CN102465718B - 涡轮机叶片组件 - Google Patents

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CN102465718B CN201110373680.8A CN201110373680A CN102465718B CN 102465718 B CN102465718 B CN 102465718B CN 201110373680 A CN201110373680 A CN 201110373680A CN 102465718 B CN102465718 B CN 102465718B
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Abstract

本发明涉及一种涡轮机叶片组件。所述叶片组件的每一个都具有翼型件和料斗。所述料斗的后侧和前侧设有凹处，所述凹处的末端设有阻尼器销槽。位于所述后侧的所述阻尼器销槽的深度足以完全收容一个阻尼器销。位于第一相邻叶片组件的后侧的所述阻尼器销槽置于相对于位于第二相邻叶片组件的前侧的所述阻尼器销槽进行设置，从而允许所述阻尼器销移动。位于所述后侧的所述凹处的每一侧都设有一个其中包括密封销的密封销槽。所述密封销槽延伸超过与所述后侧的所述阻尼器销槽的内缘对齐的边线，其中所述密封销与所述阻尼器销重叠。

Description

涡轮机叶片组件
技术领域
本发明涉及涡轮机，确切地说，涉及用于抑制振动并密封相邻叶片组件之间的空间的机构，其中所述叶片组件在涡轮机中周向隔开。
背景技术
涡轮发动机通常具有多个周向隔开的叶片组件，所述叶片组件安装在转子上，从而与转子一起围绕转子轴旋转。这些叶片组件的形状和配置各不相同，但通常包括最内部的鸠尾榫部分、具有平台部分的中间部分，以及最外部的翼型件部分，其中所述平台部分具有从所述平台下垂的柄部分，且所述鸠尾榫部分以可滑动方式收容于转子中的以互补方式配置的凹槽中。柄部分将鸠尾榫和平台部分分开，同时也界定了用于冷却流体的凹处。在相邻叶片组件之间引入冷却流体，通常是空气，来提高在高入口温度下运作的叶片组件上的冶金限制已成为惯例。平台部分将柄和翼型件部分分开。翼型件部分通常径向下垂到通道中，从而与工作流体相互作用。但是，这些翼型件部分同时也会受到谐波刺激。此类叶片振动的来源和性质是难以识别和消除的。因此普遍需要和希望抑制此类振动。因此通过阻尼器组件来有效减少涡轮发动机的谐波刺激已成为惯例。
尽管这些已知的阻尼器组件在很大程度上是合乎需要的，但冷却流体会从阻尼器组件漏入工作流体中，这就会降低涡轮发动机的效率。因此使用能够密封相邻叶片组件周围的阻尼器组件就变得尤为有益。
发明内容
本发明提供一种具有至少两个相邻叶片组件的涡轮机，其中所述叶片组件围绕所述涡轮机的转子周向安置，所述涡轮机包括：所述至少两个相邻叶片组件的每一个具有：具有平台的料斗，所述料斗的后侧设有第一凹处，且所述料斗的前侧设有第二凹处，所述料斗进一步具有位于所述第一凹处的一端的第一阻尼器销槽和位于所述第二凹处的一端的第二阻尼器销槽，以及伸出到所述涡轮机的流中的翼型件，以此通过所述转子的旋转来将所述流中的动能转换成机械能，所述翼型件从所述平台向外延伸；以及一个阻尼器销，其收容于(i)所述至少两个相邻叶片组件的第一个的所述第一阻尼器销槽和(ii)所述至少两个相邻叶片组件的第二个的所述第二阻尼器销槽的至少一个中，所述至少两个相邻叶片组件的所述第一个的所述第一阻尼器销槽相对于所述至少两个相邻叶片组件的所述第二个的所述第二阻尼器销槽来进行设置，以便使得所述阻尼器销可在所述至少两个相邻叶片组件的所述第一个的所述第一阻尼器销槽和所述至少两个相邻叶片组件的所述第二个的所述第二阻尼器销槽内移动，所述第一阻尼器销槽的深度足以在其中完全收容所述阻尼器销。
