CN101205813A - 用于转子组件中载荷传递的方法和装置 - Google Patents

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CN101205813A
CN101205813A CNA2007101603059A CN200710160305A CN101205813A CN 101205813 A CN101205813 A CN 101205813A CN A2007101603059 A CNA2007101603059 A CN A2007101603059A CN 200710160305 A CN200710160305 A CN 200710160305A CN 101205813 A CN101205813 A CN 101205813A
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R·A·布里廷厄姆
L·韦尔特尔
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Abstract

提供了转子组件。转子组件包括：第一涡轮动叶(100)，其包括从第一涡轮动叶的径向外端(254)延伸的第一顶罩(212)，第一顶罩包括第一表面(244)；和第二涡轮动叶(101)，其包括从第二涡轮动叶的径向外端(255)延伸的第二顶罩(214)，第二顶罩周向邻近第一顶罩设置，第二顶罩包括第二表面(245)，该第二表面构造成传递引向第二顶罩的径向载荷的一部分给第一顶罩和引向第一顶罩的径向载荷的一部分给第二顶罩两者中至少之一。

Description

用于转子组件中载荷传递的方法和装置
技术领域
本发明总体上涉及涡轮机转子组件，且更特别地涉及释放与涡轮机转子组件一起使用的旋转翼面顶罩处的应力的方法和装置。
背景技术
至少一些公知的涡轮机转子组件包括多个从根部延伸到顶罩的转子叶片或者动叶(buckets)(在下文中，用语“动叶”应当用来一般指示涡轮动叶或者航空发动机叶片)。通常，顶罩有助于改进涡轮机转子组件的性能。在运行期间，顶罩经受高的热载荷和机械载荷，这些载荷导致了引向顶罩内的应力，这些应力必须被解决以保持叶片的有效寿命。
为了有助于降低引向顶罩的应力，至少一部分公知的动叶顶罩是扇形的，使得顶罩的选定部分被去除。例如，公知的，在加工成扇形的过程中去除沿着顶罩的前缘和/或后缘的顶罩部分。虽然扇形区域有助于降低机械载荷，且由此降低引向顶罩的应力，但是将顶罩做成扇形会对发动机的性能产生不利的影响。
发明内容
在一个方面，提供装配转子组件的方法。该方法包括将第一涡轮动叶组装到转子盘上，其中第一涡轮动叶包括具有第一表面的第一顶罩，提供第二涡轮动叶，该第二涡轮动叶包括具有第二表面的第二顶罩，然后将第二涡轮动叶组装到转子盘上，以至于第二涡轮动叶周向地邻近第一涡轮动叶，且以至于在转子组件运行期间，第一顶罩沿着第一和第二表面接触第二顶罩，从而实现引向第一顶罩的径向载荷的一部分传递给第二顶罩，和引向第二顶罩的径向载荷的一部分传递给第一顶罩这两者中的至少其中之一。
在进一步的方面中，提供转子组件。转子组件包括第一涡轮动叶，该第一涡轮动叶包括从第一涡轮动叶的径向外端延伸的第一顶罩。第一顶罩包括第一表面。转子组件还包括第二涡轮动叶，该第二涡轮动叶包括从第二涡轮动叶的径向外端延伸的第二顶罩。第二顶罩周向邻近第一顶罩设置。第二顶罩包括第二表面，该第二表面构造成传递引向第二顶罩的径向载荷的一部分给第一顶罩，和传递引向第一顶罩的径向载荷的一部分给第二顶罩这两者中的至少其中之一。
在进一步的方面中，提供涡轮动叶组件。涡轮动叶组件包括涡轮动叶和从涡轮动叶的径向外端延伸的顶罩。顶罩包括前缘和相对的后缘，以至于第一周向侧和相对的第二周向侧每个都在前缘和后缘之间延伸。顶罩进一步地包括至少一个在第一周向侧和第二周向侧之间延伸的顶部横梁。涡轮动叶组件还包括第一表面和第二表面，它们每个沿着第一周向侧，至少一个顶部横梁，前缘和后缘中的至少一个的一部分延伸。第一和第二表面构造成能够实现从第一顶罩到邻近的第二顶罩的径向载荷传递。
附图说明
图1是可用于轴流涡轮机的示例性动叶的透视图；
图2是图1所示的且在涡轮机转子组件内的适当位置结合的一对动叶的部分透视图；
图3是图2所示的示例性动叶顶罩的顶部透视图；和
图4是图3所示的动叶顶罩的底部透视图。
具体实施方式
如这里所采用的，以单数的方式叙述且采用  “一(a)”，“一个(an)”或者“一个(one)”(且特别是，“至少一个(at least one)”)这些词开头的部件或者步骤应当理解为不排除多个所述的部件或者步骤，除非这种排除明确地进行了说明。而且，提到的本发明的“一个实施例”(或者“其它实施例”)并不意欲解释成排除任何也结合了所述特征的其它实施例的存在，或者排除结合本发明进行描述的其它特征的存在。因而，除非明确地与此相反地进行说明，“包含(comprising)”或者“具有(having)”一个或者多个具有特殊特性的部件的实施例，可以包括另外的没有这种特性的这种部件。
图1是可用于轴流涡轮机的涡轮动叶100的透视图。在一个示例性实施例中，每个动叶100包括翼面42和用于安装翼面42到转子盘(未示出)上的整体形成的燕尾榫43。
