的叶根。
当叶片根部插入叶根槽时,其下游部分就与固定到转子上的下游法兰接触,并位于叶根槽的下游。叶根与下游法兰相抵住,后者起到一种轴向端部制动的作用。轴向固定通常是通过安装一个可拆卸的上游法兰来保证,这一般是一种固定环的形式。当这个上游法兰例如通过使用螺栓固定到轮盘上时,它可以防止叶根脱离转子盘上叶根槽。上游和下游的定义是相对于空气流经转子的主要方向。所述轴向固定系统在文件EP1400698中具体做了说明,尽管该文件并未介绍下游法兰。
为了装配方便,叶片在转子盘上装配时都保留一定的轴向间隙。风扇叶片按任意方式安装在这个间隙内时都使得转子得不到平衡,造成使用期间出现振动。风扇叶片的航空动力叶型的翼弦越长,这种振动就越大。在发动机工作时,叶片不得不承受的离心力也会导致叶片在所述轴向间隙内在轴向方向上移动,这是不可预测的。
为了防止涡轮机运行期间叶片的轴向移动,上游法兰在其下游端面上装配了弹性装置,例如弹性块,目的是在装配后,能够承受作用在叶根上游端面上的足够的力,所述叶根紧紧抵住下游法兰。在这个系统中,上游法兰做成一个整体部件,并且呈环状。按照文件US5259728和US6457042,在这些叶根槽之间设置若干个小型法兰也可以提供轴向固定。
然而,文件EP1400698中所介绍的系统并不是完全令人满意的。这是因为下游法兰上出现的磨损所致。这种磨损是叶根与下游法兰摩擦造成的,它会降低所述下游法兰的使用寿命。当这种下游法兰通常是由压气机外壳的前端法兰组成时,即支撑风扇叶片的压气机叶片下游的实际圆柱形状部分,叶片的损坏就是不可避免的了。
所述磨损主要出现在涡轮机不工作且暴露于风中时,在涡轮机运转时则不会发生,例如,当安装有所述涡轮机的飞机停在停机坪时,周围的风力通常会使得涡轮机转子转动,象风车一样旋转。转子叶片安装在转子盘的叶根槽中,也保留一定的间隙,可以使叶片具有某种程度的径向移动,当涡轮机由于离心力的作用而转动时,这种情况就会消失。在本发明中,当叶片具有径向移动时,可以将此理解为是所述叶片在转子盘叶根槽内围绕一个轴线所做的一种小幅度转动,而该轴线实际上是与转子轴线相平行。当转子在风力的驱动下缓慢转动时,叶片,特别是风扇叶片,就会在其自身重量的作用下由于重力而经受一个径向移动,特别是当这些叶片到达一个水平位置时。一方面是叶片的径向移动,另一方面是所述叶片抵在下游法兰上,由于上游弹性块所产生的力,二者的综合影响造成了所看到的磨损现象。
涡轮机转子的反复操作也会出现这种磨损,例如在维护保养期间或转子低速转动时。一般来讲,在所有环境下,这种方式的转子转动,即导致叶片径向运动时,都会出现这种磨损。
发明内容
本发明的一个目的是减小所述转子叶片和所述下游法兰之间的磨损。
本发明特别涉及一种装有转子盘的涡轮机转子,转子盘的周围带有多个叶根槽,多个可拆除的叶片,每个叶片包括安装在其中一个叶根槽内的叶根,还涉及下游法兰,该法兰固定到所述转子盘上,每个叶根则抵在该法兰上。根据本发明,在每个叶根和下游法兰之间,转子使用了一个弹性缓冲块,用来保证叶根和下游法兰之间具有一定的间隙。
弹性缓冲块的形状特点是能够夹在叶根的下游部分上。这个缓冲块最好是U形,包括底部,该底部抵住叶根的下游端面和两个侧边部分,而后者则抵住叶根的横端面。该底部在其下游端面上可以包括至少一个尖桩,起一种紧固螺栓的作用。
这种弹性缓冲块同样可以牢牢地夹在下游法兰上,而不是叶根的下游部分。
本发明还涉及装有这种转子的涡轮机。
附图说明
阅读下面所述详细说明,可以更清楚地了解本发明,本发明的优点则会更为明显。发明说明参照附图如下:
图1为涡轮机的示意图;
图2为涡轮机转子的分解图;
图3为根据现有技术的叶根下游部分的示意图;
图4为根据现有技术的叶根下游部分抵住下游法兰的示意图;
图5为根据本发明的叶根下游部分示意图;
图6为根据本发明的叶根下游部分抵住下游法兰的示意图;
图7为根据本发明第二实施例的叶根下游部分抵住下游法兰的示意图;