所述第二阻尼器销槽的深度足以在其中部分收容所述阻尼器销。所述涡轮机进一步包括：(i)所述至少两个相邻叶片组件的所述第一个的所述第一凹处和(ii)所述相邻叶片组件的所述第二个的所述第二凹处中的至少一个的每一侧都设有一个密封销槽；以及收容于所述密封销槽中的密封销。每一个所述密封销槽的深度都足以在其中完全收容所述密封销的一个。所述密封销槽延伸超过与所述第一阻尼器销槽和所述第二阻尼器销槽的至少一个的边缘对齐的边线，其中所述密封销与所述阻尼器销重叠。所述至少两个相邻叶片组件的每一个都进一步具有从所述平台下垂的柄部分，所述柄部分界定所述第一和第二凹处。所述至少两个相邻叶片组件的每一个进一步具有从所述柄部分延伸的联锁连接器部分，所述联锁连接器部分配置成收容于所述转子的开口中。所述联锁连接器部分是一个鸠尾榫。所述至少两个相邻叶片组件的所述第一个的所述第一阻尼器销槽通过以一定角度倾斜，从相对于所述至少两个相邻叶片组件的所述第二个的所述第二阻尼器销槽来进行定位。所述角度与所述涡轮机的内部流路角大致相同。
本发明进一步提供一种叶片组件，所述叶片组件包括：具有平台的料斗，所述料斗的一侧设有凹处，所述料斗进一步具有位于所述凹处的一端的阻尼器销槽以及一个位于所述凹处的每一侧的密封销槽，所述密封销槽延伸超过与所述阻尼器销槽的边缘对齐的边线；从所述平台向外延伸的翼型件；收容于所述密封销槽中的密封销；以及收容于所述阻尼器销槽中的阻尼器销，其中所述密封销与所述阻尼器销重叠。
每一个所述密封销槽的深度都足以在其中完全收容所述密封销的一个。所述叶片组件进一步包括：从所述平台下垂的柄部分，所述柄部分界定所述凹处。所述叶片组件进一步包括：从所述柄部分延伸的联锁连接器部分，所述联锁连接器部分配置成收容于所述转子的开口中。所述联锁连接器部分是一个鸠尾榫。其中所述叶片组件围绕所述涡轮机的转子周向设置，所述涡轮机包括：所述至少两个相邻叶片组件中的每一个都具有翼型件和设有平台的料斗，其中所述翼型件伸出到所述涡轮机的流中，以此通过所述转子的旋转来将所述流中的动能转换成机械能，且所述翼型件从所述平台向外延伸；一个凹处，其设在所述至少两个相邻叶片组件的至少一个的所述料斗的一侧；位于所述凹处的一端的阻尼器销槽；所述至少两个相邻叶片组件的另一个的(i)所述凹处的一侧和(ii)所述料斗的一侧都设有一个密封销槽，当所述两个叶片组件相邻时，所述密封销槽设置于所述凹处的相对侧，所述密封销槽延伸超过与所述阻尼器销槽的边缘对齐的边线；收容于所述密封销槽中的密封销；以及收容于所述阻尼器销槽中的阻尼器销，其中所述密封销与所述阻尼器销重叠。
所述密封销槽的每一个的深度都足以在其中完全收容所述密封销的一个。所述凹处由从所述平台下垂的柄部分界定。所述涡轮机进一步包括：从所述柄部分延伸的联锁连接器部分，所述联锁连接器部分配置成收容于所述转子的开口中。所述凹处设在后侧。
因此，根据本发明的一个实施例，涡轮机具有至少两个相邻叶片组件，其中所述叶片组件围绕涡轮机的转子周向安置。至少两个相邻叶片组件中的每一个都包括具有平台的料斗，且料斗的后侧(trailingside)设有第一凹处，料斗的前侧(leading side)设有第二凹处。所述料斗进一步包括位于第一凹处的一端的第一阻尼器销槽，以及位于第二凹处的一端的第二阻尼器销槽。至少两个相邻叶片组件中的每一个进一步包括一个伸出到涡轮机的流中的翼型件，以此来通过转子的旋转将流中的动能转换成机械能。翼型件从平台向外延伸。阻尼器销收容于(i)至少两个相邻叶片组件的第一个的第一阻尼器销槽和(ii)至少两个相邻叶片组件的第二个的第二阻尼器销槽中的至少一个中。至少两个相邻叶片组件的第一个的第一阻尼器销槽设于相对于至少两个相邻叶片组件的第二个的第二阻尼器销槽的位置，以便阻尼器销在至少两个相邻叶片组件的第一个的第一阻尼器销槽和至少两个相邻叶片组件的第二个的第二阻尼器销槽内移动。第一阻尼器销槽的深度足够在其中完全收容阻尼器销。
