CN103080479B - 阻挡转子的叶片的根部的装置和涡轮引擎的转子 - Google Patents

Abstract

一种用于在涡轮引擎的转子盘的槽中阻挡转子叶片的根部的装置（8），包括：一圆形的环区部（81），该环区部设计为相对于该涡轮引擎的轴横向安装到转子盘的槽中；至少一个阻挡楔（82），该阻挡楔固定地连接到所述环区部（81）并与其垂直，并且该阻挡楔平行于所述环区部（81）的轴（S）延伸，以在所述槽中径向支撑所述叶片的根部；和至少一个阻挡齿（83），该阻挡齿从所述环区部（81）相对于该环区部（81）的轴（S）径向延伸，以在所述槽中阻挡叶片的根部的轴向运动。<!--1-->

Description

阻挡转子的叶片的根部的装置和涡轮引擎的转子

技术领域

本发明涉及涡轮引擎转子领域，更具体说是涉及在转子盘上的转子叶片的保持。

背景技术

涡轮反应器具有前扇和转轴，例如，沿下游方向通常依次包括，扇、低压压缩机级、高压压缩机级、燃烧室、高压涡轮级和低压涡轮级。

在本申请中，术语“上游”和“下游”按照惯例，是相对于涡轮反应器中的空气的循环方向所限定。在本申请中，以相同方式，术语“内”和“外”按照惯例，相对于引擎的轴而沿径向限定。这样，一沿引擎轴延伸的圆柱体包括内表面和外表面，所述内表面朝向该引擎轴，所述外表面与它的内表面相对。

参见图1，以传统方式，低压涡轮级包括例如连续转子盘1，每个连续转子盘1均包括叶片2利用其根部3接合于其中的轴向或倾斜槽11，所述叶片2相对于引擎轴X沿径向向外延伸。

叶片2利用其枞树状的根部3沿径向保持在所述槽中，该根部3进一步使得在根部3与所述槽的底部之间可形成一空间，以使得引入叶片主体中以对其进行通风的空气可进行循环。所述叶片2通过密封环4沿轴向上游方向保持，所述密封环4包括密封片，其对于本领域技术人员来说已知为“迷宫环”。

为了将叶片2保持在轴向下游位置，一圆周环区部5安装在转子盘1的凹部6与所述叶片2的根部3的下游钩7之间。以此方式，在使用位置，该环区部5沿下游方向阻挡所述叶片2的轴向运动，该叶片2保持与转子盘1固定地连接。

通常，叶片2的根部3为金属材料。为了减小引擎的质量，建议该根部3由复合材料形成。本用于固定金属根部的方法不能转移为固定由复合材料制成的根部。这是因为常规复合材料不允许仅在叶片根部形成凹区。这样，在叶片根部中形成下游钩以确保叶片由一环区部而向下游轴向保持是困难的。而且，由复合材料制成的枞树状的叶片根部产品是不推荐的。这是因为在引擎运转过程中，呈现差异化的膨胀，枞树状根部的齿在转子盘的槽中不再邻接。叶片的径向保持不令人满意。

发明内容

为了消除这些缺点中的至少一部分，本发明涉及一种用于在涡轮引擎的转子盘的槽中固定转子叶片的根部的装置，包括：

-一圆形的环区部，该环区部设计为相对于涡轮引擎的轴横向安装到转子盘的凹部中；

-至少一个阻挡楔，该阻挡楔固定地连接并垂直于所述环区部，并且该阻挡楔平行于所述环区部的轴延伸，以在所述槽中径向支撑叶片的根部；和

-至少一个阻挡齿，该阻挡齿从所述环区部相对于该环区部的轴径向延伸，以在所述槽中阻挡所述叶片的轴向运动。

使用本装置，可有利地固定不包括轴向阻挡钩，特别是由复合材料制成的转子叶片的燕尾根部。而且，此简单的组装装置使得叶片可根据现有技术沿径向和轴向与转子盘固定。

这样的单件装置确保涉及为固定叶片根部的各齿和各楔的正确位置。而且，该装置可迅速地安装到转子中，因为各装置可包括多个齿和多个阻挡楔。

优选地，该装置包括通风工具，所述通风工具形成于所述环区部中，并设置为使在所述槽的底部与所述阻挡楔之间循环的气流可排出。所述阻挡楔使得可在所述叶片根部与所述槽的底部之间形成通风空间，由所述通风工具所排出的气流在该空间中流动。

