CN101333942B - 用于安装在涡轮机转子盘上叶片的轴向保持装置 - Google Patents

用于安装在涡轮机转子盘上叶片的轴向保持装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于安装在涡轮机转子盘上叶片的轴向保持装置，该装置包括：转子盘(6)，其具有多个槽和向外径向延伸以便与盘的支承面共同限定向外径向开口的槽(18)的凸缘(16)。该装置还包括多个叶片(4)，每个叶片具有安装在盘槽中的根部(4a)，每个叶片根部具有与盘支承面相对应的径向支承面，其具有至少一根肋(20)，其向内径向延伸以便限定向内径向开口的凹口(22)；和靠着转子盘和叶片根部的支承面安装的保持环(24)，所述保持环被容纳在盘的槽中，并向外保持在叶片根部的凹口中，由多个首尾相连布置的环形段构成。

Description

用于安装在涡轮机转子盘上叶片的轴向保持装置
技术领域
本发明涉及一种用于安装在涡轮机转子盘上叶片例如低压涡轮末级转子的轴向保持装置。
背景技术
众所周知，涡轮机的低压涡轮包括与定子叶片交替的多级转子叶片。对于涡轮的每一级，定子叶片被紧固到两个同心护罩上而转子叶片通过其根部紧固到转子盘上。通过螺栓连接件将涡轮的所有转子盘彼此紧固在一起，并通过耳轴将其固定在涡轮机的低压轴上。
已知这种低压涡轮末级盘的周边上具有多个轴向槽，每个槽中安装有一个涡轮转子叶片的根部。穿过涡轮的气流对转子叶片施加一个轴向力，所以有必要利用保持装置来防止叶片的任何轴向位移。一种此类装置在于防止叶片根部借助于压在盘和叶片根部径向支承面上的环形端板发生移动，端板由环形支持环被保持在其恰当位置上。例如，可以参考EP1 180 580和EP 1 498 579的公开文本。尽管这种装置有效，但是由于其使用几个部件(特别是端板和端板保持环)，因此通常其制造和安装都比较复杂。
大家还知道，涡轮机低压涡轮的转子盘因为其重心不位于转轴上，所以容易具有很差的重量分布。为了纠正这种不平衡现象，需要在盘上某些位置上，特别是在涡轮各个盘的螺栓连接件之间和为此目的特别增加的凸缘上设置平衡重。
很遗憾，某些低压涡轮结构在没有预先拆除涡轮某些级的情况下不能接近螺栓件。而且，为紧固平衡重而增加的特定凸缘会增大涡轮的总重。
发明内容
本发明通过提出一种叶片的轴向保持装置来改善上述缺陷，该装置制造安装简单，并有助于平衡转子盘。
通过一种用于安装在涡轮机转子盘上叶片的轴向保持装置来获得本发明的目的，所述装置的特征在于其包括：转子盘，包括：位于其周边上的多个向外开口的大致轴向槽；和在径向支承面上的凸缘，其向外径向延伸以便与所述支承面共同限定向外径向开口的环形槽；多个叶片，每个叶片包括安装在转子盘相应槽中的根部，每个叶片根部被设置在与转子盘支承面相对应的径向支承面上，具有至少一根肋(nib)，其向内径向延伸以便与叶片根部的所述支承面共同限定向内径向开口的环形凹口；和靠着转子盘和叶片根部的支承面安装的保持环，所述保持环被容纳在盘的槽中，并向外保持在叶片根部的凹口中，由多个首尾相连布置的环形段(angularsegments)构成。
由于本发明装置包括单个部件(即保持环，其本身是分段的)，因此易于制造并易于安装到转子盘上。而且，由于保持环由多个首尾相连布置的弧形段(angular segments)构成，所以可以单独变化某一段的重量以纠正转子盘遭遇的不平衡现象。因此，没必要首先拆卸结构连接件就可以对不平衡进行纠正。而且，不需要增加专门用于紧固平衡重并会构成附加总重的凸缘。
根据本发明优选特征，保持环中至少一段具有大于其它段的重量。
根据本发明的另一优选特征，保持环的每一段包括向外开口的切口以使叶片根部的肋在保持环被安装在转子盘的槽中时可以从其中穿过。
根据本发明的另一优选特征，保持环包括用于防止环在转子盘的槽中转动的装置。因而，保持环的至少一段可以包括可折叠舌键，其适于被折叠在叶片根部两个相邻肋之间以防止保持环在转子盘槽中发生转动。
本发明还提供一种涡轮机，其包括至少一种如上所述的用于安装在转子盘上叶片的轴向保持装置。
附图说明
通过以下对具有非限定特征实施方式的详细描述并结合附图，本发明的其它特征和优点将会显而易见，其中：
图1是装配有构成本发明一个实施方式所述装置的涡轮机的低压涡轮的局部纵向截面图；
图1A是图1的放大视图；
图2A和2B是图1的局部主视图，示出如何安装保持环；
图3A-3C是构成本发明另一实施方式的装置的纵向截面图。
具体实施方式
图1和图1A是装配有构成本发明一个实施方式所述装置的航空涡轮机的低压涡轮的局部纵向截面图。
自然地，本发明适用于任何带有通过轴向移动安装其上叶片的转子盘的涡轮机装置(航空或陆地)。