翼面42包括第一侧壁44和第二侧壁46。第一侧壁44是凹面的且限定了翼面42的压力侧，而第二侧壁46是凸面的且限定了翼面42的负压侧。侧壁44和46在翼面42的前缘48和轴向间隔的后缘50处连接，该后缘位于前缘48的下游。
第一和第二侧壁44和46，分别地纵向或者径向向外延伸以从靠近燕尾榫43设置的叶根50处伸展。在示例性实施例中，翼面42和叶根52制造成整体组件。在可选实施例中，翼面42和叶根52没有制造成整体部件。在示例性实施例中，动叶100包括顶罩212。动叶100连接到转子轴且从转子轴径向向外延伸。在替换的实施例中，动叶100可以通过其它构造成将动叶连接到转子轴上的装置而连接到转子轴上，例如，叶盘(blisk)。
图2是连接在涡轮机转子组件内适当位置处的一对周向相邻的动叶100和101的部分透视图。图3是动叶顶罩212的顶部透视图。图4是动叶顶罩212的底部透视图。
特别地，在示例性实施例中，动叶100和101基本上相同且每一个都包括顶罩212。为了简便，第一动叶标识为动叶100，而第二动叶标识为动叶101。动叶100包括第一顶罩212，而动叶101包括第二顶罩214。如下面更加详细描述的，顶罩212在制造时按规定尺寸制作和定位，以与顶罩214的一部分相互协作和匹配。而且，如下面更加详细地描述的，在示例性实施例中，第一顶罩212的一部分构造成支承来自第二顶罩214的径向载荷，该第二顶罩与第一顶罩212周向地相邻。
如图2所示，每个顶罩212和214包括第一侧壁234和对置的周向间隔的第二侧壁238，两侧壁通过前缘侧240和对置的后缘侧242连接在一起。在示例性实施例中，前缘侧240不是扇形的且后缘侧242也不是扇形的。前缘和后缘侧240和242每个分别在第一和第二侧壁234和238之间周向地延伸。在示例性实施例中，每个顶罩212和214包括一对顶部横梁241和243。在替代实施例中，每个顶罩212和214包括一个顶部横梁。
如图3所示，在示例性实施例中，第一侧壁234形成有突出部分250，该突出部分沿着第一侧壁234的一部分限定。特别地，在示例性实施例中，突出部分250从前缘侧240朝着后缘侧242延伸。如图4所示，在示例性实施例中，突出部分250从前缘侧240朝着后缘侧242延伸了距离D1。第一侧壁234还形成有切口252。特别地，在示例性实施例中，切口252由第一端254和第二端255限定，这两端在顶点253处连接在一起。在示例性实施例中，切口252是从第一端254持续延伸到第二端255的Z形切口。这样，在示例性实施例中，突出部分250从前缘侧240延伸到切口第一端254。
突出部分250由凹入257构成，该凹入沿着径向内表面251，从第一侧壁234朝第二侧壁238延伸了宽度W1。在示例性实施例中，径向外表面245从前缘240的径向外表面244向外偏移了一段距离(未示出)。突出部分径向内表面251形成匹配表面，使得周向相邻的顶罩212和214能够彼此靠接，下面将更加详细地进行描述。
第一侧壁234还形成有沿着第一侧壁234的一部分延伸的下切部分260。特别地，在示例性实施例中，下切部分260从后缘侧242朝着前缘侧240延伸。更特别地，在示例性实施例中，下切部分260从后缘侧242朝着顶点253延伸了距离D3。在替换的实施例中，下切部分260从后缘侧242延伸到凸块261，该突块设置在邻近切口第二端255的位置。在示例性实施例中，距离D3大约等于距离D1。在替换的实施例中，距离D3不同于距离D1。
下切部分260由凹入区域263限定，该凹入区域沿着径向外表面264、从第一侧壁234朝着第二侧壁238延伸了宽度W2。下切部分径向外表面264形成了匹配表面，使得周向相邻的顶罩212和214能够彼此靠接，下面将更加详细地进行描述。
第二侧壁238包括下切部分270，凸块271，切口272，和突出部分274。在示例性实施例中，下切部分270，切口272，和突出部分274由于每个按规定尺寸制作、成形和定位以此来与相应的周向相邻的突出部分250，切口252和下切部分260相匹配，因而与下切部分260，切口252，和突出部分250相似地形成。更特别地，在示例性实施例中，下切部分270从前缘侧240朝后缘侧242延伸。特别地，下切部分270从前缘侧240朝后缘侧242延伸了距离D5。特别地，下切部分270从前缘侧240朝顶点279延伸。替换地，下切部分270从前缘侧240朝凸块271延伸。在示例性实施例中，距离D5基本上等于下切部分260的距离D3。在替换的实施例中，距离D5不同于下切部分的距离D3。第二侧壁238还形成有切口272，该切口由第一端276和第二端278限定，这两端在顶点279处连接在一起。在示例性实施例中，切口272是从第一端276持续延伸到第二端278的Z形切口。这样，在示例性实施例中，下切部分270从前缘侧240延伸到靠近切口第二端278的凸块271。
下切部分270由凹入区域273限定，该凹入区域沿着罩径向外表面280、从第二侧壁238朝着第一侧壁234延伸了宽度W3。下切部分径向外表面280形成了匹配表面，使得周向相邻的顶罩212和214能够彼此靠接，下面将更加详细地进行描述。
