CN101839151A - 用于将流体机械的叶片与转子轴相连接的装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于将流体机械的叶片与转子轴相连接的装置和方法，该装置包括第一叉形根部、第二叉形根部和至少一根连接栓，第一叉形根部与叶片固定地相连接并且第一叉形根部具有一定数量的设有第一孔的第一根部接片，第二叉形根部与转子轴固定地相连接并且第二叉形根部具有一定数量的设有第二孔的第二根部接片，连接栓为了将第一叉形根部与第二叉形根部相连接穿过第一和第二孔，所述装置具有第一区域和第二区域，第一区域在所述孔之一的第一内直径与所述连接栓的第一外直径之间具有预先设定的第一直径差，并且第二区域在所述孔之一的第二内直径与所述连接栓的第二外直径之间具有预先设定的第二直径差，第一直径差和第二直径差尤其在数值方面彼此不同。

Description

用于将流体机械的叶片与转子轴相连接的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于将流体机械尤其蒸汽涡轮机或者燃气涡轮机或者压缩机的叶片与转子轴相连接的装置以及一种用于制造这样的装置的方法。

背景技术

这样的装置一般包括第一叉形根部、第二叉形根部以及至少一根连接栓，其中所述第一叉形根部与叶片固定地相连接并且该第一叉形根部具有一定数量的设有第一孔的第一根部接片，所述第二叉形根部与转子轴固定地相连接，其中该第二叉形根部具有一定数量的设有第二孔的第二根部接片，所述连接栓为了将所述第一叉形根部与第二叉形根部相连接而穿过嵌入彼此当中的根部接片的第一孔和第二孔。

这样的装置从DE 39 17 034 A1中得到公开。在此将螺旋桨叶片固定在铰链上。为此，铰链销不仅插入与转子固定地相连接的叉形根部的孔中而且插入与螺旋桨固定地相连接的叉形根部的孔中。在所述与螺旋桨相连接的叉形根部的孔中布置了少摩擦的轴套，所述铰链销容纳在所述轴套中。

DE 29 52 023 A1展示了一种用于将叶片闭锁在涡轮机械转子中的叶片保持装置。叶片在此借助于燕尾榫连接在其径向上处于里面的端部上保持在转子上。在容纳着所述燕尾榫的槽中，布置了弹簧间隔块，该弹簧间隔块将径向向外指向的力施加到所述燕尾榫上。

发明内容

本发明的任务是，改进流体机械的叶片与转子轴之间的连接。

该任务通过一种用于将流体机械尤其蒸汽涡轮机或者燃气涡轮机或者压缩机的叶片与转子轴相连接的装置得到解决。该装置包括第一叉形根部、第二叉形根部以及至少一根连接栓，其中所述第一叉形根部与所述叶片固定地相连接尤其与该叶片整体地构成，其中所述第一叉形根部具有一定数量的设有第一孔的第一根部接片，所述第二叉形根部与所述转子轴固定地相连接尤其与该转子轴整体地构成，其中所述第二叉形根部具有一定数量的设有第二孔的第二根部接片，所述连接栓为了将所述第一叉形根部与第二叉形根部相连接而穿过所述第一孔和第二孔。

按本发明，所述装置具有第一区域和第二区域，其中所述第一区域在至少一个根部接片中的孔的第一内直径与所述连接栓的第一外直径之间具有预先设定的第一直径差，并且所述第二区域在至少一个根部接片中的孔的第二内直径与所述连接栓的第二外直径之间具有预先设定的第二直径差，其中所述第一直径差和第二直径差尤其在数值方面彼此不同。

因此按本发明提出，在轴-毂-连接的不同的轴向区域中设置不同的配合，用于由此有针对性地调节压应力在接触区域中的轴向分布并且由此调节离心力的轴向分布。

至少一个、然而也可以是两个或者更多个根部接片称为一定数量的根部接片。但是对于稳定的连接来说有必要的是，两个叉形头中的至少一个具有至少两个根部接片，所述至少两个根部接片将另一个叉形根部的至少一个根部接片包围。