低压涡轮以涡轮机的纵轴X-X为中心。涡轮的末级包括喷嘴，其由多个定子叶片2和置于喷嘴后面并由多个轴向安装在转子盘6上的转子叶片4构成的转子轮构成。涡轮的次末极也具有喷嘴(未示出)和由多个安装在转子盘6’上的转子叶片4’形成的转子轮。
通过螺栓连接件8将涡轮的次极和次末级的盘6和6’彼此紧固，并通过环形耳轴10将它们固定在涡轮机的低压轴上(未示出)。同时利用相同的螺栓连接件8将耳轴紧固到盘6和6’上。
如图1A所示，涡轮末级的盘6的周边上具有多个大致轴向延伸的槽12，这些槽向盘的外侧开口(即远离纵轴X-X)，每个槽被设计成轴向容纳(例如啮合其中)涡轮的转子叶片4的根部4a(例如冷杉形)。
盘6的下游径向表面14(下文中称为支承面)上还具有凸缘16，凸缘16朝向盘的外侧径向延伸以便与支承面共同限定向外开口的环形槽18。
在与转子盘6的下游径向表面相对应的每个叶片根部4a的下游径向表面上，还设有至少一根向盘内侧(即朝向纵轴X-X)径向延伸的肋20，以便与所述下游表面共同限定内向开口的环形凹口22。
本发明的装置包括保持环24，其靠着转子盘6的支承面14和叶片根部4a安装。保持环24被容纳在盘槽18中并被保持在叶片根部4a的凹口22中。
此外，保持环24由首尾相连布置的多个角度段(angular segments)(或部分)24a构成，每个环形段24a可以沿周向延伸相同角距离。
例如，对于末级具有九十八个转子叶片的涡轮机低压涡轮，可以设置十四个环形段24a以使每一段延伸25°。
为使其安装在盘6的槽18中，每个环形段24a包括向外开口的切口26。如图2A所示，这些切口的尺寸允许在保持环安装在盘槽中时叶片根部4a的尖端20可以穿过。在此位置上，环形段因而不会被向外保持在叶片根部的凹口22中。
仍然举例来说，当转子盘6具有九十八个转子叶片4并且保持环由十四个段14a构成时，每一段切口26的数量可以为七。
一旦安装在盘的槽18中，则环段24a以叶片根部的肋20不再与切口26对准的方式关于涡轮机的纵轴X-X转动。在此位置上，环段然后被向外保持在叶片根部的凹口中。
仍然举例来说，当转子盘6具有九十八个转子叶片4而保持环24由十四个段24a构成时，每一段具有七个切口26，(沿任一方向)转动保持环1.8°用于从图2A所示的位置转到图2B所示的位置。
自然地，以相同方式通过将保持环移动足够使叶片根部的肋回到与环段的切口对准的角度将保持环拆下。
在本发明优势配置中，至少一个环段24a包括可折叠舌键28，其适于被折叠在叶片根部4a的两个相邻肋20之间以便防止保持环在已经恰当定位之后转动到转子盘6的槽18中(图2B)。
因而，在图2A和2B的实施方式中，舌键28与环段24a的切口26平齐布置并适于被折叠以占据两个端部位置：在一个位置上，舌键28延伸到相对于环段的径向平面倾斜的平面以使所述段转动(图2A)，在另一个位置上，舌键28置于与叶片根部的肋20位于相同径向表面并沿周向延伸在两个相邻肋20之间以防止所述段发生转动，因而防止整个保持环发生转动(图2B)。
应该观察到不需要为所有环段装配这种舌键，为所有环段安装一个舌键就足够可以防止所述环发生转动。
在本发明另一个优选配置中，至少一个环段24a具有比其它段更大的重量。
这种配置使其易于纠正在低压涡轮中观察到的不平衡现象。由于保持环24被分成段，所以可以使某些环段具有与其它段不同的特殊重量以确保转子盘的重心确实位于涡轮机的纵轴X-X上。应该观察到环段的数量越多，则重量在整个盘上的平衡越精确。
如图1所示，这种配置在涡轮末级盘6的内端与耳轴10之间的环形空间防止螺栓连接件8直接进入时更加具有优势，因此可以使其不必先将涡轮末级拆下就可以将平衡重紧固到这些螺栓连接件上。
在实践中，在安装完涡轮之后检验转子盘的平衡，然后进行必要的不平衡纠正。在纠正不平衡的过程中，使用具有与所需纠正相适应改良重量的段替换一个或多个环段。改良重量的段是重量比其它段重量大的环段。
图3A至3C是纵向截面图，示出根据本发明的变形实施方式，示出改变环段24a重量的各种方法。
因而，在图3B的实施方式中，与图3A所示的段相比，环段24a具有附加厚度30。除了此附加厚度30之后，图3C中的环段24a具有图3A和图3B环段上都没有的突起32。附加厚度30和该突起32可以沿周向延伸在所有环段上，或者仅仅延伸在一部分上。它们与增加厚度相对应。
也可以通过其它方法来改变环段的重量。因而，切口26的深度，以及切口之间区域的高度和/或厚度可以变化，以增大或减小环段的重量。
应该观察到可以事先加工环段以符合重量等级(例如逐克地)，以便提供适于执行必要的不平衡纠正的较宽选择的段。可选地，可以根据需要来加工环段。
本发明用于轴向保持叶片的装置具有许多优点。特别是它由单个主要部件(即保持环)构成，因而使其制造成本低廉并易于与盘的支承面进行安装和/或拆卸。此外，通过使用环段，可以改变每一段的重量，因而易于纠正在该类技术中观察到的不平衡现象。

