CN101936191A - 用于组装旋转机器的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于组装旋转机器的方法及设备。具体而言，用于旋转机器(100)的叶片附接机构(174)至少部分地形成在旋转元件内。旋转机器具有旋转元件(110)，而该旋转元件(110)具有轴向中心线(111)。叶片附接机构限定第一燕尾槽(232)，该第一燕尾槽(232)限定平行于轴向中心线的第一轴向长度(SL1)。叶片附接机构还限定第二燕尾槽(234)，该第二燕尾槽(234)限定平行于轴向中心线的第二轴向长度(SL2)。第一轴向长度大于第二轴向长度，且第二燕尾槽的至少一部分延伸超过第一燕尾槽的至少一部分。

Description

用于组装旋转机器的方法及设备
技术领域
本文所述的实施例主要涉及旋转机器，并且更具体地涉及用于组装涡轮发动机的方法及设备。
背景技术
至少一些公知的涡轮发动机包括引导高温燃烧气流穿过燃气涡轮发动机或引导高温蒸汽穿过蒸汽涡轮发动机的多个旋转涡轮叶片或轮叶。公知的轮叶通常联接到涡轮发动机内的转子上，且与转子相配合来形成涡轮段。此外，这些公知的轮叶随在转子上的轴向位置变化而增大径向长度，从而在转子上至少部分地形成发散的涡轮轮毂。至少一些公知的燃气涡轮发动机还包括引导空气穿过燃气涡轮发动机的多个旋转的压缩机叶片。这些公知的压缩机叶片通常联接到转子上，且与转子相配合以形成压缩机段。此外，这些公知的压缩机叶片随在转子上的轴向位置变化而缩短径向长度，从而在转子上至少部分地形成发散的压缩机轮毂。
这些公知的涡轮轮叶和压缩机叶片中的许多包括插入限定在转子内的燕尾凹槽中的燕尾段。这些燕尾凹槽和插入的燕尾段通常经组装而形成多排。各排轮叶限定了涡轮级，而各排叶片则限定了压缩机级。涡轮轮毂和压缩机轮毂两者均包括预定的延长长度，以有助于分别对轮叶和叶片进行轴向安装和轴向移除。这样延长的长度增大了涡轮段和压缩机段的总体长度和重量，且增加了建造的资金成本。此外，增大涡轮段和压缩机段的重量可引起在工作速度范围内作用在转子上的离心力的增大。这样增大作用在转子上的力可会增加检查和维护成本。此外，增加重量会导致耗用额外的燃料用以加速和保持转子速度。这样增加燃料耗用会增加工作成本。
发明内容
本简要描述提供为用以介绍一种简化形式的原理选择，这将在下文的详细说明中进一步描述。本简要描述并非意图标明要求得到专利保护的主题的关键特征或基本特征，也并非旨在用于帮助确定要求得到专利保护的主题的范围。
一个方面，提供了一种用于组装旋转机器的方法。该方法包括提供旋转元件。该方法还包括在旋转元件的一部分内形成具有第一轴向长度的第一燕尾槽。第一燕尾槽大致平行于旋转元件的轴向中心线。该方法还包括在旋转元件的一部分内形成具有第二轴向长度的第二燕尾槽。第二燕尾槽大致平行于旋转元件的轴向中心线。第二燕尾槽的至少一部分处在第一燕尾槽的至少一部分的径向外侧。第一轴向长度大于第二轴向长度。该方法还包括将旋转元件的至少一部分围在壳体的至少一部分内。
另一方面，提供了一种用于旋转机器的叶片附接机构。该旋转机器具有旋转元件，而该旋转元件具有轴向中心线。叶片附接机构至少部分地形成在旋转元件内。叶片附接机构限定第一燕尾槽，而该第一燕尾槽限定了平行于轴向中心线的第一轴向长度。叶片附接机构还限定第二燕尾槽，而该第二燕尾槽限定了平行于轴向中心线的第二轴向长度。第一轴向长度大于第二轴向长度，且第二燕尾槽的至少一部分延伸超过第一燕尾槽的至少一部分。
另一方面，提供了一种涡轮发动机。该涡轮发动机包括具有轴向中心线的旋转元件。该发动机还包括至少部分地形成在旋转元件内的叶片附接机构。叶片附接机构限定第一燕尾槽，而该第一燕尾槽限定了平行于轴向中心线的第一轴向长度。叶片附接机构还限定第二燕尾槽，而该第二燕尾槽限定了平行于轴向中心线的第二轴向长度。第一轴向长度大于第二轴向长度，且第二燕尾槽的至少一部分延伸超过第一燕尾槽的至少一部分。
附图说明
通过参照结合附图的以下描述，可更为清楚地理解本文所述的实施例。
图1为示例性涡轮发动机的简图；
图2为可结合图1中所示的燃气涡轮发动机使用且沿区域2所截取的压缩机的一部分的放大截面视图；
图3为可结合图1中所示的燃气涡轮发动机使用且沿区域3所截取的涡轮的一部分的放大截面视图；
图4为可结合图2中所示的压缩机使用的部分组装的压缩机叶片附接机构的一部分的透视图；
图5为可结合图2中所示的压缩机使用的完全组装的压缩机叶片附接机构的一部分的透视图；
图6为可结合图2中所示的压缩机使用的部分组装的压缩机叶片附接机构的一部分的透视图；
图7为可结合图2中所示的压缩机使用的完全组装的压缩机叶片附接机构的一部分的透视图；
图8为图5中所示的完全组装的压缩机叶片附接机构的一部分从该机构上游位置观测的透视图；
图9为可结合图3中所示的涡轮使用的部分组装的涡轮轮叶附接机构的一部分的透视图；
图10为可结合图3中所示的涡轮使用的完全组装的涡轮轮叶附接机构的一部分的透视图；
图11为图8中所示的完全组装的涡轮轮叶附接机构的一部分从该机构上游位置观测的透视图；
图12为示出组装图1中所示的燃气涡轮发动机的一部分的示例性方法的流程图；以及
图13为示出组装图1中所示的燃气涡轮发动机的另一部分的示例性方法的流程图。
零件清单
100燃烧涡轮发动机(旋转机器)
102压缩机
104燃烧器
106燃料喷嘴组件
108涡轮
110转子
111转子轴向中心线
112压缩机转子组件
114压缩机定子组件
116压缩机壳体
118流动通路
124多个级
126转子叶片组件
128定子叶片组件