根据本发明的另一实施例，叶片组件包括一个具有平台的料斗，且料斗的一侧设有凹处。所述料斗进一步包括一个位于凹处的一端的阻尼器销槽，以及设于凹处的每一侧的密封销槽。密封销槽延伸超过与阻尼器销槽的边缘对齐的边线。所述叶片组件进一步包括从平台向外延伸的翼型件。密封销收容于密封销槽中。阻尼器销收容于阻尼器销槽中，其中密封销与阻尼器销重叠。
根据本发明的又一实施例，涡轮机具有至少两个相邻叶片组件，其中所述叶片组件围绕涡轮机的转子周向安置。至少两个相邻叶片组件中的每一个都包括翼型件和具有平台的料斗，其中所述翼型件伸出到涡轮机的流中，以此来通过转子的旋转将流中的动能转换成机械能，且翼型件从平台向外延伸。有一个凹处设在至少两个相邻叶片组件的至少一个的料斗的一侧。一个阻尼器销槽位于所述凹处的一端。至少两个相邻叶片组件的另一个的(i)凹处的一侧和(ii)料斗的一侧都设有一个密封销槽。当两个叶片组件相邻时，密封销槽安置在所述凹处的相对侧。密封销槽延伸超过与阻尼器销槽的边缘对齐的边线。密封销收容于密封销槽中。阻尼器销收容于阻尼器销槽中，其中密封销与阻尼器销重叠。
通过以下说明并结合附图可以更加清楚地了解到这些和其他优点和特征。
附图说明
本专利申请文件中的权利要求详细指出并明确主张了本发明。通过以下说明并结合附图可以清楚地了解本发明的上述及其他特征和优点，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的涡轮机叶片组件的后侧的局部侧视图；
图2是根据本发明的一个实施例的涡轮机叶片组件的前侧的局部侧视图；
图3是根据本发明的一个实施例的涡轮机叶片组件的前侧的局部侧视图，其中包括密封销和阻尼器销；
图4为根据本发明的一个实施例的相邻涡轮机叶片组件的阻尼器销槽和阻尼器销的局部侧视截面示意图；
图5为根据本发明的一个实施例的相邻涡轮机叶片组件的密封销槽和密封销的局部侧视截面示意图；以及；
图6为根据本发明的一个实施例的相邻涡轮机叶片组件的局部侧视截面图；
具体实施方式部分参考附图以举例方式介绍本发明的实施例及优点和特征。
元件符号列表：
  参考标号   部件   参考标号   部件
  10   叶片组件   10’   叶片组件
  12   料斗   12’   料斗
  14   翼型件   14’   翼型件
  16   平台   18   柄部分
  20   凹处   22   凹处
  22’   凹处   24   壁部分
  26   支架   28   鸠尾榫
  30   横向延伸   32   横向延伸
  34   外缘   36   外缘
  38   内缘   40   内缘
  42   阻尼器销槽   44   末端
  46   末端   48   阻尼器销
  50   边缘   52   边缘
  54   边缘   56   密封销
  58   密封销   60   末端
  62   末端   64   密封销
  66   边缘   68   边缘
  70   边缘   72   末端
  74   末端   76   密封销
  78   边缘   80   边缘