Claims (5)

1.一种用于安装在涡轮机转子盘上叶片的轴向保持装置，所述装置包括：
转子盘(6)，包括：
位于其周边上的多个向外开口的大致轴向槽(12)；和
在径向支承面(14)上的凸缘(16)，其向外径向延伸以便与所述支承面共同限定向外径向开口的环形槽(18)；
多个叶片(4)，每个叶片包括安装在转子盘相应槽中的根部(4a)，每个叶片根部被设置在与转子盘支承面相对应的径向支承面上，具有至少一根肋(20)，其向内径向延伸以便与叶片根部的所述支承面共同限定向内径向开口的环形凹口(22)；和
其特征在于还包括靠着转子盘和叶片根部的支承面安装的保持环(24)，所述保持环被容纳在盘的槽(18)中，并向外保持在叶片根部的凹口(22)中，由多个首尾相连布置的角度段(24a)构成，保持环的至少一段的重量大于其它段的重量，
所述保持环的每个角度段均为单件组件，
所述保持环的每个角度段的外周边固定在所述叶片根部的凹口中，
所述保持环的每个角度段的内周边固定在所述盘的槽中。
2.如权利要求1所述的装置，其中保持环的每一段(24a)包括向外开口的切口(26)，以使叶片根部(4a)的肋(20)在保持环(24)被安装到转子盘的槽(18)中时能够从其中穿过。
3.如权利要求2所述的装置，其中保持环(24)包括用于防止环在转子盘的槽中转动的装置(28)。
4.如权利要求3所述的装置，其中保持环的至少一段(24a)包括可折叠舌键(28)，适于折叠于叶片根部(4a)两个相邻肋(20)之间以防止保持环(24)在转子盘槽(18)中转动。
5.一种涡轮机，其特征在于包括至少一种如权利要求1至4中任一项所述的用于安装在转子盘上叶片的轴向保持装置。
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