130压缩机转子叶轮
132转子叶片翼型部分
134阶梯状叶片联接机构
136转子叶片末梢部分
140压缩机轮毂
148压缩机上游(低压)区域
150压缩机下游(高压)区域
152涡轮转子组件
154涡轮隔板组件
156涡轮壳体
158流动通路
164多个级
166轮叶组件
168喷嘴组件
170涡轮转子叶轮
174阶梯状轮叶附接(叶片联接)机构
180涡轮轮毂
188涡轮上游(高压)区域
190涡轮下游(低压)区域
201低压(上游)区域
202阶梯状轮缘段
204第一轴向轮缘梯级
206第一轮缘梯级表面
208第二轴向轮缘梯级
210第二轮缘梯级表面
212第三轴向轮缘梯级
214第三轮缘梯级表面
215高压(下游)区域
216压缩机轮毂表面
218第一界面区域
220第二界面区域
RD1第一径向距离
RD2第二径向距离
RD3第三径向距离
AL1第一轴向长度
AL2第二轴向长度
AL3第三轴向长度
222燕尾段
224翼型平台
226第一燕尾凸部(lobe)
228第二燕尾凸部
230第三燕尾凸部
232第一燕尾槽
234第二燕尾槽
236第三燕尾槽
SL1第一燕尾槽长度
SL2第二燕尾槽长度
SL3第三燕尾槽长度
LL1第一燕尾凸部长度
LL2第二燕尾凸部长度
LL3第三燕尾凸部长度
237轴向安装箭头
238压缩机叶轮轮缘空隙(void)
239轴向移除箭头
240阶梯状轮缘段的下游端
242第一燕尾凸部的下游端
244第二燕尾凸部的下游端
246第三燕尾凸部的下游端
301低压(下游)区域
302阶梯状轮缘段
304第四轴向轮缘梯级
306第四轮缘梯级表面
308第五轴向轮缘梯级
310第五轮缘梯级表面
312第六轴向轮缘梯级
314第六轮缘梯级表面
315高压(上游)区域
316涡轮轮毂表面
318第三界面区域
320第四界面区域
RD4第四径向距离
RD5第五径向距离
RD6第六径向距离
AL4第四轴向长度
AL5第五轴向长度
AL6第六轴向长度
322燕尾段
324翼型平台
326第四燕尾凸部
328第五燕尾凸部
330第六燕尾凸部
332第一燕尾槽
334第二燕尾槽
336第三燕尾槽
SL4第四燕尾槽长度
SL5第五燕尾槽长度
SL6第六燕尾槽长度
338涡轮叶轮轮缘空隙
LL4第四燕尾凸部长度
LL5第五燕尾凸部长度
LL6第六燕尾凸部长度
340阶梯状轮缘段的上游端
342第四燕尾凸部的上游端
344第五燕尾凸部的上游端
346第六燕尾凸部的上游端
400示例性方法
402形成第一燕尾槽...
404形成第二燕尾槽...
406形成第一燕尾凸部...
408形成第二燕尾凸部...
410形成第一叶轮轮缘梯级表面...
412形成第二叶轮轮缘梯级表面...
414形成第一轴向轮缘梯级...
500示例性方法
502形成第一燕尾槽...
504形成第二燕尾槽...
506形成第一燕尾凸部...
508形成第二燕尾凸部...
510形成第一叶轮轮缘梯级表面...
512形成第二叶轮轮缘梯级表面...
514形成第一轴向轮缘梯级...
具体实施方式
图1为旋转机器也就是涡轮发动机、且更具体而言是示例性燃气涡轮发动机100的简图。发动机100包括压缩机102和多个燃烧器104。各燃烧器104均包括燃料喷嘴组件106。在示例性实施例中，发动机100还包括涡轮108和公共的压缩机/涡轮转子110(有时称为转子110)。转子110限定转子轴向中心线111。在一个实施例中，发动机100为MS9001E发动机，有时称为9E发动机，其可从南卡罗来纳州格林维尔市(Greenville，South Carolina)的通用电气公司商购获得。
图2为可结合燃气涡轮发动机100使用且沿区域2(图1中所示)所截取的压缩机102的一部分的放大截面视图。压缩机102包括位于压缩机壳体116内的压缩机转子组件112和压缩机定子组件114，压缩机壳体116至少部分地限定流动通路118。在示例性实施例中，压缩机转子组件112形成转子110的一部分。此外，在示例性实施例中，压缩机102围绕转子轴向中心线111大致对称。同样，在示例性实施例中，压缩机102为燃气涡轮发动机100的一部分。作为备选，压缩机102为任何旋转的带叶片的多级流体输送设备，包括但不限于独立的流体压缩单元以及风扇。
压缩机102包括多个级124，其中，各级124均包括一排沿周向间隔开的转子叶片组件126和一排定子叶片组件128，有时称为定子导叶。在示例性实施例中，转子叶片组件126通过阶梯状叶片联接或附接机构134联接到压缩机转子叶轮130上，使得各叶片组件126均从压缩机转子叶轮130沿径向向外延伸。同样，在示例性实施例中，多个压缩机转子叶轮130和多个阶梯状叶片附接机构134至少部分地限定大致会聚的压缩机轮毂140。此外，各组件126均包括转子叶片翼型部分132，该翼型部分132从内部叶片附接机构134沿径向向外延伸至转子叶片末梢部分136。压缩机级124与运动流体或工作流体(包括但不限于空气)配合，使得运动流体在后续级124中受到压缩。
在工作中，涡轮108通过转子110使压缩机102旋转。从低压或压缩机上游区域148经由多个级124收集到的流体由转子叶片翼型部分132朝定子叶片组件128引导。当流体受到引导而穿过流动通路118时，流体受到压缩，且流体的压力增大。更具体而言，流体继续流过随后的级124，且流动通路118随着连续级124而大致变窄，以有助于在流体受到引导而穿过流动通路118时压缩流体和对其加压。压缩和加压的流体随后经引导通向高压或压缩机下游区域150中，以便在涡轮发动机100内使用。
