CN1023243C - 燃气涡轮发动机的转子组件 - Google Patents

Abstract

涡轮转子的阻尼是通过一个以其一端约束在两相邻叶片(10)颈部形成的凹坑(24)之间，以其另一端约束在涡轮盘(36)和转子密封装置(34)和向前伸出的叶片突缘(50)之间的空隙内的阻尼器(26)来实现的。这种组装件便于单个叶片拆卸，并且可以通过拆卸单个轮缘空腔盖从后面观察，不会损坏该组装件的其余零件。完整环(76)承受着轴向载荷，减轻了在此之前由TOBI式转子密封装置(34)承受的载荷，从而使结构重量减轻。

Description

本发明涉及燃气涡轮发动机，更具体地涉及涡轮转子盘的轮缘结构和叶片、密封装置及阻尼器的固位装置。

随着装有现代发动机的高速飞机的出现，为了提高零部件，尤其是涡轮转子叶片的高频疲劳寿命，有必要与阻尼技术相结合，以减小由于较高速度引起的振动应力。对于采用枞树型榫齿连接方式将叶片固定在涡轮盘上的涡轮转子，这类阻尼器已经被组装在叶片根部和涡轮盘连接部分的各叶片之间的空隙内。这类阻尼器的例子公开在美国专利US-A-4，182，598、4，101，245、4，455，122以及3，887，298中。所有这些专利都转让给本专利申请的受让人联合技术有限公司。

US-A-4，182，598公开的涡轮叶片阻尼器是安装在相邻叶片颈部之间的空腔中。肘杆式阻尼器安装在涡轮转子盖板的槽中。而US-A-3，887，298公开的阻尼器具有一个在转子高压侧延伸的密封板和一个阻尼器支承，具有一个在转子低压侧延伸的密封板。密封板延伸件装配在转子轮盘和固定在转子轮盘的侧板之间的空间中。

上述专利中列举的那些实施例公开了为实现减振目的的装置，它们在不同程度上都需要有为组装和拆卸用的复杂工具，需要拆卸一个以上的叶片以便在涡轮盘和叶片组装件上更换另一叶片或零件，或者安装一叶片、阻尼器和/或密封装置。

本发明的目的是提供一种燃气涡轮发动机的转子组件，其中具有改进的阻尼器定位和固位装置，可简化具有叶片阻尼器的涡轮转子的组装 和拆卸工作。

本发明提供了燃气涡轮发动机的转子组件，包括：一个涡轮盘，所述涡轮盘具有轮缘部分和在所述轮缘部分上沿径向向外伸出的轮盘突块，其间形成了轮盘槽，所述轮盘突块各具有前端面和后端面，多个叶片，每个叶片具有一个根部和一个由根部沿径向向外伸出的颈部，各叶片的根部安置在相应一个所述轮盘槽之中，在两相应叶片颈部之间沿各轮盘突块径向向外之处形成有一个闭锁轮缘空腔，所述转子组件还包括用于吸收由涡轮旋转所引起的过量振动的装置，所述装置包含一个阻尼器，该阻尼器具有在其组装位置上的一个径向内端部和一个径向外端部以及两个相反的侧缘，一个与所述轮盘相邻并在所述叶片颈部附近沿径向向外伸出的转子密封装置，所述阻尼器的径向内端部被挡放在一个其一侧以所述转子密封装置的沿径向延伸的环形部为界的空间内，所述空间的另一侧以轮盘突块的前端面为界，各叶片根部具有一个超出所述轮盘突块前端面的轴向延伸部，该延伸部向着转子密封装置轴向延伸并位于所述阻尼器的沿径向向内的所述径向内端部的一部分的下方，两相邻叶片的所述轴向延伸部与转子密封装置的环形部以及介于所述两相邻叶片之间的轮盘突块的前端面一起形成了一个凹槽，以安放和定位所述阻尼器的径向内端部，阻尼器径向外端部的侧缘则安放在两叶片颈部所形成的相对的凹坑内。

