CN102209837A - 一种固定涡轮机转子或定子部件的环形凸缘 - Google Patents

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Abstract

一种径向环形凸缘(38)，其包括在内周缘或外周缘交替布置的实心部分(48，49)和空心部分(46，66，72，74，76，80)，所述实心部分包括供紧固螺栓穿过的孔眼(58)，所述空心部分带有大体平坦的底部(54，70，73，80)，至少一个键接空心部分(46，74)的底部(54，73)径向位于圆(60，75)的内侧(或外侧)，所述圆以凸缘的轴线为中心且外部(或内部)与孔眼(58)相切，两个空心部分(66，76)位于带有凹进弯曲形状底部(68，78)的键接空心部分(46，74)的两侧，凹进弯曲形状的底部径向位于相对于其它空心部分平坦底部(54，70，73，80)的外侧(或内侧)上。

Description

一种固定涡轮机转子或定子部件的环形凸缘
技术领域
本发明涉及在涡轮机内固定转子或定子部件的环形凸缘，同时还涉及一种包括了这种涡轮的涡轮机。
背景技术
在涡轮机中，转子盘(例如，涡轮盘)通过其径向内周缘处的环形凸缘固定到一起，这些凸缘彼此压靠并通过螺栓固定到一起。
其它部件，诸如迷宫式密封件的环状支架，也都可能在其内周缘处带有环形凸缘，这些凸缘被夹紧在两个环形转子盘凸缘之间并用与转子盘相同的螺栓固定。
这种环形凸缘一般都采用交替布置形式，即，其实心部分和空心部分交替布置，从而可以减少重量。紧固件螺栓用的孔眼穿过实心部分而形成。
为了将多个并置的凸缘固定到一起，凸缘实心部分上的所有孔眼都必须对准，以便避免其中一个凸缘的空心部分出现有角度地偏移，这样，就可以与其它凸缘实心部分内形成的螺栓孔对准，这就使得该凸缘夹紧在另外两个凸缘之间，不是固定到其它凸缘上。
在本申请者的申请FR 08/02918中，提出了内周缘空心部分的至少一个底部径向位于以凸缘轴线为中心且外部与实心部分孔眼相切的圆内。这样，在一个凸缘的孔眼与其它凸缘孔眼未对准而使得该凸缘出现有角度地偏移的情况下，那么，所述凸缘的至少其中一个空心部分的底部就位于至少一个紧固件螺栓的路径上，阻止其插入其它凸缘的孔眼，从而避免了凸缘被误装配的任何风险。
人们已经发现，起键接作用的这种空心部分会引起凸缘切向应力线的改变，从而导致键接空心部分附近实心部分应力集中增加。在键接空心部分附近实心部分与后续空心部分相连接区域，这些应力最大。另外，还发现，键接空心部分附近实心部分孔眼处的应力也会增加。
这种增加局部应力集中的情况会导致应力集中区域出现裂纹，从而影响了交替布置的凸缘的使用寿命。
发明内容
本发明的一个具体目的是提供一种可解决上述问题的方案，该方案简单、成本低而且有效。
为此，本发明提出了涡轮机涡轮的转子或定子部件的一种径向环形凸缘，所述凸缘包括在内周缘(或在外周缘)交替布置实心部分和空心部分，所述实心部分包括供紧固螺栓穿过的孔眼，空心部分的底部呈大体平坦形，而内周缘(或外周缘)的至少一个键接空心部分的底部径向位于圆的内侧(或外侧)上，该圆以凸缘轴线为中心并在外部(或内部)与实心部分孔眼相切，所述凸缘的特征在于，位于键接空心部分两侧的两个空心部分的底部呈凹进弯曲形状，所述底部径向位于相对于其他空心部分的底部的外侧(或内侧)。
在键接空心部分的两侧上提供凹进弯曲形状的底部而不是平坦底部以及在相对于其它空心部分平坦底部的外侧(或内侧)上径向置放这些凹进弯曲形状底部，可以使切向应力分布在每个凹进弯曲底部的整个长度上。
为此，本发明避免了键接空心部分附近实心部分孔眼边缘处以及所述附近实心部分与凹进弯曲空心部分连接区域切向应力的增加。
两个空心部分的凹进弯曲底部优选呈半径R2的圆弧形式。
根据本发明的另一个特征，两个空心部分凹进弯曲底部通过半径R1的圆弧连接到附近实心部分上，而所述两个空心部分的凹进弯曲底部的半径R2大于或等于附近实心部分连接部位的半径R1的三倍。
有利的是，所述两个空心部分的凹进弯曲底部的半径R2大于附近实心部分连接部位的半径R1。
连接部位的半径R1在4mm到6mm的范围内，而所述两个空心部分的凹进弯曲底部的半径可以为18mm。
本发明还提供了涡轮机的一种低压涡轮，所述涡轮的特征在于，其包括至少一个上述环形凸缘。
本发明还提供了一种涡轮机，诸如涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机，所述涡轮机的特征在于，其包括了一个上述类型的低压涡轮。
下面结合附图，并通过阅读以非限定性示例给出的如下说明，可以更好地理解本发明，本发明的其它细节、优点和特性会显现出来。
附图说明
图1为低压涡轮轴向剖面局部半视图；
图2为径向环形凸缘局部前视图，所示凸缘包括根据现有技术的空心键接部分，示出了正确的角度定位；
