CN103206260B - 用于涡轮机械的转子轮和涡轮机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于涡轮机械的转子轮，其包括转子轮主体，该转子轮主体具有第一表面和相对的第二表面，第一表面和第二表面由具有中心线的外径表面连接。叶片容纳槽形成于外径表面中并围绕转子轮主体延伸。叶片装载槽形成于外径表面中。叶片装载槽与叶片容纳槽连接并轴向偏离叶片容纳槽。

Description

用于涡轮机械的转子轮和涡轮机械

技术领域

本说明书所公开的主题涉及涡轮机械领域，更具体地涉及用于涡轮机械的转子轮。

背景技术

涡轮机械通常包括压缩机部分、涡轮部分和燃烧器组件。空气经过压缩机部分中的数个压缩机级并被压缩以形成压缩空气。压缩空气的一部分被传送到燃烧器组件，与可燃烧流体混合，并燃烧以形成气体，该气体被传送到涡轮部分。该气体膨胀经过数个涡轮机级以做功。压缩机级和涡轮机级中每一者包括转子轮，多个叶片或动叶安装到转子轮。动叶对空气流或气体作用并将旋转力施加到转子轮。

动叶通常经由燕尾榫接装置安装到转子轮。一般地，叶片将包括销，转子轮将包括尾部或槽。槽构造成容纳叶片上的销。在某些情况下，槽横向延伸跨越转子轮的外径表面。在这样的情况下，转子轮将包括用于每个叶片的槽。在其他情况下，槽沿周向围绕转子轮的外径表面延伸。在这样的情况下，槽偏离外径表面的中心线并将包括装载部分。装载部分构造成容纳每个叶片。每个叶片安装到转子轮并围绕外径表面控制到适当位置。一旦所有叶片被安装，在装载部分附近锁定特征将被固定到转子轮以防止叶片脱开。

发明内容

根据示例性实施例的一个方面，一种用于涡轮机械的转子轮包括转子轮主体，该转子轮主体具有第一表面和相对的第二表面，第一表面和第二表面由具有中心线的外径表面连接。叶片容纳槽形成于外径表面中并围绕转子轮主体延伸。叶片装载槽形成于外径表面中。叶片装载槽与叶片容纳槽连接并轴向偏离叶片容纳槽。

根据示例性实施例的另一方面，一种涡轮机械包括压缩机部分、机械连接到压缩机部分的涡轮部分、流体连接到压缩机部分和涡轮部分的燃烧器组件；和安装在压缩机部分和涡轮部分中的一者中的转子轮。转子轮包括转子轮主体，该转子轮主体具有第一表面和相对的第二表面，第一表面和第二表面由具有中心线的外径表面连接。叶片容纳槽形成于外径表面中并围绕转子轮主体延伸。叶片装载槽形成于外径表面中。叶片装载槽与叶片容纳槽连接并偏离叶片容纳槽。

