CN101939509A - 用于将转子叶片轴向固定在燃气涡轮机的转子中的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于轴向固定燃气涡轮机的转子(23)的转子叶片(14)的装置(10)。该装置包括布置在转子(23)的端侧的表面上的密封元件(16)，该密封元件能够借助于由形状记忆合金制成的金属带特别可靠地固定在转子(23)上。

Description

用于将转子叶片轴向固定在燃气涡轮机的转子中的装置

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1前序部分的特征所述的用于将转子叶片轴向固定在燃气涡轮机的转子中的装置。

背景技术

例如由WO 2007/028703A1公开了一种这样的装置，并且在这里在图1和2中示出。所述装置10包括由转子盘19形成的轴环21，该轴环21是燃气涡轮机的转子23的一部分。在转子23的外圆周52上在转子盘19中设置了沿轴向延伸的槽12。在槽12中插入相应转子叶片14的转子叶根54，固定所述转子叶根防止其沿着槽12移动。为了进行固定，设置了所谓的密封元件16，该密封元件至少部分地覆盖了相应槽12的端侧的开口并且组合地形成了端侧的密封环。在轴环21的端侧56上设置了环形槽20，基本上矩形的密封元件16位于该环形槽中。密封元件16在径向外部位于槽24中，所述槽24设置在转子叶片14的平台28的下侧26上。为了固定密封元件16防止沿圆周方向的移动，至少一个所述密封元件16包括固定在其上的具有支臂64的金属带30，所述支臂64要么自身形状配合连接地靠在转子叶片14或者说其平台28上(图1)，要么自身形状配合连接地靠在转子盘19上(图2)。除了固定转子叶片14，密封元件16还具有沿着转子盘19的端侧引导冷却空气流的任务。

然而在装配密封元件以及弯曲金属带时其会不合适地进行塑性变形，使得密封片会以太大的间隙位于环形槽中。由此会导致冷却空气损耗。此外，通过没有计划的塑性变形会负面地影响密封元件和金属带的完整性。此外，缺点是所述金属带在弯曲过程之后由于其弹性略微地弹回。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种用于将转子叶片轴向固定在燃气涡轮机的转子中的装置，其中可以特别可靠地装配以及拆卸所述密封元件。

解决方案提出，所述金属带的材料是形状记忆合金。通过使用形状记忆合金作为金属带的材料，不仅能够提高金属带的装配可靠性而且能够提高金属带的功能可靠性。此外提出，金属带无间隙地或者在预应力下靠在密封元件上。由此能够可靠地避免密封元件沿圆周方向不希望地移动。该可靠的避免归因于，现在在密封元件和金属带之间不再存在间隙，并且金属带如此由靠在其上的机械部件也就是由转子叶片的平台或者由转子盘的凸块可靠地锁定。在密封元件和金属带之间存在间隙时，在最坏的情况下根据其尺寸会在密封元件和机械部件之间出现相对运动，其中机械部件会被推入间隙中。然而用本发明防止最后提到的情况，从而能够特别可靠地固定密封元件防止圆周移动。

由形状记忆合金制成的部件的突出之处在于，所述部件通过温度作用能够在保持较大强度的情况下持久地改变其外部形状。所述部件因此可以具有第一几何形状也就是说形状、轮廓以及第二几何形状。所述部件能够仅仅通过热处理从第二几何形状变回第一几何形状。金属带在进行热处理之后所占据的几何形状在下面也称为功能几何形状。所述第二几何形状可以是几乎任意的形状，并且可以在制造所述部件时预先给出。

在公开文献WO 2007/028703A1中描述的内容通过引用完全纳入本申请中。尤其按图1和图2的在WO 2007/028703A1的现有技术中描述的装置以及尤其参照图3和图4的根据WO 2007/028703A1的按本发明的装置可以通过在本申请中描述的发明得到进一步改善。

所述金属带以其后面在安装状态下应该固定密封元件位置的形状进行制造。该暂时的形状相应于第一几何形状。在安装之前，金属带以合适的方式变形为第二几何形状，使得金属带能够固定在密封元件上。随后，将密封元件装配在轴环上。在安装之后进行温度处理，由此所述金属带尝试变回其第一几何形状。该温度处理要么可以在燃气涡轮机开始运转之前通过借助于外部的热源进行加热来实现。要么燃气涡轮机的会出现高温的首次运行可以引起金属带的变形。也可以应用两种温度处理，从而实现金属带的最终的变形。在温度处理之后，金属带具有其功能几何形状，并且固定密封元件不仅防止损耗而且防止沿圆周方向的移动。只要功能几何形状和第一几何形状相互间有偏差，那么就能够预张紧地固定密封元件或者说金属带。