图3为可结合燃气涡轮发动机100使用且沿区域3(图1中所示)所截取的压缩机108的一部分的放大截面视图。涡轮108包括涡轮转子组件152。涡轮108还包括位于涡轮壳体156内的多个静止叶片或涡轮隔板组件154，涡轮壳体156至少部分地限定流动通路158。在示例性实施例中，涡轮转子组件152形成转子110的一部分。此外，在示例性实施例中，涡轮108围绕转子轴向中心线111大致对称。同样，在示例性实施例中，涡轮108为燃气涡轮发动机100的一部分。作为备选，涡轮108为任何旋转的带叶片的多级能量转换设备，包括但不限于蒸汽轮机。
涡轮108包括多个级164，其中，各级164均包括一排沿周向间隔开的转子叶片或轮叶组件166，以及一排隔板组件154或喷嘴组件168。在示例性实施例中，涡轮108包括三个连续的级164。作为备选，涡轮108包括能使涡轮发动机100起到如本文所述作用的任意数目的级164。同样，在示例性实施例中，轮叶组件166通过阶梯状的叶片联接或轮叶附接机构174联接到涡轮转子叶轮170上，使得各轮叶组件166从涡轮转子叶轮170沿径向向外延伸。多个涡轮转子叶轮170和多个阶梯状轮叶附接机构174至少部分地限定大致发散的涡轮轮毂180。涡轮级164与运动流体或工作流体(包括但不限于燃烧气体、蒸汽和压缩空气)配合，使得运动流体在后续级164中膨胀。
在工作中，在示例性实施例中，涡轮108接收由燃料喷嘴组件106所产生的高压燃烧气体。从高压或涡轮上游区域188经由喷嘴组件168收集到的燃烧气体由轮叶组件166朝隔板组件154引导。当燃烧气体经引导而穿过流动通路158时，燃烧气体至少部分地减压，且燃烧气体的压力至少部分地降低。更具体而言，燃烧气体继续流过随后的级164，且流动通路158随着连续的级164而大致扩张，以有助于在燃烧气体受到引导而穿过流动通路158时使燃烧气体解压和减压。解压和减压的燃烧气体随后排放到低压区域150中，以便在涡轮发动机100内进一步使用，或从涡轮发动机100排放出。
图4为可结合压缩机102(图2中所示)使用的部分组装的压缩机叶片附接机构134的一部分的透视图。压缩机叶片附接机构134包括位于低压或上游区域201的上游的压缩机叶轮130的轮缘段202。轮缘段202包括多个在轴向上成阶梯状的区域，也就是说：第一轴向轮缘梯级204，其具有至少部分地限定该梯级204的第一轮缘梯级表面206；第二轴向轮缘梯级208，其具有至少部分地限定该梯级208的第二轮缘梯级表面210；以及第三轴向轮缘梯级212，其具有至少部分地限定该梯级212的第三轮缘梯级表面214。在示例性实施例中，各轮缘梯级表面206，210和214均大致平行于转子轴向中心线111(图1、图2和图3中所示)。作为备选，各轮缘梯级表面206，210和214均具有能使压缩机叶片附接机构134起到如本文所述作用的任何定向。
第一轴向轮缘梯级204和第一轮缘梯级表面206位于低压区域或上游区域201的轴向下游。此外，第一轮缘梯级表面206位于压缩机轮毂表面216径向外侧的第一径向距离RD1处。同样，第一轴向轮缘表面206从上游区域201沿轴向向下游延伸第一轴向长度AL1。在示例性实施例中，第一轴向长度AL1和第一径向距离RD1具有能使压缩机叶片附接机构134起到如本文所述作用的任何值。
第二轴向轮缘梯级208和第二轮缘梯级表面210位于第一轮缘梯级204和第一轮缘梯级表面206的轴向下游。此外，第二轮缘梯级表面210位于压缩机轮毂表面216径向外侧的第二径向距离RD2处，其中，RD2大于RD1。同样，第二轮缘表面210从第一轮缘梯级表面206沿轴向向下游延伸第二轴向长度AL2。第一轮缘梯级表面206和第二轮缘梯级表面210限定第一界面区域218。在示例性实施例中，第一界面区域218为略微圆形，以有助于流体流过第一轴向轮缘梯级204和第二轴向轮缘梯级208。同样，在示例性实施例中，第二轴向长度AL2和第二径向长度RD2具有能使压缩机叶片附接机构134起到如本文所述作用的任何值。
第三轴向轮缘梯级212和第三轮缘梯级表面214位于第二轮缘梯级208和第二轮缘梯级表面210的轴向下游。此外，第三轮缘梯级表面214位于压缩机轮毂表面216径向外侧的第三径向距离RD3处，其中，RD3大于RD2。同样，第三轮缘表面214从第二轮缘梯级表面210沿轴向向下游延伸第三轴向长度AL3。第三轮缘梯级表面214和第二轮缘梯级表面210限定第二界面区域220。在示例性实施例中，第一界面区域220为略微圆形，以有助于流体流过第三轴向轮缘梯级212和第二轴向轮缘梯级208。同样，在示例性实施例中，第三轴向长度AL3和第三径向距离RD3具有能使压缩机叶片附接机构134起到如本文所述作用的任何值。此外，在示例性实施例中，轴向轮缘梯级204，208和212相配合，以将压缩机轮毂表面216限定为上升且会聚的压缩机轮毂表面216。此外，在示例性实施例中，阶梯状轮缘段202包括如上文所述的三个阶梯状区域。作为备选，阶梯状轮缘段202包括能使压缩机叶片附接结构134起到如本文所述作用的任意数目的阶梯状区域。
在示例性实施例中，压缩机叶片附接机构134包括一个转子叶片组件126的燕尾段222。燕尾段222包括收容至少一个转子叶片翼型部分132(图2中所示)的翼型平台224。燕尾段222还包括多个燕尾凸部，也就是说，第一燕尾凸部226、第二燕尾凸部228，以及第三燕尾凸部230。同样，在示例性实施例中，燕尾段222包括三个燕尾凸部226，228和230。作为备选，燕尾段222包括能使压缩机叶片附接结构134起到如本文所述作用的任意数目的燕尾凸部。