通常相对于连接栓和孔轴线同轴的区域称为本发明意义上的区域，在该区域中所述连接栓抵靠在孔中，从而可以在连接栓与孔的内表面之间进行力传递。这样的区域可以沿孔轴线或者说连接栓轴线具有相应于一个或者多个根部接片的轴向延伸的轴向延伸。

但是，一个区域的轴向延伸也可以小于一个根部接片的轴向延伸并且尤其也可以具有几乎线性的伸展。

直径差ΔD_i相应地从相应的区域上的孔的内直径d_i减去连接栓的外直径D_i获得：

                ΔD_i＝d_i-D_i。

因为在将连接栓插入孔中的接合过程中不仅在连接栓上而且在孔中都会产生弹性的和/或塑性的变化，因此优选在制造连接栓或者说孔之后以及在将连接栓插入孔中的接合过程之前的尺寸具有决定意义。

按本发明，通过不同的区域中的不同的直径差可以有针对性地预先设定在所述区域中传递的力的能流，并且由此有针对性地控制并且由此也减少所述装置的各个组件的负荷。因此在一个对于在整个轴-毂-连接的轴向延伸上基本保持相同的配合来说经受高负荷的区域上，所述直径差可以大于在另一区域中所选择的直径差，这导致在该区域中负荷的减少。在此，能够为孔中的栓实现比在另一区域中更大的运动自由度。此外在此可以获得所述连接栓和/或根部接片在相应区域中的有针对性的变细，使得所述连接栓和/或根部接片可以屈服于相应作用的负荷。这导致负荷再分配到其它区域上，从而因此随着直径差的提高给该区域卸载。如果具有不同的直径差的区域处于不同的连接栓上，那么可以将负荷有针对性地从所述连接栓之一转移到相应其它的连接栓上。

在一种优选的实施方式中，在所述第一和第二区域中所述孔中的至少一个孔的内直径基本上相同并且所述至少一根连接栓的外直径可以不同。这相应于基孔的配合系统并且具有这样的优点，即所有的孔可以用仅仅一个唯一的模具在一道工序中制成。

作为替代方案，在另一种优选的实施方式中在所述第一和第二区域中所述至少一根连接栓的外直径可以基本上相同并且孔的内直径可以不同。这相应于基轴的配合系统。在此有利的是，所述连接栓可以简化地制成并且在使用多根用于固定叶片的连接栓时所有的连接栓是相同的，这意味着零件多样性的减少。

这两个方面也可以彼此组合，方法是不仅所述至少一根连接栓的外直径而且所述孔的内直径在第一和第二区域中都相应地彼此不同。

优选所述第一直径差和第二直径差形成不同的配合。在此，不仅所述连接栓而且所述孔虽然具有相同的名义尺寸，但是直径差通过以下方式来产生，即对于孔和连接栓来说比如像在Dubbel，Taschenbuchfür den Maschinenbau，第22版，第F32，F33页中所解释的一样分别规定不同的公差带位置。

优选所述直径差之一形成另一种配合，优选至少一个中等的过盈配合，尤其是过渡配合或者间隙配合。作为补充方案或者替代方案，所述直径差中的至少一个可以形成比较紧密的配合，优选是至少一个具有轻迫配合(Haftsitz)尤其是中等的或者固定的压配合的过渡配合。比较紧密的配合在这方面意味着，相应的直径差小于另外的配合的直径差。相反，另外的配合意味着，相应的直径差大于比较紧密的配合的直径差。

在另一种优选的设计方案中，所述连接装置具有至少一个第三区域，该第三区域在所述孔之一的第三内直径与所述连接栓的第三外直径之间具有第三直径差，其中所述第二区域轴向布置在所述第一区域与第三区域之间，并且所述第二直径差大于所述第一直径差和/或第三直径差。

所述第二区域由此布置在所述第一区域与第三区域之间。所述第二直径差大于第一直径差和第三直径差，由此在所述第二区域中获得所述连接栓的一定程度的收缩。由此在所述第二区域中因此在轴向上中间的区域中给连接栓和/或孔卸载，其中能流增强地移位到外面的区域上也就是说移位到第一区域和第三区域上。这优选通过以下方式来实现，即在第一和/或第三区域中存在比较紧密的配合、至少一个具有轻迫配合的过渡配合，尤其是中等的或者固定的压配合，并且在所述第二区域中存在另一配合、至少一个中等的过盈配合尤其过渡配合或者间隙配合。