更优选地，所述通风工具与所述阻挡齿延伸的方向对正。以此方式，通风气流冷却与所述阻挡齿轴向对正的所述阻挡楔、所述叶片根部以及所述槽的底部。

根据本发明的一实施例，所述通风工具为至少一个通风孔的形式。孔仅在所述环区部中加工，使得通风气流可排出。

根据本发明的另一实施例，所述通风工具为至少一个通风凹口的形式，所述通风凹口形成于设计为插入所述转子盘的凹部中的所述环区部的部分中。

一通风凹口使得该装置的质量可减小，同时使得气流可排出。优选地，所述环区部包括带凹口的内边缘。

根据本发明的一个方面，所述环区部包括一设计为安装在所述转子盘的凹部中的内径向部分，和所述阻挡齿从其延伸的外径向部分，所述部分沿所述环的轴相对于彼此轴向偏移。

优选地，此偏移使得该固定装置可精确定位，而不产生所述阻挡楔相对于其在所述凹部中的固定的任何大的悬垂。该固定装置的倾斜因此被限制。

本发明还涉及一种涡轮引擎的转子，该转子包括转子盘、至少一个转子叶片和至少一个上述的固定装置，所述转子盘包括叶片根部容纳于其中的槽，和所述固定装置安装于其中的凹部，所述固定装置的阻挡楔在所述叶片的根部与所述槽的底部之间延伸。

优选地，由于所述转子盘沿下游方向轴向延伸，所述凹部形成在转子盘的下游端，以阻挡叶片在所述槽中沿轴向向下游运动。

根据本发明的一个方面，所述转子叶片的根部包括由复合材料制成的壳体。

该复合材料制成的叶片根部，优选具有陶瓷基体，制造简单，可形成包括根据现有技术的带有金属叶片的转子的所有优点的转子。

根据本发明的另一方面，所述转子叶片的根部为燕尾形。由于根据本发明的固定装置，所述叶片可被径向阻挡，这防止当转子在停止状态时，叶片在其外罩中的任何定位错误。

附图说明

参照附图，本发明将被更好地理解，其中：

图1为一涡轮机的转子盘的径向截面，在该转子盘中安装有一根据现有技术的转子叶片；

图2为根据本发明的固定装置的第一实施例的透视图；

图3为根据本发明的转子的透视图，该转子包括图2中的固定装置，该固定装置沿轴向固定一单一的安装于所述转子盘中的转子叶片；

图4为图3中转子沿轴A-A的径向截面；

图5为根据本发明的固定装置第二实施例的透视图；和

图6为根据本发明的固定装置第三实施例的透视图。

具体实施方式

本发明现在将开始介绍一形成低压涡轮级的涡轮引擎的转子。该转子包括低压涡轮转子盘1，该低压涡轮转子盘如图3中所示沿一轴X轴向延伸，其中形成轴向或倾斜的槽11，叶片2通过其根部3接合于所述槽中，所述叶片2相对于该引擎的轴X沿径向向外延伸。所述转子盘1包括一环形的凹部6，该凹部沿径向向内延伸，并形成于所述转子盘1的槽11的下游。本发明在此例中描述为下游阻挡，但不言而喻，其可以相同方式用于轴向上游阻挡。

所述转子进一步包括用于在所述转子盘1的槽11中固定转子叶片2的根部3的装置8，现将参照附图2-6对该装置进行描述。固定装置8优选包括与齿83数量相同的阻挡楔82。优选地，转子盘1的各叶片2由楔82和阻挡齿83阻挡。

楔82的数量等于将被阻挡的叶片2的数量。在此例中，所述转子盘1包括98个槽11，以容纳相同数量的叶片2。在此例中，为了将叶片2在槽11中固定，提供11个固定装置8，其中10个包括9个楔82，1个包括8个楔82，各装置8包括与阻挡齿83数量相同的楔82。

不言而喻，每个装置8中楔82的数量可根据转子盘1的叶片的数量或用于阻挡转子盘1的叶片2的装置8的数量而变化。

参见图2，所述固定装置8通常包括一圆形环区部81、至少一个阻挡楔82和至少一个阻挡齿83，以轴向固定一转子叶片2的根部3，所述根部设置在转子盘1的槽11中，同时使该槽11可通风。

更准确说，所述圆形环区部81设计为相对于涡轮引擎的轴横向安装在转子盘1的凹部6中。根据定义，圆形环区部相对于在下文中称为环轴S的轴而限定，该环轴S在图2中为向前的方向，并限定轴向方向。在下文中，术语“前”和“后”相对于该环轴S而限定。