此外，在示例性实施例中，压缩机叶片附接机构134包括收容燕尾凸部226，228和230的多个燕尾槽。更具体而言，轮缘段202限定第一燕尾槽232、第二燕尾槽234，以及第三燕尾槽236。各燕尾槽232，234和236分别收容各燕尾凸部226，228和230。
同样，在示例性实施例中，第一燕尾槽232具有第一轴向槽距离或长度SL1，其大致等于第一轴向长度AL1、第二轴向长度AL2和第三轴向长度AL3的总和。第二燕尾槽234具有第二轴向槽距离或长度SL2，其大致等于第二轴向长度AL2和第三轴向长度AL3的总和。第三燕尾槽236具有第三轴向槽距离或长度SL3，其大致等于第三轴向长度AL3。第一轴向槽长度SL1、第二轴向槽长度SL2和第三轴向槽长度SL3分别大致平行于轴向中心线111。此外，第一轴向槽长度SL1大于第二轴向槽长度SL2，而第二轴向槽长度SL2大于第三轴向槽长度SL3。因此，第二轴向槽长度SL2与第一轴向槽长度SL1的一部分重叠大致等于第二轴向长度AL2和第三轴向长度AL3的总和的距离，而第三轴向槽长度SL3与第二轴向槽长度SL2的一部分重叠大致等于第三轴向长度AL3的距离。燕尾槽232，234和236沿径向限定为彼此邻近，以便至少部分地限定压缩机叶轮的轮缘空隙238。此外，在示例性实施例中，轴向槽长度SL1，SL2和SL3具有能使压缩机叶片附接机构134起到如本文所述作用的任何值。
在示例性实施例中，燕尾凸部226，228和230联接在一起，且相对于彼此沿径向设置。第一燕尾凸部226具有第一轴向凸部长度LL1，该长度LL1小于第一轴向槽长度SL1且大于或等于第一轴向长度AL1。第二燕尾凸部228具有第二轴向凸部长度LL2，该长度LL2小于第一轴向槽长度SL1且大于第二轴向长度AL2。第三燕尾凸部230具有第三轴向凸部长度LL3，该长度LL3小于或等于第一轴向槽长度SL1且大于第三轴向长度AL3。第一轴向凸部长度LL1、第二轴向凸部长度LL2和第三轴向凸部长度LL3分别大致平行于轴向中心线111。此外，在示例性实施例中，第二轴向凸部长度LL2与第一轴向凸部长度LL1的部分重叠大致等于第一轴向凸部长度LL1的距离，而第三轴向凸部长度LL3与第二轴向凸部长度LL2的部分重叠大致等于第二轴向凸部长度LL2的距离。同样，在示例性实施例中，轴向凸部长度LL1，LL2和LL3具有能使压缩机叶片附接机构134起到如本文所述作用的任何值。燕尾凸部226，228和230与燕尾槽232，234和236以及阶梯状轮缘段202相配合，用以限定压缩机叶轮的轮缘空隙238。
图5为可结合压缩机102(图2中所示)使用的完全组装的压缩机叶片附接机构134的一部分的透视图。在示例性实施例中，燕尾凸部226，228和230分别完全插入燕尾槽232，234和236中，使得燕尾凸部228和229从阶梯状轮缘段202朝低压或上游区域201沿轴向延伸。因此，第一轴向凸部长度LL1、第二轴向凸部长度LL2和第三轴向凸部长度LL3分别示为延伸穿过第一轴向轮缘梯级204、第二轴向轮缘梯级208和第三轴向轮缘梯级212，且从阶梯状轮缘段202朝低压或上游区域201延伸。
在示例性实施例中，压缩机叶片附接机构134通过缩短对于转子叶片组件126的轴向安装和轴向移除所需的轴向长度而有助于组装压缩机102和燃气涡轮发动机100。缩短该种安装/移除长度有助于减小压缩机102的总体长度和重量，从而有助于降低建造燃气涡轮发动机100的资金成本。此外，减小压缩机102的重量有助于在工作速度范围内减小作用在转子110上的离心力，从而降低增加检查和维护成本的潜在可能。此外，减小重量有助于减少用以加速和保持转子110速度的燃料耗用，从而降低工作成本。
图6为可结合压缩机102(图2中所示)使用的部分组装的压缩机叶片附接机构134的一部分的透视图。图6有助于目视判定燕尾段222的特征相对于阶梯状轮缘段202的特征的关系。具体而言，轴向安装箭头237示出了在燃气涡轮发动机100(图1、图2和图3中所示)组装期间、且更具体而言是在压缩机102(图1和图2中所示)组装期间，燕尾段222相对于压缩机轮毂140的运动方向。轴向移除箭头239示出了在燃气涡轮发动机100拆卸期间、且更具体而言是在压缩机102拆卸期间，燕尾段222相对于压缩机轮毂140的运动方向。
图7为可结合压缩机102(图2中所示)使用的完全组装的压缩机叶片附接机构134的一部分的透视图。图7有助于目视判定燕尾段222的特征相对于阶梯状轮缘段202的特征的关系。具体而言，在组装燃气涡轮发动机100(图1、图2和图3所示)之后、且更具体而言是在组装压缩机102(图1和图2所示)之后，燕尾段222完全插入在压缩机轮毂140内。
图8为从机构134上游的位置、或更具体而言是从高压或下游区域215观测的完全组装的压缩机叶片附接机构134的一部分的透视图。压缩机叶轮的轮缘空隙238由第三燕尾凸部230、第二燕尾凸部228、第一燕尾凸部226、第一梯级204、第二梯级208和第三梯级212中的各个的至少一部分至少部分地限定。在示例性实施例中，阶梯状轮缘段202的下游端240提供对于第一燕尾凸部226下游端242的基准，该下游端242在第一燕尾槽232内的下游端240的轴向上游凹入预定距离(未示出)。作为备选，下游端242与下游端240大致齐平。