根据下列描述并结合附图，这些和其他优点和特征将变得更加显而易见。

附图说明

本发明的主题被权利要求书具体指出并在权利要求书中明确地要求保护。从下列结合附图进行的详细描述，本发明的前述和其他特征以及优点将显而易见，在附图中：

图1是根据示例性实施例的包括转子轮的涡轮机械的示意图；

图2是根据示例性实施例的转子轮的透视图；

图3是图2的转子轮的外径表面的平面图，其示出根据示例性实施例的具有叶片装载槽的叶片容纳槽；

图4是图2的转子轮的部分透视图，其根据示例性实施例示出被插入到叶片装载槽中的叶片；

图5是根据示例性实施例的叶片装载槽的横截面侧视图，其示出被插入到叶片容纳槽中的叶片；

图6是图5的叶片容纳槽的横截面侧视图，其示出经操作被放置在叶片容纳槽中的叶片；

图7是叶片装载槽的横截面侧视图，其示出位于叶片容纳槽中的叶片；和

图8是图2的转子轮的部分透视图，其根据示例性实施例示出利用被插入到相应的第一和第二锁定槽中的第一和第二锁定构件而将叶片锁定在适合位置。

参照附图并通过示例，具体实施方式部分对本发明的实施例以及优点和特征进行解释。

具体实施方式

根据示例性实施例，图1中一般地以2示出涡轮机械。涡轮机械2包括压缩机部分4，压缩机部分4经由燃烧器组件8流体连接到涡轮部分6。燃烧器组件8包括布置成环形阵列的多个燃烧器(其中之一以10表示)。当然应当理解燃烧器组件8可以采取多种形式。压缩机部分4还经由共用压缩机/涡轮机轴12机械连接至涡轮部分6。涡轮部分6表示为包括包围数个涡轮机级20、21和22的涡轮机壳体16。涡轮机级的数量可以改变。每个涡轮机级20-22包括布置在多个旋转翼型构件或叶片(例如表示为26)上游的相应的多个静止的翼型构件或喷管(例如与级22有关的以24表示)。旋转翼型构件26安装到涡轮部分6内的转子轮30。

采用这种布置，空气经由进口(未示出)被吸入到压缩机部分4内，空气经过多个压缩机级(也未示出)被压缩而形成压缩空气流。一部分压缩空气流被传送到燃烧器组件8并在每个燃烧器10中与可燃烧流体混合而形成可燃烧混合物。可燃烧混合物被燃烧而形成燃烧气体，燃烧气体被引导至涡轮部分6。燃烧气体膨胀经过级20-22并做功，所做的功用于对外部部件(例如发电机或泵)提供动力。当然，涡轮机械2还可以用作交通工具的动力源。

根据图2-7所示的示例性实施例，转子轮30包括转子轮主体40，如图2-3所示，转子轮主体40具有第一表面42和相对的第二表面43，第一表面42和第二表面43由具有中心线50的外径表面45连接。叶片容纳槽60形成于外径表面45中。叶片容纳槽60支撑围绕外径表面45的多个旋转翼型构件26。叶片容纳槽60将外径表面45分成具有第一尺寸62的第一表面部段61和具有第二尺寸64的第二表面部段63。在所示的示例性实施例中，第二尺寸64大于第一尺寸62，从而使得叶片容纳槽60轴向偏离中心线50。

叶片容纳槽60包括形成于转子轮主体40中的内腔66。在所示的示例性实施例中，内腔66包括第一尾部67和第二尾部68。第一尾部67和第二尾部68不对称。即，第二尾部68沿轴向延伸到转子轮主体中的深度大于第一尾部67沿轴向延伸到转子轮主体中的深度。采用这种布置，多个旋转翼型构件26中每一者必须被布置在叶片容纳槽60中。更具体地，多个旋转翼型构件26中每一者都包括基底部分72和安装构件或销74，基底部分72支撑翼型部分73。安装构件74成型为被容纳在叶片容纳槽60中。如以下更全面讨论地，多个旋转翼型构件26中每一者如图5所示都被引导至叶片容纳槽60中，如图6所示被设置或轴向成角度，然后利用延伸到第一尾部67和第二尾部68中的安装构件74而被容纳在叶片容纳槽60中。

进一步根据示例性实施例，叶片容纳槽60包括形成于转子轮主体40中的叶片装载槽80。叶片装载槽80包括由第一壁部分87和第二壁部分88限定的开口84，开口84的尺寸适合于容纳安装构件74。叶片装载槽轴向偏离叶片容纳槽60。更具体地，第一壁部分87延伸到第二表面部分63中的深度大于第二壁部分88延伸到第一表面部分61中的深度。以此方式，叶片装载槽定位成更靠近外径表面45的中心，以将应力集中的区域移动到转子轮30的更坚固的部分。在操作期间，应力集中在第一表面部分61和第一表面42之间的界面90处。示例性实施例将叶片装载槽80定位成更靠近外径表面45的中心，以确保增加第一表面部分61的总宽度，从而提供另外的结构以支撑界面90处的应力。