环区部81相对于沿轴R径向的该环轴S径向延伸，如图2所示，其从内侧向外侧引导。该圆形环区部81具有恒定的曲率半径，并沿轴向S平化，其径向尺寸比其轴向尺寸长。

环区部81具有30°量级的敞开角，但当然此角也可不同。

所述环区部81的内径向部分84相对于其外径向部分85而轴向偏移，如图2中所示。换句话说，内径向部分84在外径向部分85前面，以使内径向端部84可容纳于转子盘1的凹部6中，同时外径向部分85可径向移动邻接到转子盘1的槽11中，如图3中所示。此特征将在下文中参照本发明的实施例进行阐述。

所述固定装置8的矩形阻挡楔82固定地连接到环区部81并与其垂直，该楔82从环区部81的后表面延伸，平行于环轴S。阻挡楔82设置为在转子盘1的槽11中径向支撑叶片2的根部3。参照图2，阻挡楔82固定地连接到环区部81的上部分85，以相对于槽11的底部提升叶片2的根部3，从而使转子盘1的槽11中的空气可循环。

固定装置8的阻挡楔82沿径向R平化，其轴向尺寸比其径向尺寸长。沿环轴S限定的阻挡楔82的长度设置为支撑所述叶片2的根部3。在例中，阻挡楔82的长度对应于叶片2的根部3的长度的约80%，如图4中所示。不言而喻，阻挡楔82的长度可以改变。优选地，阻挡楔82的长度至少等于叶片根部3的长度的一半，以覆盖该阻挡楔82而分配力。

固定装置8的阻挡齿83固定地连接到阻挡楔82并与其垂直。阻挡齿83为矩形，其从环区部81的上部分85沿径向R朝外侧延伸，也就是说，相对于环区部的轴S径向延伸，以在转子盘1的槽11内阻挡叶片根部3的轴向运动。当固定装置8在如图3中所示的固定位置时，沿径向轴R限定的齿83的长度在此例中设置为延伸到转子盘1的外直径。

阻挡齿83的尺寸，特别是其长度和宽度，被限定，以在转子旋转过程中阻止叶片2的根部3的轴向移动。阻挡齿83设置为与转子盘1的槽11轴向对正。优选地，阻挡齿83的后表面也称作停止面，其表面尺寸小于转子盘1的槽11的截面，如图3中所示。这样的阻挡齿83能够执行阻挡功能，但同时由于其减小的尺寸而具有减小的质量。根据未示出的一具体实施例，所述阻挡齿83可被折叠/收缩，以使该固定装置8可简单地安装在凹部6中，齿83仅在组装后打开/展开。

固定装置8进一步包括通风工具，所述通风工具形成在环区部81中，优选形成在其外部分85中，固定楔82的连接区域与环区部81的内部分84之间，如图4中所示。这些通风工具为孔的形式，所述孔沿轴向延伸穿过环区部81，以使在槽11的底部与阻挡楔82之间循环的气流F可排出，如图4中所示。

优选地，所述通风工具沿径向与阻挡齿83对正，这使得叶片2的根部3可轴向固定，同时使槽11可通风。

根据第一实施例，所述通风工具为圆形通孔91的形式，它们的直径为通风而校准，如图2-4中所示。圆形孔91具有加工简单的优点。

根据第二实施例，参照图5，所述通风工具为通孔92的形式，所述通孔92具有椭圆的截面，其最小直径优选沿径向延伸。具有椭圆截面的孔92利用例如角钻来加工，其具有提供较大气流而不影响沿环区部81的径向的机械强度的优点。这是因为环区部81的内边缘与椭圆孔之间的距离大于环区部81的内边缘与圆形孔之间的距离，从而提供更大的机械强度。

根据第三实施例，参见图6，所述通风工具为凹口93的形式，所述凹口形成自环区部81的内部分84，直到其外部分85。换句话说，环区部81的内端部被开凹口，以使槽11可通风。凹口93具有减小环区部81的质量，同时通过钻而加工简单的优点。而且，所述凹口93提供较大的通风气流。