同样，在示例性实施例中，第二燕尾凸部228的下游端244在第二燕尾槽234内的下游端240的轴向上游凹入预定距离(未示出)。作为备选，下游端244与下游端240大致齐平。此外，在示例性实施例中，第三燕尾凸部230的下游端246与下游端240大致齐平。作为备选，下游端246在第三燕尾槽236内的下游端240的轴向上游凹入预定距离(未示出)。增大压缩机叶轮轮缘空隙238的体积有助于减小压缩机102重量且具有如上文所述的相关益处。
在示例性实施例中，压缩机叶片附接机构134包括对于每一梯级有一个槽和一个凸部。作为备选，压缩机叶片附接机构134包括对于每一梯级具有能使机构134起到如本文所述作用的任意数目的槽和凸部。例如，但不限于，机构134包括两个梯级，其中，各梯级均包括两个槽和两个凸部(所有都未示出)，以及机构134包括两个梯级，其中，各梯级均包括一个槽和一个凸部(所有都未示出)。此外，例如但不限于，机构134包括两个梯级，其中，第一梯级包括延伸穿过机构轴向长度的大约2/3的两个槽和两个凸部，而第二梯级延伸穿过机构轴向长度(所有都未示出)的大约1/3。
图9为可结合涡轮108(图3中所示)使用的部分组装的涡轮轮叶附接机构174的一部分的透视图。涡轮轮叶附接机构174包括位于低压或下游区域301上游的涡轮叶轮170的轮缘段302。轮缘段302包括多个在轴向上为阶梯状的区域，也就是说，具有至少部分地限定梯级304的第四轮缘梯级表面306的第四轴向轮缘梯级304，具有至少部分地限定梯级308的第五轮缘梯级表面310的第五轴向轮缘梯级308，以及具有至少部分地限定梯级312的第六轮缘梯级表面314的第六轴向轮缘梯级312。第一轴向轮缘梯级204、第二轴向轮缘梯级208和第三轴向轮缘梯级212(所有都在图4和图5中示出)和第一轮缘梯级表面206、第二轮缘梯级表面210和第三轮缘梯表面214(所有在图4中示出)分别与压缩机叶片附接机构134(图2、图4、图5和图6中所示)相关联。轮缘梯级表面306，310和314中的各个大致平行于转子轴向中心线111(图1、图2和图3中所示)。作为备选，各轮缘梯级表面306，310和314均具有能使涡轮轮叶附接机构174起到如本文所述作用的任何定向。
第四轴向轮缘梯级304和第四轮缘梯级表面306位于低压区域或下游区域301的轴向下游。此外，第四轮缘梯级表面306位于涡轮轮毂表面316径向外侧的第四径向距离RD4处，其中，第一径向距离RD1、第二径向距离RD2和第三径向距离RD3(所有都在图4和图5中示出)分别与压缩机叶片附接机构134相关联。同样，第四轴向轮缘表面306从下游区域301沿轴向向下游延伸第四轴向长度AL4。第一轴向长度AL1、第二轴向长度AL2和第三轴向长度AL3(所有都在图4和图5中示出)与压缩机叶片附接机构134相关联。在示例性实施例中，第四轴向长度AL4和第四径向距离RD4具有能使涡轮轮叶附接机构174起到如本文所述作用的任何值。
第五轴向轮缘梯级308和第五轮缘梯级表面310位于第一轮缘梯级304和第一轮缘梯级表面306的轴向下游。此外，第五轮缘梯级表面310位于涡轮轮毂表面316径向外侧的第五径向距离RD5处，其中，RD5大于RD4。同样，第五轮缘表面310从第一轮缘梯级表面306沿轴向向下游延伸第五轴向长度AL5。第一轮缘梯级表面306和第五轮缘梯级表面310限定第三界面区域318。第一界面区域218和第二界面区域220(两者均在图4中示出)分别与压缩机叶片附接机构134相关联。在示例性实施例中，第三界面区域318为略微圆形，以有助于流体流过第一轴向轮缘梯级304和第五轴向轮缘梯级308。同样，在示例性实施例中，第五轴向长度AL5和第五径向距离RD5具有能使涡轮轮叶附接机构174起到如本文所述作用的任何值。
第六轴向轮缘梯级312和第六轮缘梯级表面314位于第二轮缘梯级308和第二轮缘梯级表面310的轴向下游。此外，第六轮缘梯级表面314位于涡轮轮毂表面316的径向外侧的第六径向距离RD6处，其中，RD6大于RD5。同样，第六轮缘表面314从第二轮缘梯级表面310沿轴向向下游延伸第六轴向长度AL6。第六轮缘梯级表面314和第二轮缘梯级表面310限定第四界面区域320。在示例性实施例中，第四界面区域320为略微圆形，以有助于流体流过第六轴向轮缘梯级312和第二轴向轮缘梯级308。同样，在示例性实施例中，第六轴向长度AL6和第六径向距离RD6具有能使涡轮轮叶附接机构174起到如本文所述作用的任何值。此外，在示例性实施例中，轴向轮缘梯级304，308和312相配合，以便将涡轮轮毂表面316限定为下降且发散的涡轮轮毂表面316。此外，在示例性实施例中，阶梯状轮缘段302包括如上文所述的三个阶梯状区域。作为备选，阶梯状轮缘段302包括能使涡轮轮叶附接结构174起到如本文所述作用的任意数目的阶梯状区域。
在示例性实施例中，涡轮轮叶附接机构174包括一个轮叶组件166的燕尾段322。燕尾段322包括收容至少一个轮叶翼型部分(未示出)的翼型平台324。燕尾段322还包括多个燕尾凸部，也就是说，第四燕尾凸部326、第五燕尾凸部328和第六燕尾凸部330。第一燕尾凸部226、第二燕尾凸部228和第三燕尾凸部230(所有都在图4和图5中示出)分别与压缩机叶片附接机构134相关联。同样，在示例性实施例中，燕尾段322包括三个燕尾凸部326，328和330。作为备选，燕尾段322包括能使涡轮轮叶附接结构174起到如本文所述作用的任意数目的燕尾凸部。
此外，在示例性实施例中，涡轮轮叶附接机构174包括收容燕尾凸部326，228和330的多个燕尾槽。更具体而言，轮缘段302限定第四燕尾槽332、第五燕尾槽334和第六燕尾槽336。第一燕尾槽232、第二燕尾槽234和第三燕尾槽236(所有都在图4和图5中示出)分别与压缩机叶片附接机构134相关联。各燕尾槽332，334和336分别收容各燕尾凸部326，328和330。