在一种实施例中，可以通过引入一种利用开口环来将叶片固定在涡轮盘上的独特轮缘结构来提供一种改进的涡轮叶片的固位装置。为此，叶片的后端是通过一个由与涡轮盘后端形成一体的钩形部支承的开口环进行固定的。而叶片前端是通过一个由与涡轮盘前端形成一体的突块支承的反向开口环进行固定的。在这种结构中，叶片的轴向固定是由这种开口环提供的，而不是由至今还习惯采用的切向气流喷射式TOBI（Tangential    On    Board    Injector）转子密封装置提供的。如果结合现有的 设计经验来设计固定装置，就要增加不可容忍的重量，以便能承受这些轴向载荷。这种反向开口环带来的优点包括：

（1）改进了开口环槽的可加工性，

（2）比现有已知的固定装置具有更轻的重量，

（3）开口环的整轮环支撑，增加了它的耐用性，控制泄漏和寿命。

在本发明的另一种实施例中，提供一种改进的装置，该装置用于支承一个邻近平台下表面并横过平台之间的间隙延伸的平台间密封件。铸造在平台下侧的凸块和铸在平台后面的支肋是一种既可以从涡轮盘的前端又可以从涡轮盘后端安装或拆卸密封件所提供的固位和定向装置。

本发明还设想一种易于接近的阻尼器和级间平台密封装置，使有关构件便于组装和拆卸，而无需拆卸超过一个叶片。因此，可以安装和拆卸各单独的叶片，而不会损坏转子或改变转子的动态特性。根据本发明，涡轮的维修性和组装方面的一个显著改进是明显伴随着减少了加工工作量和轮缘部分组装的复杂性。

本发明的上述的和其它一些特点及优点通过下文结合附图的描述将会更加清楚。

图1是叶片的正视图。

图2是阻尼器的透视图。

图3是显示涡轮盘、叶片、TOBI转子密封装置的固位装置的局部剖视图。

图4是大致沿图3中4-4线，详细表示该阻尼器的剖视图。

图5是级间密封装置的透视图。

图6是轮缘和组装的转子的局部后端视图。

为了理解本发明，请参考图1至图6。众所周知，燃气涡轮发动机的涡轮是由支撑在发动机轴上的涡轮盘和支撑在该盘上的多个径向伸出的涡轮叶片组成的，这些叶片均匀地安装在涡轮盘的圆周上，并固定在 该涡轮盘上加工的枞树形榫槽内。如图1所示，叶片10本身包括一个大体上以标号12表示的叶根，该叶根具有一个由叶片10的颈部16径向伸出固定轮缘的，而其外形适合于安装在涡轮盘枞树形榫槽内的枞树形根部14。在靠近涡轮盘轮缘处叶片10颈部16上的凹陷处18形成一个紧邻着凸缘平台20下面的闭锁轮缘空腔。该凸缘平台20从叶片10的叶身22周向和轴向地伸出，并覆盖在涡轮盘的轮缘上。下一个相邻的叶片凸缘平台抵接其相邻叶片的凸缘平台的侧表面，并留下一横向延伸的间隙，该间隙被下文将描述的密封装置密封住。

从图1中可以注意到，本发明的叶片10上具有一适合容纳阻尼器26（图2）径向外端部的铸造凹坑24。每个叶片都在其颈部的前、后表面上铸出相同的凹坑。阻尼器26的侧边28和30适于装配在这些凹坑内，这些凹坑对阻尼器26的径向外端部提供了轴向和周向定位（见图3和图4）。阻尼器26的内支腿32约束在环形TOBI（切向气流喷射式）转子密封装置34之间，该转子密封装置34按任何已知的方法固定在涡轮盘36上，或用花键配合固定在涡轮盘36安装在其上的相同轴上。也就是说TOBI转子密封装置34和涡轮盘36以相同的转速旋转，TOBI转子密封装置34的外径带有一具有后端面42的凸缘44，后端面42紧靠在涡轮盘36的侧端面上，而且设计成不承受由叶片产生载荷的结构。径向伸出的环形部44从凸缘伸出，但与后端面42隔开一段距离，它与涡轮盘36的端面46和在叶片10的枞树形榫头14的凸缘50的侧表面上形成的延伸部分48一起构成一个容纳阻尼器26内支腿32的空腔。由TOBI转子密封装置和伸出的叶片突缘所构成的这一空腔为阻尼器26的径向内端头部分提供了轴向和周向定位。这种固位方法使该阻尼器自由地置于空腔底部77上，不受约束地有效地实现阻尼作用，这样就可消除叶片振动的能量，而且，还能防止阻尼器从转子上脱离或被锁住。该阻尼器26的形状包括中央伸出部分27，它在适当位置要提供足够的质量，以获得所要求的离心载荷，该离心载荷和构 件所引起的摩擦力一起，将叶片产生的振动应力阻尼掉。