由此在一种有利的实施方式中，在所述第一区域上比如在孔与连接栓之间存在过盈配合尤其R7/h6，并且在所述第二区域上在孔与连接栓之间存在间隙配合尤其H7/h6。在第三区域上，可以优选在孔与连接栓之间存在过盈配合尤其R7/h6。

在一种优选的实施方式中，第一孔关于共同的第一孔轴线同轴布置并且/或者第二孔相应地关于共同的第二孔轴线同轴布置。由此获得这一点，即所述孔处于共同的轴线上，从而所述孔可以被一根唯一的连接栓从中穿过。在一种作为替代方案的实施方式中，第一孔彼此平行地布置并且第二孔彼此平行地布置。所述孔在此处于彼此错开的轴线上，从而使用多根用于连接的连接栓。具有不同的直径差的区域原则上也可以分布到不同的连接栓上。

优选两个区域之间的过渡区域是连续的。这尤其在连接栓具有不同的外直径时适用于所述区域在连接栓上的过渡区域。由此避免连接栓上的缺口应力。这样的连续的也就是说非跳跃性的过渡区域比如可以通过过渡半径、连续的过渡区域和类似结构来实现。

优选连接栓穿过至少三个根部接片中的孔，其中在第一或者第二根部接片中的至少两个根部接片之间布置了第二或者第一根部接片中的另一根部接片。

显而易见，仅仅所述连接装置的这样的位置被理解为本发明意义上的区域，在这样的位置上所述连接栓传力地抵靠在所述孔之一中。

所述连接栓比如可以基本上构造为柱形或者基本上构造为锥形。直径的对于直径差的构成来说必要的偏差可以在评估是否存在柱形的或者锥形的连接栓时忽略不计。

此外，本发明的任务通过一种用于制造前面所述类型的连接装置的方法得到解决，该方法的特征在于，在所述孔中构造了按计划预先设定的具有不同的内直径的区域并且/或者在连接栓上构造了按计划预先设定的具有不同的外直径的区域。按计划构成在此尤其是指在栓或者说孔的制造过程中尤其最终加工中遵守相应的制造公差，所述制造公差保证预先设定的直径差。

附图说明

其它的特征和优点由从属权利要求和实施例中获得。以下附图部分为示意图，其中：

图1是压缩机的叶片；

图2是按本发明的一种实施方式的装置的纵剖面；

图3是图2的连接栓的

a)夸大的示意图，以及

b)按比例尺的示意图；

图4是按第二实施方式的按本发明的装置；

图5是按第三实施方式的按本发明的装置；

图6是按第四实施方式的按本发明的装置；

图7是按第五实施方式的按本发明的装置；并且

图8是按第六实施方式的按本发明的装置。

具体实施方式

在图1中示出了蒸汽涡轮机的动叶片1，在该动叶片1上整体地构造了第一叉形根部2。在该动叶片1的背向所述第一叉形根部的端部上，盖板3与所述动叶片1相连接。动叶片1、第一叉形根部2以及盖板3在此由半成品铣削而成。所述第一叉形根部2总共具有三个第一根部接片4，这些第一根部接片4中的每一个都具有第一孔5。这些第一孔5相对于彼此同轴地布置在共同的第一孔轴线A₁上。

在图2中示出了用于将涡轮机叶片与转子轴16连接起来的装置。除了所述第一叉形根部2以外，可以看出第二叉形根部6，该第二叉形根部6总共具有四个第二根部接片7。所述第二根部接片7分别具有第二孔8，第二孔8相应地关于第二孔轴线A₂同轴布置。所述第二叉形根部6比如通过对转子轴的铣销与该转子轴16整体地构成。