同样，在示例性实施例中，第四燕尾槽332具有大致等于第四轴向长度AL4、第五轴向长度AL5和第六轴向长度AL6的总和的第四轴向槽长度SL4。第一轴向槽长度SL1、第二轴向槽长度SL2和第三轴向槽长度SL3(所有都在图4和图5中示出)分别与压缩机叶片附接机构134相关联。第五燕尾槽334具有大致等于第五轴向长度AL5和第六轴向长度AL6的总和的第五轴向槽长度SL5。第六燕尾槽336具有大致等于第六轴向长度AL6的第六轴向槽长度SL6。第四轴向槽长度SL4、第五轴向槽长度SL5和第六轴向槽长度SL6分别大致平行于轴向中心线111。此外，第四轴向槽长度SL4大于第五轴向槽长度SL5，而第五轴向槽长度SL5大于第六轴向槽长度SL6。因此，第五轴向槽长度SL5与第四轴向槽长度SL4的一部分重叠大致等于第五轴向长度AL5和第六轴向长度AL6的总和的距离，而第六轴向槽长度SL6与第五轴向槽长度SL5的一部分重叠大致等于第六轴向长度AL6的距离。燕尾槽332，234和336沿径向限定为彼此邻近，以便至少部分地限定涡轮叶轮的轮缘空隙338。在示例性实施例中，轴向槽长度SL1，SL2和SL3具有能使涡轮轮叶附接机构174起到如本文所述作用的任何值。
同样，在示例性实施例中，燕尾凸部326，328和330联接在一起，且相对于彼此沿径向设置。第四燕尾凸部326具有小于第四轴向槽长度SL4且大于或等于第四轴向长度AL4的第四轴向凸部长度LL4。第五燕尾凸部328具有小于第四轴向槽长度SL4且大于第五轴向长度AL5的第五轴向凸部长度LL5。第六燕尾凸部330具有小于或等于第四轴向槽长度SL4且大于第六轴向长度AL6的第六轴向凸部长度LL6。第四轴向凸部长度LL4、第五轴向凸部长度LL5和第六轴向凸部长度LL6大致平行于轴向中心线111。此外，在示例性实施例中，第五轴向凸部长度LL5与第四轴向凸部长度LL4的部分重叠大致等于第四轴向凸部长度LL4的距离，而第六轴向凸部长度LL6与第五轴向凸部长度LL5的部分重叠大致等于第五轴向凸部长度LL5的距离。另外，在示例性实施例中，轴向凸部长度LL1，LL2和LL3具有能使涡轮轮叶附接机构174起到如本文所述作用的任何值。燕尾凸部326，328和330与燕尾槽332，334和336以及阶梯状轮缘段302相配合，用以限定涡轮叶轮的轮缘空隙338。
图10为可结合涡轮108(图3中所示)使用的完全组装的涡轮轮叶附接机构174的一部分的透视图。燕尾凸部326，328和330分别完全插入燕尾槽332，334和336中，使得燕尾凸部328和330从阶梯状轮缘段302朝低压或下游区域301沿轴向延伸。因此，轴向凸部长度LL1，LL2和LL3示为分别延伸穿过第四轴向轮缘梯级304、第五轴向轮缘梯级308和第六轴向轮缘梯级312，且从阶梯状轮缘段302朝低压或下游区域301延伸。
在示例性实施例中，涡轮轮叶附接机构174通过缩短对于轮叶组件166的轴向安装和轴向移除所需的轴向长度而有助于组装涡轮108和燃气涡轮发动机100。缩短该种安装/移除长度有助于减小涡轮108的总体长度和重量，从而有助于降低建造燃气涡轮发动机100的资金成本。此外，减小涡轮108的重量有助于在工作速度范围内减小作用在转子110上的离心力，从而降低增加检查和维护成本的潜在可能。此外，减小重量有助于减少加速和保持转子110速度的燃料耗用，从而降低工作成本。
同样，在示例性实施例中，涡轮轮叶附接机构174包括对于每一梯级有一个槽和一个凸部。作为备选，涡轮轮叶附接机构174包括对于每一梯级具有能使机构174起到如本文所述作用的任意数目的槽和凸部。例如，但不限于，机构174包括两个梯级，其中，各梯级均包括两个槽和两个凸部(所有都未示出)，以及机构174包括两个梯级，其中，各梯级均包括一个槽和一个凸部(所有都未示出)。此外，例如但不限于，机构174包括两个梯级，其中，第一梯级包括延伸穿过机构轴向长度的大约2/3的两个槽和两个凸部，而第二梯级延伸穿过机构轴向长度(所有都未示出)的大约1/3。
图11为从机构174上游的位置、或更具体而言是从高压或上游区域315观测的完全组装的涡轮轮叶附接机构174的一部分的透视图。涡轮叶轮的轮缘空隙338由第六燕尾凸部330、第五燕尾凸部328、第四燕尾凸部326、第四梯级304、第五梯级308和第六梯级312中的各个的至少一部分至少部分地限定。在示例性实施例中，阶梯状轮缘段302的上游端340提供对于第四燕尾凸部326的上游端342的基准，该上游端342在第四燕尾槽332内的上游端340的轴向下游凹入预定距离(未示出)。作为备选，上游端342与上游端340大致齐平。
同样，在示例性实施例中，第五燕尾凸部328的上游端344在第五燕尾槽334内的上游端340的轴向下游凹入预定距离(未示出)。作为备选，上游端344与上游端340大致齐平。此外，在示例性实施例中，第六燕尾凸部330的上游端346与上游端340大致齐平。作为备选，上游端346在第六燕尾槽336内的上游端340的轴向下游凹入预定距离(未示出)。增大涡轮叶轮轮缘空隙338的体积有助于减小涡轮108重量且具有如上文所述的相关益处。