图3为根据本发明的径向环形凸缘局部前视图；
图3a为图3的IIIa的局部放大详图；
图4为根据本发明的径向环形凸缘的另一个实施方案的局部前视图。
具体实施方式
首先参看图1，该图示出了沿轴线10的低压涡轮转子，包括置于外壳16内的交替布置的动叶片12和静叶片14。动叶片12的径向内端固定到转子盘18，20，22，24的外周缘上。每个转子盘18，20，22，24在其外周缘带有上游和下游截头圆锥体形壁26和28，通过径向向内延伸并用螺丝33彼此固定的环形凸缘30，32与其它转子盘连接。转子盘组通过驱动锥36连接到涡轮轴34上，驱动锥包括夹紧在转子盘20和22环形凸缘30，32之间的环形凸缘38。
为了避免一排静叶片14的内周缘和转子盘上游和下游截头圆锥体形壁28和26之间出现无用的空气流动，在其外周缘上装有迷宫式密封件40的径向环形凸缘38插装在转子盘上游和下游截头圆锥体形壁28和26的径向凸缘30，32之间，所述迷宫式密封件40与安装在一排静叶片14内周缘上的一道耐磨材料42匹配。
上游和下游截头圆锥体形壁26和28的径向环形凸缘30，32与迷宫式密封件40的径向凸缘38交替布置，目的是减轻其重量，而且，它们都包括交替的空心部分和实心部分。图2示出了与迷宫式密封件的径向凸缘38装配在一起的上游截头圆锥体形壁径向环形凸缘30，迷宫式密封件的凸缘38和径向环形凸缘30的空心部分44，46和实心部分48，49，50分别轴向对准。
径向凸缘38的空心部分44，46的底部52，54呈大体平坦形，并经由弯曲区56，57连接到实心部分48，49。实心部分48，49呈圆形，包括供紧固螺栓穿过的孔眼58，可将上游和下游截头圆锥体形壁环形凸缘30和32和迷宫式密封件的环形凸缘38固定到一起。
迷宫式密封件凸缘38的至少一个空心部分46的底部54径向位于圆60内，该圆以凸缘38轴线为中心，外部与实心部分的孔眼58相切(图2)，从而确保了迷宫式密封件的凸缘38在截头圆锥体形壁的环形凸缘30，32之间的正确定位。
这样，当迷宫式密封件的凸缘以环形偏移量在截头圆锥体形壁的两个环形凸缘30，32之间装配时，空心部分44，46与截头圆锥体形壁环形凸缘30，32的实心部分50轴向对准，空心部分46的底部54位于螺栓的路径上，从而使得紧固螺栓不可能插入截头圆锥体形壁环形凸缘实心部分上的孔眼58内。
尽管如此，采用键接空心部分46引起迷宫式密封件径向凸缘38切向应力线62的改变。因为至少一个空心部分46的底部54径向向内偏移，切向应力线62也会在键接空心部分46附近径向向内偏移。
应力线的这种改变引起键接空心部分46附近实心部分49的应力增加。在键接空心部分46两侧的实心部分49和空心部分44之间的连接区域57处，应力最大。在附近实心部分49孔眼58的边缘部分64处，也能看到切向应力的增加，附近实心部分49沿圆周与应力最大的上述连接区57相对准。
应力线的这种改变会引起裂纹的形成，从而会在工作时对凸缘机械性能带来不利影响。
根据本发明，键接空心部分46两侧的两个空心部分66的底部68呈凹进弯曲形状，径向位于相对于其它空心部分72底部70的外部，从而可避免这些缺陷。(图3)。
这样，切向应力就分布在位于键接空心部分46两侧空心部分66的凹进弯曲底部68的整个长度上，从而避免了凹进弯曲底部68与键接空心部分46附近实心部分49之间连接区域57的任何应力增加。另外，也会消除这些附近实心部分49孔眼58旁边的应力水平。
在图4所示本发明另一种实施方案中，在环形凸缘的外周缘上进行交替布置。在这些情况下，键接空心部分74带有平坦底部73，后者径向位于以凸缘轴线为中心的圆75的外部，内部与实心部分48，49的孔眼58相切。位于键接空心部分74两侧的空心部分76带有凹进弯曲形状的底部78，径向位于相对于其它空心部分82的平坦底部80的内侧上。
内周缘或外周缘的凹进弯曲底部68，78为半径R2的圆弧，由半径R1的圆弧56，57连接到附近的实心部分48，49上，半径R1小于凹进弯曲底部的半径R2。
凹进弯曲底部68，78的半径R2大于或等于连接到附近实心部分48，49的圆弧56，57的半径R1的三倍。
半径R1可以在4mm到6mm的范围内。
在本发明的另一个不同实施方式中，环形凸缘38在其内周缘或外周缘包括至少一个键接空心部分46，74，所有其它空心部分72，82都带有如上所述的凹进弯曲底部68，78。
在本发明的具体实施方案中，其中，在环形凸缘的外周缘上进行交替布置，完全相对的两个孔眼58的中心距离为530mm。凹进弯曲底部78在大约15mm的弧形距离上延伸，且半径R2大约为18mm。
上述凹进弯曲底部68，78可以简单方式在已经带有键接空心部分46，74的凸缘上实现，因为其只需在位于键接空心部分46，74两侧的空心部分66，76上进行附加加工即可。