在已连接的在图2中示出的状态中，所述第一孔轴线A₁关于第二孔轴线A₂同轴布置，其中三个第一根部接片4伸入由四个第二根部接片7形成的空隙中。

通过所述第一孔5和第二孔8插入连接栓9。所述连接栓9具有栓头10，该栓头10抵靠在所述第二根部接片7之一的端面14上，从而相对于所述第二叉形根部6轴向确定所述连接栓9的位置。通过接下来解释的压配合和/或未示出的保险件(Sicherungsmittel)，所述连接栓9轴向相对于叉形头2、6之一得到固定。在一种未示出的改动方案中，所述连接栓没有栓头，而是在一个端面或者两个端面上以所述第二根部接片的相应的端面为终结。此外，优选该连接栓在安装时首先具有过量长度，并且在销牢之后分别在端面上切除。同样，所述连接栓也可以在一个端面或者两个端面上相对于所述第二根部接片的相应的端面伸出或者相对于其缩进。

在如可以在图2中看出的已连接的状态中，可以区别出三个轴向区域11、12、13，在这三个轴向区域中所述连接栓9相应传力地抵靠在所述第一孔5中。在第一区域11中(在图2中的左边)，所述连接栓9具有第一外直径D₁并且所述第一孔5具有第一内直径d₁。在第二轴向区域12中(在图2中的中间)，所述连接栓9具有减小的外直径D₂并且所述孔5具有第二内直径d₂。在第三轴向区域13中(在图2中的右边)所述连接栓9具有第三外直径D₃并且所述孔5具有第三外直径d₃。连接栓上的在所述区域11、12、13中的第二线条在此表示相应的区域的轴向伸展。因此所述区域11、12、13沿连接栓轴线B全部具有相应于相应的第一根部接片4的轴向延伸的轴向延伸。直径差ΔD_i(i＝“第一区域11”、“第二区域12”、“第三区域13”)对于所有的区域来说从孔的在相应区域中的相应内直径d_i减去所述连接栓的相应的外直径D_i中获得：

                    ΔD_i＝d_i-D_i。

在这里的实施例中，第一直径差和第三直径差通过以下方式来形成，即不仅所述孔的内直径而且所述连接栓的外直径虽然具有相同的名义尺寸，但是所述第一和第三区域11、13中的直径的公差带配合形成过盈配合。作为用于所述配合的示范性数值，在此可以考虑公差带配合R7/h6。第二直径差由间隙配合形成。作为可能的公差带配合，在此可以考虑配合H7/h6。通过在第二区域12上设置比在第一区域11和第三区域13上大的直径差，能够在所述第二区域12上的孔5中为所述连接栓9实现比在其它的区域11、13中更大的运动自由度。此外，所述连接栓在第二区域12上有针对性地变细，使得该连接栓可以屈服于相应起作用的负荷。这导致负荷再分配到其它的区域11、13上，从而因此由于扩大的直径差而给所述第二区域12卸载。

在图3中详细示出了在按图1和2的装置中示出的连接栓9。可以看出连接栓9上的用括在括号里的附图标记表示的位置11、12、13，这些位置11、12、13与根部接片上的相应的位置一起形成所述连接装置的区域11、12、13。所述区域在此仅仅通过与所述根部接片之间的传力的连接来产生，因而附图标记在这里仅仅放在括号中。不同的外直径D₁、D₂、D₃在连接栓9上的过渡区域是连续的，因而所述过渡区域在所述用于连接的装置的连接的状态中在所述区域11、12、13之间同样是连续的。

图3a)以夸大示出的直径比例示出了连接栓，在该图3a)中可以看出，直径D₂小于相同的直径D₁和D₃，连接栓因而在中间收缩。但是在图3a)中夸大示出了所述连接栓9，用于在视觉上说明所述第二直径D₂与另外两个直径D₁、D₃之间的差。但是实际上，所述连接栓9看起来像在图3b)中示出的一样。第二外直径D₂与另外两个外直径D₁、D₃之间的差处于一个数量级中，该数量级在不借助于辅助手段的情况下无法在视觉上感觉到。所述连接栓9在其背向栓头10的轴向端部上具有倒角15。这个倒角15在不传力的情况下置入孔中。

图4示出了用于连接的装置的第二实施方式，该实施方式在很大程度上相当于按图1到3的实施方式。区域11′、12′、13′相应地在第二根部接片7′的区域中布置在第二孔8′与连接栓9′之间。所述三个区域的轴向伸展通过连接栓上的第二线条来表示。所述区域11′、12′、13′全部具有比相应的根部接片7′的轴向伸展小的轴向伸展。