图12为示出组装燃气涡轮发动机100的一部分即压缩机102(两者均在图2中示出)的示例性方法400的流程图。在示例性实施例中，形成402第一燕尾槽232(图4、图6和图8中所示)，该第一燕尾槽232在旋转元件即压缩机转子叶轮130(图2、图4、图5、图6和图7中所示)的至少一部分内具有第一轴向长度或第一燕尾槽长度SL1(图4和图5中所示)。第一燕尾槽232大致平行于轴向中心线111(图1、图2和图3中所示)。形成404第二燕尾槽234(图4、图6和图8中所示)，该第二燕尾槽234在压缩机转子叶轮130的至少一部分内具有第二轴向长度或第二燕尾槽长度SL2(图4和图5中所示)。第二燕尾槽234大致平行于轴向中心线111。第二燕尾槽234的至少一部分处在第一燕尾槽232的至少一部分的径向外侧。第一轴向长度或第一燕尾槽长度SL1大于第二轴向长度或第二燕尾槽长度SL2。燕尾槽232和234在径向上彼此邻近。
同样，在示例性实施例中，形成406第一燕尾凸部226(图4、图6、图7和图8中所示)，该第一燕尾凸部226具有小于第一轴向长度或第一燕尾槽长度SL1的第三轴向长度或第一燕尾凸部长度LL1(图4和图5中所示)。形成408第二燕尾凸部228(图4、图6、图7和图8中所示)，该第二燕尾凸部228具有小于第一轴向长度或第一燕尾槽长度SL1的第四轴向长度或第二燕尾凸部长度LL2(图4和图5中所示)。第四轴向长度或第二燕尾凸部长度LL2大于第三轴向长度或第一燕尾凸部长度LL1。第二燕尾凸部228的至少一部分延伸超过第一燕尾凸部226的至少一部分，以及燕尾凸部226和228的各部分联接在一起，且相对于彼此沿径向设置。
此外，在示例性实施例中，至少部分地形成410第一叶轮轮缘梯级表面206和第一轴向轮缘梯级204(两者在图4、图6和图7中示出)，该第一叶轮轮缘梯级表面206和第一轴向轮缘梯级204离轴向中心线111为第一径向距离RD1(图4和图5中所示)。至少部分地形成412第二叶轮轮缘梯级表面210和第二轴向梯级208(两者在图4、图5、图6和图7中示出)，该第二叶轮轮缘梯级表面210和第二轴向梯级208离轴向中心线111为第二径向距离RD2(图4和图5中示出)。第二径向距离RD2大于第一径向距离RD1。
此外，在示例性实施例中，第一轴向轮缘梯级204、第一叶轮轮缘梯级表面206、第二轴向梯级208和第二叶轮轮缘梯级表面210至少部分地限定412大致会聚的轮毂表面216(图4和图5中所示)、叶轮轮缘或阶梯状轮缘段202，以及叶轮的轮缘空隙238(图4和图8中所示)。
图13为示出组装燃气涡轮发动机100的另一部分即涡轮108(两者均在图1和图3中示出)的示例性方法500的流程图。在示例性实施例中，形成402第四燕尾槽332(图9和图11中所示)，该第四燕尾槽332在旋转元件即涡轮转子叶轮170(图3、图9和图10中所示)的至少一部分内具有第四轴向长度或第四燕尾槽长度SL4(图9和图10中所示)。第四燕尾槽332大致平行于轴向中心线111(图1、图2和图3中所示)。形成504第五燕尾槽334(图9和图11中所示)，该第五燕尾槽334在涡轮转子叶轮170的至少一部分内具有第五轴向长度或第五燕尾槽长度SL5(图9和图10中所示)。第五径向距离RD5大于第四径向距离RD4。第五燕尾槽334大致平行于轴向中心线111。第五燕尾槽334的至少一部分处在第四燕尾槽332的至少一部分的径向外侧。第四轴向长度或第四燕尾槽长度SL4大于第五轴向长度或第五燕尾槽长度SL5。燕尾槽332和334在径向上彼此邻近。
同样，在示例性实施例中，形成506第四燕尾凸部326(图9和图11中所示)，该第四燕尾凸部326具有小于第四轴向长度或第四燕尾槽长度SL4的第四轴向长度或第四燕尾凸部长度LL4(图9和图10中所示)。第五燕尾凸部328(图9和图11中所示)形成508为具有小于第四轴向长度或第四燕尾槽长度SL4的第五轴向长度或第五燕尾凸部长度LL5(图9和图10中所示)。第五轴向长度或第五燕尾凸部长度LL5大于第四轴向长度或第四燕尾凸部长度LL4。第五燕尾凸部328的至少一部分延伸超过第四燕尾凸部326的至少一部分，并且燕尾凸部326和328的各部分联接在一起，且相对于彼此沿径向设置。
此外，在示例性实施例中，至少部分地形成510第四叶轮轮缘梯级表面306和第四轴向轮缘梯级304(两者在图9中示出)，该第四叶轮轮缘梯级表面306和第四轴向轮缘梯级304离轴向中心线111有第四径向距离RD4(图9和图10中所示)。至少部分地形成512第五叶轮轮缘梯级表面310和第五轴向梯级308(两者在图9中示出)，该第五叶轮轮缘梯级表面310和第五轴向梯级308离轴向中心线111有第五径向距离RD5(图9和图10中所示)。
此外，在示例性实施例中，第四轴向轮缘梯级304、第四叶轮轮缘梯级表面306、第五轴向梯级308和第五叶轮轮缘梯级表面310至少部分地限定514大致发散的轮毂表面316(图9和图10中所示)、叶轮轮缘或阶梯状轮缘段302，以及叶轮的轮缘空隙338(图9和图11中所示)。
本文描述的是多种方法和系统的示例性实施例，该方法和系统有助于组装旋转设备，且更具体而言是组装压缩机和涡轮，包括蒸汽轮机和燃气轮机。此外，具体而言，压缩机叶片附接机构和涡轮轮叶附接机构两者分别通过缩短对于叶片和轮叶组件的轴向安装和轴向移除所需的轴向长度而分别有助于组装压缩机和涡轮以及燃气涡轮发动机。缩短该种安装/移除长度有助于减小压缩机和涡轮的总体长度和重量，从而有助于降低建造燃气涡轮发动机的资金成本。此外，减小压缩机和涡轮的重量有助于在工作速度范围内减小作用在对于压缩机和涡轮两者的公共转子上的离心力，从而降低增加检查和维护成本的潜在可能。此外，减小重量有助于减少加速和保持转子速度的燃料耗用，从而降低工作成本。同样，增大压缩机和涡轮叶轮轮缘空隙的体积有助于进一步减小燃气涡轮发动机的重量。与减小重量和长度相关的此类益处也可在蒸汽轮机中实现。