Claims (9)

1.一种涡轮机涡轮的转子或定子部件的径向环形凸缘(38)，所述凸缘包括在内周缘(或外周缘)上交替布置的实心部分(48，49)和空心部分(46，66，72，74，76，80)，所述实心部分包括供紧固螺栓穿过的孔眼(58)，空心部分(46，72，74，80)的底部(54，70，73，80)呈大体平坦形状，而内周缘(或外周缘)的至少一个键接空心部分(46，74)的底部(54，73)径向位于圆(60，75)的内侧(或外侧)上，该圆(60，75)以凸缘轴线为中心并在外部(或内部)与实心部分(48，49)的孔眼(58)相切，所述凸缘的特征在于，位于键接空心部分(46，74)两侧的两个空心部分(66，76)的底部(68，78)呈凹进弯曲形状，该底部位于相对于其它空心部分(72，82)的底部(54，70，73，80)的外侧(或内侧)。
2.根据权利要求1所述的凸缘，其特征在于，所述两个空心部分(66，76)的凹进弯曲底部(68，78)为半径R2的圆弧形。
3.根据权利要求2所述的凸缘，其特征在于，所述两个空心部分(66，76)的凹进弯曲底部(68，78)经由半径R1的圆弧连接到附近实心部分。
4.根据权利要求3所述的凸缘，其特征在于，所述两个空心部分(66，76)的凹进弯曲底部(68，78)的半径R2大于附近实心部分连接部位(56，57)的半径R1。
5.根据权利要求4所述的凸缘，其特征在于，所述两个空心部分(66，76)的凹进弯曲底部(68，78)的半径R2大于或等于附近实心部分连接部分(56，57)的半径R1的三倍。
6.根据权利要求3到5任一项所述的凸缘，其特征在于，连接部分(56，57)的半径R1在4mm到6mm的范围内。
7.根据权利要求2到6任一项所述的凸缘，其特征在于，所述两个空心部分(66，76)的凹进弯曲底部(68，78)的半径大约18mm。
8.一种涡轮机用低压涡轮，所述涡轮的特征在于，其包括至少一个根据前面任一权利要求所述的环形凸缘(38)。
9.一种涡轮机，诸如涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机，其特征在于，其包括根据权利要求8所述的低压涡轮。
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