图5示出了按本发明的用于连接的装置的第三实施方式，该第三实施方式在很大程度上相当于按图1到3的实施方式。在此，三个区域11″、12″、13″布置在三个第一根部接片4″的中间的根部接片的区域中。所述三个区域的轴向伸展在此通过连接栓上的第二线条来表示并且在此始终仅仅相当于相应的根部接片4″的轴向伸展的一小部分。在此所述连接栓9在其整个轴向长度上具有恒定的外直径。相反，所述三个第一根部接片4″的中间的根部接片的孔8具有不同的内直径。与在第一和第三区域11′、13′中的内直径相比，在所述第二区域12″中内直径减小了。

在图6中示出了按本发明的用于连接的装置的第四实施方式，该第四实施方式在很大程度上相当于按图1到3的实施方式。在第一叉形根部2″′的第一孔5″′和第二叉形根部6的8中从两个不同的侧面插入总共两根连接栓9₁″′、9₂″′。所述两根栓9₁″′、9₂″′总共相应地具有比所述第二叉形根部6″′的轴向伸展短的长度。所述第一区域11″′和第二区域12″′在此布置在所述第一连接栓9₁″′与第一叉形根部2″′的两个根部接片4″′之间。所述第三区域13″′布置在所述第二连接栓9₂″′与第一根部接片4″′之间。

图7示出了按本发明的用于连接的装置的第五实施方式，该第五实施方式在很大程度上相当于按图1到3的实施方式。在此可以看出，不仅第一叉形根部2″″而且第二叉形根部6″″的根部接片4″″、7″″都分别具有两个孔5₁″″、5₂″″′、8₁″″、8₂″″。叉形根部的两个不同的孔5₁″″、5₂″″、8₁″″、8₂″″以分别相对于彼此平行错开的方式来布置。此外设置了两根连接栓9₁″″、9₂″″，所述两根连接栓9₁″″、9₂″″穿过相应的孔5₁″″、5₂″″、8₁″″、8₂″″。第一区域11″″在此布置在其中一个第一孔5₁″″与其中一根连接栓9₁″″之间。第二区域12″″在此在另外的第一孔5₂″″与另外的连接栓9₂″″之间形成。第三区域13″″在此则在一个第二孔8₂″″与另外的连接栓9₂″″之间形成。

图8示出了按本发明的用于连接的装置的第六实施方式，该第六实施方式在很大程度上相当于按图1到3的实施方式。连接栓9^V以及孔5^V、8^V基本上具有锥形的形状。在此可以看出区域11^V、12^V、13^V，这些区域11^V、12^V、13^V与前面的实施例相类似在直径差ΔD₁、ΔD₂、ΔD₃方面彼此不同。在相应的区域上，孔的内直径以及连接栓的外直径在此由于锥形的形状不是恒定的，而是沿孔轴线和连接栓轴线A₁、A₂、B是变化的。但是所述外直径与内直径之间的直径差ΔD₁、ΔD₂、ΔD₃在区域11、12、13内部始终是基本上恒定的。

如在第一实施方式中一样，在一种未示出的改动方案中，所述第二、第三、第四、第五或者第六实施方式的连接栓可以在没有栓头的情况下构成，并且尤其可以在一个或者两个端面上以根部接片的相应的端面为终结。

附图标记列表：

1     叶片

2     第一叉形根部

3     盖板

4     第一根部接片

5     第一孔

6     第二叉形根部

7     第二根部接片

8     第二孔

9     连接栓

10    栓头

11    第一区域

12    第二区域

13    第三区域

14    端面

15    倒角

16    转子轴。

Claims (14)