如上所述，凸缘平台20之间的间隙由较薄的，基本上是平的构件52密封，构件52通过采用从平台向下径向伸出的铸造密封指状块53、前缘凸块54和后缘凸块56安装并限制在凸缘平台20下面。密封件52（见图3）通过密封指状块53和平台20之间形成的间隙从涡轮盘36的前面装入，并沿平台滑动，直到它碰到后缘凸块56为止。该后缘凸块56防止密封件52由叶片的后端脱出。由于平台密封件52紧靠在后缘凸块上，一个向外作用在密封件52前缘的安装压力就把密封件52紧贴在平台20的内表面上。同样地，前缘凸块54防止密封件52由平台20前方滑出。

密封件52的拆卸过程是相当简单的。它要求用一工具在叶片平台之间滑动，将密封件52的前缘挠过前缘凸块54的前缘。接着，该密封件52可以由操作者容易地抓住和拆下来。

由上面的叙述很明显地看出，用上述方法固位的密封件52和阻尼器26能够实现单个叶片的安装和拆卸，而且由于加工工作量减少了，轮缘组装件比在此之前公知的结构更为简单，因此，涡轮维护所需工作量大大地减少了。

如上所述，为了将叶片10固定在涡轮盘36上，该固位装置要设计成由叶片施加的任何载荷不会由TOBI式（切向气流喷射式）转子密封装置34承受，而是由以标号70表示的开口环组件承受。在这种组件中，一有完整槽横截面74的断开的环突缘72与每个涡轮盘突块99的前端面形成整体。一完整环76装在这种相互啮合的槽74内，并贴靠在叶片10的枞树形榫头14的侧表面上。该完整的环由覆盖着槽74的TOBI式转子密封装置34的轮缘40径向支承着，并被设计成能承受转动叶片10施加载荷的结构。从图中可以明显地看到，槽74背离燃气涡轮机中心线，然而由于通常开口和槽的方向是面对着发动机的中心线，所以被看成是反向的。这样，由于该槽便于加工这就改进了槽的可加工性。由于该环支撑着整个圆周 上的叶片，从而减轻了重量，提高了该组件的寿命。

靠近叶片根部和涡轮盘轮缘连接处的闭锁轮缘空腔的密封是通过采用支撑在涡轮盘36的后端面上的许多单个的密封板80（图3和图6）实现的。每块板80的外形都适于安装在靠近叶片10的根部空隙内，并且，被与涡轮盘36的突块99形成一体的钩形部82夹持住。该钩形部的槽口支撑着贴靠在每块密封板80上的整个开口卡环86。这一装置承受着叶片的气动轴向载荷，同时密封住闭锁的轮缘空腔。如要拆卸阻尼器26，就不需拆卸开口环86和密封板80。

另一方面，在最佳实施例中，例如为了调整动平衡操作的需要，可以通过拆卸开口环86和密封板80就能观察到闭锁轮缘空腔或冷却空气供给槽100，而无需拆卸阻尼器26或TOBI式转子密封装置34，这是很有利的。由于该密封板80具有最轻重量结构，这种密封板在枞树形榫槽的拉削角为0°时，即，枞树形榫槽垂直于涡轮盘端面46时进行安装具有很大的好处。然而，对熟悉本技术的人员来说，显而易见，本发明也可使用大于0°的榫槽拉削角。