叶片装载槽80的位置可以改变，以使第一表面42和第二表面43中的一者或另一者中的应力偏移。即，如果发现第一表面42中的应力大于第二表面43中的应力，叶片装载槽80可以移动远离第一表面42以减小局部应力。一般地，发现第一和第二表面中暴露于更高温度的一者上的应力更大。如此，在压缩机部分中，转子轮30的下游表面会经受升高的温度。结果，下游表面中的应力会高于上游表面中出现的应力。相应地，当转子轮30安装在压缩机部分中时，叶片装载槽80可以朝向上游表面偏移以平衡转子轮主体40中的应力。相反，在涡轮部分中，转子轮30的上游表面会经受更高温度。结果，上游表面中的应力会高于下游表面中出现的应力。如此，当转子轮30安装在涡轮部分中时，叶片装载槽80可以朝向下游表面偏移以平衡转子轮主体40中的应力。尽管上面描述根据温差来描述应力，但是其他因素也会影响转子轮30中的应力。如此，移动叶片装载槽远离具有更高应力的表面不会总是沿着远离经受更高温度的表面的方向。

根据示例性实施例，叶片装载槽80可以移动以平衡第一表面42和第二表面43之间的应力，以延长转子轮主体40的整体操作寿命。具体地，平衡第一表面42和第二表面43之间的应力将增大转子轮30的低周疲劳寿命(LCF)。如此，转子轮主体40将更适合于承受涡轮机械启动力。此外，增加转子轮主体40的LCF将导致与涡轮机械2相关的维修成本、维护成本和每次启动的成本降低。

仍然根据示例性实施例，转子轮30包括布置在叶片装载槽80任一侧上的第一叶片锁定槽94和第二叶片锁定槽95。第一叶片锁定槽94包括由第一壁部分98和第二壁部分99限定的开口97。类似地，第二叶片锁定槽95包括由第一壁部分105和第二壁部分106限定的开口104。以与上述类似的方式，第一锁定槽94和第二锁定槽95相对于叶片容纳槽60轴向偏离，以在第一表面部分61处提供增大的强度。叶片锁定槽94和95构造成容纳图8所示的相应的叶片锁定构件114和116，叶片锁定构件114和116与多个旋转翼型构件26中的两个接合以防止翼型构件脱开。

尽管仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当很容易理解本发明不限于这些公开的实施例。相反，本发明可以被修改成引入目前没有描述但是符合本发明的精神和范围的任意数量的改变、替换、替代或等效布置。此外，尽管描述了本发明的各种实施例，但是应当理解本发明的各个方面可以仅包括某些描述的实施例。相应地，本发明不应视为受到以上描述的限制，而是仅由所附权利要求书的范围限制。

Claims (14)

1.一种用于涡轮机械的转子轮，其包括：

转子轮主体，所述转子轮主体具有第一表面和相对的第二表面，所述第一表面和所述第二表面由具有中心线的外径表面连接；

叶片容纳槽，所述叶片容纳槽围绕所述转子轮主体延伸而形成于所述外径表面中；和

叶片装载槽，所述叶片装载槽形成于所述外径表面中，所述叶片装载槽与所述叶片容纳槽连接并偏离所述叶片容纳槽；

其中，所述外径表面包括第一表面部段和第二表面部段，所述第一表面部段在所述叶片容纳槽和所述第一表面之间延伸，所述第二表面部段在所述叶片容纳槽和所述第二表面之间延伸，所述第一表面部段具有第一尺寸，所述第二表面部段具有第二尺寸，所述第二尺寸大于所述第一尺寸；

其中，所述叶片装载槽延伸到所述第二表面部段中多于延伸到所述第一表面部段中。

2.根据权利要求1所述的转子轮，其特征在于，所述转子轮还包括：形成于所述外径表面中的第一叶片锁定槽和第二叶片锁定槽，所述第一叶片锁定槽和所述第二叶片锁定槽连接到所述叶片容纳槽并由所述叶片装载槽分隔开。