1.用于将流体机械尤其蒸汽涡轮机或者燃汽涡轮机或者压缩机的叶片(1)与转子轴(16)相连接的装置，包括

第一叉形根部(2)，所述第一叉形根部(2)与所述叶片(1)固定地尤其整体地相连接，其中所述第一叉形根部(2)具有一定数量的设有第一孔(5)的第一根部接片(4)，

第二叉形根部(6)，所述第二叉形根部(6)与转子轴固定地尤其整体地相连接，其中所述第二叉形根部(6)具有一定数量的设有第二孔(8)的第二根部接片(7)，以及

至少一根连接栓(9)，所述连接栓(9)为了将所述第一叉形根部(2)与第二叉形根部(6)相连接而穿过所述第一孔(5)和第二孔(8)，

其特征在于，

所述装置具有

第一区域(11)，所述第一区域(11)在所述孔(5、8)之一的第一内直径(d₁)与所述连接栓(9)的第一外直径(D₁)之间具有预先设定的第一直径差(ΔD₁)，以及

第二区域(12)，所述第二区域(12)在所述孔(5、8)之一的第二内直径(d₂)与所述连接栓(9)的第二外直径(D₂)之间具有预先设定的第二直径差(ΔD₂)，

其中所述第一直径差(ΔD₁)和第二直径差(ΔD₂)尤其在数值方面彼此不同。

2.按权利要求1所述的连接装置，其特征在于，在所述第一和第二区域(11、12)中，所述孔中的至少一个孔的内直径(d₁、d₂)基本上相同并且所述至少一根连接栓(9)的外直径(D₁、D₂)不同。

3.按权利要求1所述的连接装置，其特征在于，在所述第一和第二区域(11、12)中，所述至少一根连接栓(9)的外直径(D₁、D₂)基本上相同并且所述孔(5、8)的内直径(d₁、d₂)不同。

4.按前述权利要求中任一项所述的连接装置，其特征在于，所述第一和第二直径差(ΔD₁、ΔD₂)形成不同的配合。

5.按前述权利要求中任一项所述的连接装置，其特征在于，至少一个直径差(ΔD₁)形成另一配合，优选至少一个中等的过盈配合，尤其是过渡配合或者间隙配合。

6.按前述权利要求中任一项所述的连接装置，其特征在于，至少一个直径差形成了比较紧密的配合，优选至少一个具有轻迫配合尤其是中等的或者固定的压配合的过渡配合。

7.按前述权利要求中任一项所述的连接装置，其特征在于，所述连接装置具有至少一个第三区域(13)，该第三区域(13)在所述孔(5、8)之一的第三内直径(d₃)与所述连接栓(9)的第三外直径(D₃)之间具有第三直径差(ΔD₃)，

其中所述第二区域(12)轴向布置在所述第一区域(11)与第三区域(13)之间，并且所述第二直径差(ΔD₂)大于所述第一直径差(ΔD₁)和/或第三直径差(ΔD₃)。

8.按前述权利要求中任一项所述的连接装置，其特征在于，在所述第一区域和/或第三区域(13)中存在比较紧密的配合，优选至少一个具有轻迫配合尤其是中等的或者固定的压配合的过渡配合，并且在所述第二区域中存在另一配合，优选至少一个中等的过盈配合，尤其是过渡配合或者间隙配合。

9.按前述权利要求中任一项所述的连接装置，其特征在于，两个区域(11、12、13)之间的过渡区域是连续的。

10.按前述权利要求中任一项所述的连接装置，其特征在于，连接栓(9)穿过至少三个根部接片(4、7)中的孔(5、8)，其中在第一或者第二根部接片(4、7)中的两个根部接片之间布置了第二或者第一根部接片(7、4)中的另一根部接片。

11.按前述权利要求中任一项所述的连接装置，其特征在于，所述连接栓(9)在区域(11、12、13)上传力地抵靠在孔(5、8)中。

12.按前述权利要求中任一项所述的连接装置，其特征在于，所述连接栓(9)基本上为柱形。

13.按权利要求1到11中任一项所述的连接装置，其特征在于，连接栓(9)基本上为锥形。

14.用于制造按前述权利要求中任一项所述的连接装置的方法，其特征在于，

在所述孔(5、8)中构造了按计划预先设定的具有不同的内直径(d₁、d₂、d₃)的区域(11、12、13)并且/或者在连接栓(9)上构造了按计划预先设定的具有不同的外直径(D₁、D₂、D₃)的区域(11、12、13)。

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