本文所述的方法和系统不限于本文所述的特定实施例。例如，各系统的构件和/或各方法的步骤可与本文所述的其它构件和/或步骤独立和分开地使用和/或实施。此外，各构件和/或步骤还可结合其它组件包和方法来使用和/或实施。
尽管已根据各种具体实施例描述了本发明，但本领域普通技术人员将认识到，本发明可利用处在权利要求的精神和范围内的修改而予以实施。

Claims (10)

1.一种用于旋转机器(100)的叶片附接机构(174)，所述旋转机器(100)具有带轴向中心线(111)的旋转元件(110)，所述叶片附接机构至少部分地形成在所述旋转元件内，所述叶片附接机构限定：
第一燕尾槽(232)，其限定平行于所述轴向中心线的第一轴向长度(SL1)；以及
第二燕尾槽(234)，其限定平行于所述轴向中心线的第二轴向长度(SL2)，其中，所述第一轴向长度大于所述第二轴向长度，以及所述第二燕尾槽的至少一部分延伸超过所述第一燕尾槽的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的叶片附接机构(174)，其特征在于，所述叶片附接结构(174)还包括至少一个叶片燕尾部(222)，所述叶片燕尾部(222)包括：
第一燕尾凸部(226)，其限定小于所述第一轴向长度(SL1)的第三轴向长度(LL1)；以及
第二燕尾凸部(228)，其限定小于所述第一轴向长度的第四轴向长度(LL2)，其中，所述第四轴向长度大于所述第三轴向长度，以及所述第二燕尾凸部的至少一部分延伸超过所述第一燕尾凸部的至少一部分。
3.根据权利要求2所述的叶片附接机构(174)，其特征在于：
所述第一燕尾槽(232)至少部分地限定第一叶轮轮缘表面(206)，所述第一叶轮轮缘表面至少部分地限定离所述轴向中心线(111)的第一径向距离(RD1)；以及
所述第二燕尾槽(234)至少部分地限定第二叶轮轮缘表面(210)，所述第二叶轮轮缘表面至少部分地限定离所述轴向中心线的第二径向距离(RD2)，所述第二径向距离大于所述第一径向距离。
4.根据权利要求3所述的叶片附接机构(174)，其特征在于，所述第一叶轮轮缘表面(206)至少部分地限定第一轴向梯级(204)，以及所述第二叶轮轮缘表面(210)至少部分地限定第二轴向梯级(208)。
5.根据权利要求4所述的叶片附接机构(174)，其特征在于，多个轴向梯级(202/302)至少部分地限定以下中的至少一个：
用于压缩机(102)的叶轮轮缘(202)，所述压缩机叶轮轮缘至少部分地限定大致会聚的轮毂(140)；以及
用于涡轮(108)的叶轮轮缘(302)，所述涡轮叶轮轮缘至少部分地限定大致发散的轮毂(180)。
6.根据权利要求5所述的叶片附接机构(174)，其特征在于，所述大致会聚的轮毂(140)包括轴向下游段(240)，所述轴向下游段(240)包括：
多个燕尾凸部(226/228/230)中的各个的至少一部分(242/244/246)，所述燕尾凸部的各所述部分联接在一起且相对于彼此沿径向设置；以及
多个燕尾槽(232/234/236)中的各个的至少一部分，所述燕尾槽的各所述部分在径向上彼此邻近，所述多个燕尾凸部和所述多个燕尾槽至少部分地限定压缩机叶轮轮缘空隙(238)。
7.根据权利要求5所述的叶片附接机构(174)，其特征在于，所述大致发散的轮毂(180)包括轴向上游段(340)，所述轴向上游段(340)包括：
多个燕尾凸部(326/328/330)中的各个的至少一部分(342/344/346)，所述燕尾凸部的各所述部分联接在一起且相对于彼此沿径向设置；以及
多个燕尾槽(332/334/336)中的各个的至少一部分，所述燕尾槽的各所述部分在径向上彼此邻近，所述多个燕尾凸部和所述多个燕尾槽至少部分地限定涡轮叶轮轮缘空隙(338)。
8.一种涡轮发动机(100)，包括：
具有轴向中心线(110)的旋转元件(110)；以及
至少一个叶片附接机构(174)，其至少部分地限定在所述旋转元件的至少一部分内，所述至少一个叶片附接机构限定：
第一燕尾槽(232)，其限定平行于所述轴向中心线的第一轴向长度(SL1)；以及
第二燕尾槽(234)，其限定平行于所述轴向中心线的第二轴向长度(SL2)，其中，所述第一轴向长度大于所述第二轴向长度，以及所述第二燕尾槽的至少一部分延伸超过所述第一燕尾槽的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的涡轮发动机(100)，其特征在于，所述至少一个叶片附接机构(174)还包括：
第一燕尾凸部(226)，其限定小于所述第一轴向长度(SL1)的第三轴向长度(LL1)；以及
第二燕尾凸部(228)，其限定小于所述第一轴向长度的第四轴向长度(LL2)，其中，所述第四轴向长度大于所述第三轴向长度，以及所述第二燕尾凸部的至少一部分延伸超过所述第一燕尾凸部的至少一部分。
10.根据权利要求9所述的涡轮发动机(100)，其特征在于：
所述第一燕尾槽(232)至少部分地限定第一叶轮轮缘表面(206)，所述第一叶轮轮缘表面至少部分地限定离所述轴向中心线(111)的第一径向距离(RD1)；以及
所述第二燕尾槽(234)至少部分地限定第二叶轮轮缘表面(210)，所述第二叶轮轮缘表面至少部分地限定离所述轴向中心线的第二径向距离(RD2)，所述第二径向距离大于所述第一径向距离。
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