3.根据权利要求2所述的转子轮，其特征在于，所述第一叶片锁定槽和所述第二叶片锁定槽中每一者延伸到所述第二表面部段中多于延伸到所述第一表面部段中。

4.根据权利要求2所述的转子轮，其特征在于，所述转子轮还包括：布置在所述第一叶片锁定槽和所述第二叶片锁定槽中相应的一者中的第一叶片锁定构件和第二叶片锁定构件。

5.根据权利要求1所述的转子轮，其特征在于，所述转子轮还包括：安装在所述叶片容纳槽中的多个叶片。

6.一种涡轮机械，其包括：

压缩机部分；

涡轮部分，所述涡轮部分机械连接到所述压缩机部分；

燃烧器组件，所述燃烧器组件流体连接到所述压缩机部分和所述涡轮部分；和

转子轮，所述转子轮安装在所述压缩机部分和所述涡轮部分中的一者中，所述转子轮包括：

转子轮主体，所述转子轮主体具有第一表面和相对的第二表面，所述第一表面和所述第二表面由具有中心线的外径表面连接；

叶片容纳槽，所述叶片容纳槽围绕所述转子轮主体延伸而形成于所述外径表面中；和

叶片装载槽，所述叶片装载槽形成于所述外径表面中，所述叶片装载槽与所述叶片容纳槽连接并偏离所述叶片容纳槽；

其中，所述外径表面包括第一表面部段和第二表面部段，所述第一表面部段在所述叶片容纳槽和所述第一表面之间延伸，所述第二表面部段在所述叶片容纳槽和所述第二表面之间延伸，所述第一表面部段具有第一尺寸，所述第二表面部段具有第二尺寸，所述第二尺寸大于所述第一尺寸；

其中，所述叶片装载槽延伸到所述第二表面部段中多于延伸到所述第一表面部段中。

7.根据权利要求6所述的涡轮机械，其特征在于，所述涡轮机械还包括：形成于所述外径表面中的第一叶片锁定槽和第二叶片锁定槽，所述第一叶片锁定槽和所述第二叶片锁定槽连接到所述叶片容纳槽并由所述叶片装载槽分隔开。

8.根据权利要求7所述的涡轮机械，其特征在于，所述第一叶片锁定槽和所述第二叶片锁定槽中每一者延伸到所述第二表面部段中多于延伸到所述第一表面部段中。

9.根据权利要求7所述的涡轮机械，其特征在于，所述涡轮机械还包括：布置在所述第一叶片锁定槽和所述第二叶片锁定槽中相应的一者中的第一叶片锁定构件和第二叶片锁定构件。

10.根据权利要求6所述的涡轮机械，其特征在于，所述涡轮机械还包括：安装在所述叶片容纳槽中的多个叶片。

11.根据权利要求6所述的涡轮机械，其特征在于，所述转子轮安装在所述压缩机部分中。

12.根据权利要求6所述的涡轮机械，其特征在于，所述转子轮安装在所述涡轮部分中。

13.根据权利要求6所述的涡轮机械，其特征在于，所述转子轮安装在所述压缩机部分中，所述第一表面和所述第二表面中的一者构成上游表面，并且所述第一表面和所述第二表面中的另一者构成下游表面，所述下游表面的应力大于所述上游表面，所述叶片装载槽偏离所述下游表面以平衡所述转子轮主体中的应力。

14.根据权利要求6所述的涡轮机械，其特征在于，所述转子轮安装在所述涡轮部分中，所述第一表面和所述第二表面中的一者构成上游表面，并且所述第一表面和所述第二表面中的另一者构成下游表面，所述上游表面的应力大于所述下游表面，所述叶片装载槽偏离所述上游表面以平衡所述转子轮主体中的应力。