图8为根据本发明第三实施例的叶根下游部分抵住下游法兰的示意图。
具体实施方式
图1示出了装在涡轮风扇发动机上的涡轮机1。传统的涡轮机都包括一个由静子构成的固定式装置和一个由转子构成的旋转装置组成。图1中均匀分布的圆点部分对应于转子的位置,而该转子则是本发明所提出的主题。
图2通过分解图的形式示出了构成涡轮机转子的主要部件,特别是用于安装风扇叶片2的部件,螺栓除外。
叶片2包括空气动力叶型叶片21和叶根22,而前者为扭转叶片形式。叶根22是叶片2的下部,不会与空气动力气流产生相互作用。通常,空气动力叶型叶片21和叶根22的界限划分是一个平台5,该平台5可以拆除或固定到叶片上。
当叶根22安装在转子盘4上时,叶根22插入转子盘4的其中一个基本上为轴向的叶根槽41内,并抵在位于叶根槽41下游端43的下游法兰7上。下游法兰7如图2所示,为环状,固定在大致呈圆柱形的压气机壳体70上,而后者带有多个沿圆周方向布置的叶根槽75,用来安装压气机叶片(图中未示)。下游法兰7可以同样不依赖于转子鼓7,它只包括了一个环形单体部件或多个相互独立的环形部件。下游法兰7主要包括一个环71,该环径向延伸,并分别通过内固定法兰构件72和外固定法兰构件73安装在其内外周围部分。下游法兰7和转子盘4可以用螺栓(图中未示)彼此固定。上面描述的磨损主要出现在每个法兰构件72或73之间的环71的局部表面74上。
平台5位于两个相邻的叶片2之间,目的是重新形成一种空气动力气流。这些平台5用它们的法兰构件51固定到转子盘4的法兰构件44上。另外,通常在叶根22和转子盘4叶根槽41封闭端之间使用隔离片3。
为了提供一种轴向固定,将一个可拆卸的上游法兰6固定到叶根槽的上游端42上。如图2所示,上游法兰6为环形。它可以通过上游端部42防止叶片2与叶根槽41脱离。另外,也可以将另外一个第二环形法兰61放置在法兰6的上游位置,可以在其下游端面安装弹性件,例如文件EP1400698中所述的弹性块。用螺栓(图中未示)固定到转子盘4上。
图3介绍了叶根22的下游部分的底部。叶根22在其底部位置处包括一个凸榫23,其被设计成用来装在转子盘4的叶根槽41内。叶根22的下游部分24包括表面25和凹穴26,该凹穴位于表面25和凸榫23之间。该凹穴26的主要功能是避免这个区域出现应力。轴向缓冲件还可以很方便地装入这个凹穴26内,目的是保证叶根22和下游法兰7之间的间隙。
如图4所示,叶根22的表面25实际上是平面的,与下游法兰7的环71表面74相接触。该接触是造成上述摩擦磨损的原因。
为了减少或乃至消除这种磨损,本发明提出通过在每个叶片2和下游法兰7之间插装一个弹性缓冲件8来对涡轮机转子进行改装,该弹性缓冲件8用来确保叶片2和下游法兰7之间保留一定的间隙,至少是在转子不在转动时留有间隙。
图5和图6分别与图3和图4相对应,但同时又具有上述弹性缓冲块8的特性。弹性缓冲块8的形状是能够夹在叶根2的下游部分24,也就是所,能够夹在下游部分24上,目的是将其固定到上面。为此,弹性制动块最好是U形,包括底部81,它可以抵在叶片2的下游部分24和两个侧边82上,而两个侧边82则抵住叶片2的侧面27上。弹性缓冲块8的夹紧能力目的是使得转子和涡轮机1的装配更加容易,其中某些部件是很难接近的。
侧边82基本上是扁平形状。底座81也基本上是扁平形,包括一个上端面81a和一个下端面81b。这些形状可以限制弹性缓冲块8的重量所占有的空间范围,这些在航空应用中都是主要的影响因素。因此,这种类型的弹性缓冲块8就可以加装到大多数转子上,而不需要对周围其它部件进行任何改动。
当叶片2有径向移动的可能性时,弹性缓冲块8就可以在叶根22和下游法兰7之间保持一定的间隙。该间隙可以防止导致磨损的摩擦。合适的间隙是0.1到0.8mm之间。当转子转动时,也就是说,当打开节流阀以驱动涡轮机1时,离心力就会防止转子叶片2径向移动,这就意味着这些叶片2和下游法兰7之间的摩擦不会再出现。在这些情况下,就不需要保持叶根22和下游法兰7之间的间隙。弹性缓冲块的硬度需要考虑这些情况。