总之，由此实现了金属带或者说密封元件在转子的轴环上特别简单并且可靠的装配，由此能够避免在现有技术中出现的缺点。由此，只需要在有限的范围内手动地弯曲金属带，或者在最好的情况下甚至不需要手动弯曲。相应地能够排除手动的误装配，这提高了装备有所述装置的燃气涡轮机的可靠性。

有利的设计方案在从属权利要求中得到说明。

优选所述材料具有一次性效应。这意味着在加热事先在马氏体状态下假塑性变形的金属带时实现了一次性的形状改变。在加热之后的冷却不会再引起形状改变。该金属带保留在其第一几何形状或者说功能几何形状中。

尤其在支臂在预应力的作用下靠在转子叶片或者轴环上时，能够实现密封元件在轴环或者说转子上的特别可靠的连接和固定。优选能够如此改进在现有技术中公开的设计方案。由按本发明的金属带产生的预应力如此作用在转子叶片和密封元件之间，使得密封元件的位于槽中的外部的端部能够由于预应力面状地朝布置在转子叶片的平台的下侧中的槽的侧壁压紧。所述面状的压紧使得密封元件特别密封地靠在外部的槽中。由此能够减少并且在最好的情况下避免由密封元件引导的冷却空气的泄漏，所述泄漏会出现在密封元件的外面的端部与所述槽之间。当所述金属带预张紧地支撑在轴环上并且在此所述密封元件的内部的端部密封地并且面状地压紧到环形槽的侧壁上时，同样适用于密封元件的在径向内部布置在环形槽中的内部的端部。

也可以考虑在所述金属带上安置其它由非形状记忆合金制成的部件，从而实现更好的形状配合连接用来固定密封元件。

附图说明

根据在附图中示出的实施例对本发明进行解释，其中相同的部件用相同的附图标记表示。从所述解释中获得其它优点和特征。

图1、2示出了两个轴向固定转子叶片的装置。

图3-7以纯粹示意性的视图示出了用按本发明的由形状记忆合金制成的金属带固定由现有技术公开的密封元件的其它不同的设计。

具体实施方式

参照现有技术中图1和图2的描述，在那里示出的金属带30按本发明可以由形状记忆合金制成。所述金属带30的在图1和图2中示出的几何形状是第一几何形状。为了安装该金属带30，事先将金属带变形为第二几何形状，从而可以将密封元件16插入环形槽20中。在安装密封元件16之后，该金属带30就可以通过热处理变回功能几何形状，并且在其与平台28(图1)或者转子盘19(图2)之间形成形状配合连接。只要功能几何形状相应于第一几何形状，金属带30并且由此密封元件16不张紧地或者具有间隙地位于转子23上。

相反，特别优选的是按本发明构造的金属带30的这种设计方案，该设计方案具有与第一几何形状至少略微不同的功能几何形状，从而在转子叶片14或者说轴环21以及密封元件16之间形成预应力。当如此选择金属带30的第一几何形状，从而即使经过热处理但由于其它机械部件引起的机械阻碍而不能实现该第一几何形状时，就实现了所述预应力。在这种情况下，在进行热处理之后金属带30保持在功能几何形状中并且在此预张紧地靠在阻碍性的机械部件上。该阻碍性的机械部件可以由槽24、环形槽20、转子叶片14的平台28或者也可以由轴环21形成。只要如此选择所述功能几何形状，从而获得垂直于图纸平面指向的预应力，那么密封元件16就能够在径向外部面状密封地压紧到布置在平台28的下侧26中的槽24的侧壁上并且/或者在径向内部面状密封地压紧到环形槽20的侧壁上，由此能够减少并且必要时甚至避免由密封元件导向的冷却空气的泄漏。

代替图1和图2中示出的设计方案，按本发明，本发明也可以应用作为替代方案的设计方案。为此，在图3到7中示出了具有不同的金属带30的不同的设计方案。所有在其中示出的金属带30的共同点是，它们以合适的方式固定在密封元件16上。图3-7中的每幅图都包含三幅具有后缀a、b或c的分图。按后缀a的分图示出了按本发明的金属带30在其原始几何形状也就是第一几何形状中的情况，其中金属带30以合适的、但是没有进一步示出的手段固定在密封元件16上。金属带30通过假塑性的变形转变为第二几何形状。按后缀b的分图示出了相应的具有第二几何形状的金属带30的安装或者说装配情况。在按后缀c的分图中分别示出了金属带30在其功能几何形状中的情况，金属带在一次性实施的加热之后实现该功能几何形状并且随后持久地以高强度保持该功能几何形状。在按后缀b和c的分图中，分别额外地还示出了闭锁元件40，用该闭锁元件能够将金属带30置于形状配合连接之中。此外，金属带30仅仅经受热处理，使得其尝试从第二几何形状变为第一几何形状。能够任意设计所述闭锁元件40，并且在图3-7中以抽象的方式代表性地示出了要么布置在轴环21上的凹口，要么布置在相邻的转子叶片14的平台26之间的逐渐变尖的凹槽。