此外，第二侧壁238形成有突出部分274，该突出部分沿着第二侧壁238的一部分延伸。突出部分274从后缘侧242朝前缘侧240延伸。在示例性实施例中，突出部分274从后缘侧242朝前缘侧240延伸了距离D6。在示例性实施例中，距离D6基本上等于突出部分250的距离D1。在替换的实施例中，距离D6不同于突出部分距离D1。特别地，突出部分274从后缘侧242朝切口272的第一端276延伸。突出部分274由凹入282构成，该凹入沿着罩径向内表面284、从第二侧壁238朝第一侧壁234延伸了宽度W4。突出部分径向内表面284形成匹配表面，使得周向相邻的顶罩能够彼此靠接，下面将更加详细地进行描述。
在示例性实施例中，第一侧壁234设计成与第二侧壁238匹配，以至于引向顶罩212的径向载荷的一部分传递给顶罩214。特别地，突出部分250设计成与下切部分270匹配，而突出部分274设计成与下切部分260匹配。在示例性实施例中，突出部分250和274设计成能够确保与下切部分270和260分别重叠。应当注意，顶罩212和214的定位和构造是示例性的实施例。例如，在替换的实施例中，无论顶罩212还是顶罩214都没有形成有突出部分250和274或者都没有形成下切部分260和270。在替换的实施例中，顶罩第一侧壁234形成有相对于顶罩第二侧壁238可定位的第一表面，从而使得第一表面和第二表面在转子组件的运行期间接触，这样使得引向顶罩212的径向载荷的一部分传递给顶罩214。在另一个替换的实施例中，例如至少一个顶罩212和/或顶罩214包括，但是不限于包括，周向销，翼片，和/或任何合适的能够使得引向顶罩212的径向载荷的一部分传递给顶罩214的机械部件。
在替换的实施例中，前缘240包括突起部分250和下切部分260，和/或后缘242包括突起部分274和下切部分270，其中引向顶罩212的径向载荷的一部分传递给顶罩214。在进一步的替换的实施例中，顶部横梁241包括突起部分250和下切部分260，和/或顶部横梁243包括突起部分274和下切部分270，其中引向顶罩212的径向载荷的一部分传递给顶罩214。
在装配期间，在示例性实施例中，动叶100和101相互之间周向相邻设置，以至于顶罩212和214彼此周向相邻设置。更特别地，当对准时，顶罩212的前缘侧240基本上周向地与顶罩214的前缘侧240对齐。这样，顶罩212的第一侧壁234周向邻近顶罩214的第二侧壁238设置。更特别地，在示例性实施例中，当顶罩212和214彼此相邻时，突出部分250的径向内表面251与下切部分270的径向外表面280对准，凸块271与切口252内的壁对准，且顶点279接纳凸块261。而且，下切部分260的凹入区域263的径向外表面264与突出部分274的凹入282的径向内表面284对准。以相互匹配的方式设置下切部分260和270以及突出部分250和274有助于提高顶罩212和214的使用寿命，因此避免包括顶罩212和214扇形口和/或其它的脆弱的切掉部分。在动叶100和101热膨胀之前，顶罩212的第一侧壁234与顶罩214的相邻第二侧壁238对准。顶罩212和214在涡轮机运行期间定位为彼此接触。
在涡轮机运行期间，空气沿着顶罩212和214并且从前缘240向后缘侧242流动。当顶罩212和214热地且机械地膨胀时，突出部分250和274有助于抵抗下切部分260和270径向向外的移动，以至于在涡轮机运行期间引向顶罩212和214的应力减小。在运行期间，突出部分250和274与下切部分260和270的结合，将顶罩离心载荷传递到每个对应动叶100和101中。特别地，在示例性实施例中，引向顶罩212的径向载荷的一部分传递给顶罩214，或者引向顶罩214的径向载荷的一部分传递给顶罩212。而且，在示例性实施例中，引向顶罩212的径向载荷的一部分传递给顶罩214，且引向顶罩214的径向载荷的一部分同时传递给顶罩212。增强的径向保持力使得制造商能够避免必须将顶罩的前缘和/或后缘做成扇形。此外，径向保持力有助于防止位于翼面和顶罩之间的圆角(未示出)单独地承担承受顶罩载荷的责任。通过减小和降低顶罩212和214内的应力，有助于提高顶罩的使用寿命。
上述的本发明提供了重叠的顶罩组件，其有助于减小顶罩内引起的应力。降低顶罩内的应力有助于提高顶罩的使用寿命同时保持发动机的性能。
涡轮机转子组件的示例性实施例在上面进行了详细的描述。示出的组件并不限于这里所述的特殊实施例，而是，每个组件的部件可以脱离这里所述的其它部件单独和分开地使用。
尽管本发明已经就各种特殊实施例进行了描述，本领域技术人员应当明白本发明可以在权利要求的精神和范围内实行修改。
部件列表
42 翼面
43 燕尾榫
44 第一侧壁
46 第二侧壁
48 前缘
50 后缘
52 叶根
100 涡轮动叶
101 动叶
212 第一顶罩
214 第二顶罩
234 第一侧壁
238 第二侧壁
240 前缘侧
241 顶部横梁
242 后缘侧
243 顶部横梁
244 外表面
245 外表面
250 突出部分
251 内表面
252 切口
253 顶点
254 第一端
255 第二端
257 凹入
260 下切部分
261 凸块
263 凹入区域
264 外表面
270 下切部分
271 凸块
272 切口
273 凹入区域
274 突出部分
276 第一端
278 第二端
279 顶点
280 外表面
282 凹入
284 内表面