另外,弹性缓冲块的硬度使得其可以对叶片2与下游法兰7相抵形成的压力导致的轴向移动起到阻尼作用。弹性缓冲块8的合适硬度可以在40到80肖氏(Shore)D之间,优选在65至75肖氏D之间获得。例如,缓冲块可以使用第一种材料,诸如聚氨酯弹性体制成,硬度在71到73肖氏D之间,或者用Peek树脂制成。
为了提高弹性缓冲件8和下游法兰7之间的附着力,下端面81b可以用第二种材料制成,其硬度比第一种材料硬度低,优选硬度在50到70肖氏A之间,例如硅弹性件,硬度为60肖氏A。
根据本发明第一实施例,弹性缓冲件8的下端面81b是平的。为了提高弹性缓冲件8和下游法兰7之间的附着力,可以使用第二和第三实施例中详细介绍的结构布置。
根据本发明的第二实施例,弹性缓冲件8可以包括至少一个尖桩83,优选三个尖桩,如图7中可以看到的。每个尖桩83,都起一种夹紧螺栓的作用,从底部81的下端面81b所形成的平面伸出,并处于底部81下端面81b上环形凹穴84内。
根据本发明的第三实施例,弹性缓冲件8可以包括至少一个加强筋85,如图8所示。也可以设想成其它形状,目的是使弹性缓冲件8和下游法兰7之间具有良好附着力。
本发明适合装有大型叶片的转子,例如风扇叶片。
Claims (19)
1.一种涡轮机转子,包括:
--转子盘,其周围带有多个叶根槽;
--多个可拆卸的叶片,每个叶片包括安装在其中一个所述叶根槽内的叶根;
--下游法兰,固定到所述转子盘上,每个叶根则抵在该转子盘上,
所述转子包括弹性缓冲块,位于每个叶根和所述下游法兰之间,用来保持所述叶根和所述下游法兰之间留有间隙。
2.根据权利要求1所述的涡轮机转子,其特征在于:所述弹性缓冲块的形状能够夹在所述叶根所述下游部分上。
3.根据权利要求1所述的涡轮机转子,其特征在于:所述弹性缓冲块的形状能够夹在所述下游法兰上。
4.根据权利要求2所述的涡轮机转子,其特征在于:所述弹性缓冲块为U形,包括抵住所述叶片的所述下游部分的底部和抵住所述叶根的横端面的两个侧边。
5.根据权利要求4所述的涡轮机转子,其特征在于:所述U形缓冲块的每个侧边基本上呈扁平状。
6.根据权利要求4或5所述的涡轮机转子,其特征在于:U形缓冲块的所述底部基本上呈扁平状,并包括上端面和下端面。
7.根据权利要求6所述的涡轮机转子,其特征在于:所述缓冲块的底部在其下端面上包括至少一个尖桩,起夹紧螺栓的作用。
8.根据权利要求7所述的涡轮机转子,其特征在于:所述缓冲块的底部在其下端面上包括三个尖桩。
9.根据权利要求7或8所述的涡轮机转子,其特征在于:所述尖桩是从所述底部下端面所形成的所述平面上伸出。
10.根据权利要求7至9所述的任一种涡轮机转子,其特征在于:所述尖桩位于所述底部下端面上的环形凹穴内。
11.根据权利要求6至10所述的任一种涡轮机转子,其特征在于:所述底部下端面的硬度在50至70肖氏A之间。
12.根据权利要求11所述的涡轮机转子,其特征在于:所述底部下端面的硬度为60肖氏A。
13.根据权利要求6至12所述的任一种涡轮机转子,其特征在于:所述底部下端面采用硅弹性材料制成。
14.根据上述任一种权利要求所述的涡轮机转子,其特征在于:所述弹性缓冲件的硬度在40至80肖氏D之间。
15.根据权利要求14所述的涡轮机转子,其特征在于:所述弹性缓冲件的硬度在65至75肖氏D之间。
16.根据权利要求15所述的涡轮机转子,其特征在于:所述弹性缓冲件的硬度在71至73肖氏D之间。
17.根据上述任一种权利要求所述的涡轮机转子,其特征在于:所述弹性缓冲件采用聚氨酯弹性材料制成。
18.根据上述任一种权利要求所述的涡轮机转子,其特征在于:所述叶片为风扇叶片。
19.一种装有按照上述权利要求所述的转子的涡轮机。
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