固定装置8在转子中的安装将更详细地描述。该安装参照根据第一实施例（圆孔）包括通风工具的装置而描述。所述安装方法的描述相似地应用于通风工具的其他实施例。

参见显示轴X的转子盘1的图3，图2中的所述固定装置8通过将阻挡楔82沿轴向设置在转子盘1的槽11中并将该固定装置8的内部分插入到转子盘1的下游凹部6中而安装到转子盘1中，以使环区部81的上部分85沿径向邻接在所述槽11的底部中，以形成用于在阻挡楔82与槽11的底部之间的气流F的循环的空间。所述轴向偏移进一步使得通过限制固定装置8的悬突而被阻止的固定装置8可倾斜。实际上，如果叶片2与楔82邻接，则固定装置8的内部分84移动至与所述凹口6的下游部分接触，这阻挡楔82向上游倾斜。一旦安装，所述阻挡楔82平行于所述槽11的底部。所述阻挡齿83相对于引擎的轴而径向延伸，并与槽11轴向对正。

参见图4，所述通风工具，在此例中为圆孔91，相对于用于在阻挡楔82与槽11的底部之间的气流F的循环的空间而在中间高度延伸，这确保良好的空气流通。

叶片2的根部3于是通过向下游方向的轴向移动而插入槽11中，以使根部3邻接阻挡楔82的外表面，以被径向保持，从而防止叶片2在盘1中定位错误，特别是当引擎处于停止状态时。而且，叶片2的根部3与阻挡齿83的上游表面（停止表面）邻接，以被轴行固定。

由于使用根据本发明的固定装置8，不必使用枞树根形式的叶片，或在叶片根部中形成钩，以轴向固定叶片2。

优选地，叶片2的根部3具有燕尾的简单形式，其壳体由复合材料制成。并非叶片2的根部3，而是所述固定装置8起到轴向阻挡、径向阻挡并通风转子盘1的槽11的功能。这样的根部3制造简单并具有减小的质量。

优选地，所述叶片2的根部3的壳体由陶瓷基复合（CMC）材料制成。

Claims (9)

1.一种用于在涡轮引擎的转子盘(1)的槽(11)中阻挡转子的叶片(2)的根部(3)的装置(8)，包括：

-一圆形的环区部(81)，该环区部设计为相对于该涡轮引擎的轴横向安装到所述转子盘(1)的凹部(6)中；

-至少一个阻挡楔(82)，该阻挡楔固定地连接到所述环区部(81)并与其垂直，并且该阻挡楔平行于所述环区部(81)的轴(S)延伸，以在所述槽(11)中径向支撑所述叶片(2)的根部(3)；

-至少一个阻挡齿(83)，该阻挡齿从所述环区部(81)相对于该环区部(81)的轴(S)径向延伸，以在所述槽(11)中阻挡所述叶片(2)的根部(3)的轴向运动，

其特征在于，

-所述环区部(81)包括安装在所述转子盘(1)的凹部(6)中的内径向部分(84)，和所述阻挡齿(83)从其延伸的外径向部分(85)，所述外径向部分(85)沿径向邻接在所述槽的底部中，以在所述阻挡楔(82)与所述槽(11)的底部之间形成一用于气流(F)的循环的空间，以及

-其包括通风工具(91，92，93)，所述通风工具形成于所述环区部(81)中，并设置为使在所述槽(11)的底部与所述阻挡楔(82)之间循环的所述气流(F)可排出。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述通风工具(91，92，93)与所述阻挡齿(83)延伸的方向对正。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述通风工具为至少一个通风孔(91，92)的形式。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述通风工具为至少一个通风凹口(93)的形式，所述通风凹口形成于设计为插入所述转子盘(1)的凹部(6)中的所述环区部(81)的内径向部分(84)中。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述内径向部分(84)和外径向部分(85)沿所述轴(S)相对于彼此轴向偏移。

6.一种涡轮引擎的转子，该转子包括转子盘(1)、至少一个叶片(2)和至少一个根据权利要求1-5中任何一项所述的装置(8)，所述转子盘(1)包括叶片(2)的根部(3)容纳于其中的槽(11)，和所述装置(8)安装于其中的凹部(6)，所述装置(8)的阻挡楔(82)在所述叶片(2)的根部(3)与所述槽(11)的底部之间延伸。

7.根据权利要求6所述的转子，其中由于所述转子盘(1)向下游方向轴向延伸，所述凹部(6)形成在所述转子盘(1)的下游端，以阻挡所述叶片(2)在所述槽(11)中沿轴向向下游运动。

8.根据权利要求6所述的转子，其中所述叶片(2)的根部包括由复合材料制成的壳体。

9.根据权利要求6所述的转子，其中所述叶片(2)的根部为燕尾形。