上述描述很明显，所述的轮缘结构适合于对单个叶片进行安装和拆卸、叶片与叶片之间的阻尼，以及具有延伸颈部叶片的凸缘平台密封。而且不受限制，本发明提高了高频下的疲劳寿命，与此同时，与迄今为止公知的其它涡轮盘轮缘结构相比，减轻了重量。

Claims (6)

1、燃气涡轮发动机的转子组件，包括：一个涡轮盘(36)，所述涡轮盘(36)具有轮缘部分和在所述轮缘部分上沿径向向外伸出的轮盘突块(99)，其间形成了轮盘槽，所述轮盘突块(99)各具有前端面和后端面，多个叶片(10)，每个叶片(10)具有一个根部(14)和一个由根部(14)沿径向向外伸出的颈部(16)，各叶片(10)的根部(14)安置在相应一个所述轮盘槽之中，在两相应叶片(10)颈部之间沿各轮盘突块(99)径向向外之处形成有一个闭锁轮缘空腔，所述转子组件还包括用于吸收由涡轮旋转所引起的过量振动的装置，所述装置包含一个阻尼器(26)，该阻尼器件具有在其组装位置上的一个径向内端部和一个径向外端部以及两个相反的侧缘(28，30)，一个与所述轮盘(36)相邻并在所述叶片(10)颈部(16)附近沿径向向外伸出的转子密封装置(34)，所述阻尼器(26)的径向内端部被挡放在一个其一侧以所述转子密封装置(34)的沿径向延伸的环形部为界的空间内，

其特征在于：

所述空间的另一侧以轮盘突块(99)的前端面为界，各叶片根部(14)具有一个超出所述轮盘突块(99)前端面的轴向延伸部(48)，该延伸部向着转子密封装置(34)轴向延伸并位于所述阻尼器(26)的沿径向向内的所述径向内端部的一部分的下方，两相邻叶片(10)的所述轴向延伸部(48)与转子密封装置(34)的环形部(44)以及介于所述两相邻叶片(10)之间的轮盘突块(99)的前端面一起形成了一个凹槽，以安放和定位所述阻尼器(26)的径向内端部，阻尼器(26)径向外端部的侧缘(28、30)则安放在两叶片颈部(16)所形成的相对的凹坑(24)内。

2、根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于：所述的阻尼器（26）具有一前端面和后端面，在上述阻尼器的中央部位设置有轴向伸出部（27），对其给定位置上增加确定的重量，以便吸收上述旋转转子组件所产生的振动能量。

3、根据权利要求1或2所述的转子组件，其特征在于：所述的凹坑（24）是铸造在所述叶片（10）上的。

4、根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于所述叶片（10）由第一固定环（76）和第二固定环（86）轴向固位在转子轮盘槽中，该第一固定环（76）由形成在所述转子轮盘（36）前端面上的第一钩部（72）来支承，而第二固定环（86）则由形成在所述轮盘突块（99）后端面上的第二钩部（82）来支承，形成在转子轮盘（36）前端面上的第一钩部（72）是沿径向向外指向，安放在介于钩部（72）和转子轮盘（36）前端面之间所形成沟槽（74）内的第一固定环（76）由转子密封装置（34）限制其沿径向向外的运动。

5、根据权利要求1所述的的转子组件，其特征在于：轮盘（10）后端面上支承有多个单独的密封板（80），以堵截通过轮盘（10）前端面进入两叶片颈部（16）之间的闭锁空气腔内的冷却空气流，所述密封板（80）由所述第二固定环（86）固位。

6、根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，每个叶片（10）具有一个由所述颈部（16）沿径向向外的凸缘平台（20），所述转子组件还包括有一个由一在两端弯曲的较平的矩形板件构成的平台间密封件（52），装配在紧邻叶片平台（20）的下面，以将两相邻平台（20）之间进行密封，形成在所述平台（20）的前、后下表面上的凸块（54、56），以便容纳和夹持所述密封板件，以及一个在叶片（10）上的指状块（53），形成间隙，使所述密封板件可沿平台（20）滑动。

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