  82   边缘   84   横向延伸
  86   横向延伸   88   外缘
  90   外缘   90’   外缘
  92   内缘   94   内缘
  94’   内缘   96   阻尼器销槽
  96’   阻尼器销槽   98   末端
  100   末端   102   边缘
  104   边缘   106   边缘
  126   边缘   126’   边缘
  128   边缘   134   初始位置
  136   第二位置   138   表面
  140   位置   142   位置
  144   表面   146   间隙
  147   区域   148   表面
  150   表面
具体实施方式
参阅图1和图2，这两幅图一般性地展示了叶片组件10的局部视图。叶片组件10是围绕涡轮机的转子(未图示)周向安置的多个叶片组件中的一个。叶片组件10包括具有翼型件14的料斗12，所述翼型件伸出到涡轮机的流中，从而通过转子的旋转来将流中的动能转换成机械能。平台16具有柄部分18，所述柄部分从平台向下延伸，从而界定位于料斗12后侧的凹处20以及位于料斗12前侧的凹处22。凹处20和22由壁部分24隔开。位于料斗12后侧的平台16相对于邻接料斗前侧的平台(未图示)密封和隔离。位于料斗12的前侧的平台16相对于另一邻接料斗的后侧的平台(未图示)密封和隔离。翼型件14从平台16向外延伸。柄部分18包括轴向隔开的支架26。一个联锁的连接器，例如鸠尾榫28，从柄部分18延伸。鸠尾榫28配置成收容于涡轮机(未图示)的转子中的配合开口中。转子中的这些开口轴向对齐或略微离轴。
同时参阅图3、图4和图5，后侧的凹处20通常成矩形，且具有横向的延伸30和32。横向延伸30和32的上部形成外缘34和36，且下部设置内缘38和40。凹处20的一端为阻尼器销槽42。阻尼器销槽42具有延伸到外缘34和36中、用于收容阻尼器销48的末端44和46。阻尼器销槽42的外端与边缘50接界，内端与边缘52和54接界，且内端的一部分拓展到凹处20中。尽管其他形状，如半圆形，可能已足够，但阻尼器销槽42通常成U形，且从它的一端来看，所述阻尼器销槽向内倾斜。阻尼器销槽42的深度足以完全收容阻尼器销48，阻尼器销48的完全嵌入是一项重要特征。凹处20的每一侧为密封销槽56和58。密封销槽56具有分别延伸到外缘34和内缘38中、用于收容密封销64的末端60和62。密封销槽56的一侧与边缘66接界，另一侧与边缘68和70接界，且所述另一侧的一部分拓展到凹处20的延伸30中。尽管其他形状，如半圆形，可能已足够，密封销槽56通常成U形，且从它的一端看来，所述密封销槽通常周向倾斜。密封销槽56的深度足以完全收容密封销64。密封销槽58具有分别延伸到外缘36和内缘40中、用于收容密封销76的末端72和74。密封销槽58的一侧与边缘78接界，另一侧与边缘80和82接界，且所述另一侧的一部分拓展到凹处20的延伸32中。尽管其他形状，如半圆形，可能已足够，密封销槽58通常成U形，且从它的一端来，所述密封销槽通常周向倾斜。密封销槽58的深度足以完全收容密封销76。末端60沿着与阻尼器销槽42的边缘52对齐的边线延伸，从而使得在以端面视角(图6)看去时，密封销64与阻尼器销48重叠。末端72延伸超过与阻尼器销槽42的边缘54对齐的边线，从而使得在以端面视角(图6)看去时，密封销76与阻尼器销48重叠。所述重叠是一项重要特征。