关于图3a、3b、3c，按本发明的由形状记忆合金制成的为了固定密封元件16防止沿圆周方向移动而固定在其上的金属带30具有横截面L形的第一几何形状。由此，该金属带包括两个支臂62、64。金属带的两个支臂之一、例如支臂62以合适的手段固定在密封元件16上。金属带30的支臂62例如可以与密封元件16进行焊接。另一支臂64就用于将密封元件16或者说金属带30形状配合连接地固定在凹处38中。作为替代方案，该凹处38也可以如图1所示逐渐变尖地布置在两个直接相邻的转子叶片14的平台28之间。或者该凹处38在此可以由两个布置在转子盘19上的齿68形成(图2)。

图4示出了金属带30的作为图3的替代方案的设计方案。代替第二支臂64，金属带30在按图4a、4c的第一几何形状中包括凸起状的端部65，该端部能够通过假塑性的变形变为第二几何形状。在按图4b的第二几何形状中，端部65构造成板状的，这实现了将密封元件装配在所述装置中。

按图3和图4的设计方案的共同点是，所述功能几何形状和第二几何形状可以是一致的，并且因此密封元件16能够具有间隙地固定在凹处38中。

图5和6示出了闭锁元件40和金属带30的设计方案，其中如此选择所述闭锁元件40的几何形状以及金属带的第一几何形状，从而能够将金属带30的预应力作用到闭锁元件40上。借助于预应力将金属带30或者说密封元件16无间隙地固定在闭锁元件40上。为了实现这一点，所述功能几何形状与第一几何形状是不同的。由于闭锁元件40的所选择的形状，阻止由形状记忆合金制成的金属带30在进行热处理时达到第一几何形状，方法是至少以微小的程度通过闭锁元件40阻碍金属带30完全变回第一几何形状。由此，能够无间隙地并且预张紧地固定密封元件16和闭锁元件40。因此，按图5的设计方案与图3的设计方案的区别仅仅在于闭锁元件的形状和轮廓。

图7示出了按图3的进一步改进的设计。在“可运动的”第二支臂64上固定了由非形状记忆合金制成的另外的元件60。在此，该元件60可以构造成销状的。在进行热处理之后，所述元件60位于凹槽70中，由此形状配合连接地锁住金属带30或者说密封元件16防止相对于闭锁元件40的运动。

所有实施例的共同点是，通过使用形状记忆合金作为金属带的材料能够实现密封元件的特别可靠的装配，而不会由于手动的弯曲过程而引起密封元件的不希望的损坏。此外，通过巧妙地相互协调的部件能够将密封元件预张紧地固定在转子上，这减少了由于密封元件否则在槽中存在的有间隙的配合引起的冷却空气的泄漏。

总之，用本发明说明了一种用于轴向固定燃气涡轮机转子的转子叶片的装置，其包括布置在转子的端侧表面上的密封元件，该密封元件能够借助于由形状记忆合金制成的金属带特别可靠地进行固定。

Claims (4)

1.用于将转子叶片(14)轴向固定在转子(23)中的装置(10)，具有轴环(21)，在该轴环的外圆周(52)上设置了沿转子(23)的轴向延伸的转子叶片止动槽(12)，所述转子叶片(14)分别以相应于所述转子叶片止动槽(12)的叶根(54)布置在所述转子叶片止动槽中，

设有在轴环(21)的端侧的侧面(56)上布置在所述转子叶片止动槽(12)的区域内的径向向外敞开的环形的槽(20)，

其中为了轴向固定所述转子叶片(14)，板状的密封元件(16)分别位于所述环形的槽(20)中，所述密封元件沿圆周方向形成了端侧的密封环，

其中为了固定所述密封元件(16)防止沿圆周方向的移动，至少一个所述密封元件(16)包括固定在所述密封元件上的具有支臂(64)的金属带(30)，该支臂形状配合连接地靠在所述转子叶片(14)或者所述轴环(21)上，

其特征在于，

所述金属带(30)的材料是形状记忆合金，并且所述金属带(30)的支臂(64)在经过热处理之后无间隙地或者在预应力作用下靠在所述密封元件(16)上。

2.按权利要求1所述的装置(10)，

其中，所述材料具有一次性效应。

3.按权利要求1或2所述的装置(10)，

其中，所述金属带(30)的支臂(64)在进行热处理之后在预应力的作用下靠在所述转子叶片(14)或者所述轴环(21)上，并且在此所述密封元件(16)压紧到槽(24)或者环形槽(20)的侧壁上。

4.按上述权利要求中任一项所述的装置(10)，

其中，在所述金属带(30)上安置了其它由非形状记忆合金制成的元件。

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