Claims (10)

1.一种转子组件，包括：
第一涡轮动叶(100)，包括从所述第一涡轮动叶的径向外端(254)延伸的第一顶罩(212)，所述第一顶罩包括第一表面(244)；且
第二涡轮动叶(101)，包括从所述第二涡轮动叶的径向外端(255)延伸的第二顶罩(214)，所述第二顶罩定位为周向邻近所述第一顶罩，所述第二顶罩包括第二表面(245)，该第二表面构造成实现将引向所述第二顶罩的径向载荷的一部分传递给所述第一顶罩、和将引向所述第一顶罩的径向载荷的一部分传递给第二顶罩两者中至少之一。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，当所述第一涡轮动叶(100)和所述第二涡轮动叶(101)连接在所述转子组件内时，至少所述第二表面(245)的一部分位于至少所述第一表面(244)的一部分的径向内侧。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一表面(244)构造成位于所述第二表面(245)的一部分中。
4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一表面(244)包括突出部分(274)而所述第二表面(245)包括下切部分(270)。
5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一表面(244)和所述第二表面(245)构造成在运行期间彼此基本上齐平地匹配。
6.一种涡轮动叶组件，包括：
涡轮动叶(100)；
顶罩(212，214)，从所述涡轮动叶的径向外端(254，255)延伸，所述顶罩包括前缘(240)和相对的后缘(242)，使得第一周向侧和相对的第二周向侧每个都在所述前缘和所述后缘之间延伸，所述顶罩进一步地包括至少一个在所述第一周向侧和所述第二周向侧之间延伸的顶部横梁(241，243)；且
第一表面(244)和第二表面(245)，每个表面沿着所述第一周向侧、所述至少一个顶部横梁、所述前缘和所述后缘中的至少一个的一部分延伸，所述第一和第二表面构造成允许径向载荷的传递。
7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，所述第一表面(244)是下切部分(260，270)而所述第二表面(245)是突出部分(250，274)，使得所述下切部分和所述突出部分有助于径向载荷的传递。
8.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，所述第一和第二周向侧中的至少一个包括所述第一表面和所述第二表面(244，245)。
9.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，所述至少一个顶部横梁(241，243)包括所述第一表面(244)和所述第二表面(245)。
10.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，所述前缘(240)和所述后缘(242)中的至少一个包括所述第一表面(244)和所述第二表面(245)。
CNA2007101603059A 2006-12-19 2007-12-19 用于转子组件中载荷传递的方法和装置 Pending CN101205813A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

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