后侧的凹处22通常成矩形，且具有横向延伸84和86，所述延伸分别与边缘116和126接界。横向延伸84和86的上部形成外缘88和90，下部形成内缘92和94。凹处22的一端为阻尼器销槽96。阻尼器销槽96具有延伸到外缘88和90中、用于从邻接料斗(未图示)收容阻尼器销的末端98和100。阻尼器销槽96的外端与边缘102接界，内端与边缘104和106接界，且所述内端的一部分拓展到凹处22中。阻尼器销槽96通常成U形，且从它的一端看来，所述阻尼器销槽在U形的开口处变宽。阻尼器销槽96的深度足以在阻尼器销完全由涡轮机旋转所产生的离心力负载时，从邻接料斗(未图示)部分收容阻尼器销。在完全负载时，料斗12中的阻尼器销48在卸到相邻料斗12′中的阻尼器销槽96′时，其从完全嵌入阻尼器销槽42中移位是一项重要特征，并且将在下文详细讨论。
在高效的现代燃气涡轮发动机中，密封相邻叶片组件10、10′周围非常重要，因为渗漏的冷却流实质上是浪费的能源。参阅图6，本发明将用于支撑阻尼器销48的配合阻尼器销槽42、96′与重叠的密封销64、76结合使用，以形成环绕相邻叶片组件10、10′的均匀间隙146，从而防止冷却空气从相邻凹处20和22′以及由相邻叶片组件10、10′从所述凹处向内界定的区域147，泄漏到工作流体通过相邻翼型件14、14′的区域132中。而阻尼器销槽42、96′以一定角度(即相对于与转子旋转方向相切的直线的角度，所述角度介于0°至90°之间)倾斜，例如一个内部流路角(即工作流体流动的角度)或其他角度，以便提高燃气涡轮发动机的效率。再次参阅图4，阻尼器销48在槽42和96′内的静止位置取决于叶片组件10、10′的旋转位置。但是，在旋转过程中，阻尼器销48将向外并向槽96′(如虚线所示)移动到它的完全负载位置(如实线所示)。因涡轮机的旋转而在阻尼器销48上产生的离心力是在阻尼器销48上向外的，使得阻尼器销48从初始位置134移动到第二位置136，此时阻尼器销48作用于槽42的表面138。表面138的角度和向外的离心力使得阻尼器销48向槽96′移动，如位置140所示。阻尼器销48继续沿着表面138移动，直到收容于槽96′中，如位置142所示，所述位置为阻尼器销48的完全负载位置。在完全负载位置中，阻尼器销48穿过两个槽相遇的间隙146与槽42的表面138和槽96′的表面144接触，与之前所述的重叠密封销相结合从而提供相应密封。阻尼器销48也消除了涡轮机运行时相邻叶片组件10、10′之间的谐波刺激。减小叶片组件10、10′之间的谐波刺激可减小涡轮机中的应力。再次参阅图5，密封销64在槽56内的静止位置取决于叶片组件10、10′的旋转位置。应了解，尽管描述的是密封销64，同样的情况也类似地适用于密封销76。但在旋转时，密封销64将在周向上向边缘90′、94′以及边缘126′(如虚线所示)移动到它的完全负载位置(如实线所示)。因涡轮机旋转而在密封销64上产生的离心力通常是在密封销64上轴向和周向的，使得密封销64从初始位置146沿着槽56的表面148和150移动，直到与边缘90′、94′和边缘126′接触，所述位置为密封销64的完全负载位置。在完全负载位置中，密封销64与槽56的表面148和150、边缘90′和94′，以及边缘126′接触，这就形成了均匀密封。或者，密封销槽56和58可设于料斗12的相对侧上。
尽管本专利申请文件仅以有限数量的实施例来详细介绍本发明，但应了解，本发明并不局限于此类公开的实施例。相反，本发明可经修改以包括所有之前并未介绍，但与本发明的精神和范围相符合的变化、更改、替换或等效布置。另外，尽管介绍的是本发明的各种实施例，但应了解，本发明的各个方面可以仅包括前述的部分实施例。因此，本发明不应被视为受前述说明书的限制，其仅受所附权利要求范围的限制。

Claims (8)

1.一种具有至少两个相邻叶片组件(10、10’)的涡轮机，其中所述叶片组件围绕所述涡轮机的转子周向安置，所述涡轮机包括：
所述至少两个相邻叶片组件(10、10’)，其中每一个具有：
一个具有平台(16)的料斗(12)，所述料斗(12)的后侧设有第一凹处(20)，且所述料斗(12)的前侧设有第二凹处(22)，所述料斗(12)进一步具有位于所述第一凹处(20)的一端的第一阻尼器销槽(42)和位于所述第二凹处(22)的一端的第二阻尼器销槽(96)，以及
一个伸出到所述涡轮机的流中的翼型件(14)，以此通过所述转子的旋转来将所述流中的动能转换成机械能，所述翼型件(14)从所述平台(16)向外延伸；以及
一个阻尼器销(48)，其收容于(i)所述至少两个相邻叶片组件的第一个(10)的所述第一阻尼器销槽(42)和(ii)所述至少两个相邻叶片组件的第二个(10’)的所述第二阻尼器销槽(96’)；所述至少两个相邻叶片组件的所述第一个(10)的所述第一阻尼器销槽(42)相对于所述至少两个相邻叶片组件的所述第二个(10’)的所述第二阻尼器销槽(96’)来进行设置，以便让所述阻尼器销(48)在所述至少两个相邻叶片组件的所述第一个(10)的所述第一阻尼器销槽(42)和所述至少两个相邻叶片组件的所述第二个(10’)的所述第二阻尼器销槽(96’)内移动，所述第一阻尼器销槽(42)的深度足以在其中完全收容所述阻尼器销(48)；
其中，所述至少两个相邻叶片组件的所述第一个(10)的所述第一阻尼器销槽(42)通过以一定角度倾斜来相对于所述至少两个相邻叶片组件的所述第二个(10’)的所述第二阻尼器销槽(96)来进行定位设置，所述角度与所述涡轮机的内部流路角大致相同。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于：所述第二阻尼器销槽(96’)的深度足以在其中部分收容所述阻尼器销(48)。
3.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述涡轮机进一步包括：
(i)所述至少两个相邻叶片组件的所述第一个(10)的所述第一凹处(20)和(ii)所述相邻叶片组件的所述第二个(10’)的所述第二凹处(22’)中的至少一个的每一侧都设有一个密封销槽(56、58)；以及
一个密封销(64、76)，收容于所述密封销槽(56、58)中。
4.根据权利要求3所述的涡轮机，其特征在于：
所述密封销槽(56、58)的每一个的深度都足以在其中完全收容所述密封销(64、76)中的一个。
5.根据权利要求3所述的涡轮机，其特征在于：所述密封销槽(56、58)延伸超过与所述第一阻尼器销槽(42)和所述第二阻尼器销槽(96)的至少一个的边缘(52、54)对齐的边线，其中所述密封销(64、76)与所述阻尼器销(48)重叠。
6.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于：所述至少两个相邻叶片组件(10、10’)的每一个进一步具有从所述平台(16)下垂的柄部分(18)，所述柄部分(18)界定所述第一和第二凹处(20、22)。
7.根据权利要求6所述的涡轮机，其特征在于：所述至少两个相邻叶片组件(10、10’)的每一个进一步具有从所述柄部分(18)延伸的联锁连接器部分，所述联锁连接器部分配置成收容于所述转子的开口中。
8.根据权利要求7所述的涡轮机，其特征在于：所述联锁连接器部分是鸠尾榫(28)。
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