CN103221642B - 用于涡轮机的可移动叶片 - Google Patents

Abstract

一种用于涡轮机的可移动叶片，该叶片在其远端具有一顶部，该顶部具有相对的第一侧边缘（21）和第二侧边缘（22），以及上游密封片（31）和下游密封片（32）。所述第一侧边缘（21）和第二侧边缘（22）中的每个在所述上游片（31）和下游片（32）之间均具有大致Z形的轮廓。所述平台在第一侧边缘（21）的侧面上具有第一向外伸出边沿（41），该第一边沿（41）不与所述上游片（31）和下游片（32）中的任何一个相连。所述平台具有第二向外伸出边沿（42），该第二边沿（42）具有与所述下游片（32）相连并沿所述第二侧边缘（22）延伸的下游部分（44），以及上游部分（43），该上游部分从所述下游部分（44）延伸到所述上游片（31），并相对于所述第二侧边缘（22）退回。

Description

用于涡轮机的可移动叶片

技术领域

本发明涉及用于涡轮机的可移动叶片。

这样的叶片可安装在用于陆地或航空的任何种类的涡轮机中，特别是可安装在直升机涡轮轴引擎中或安装在飞机涡轮喷气发动机中。

背景技术

在本说明书中，“上游”和“下游”是相对于气体经过涡轮机的通常流向（从上游至下游）来限定的。

涡轮机转子的旋转轴也指涡轮或引擎的轴。轴向对应于引擎轴的方向，径向为垂直于所述引擎的轴并与所述轴相交的方向。同样，轴向平面为包含该引擎轴的平面，径向平面为垂直于所述轴的平面。

除非有相反说明，形容词“内”和“外”相对于径向使用，使得元件的内部分为沿比该元件的外部分更接近于引擎轴的径向的部分。

最后，叶片的堆叠轴限定为穿过翼面的底部截面（即最接近引擎轴的截面）的重心，并垂直于引擎轴的轴。

典型地，涡轮机的可移动叶片具有沿叶片的近端与远端（即内端和外端）之间的叶片的堆叠轴延伸的翼面。在其近端，叶片具有一根部，叶片在该根部紧固到引擎的转子盘上。在其远端或自由端，该叶片具有称作顶部的横向元件。当多个可移动叶片紧固到转子盘上时，它们的顶部并排设置，以形成一圆周环，该圆周环具体用于限定用于气体流过引擎的流动通道的外侧，从而限制在该位置的气体泄漏。

本说明书涉及具有顶部的可移动叶片，该顶部包括：限定用于气体经过引擎的通道的外表面，并具有相对的第一和第二侧边缘的平台；和由所述平台向外沿径向延伸的上游和下游密封片。

另外，该可移动叶片设计为在上游片和下游片之间的所述平台的第一和第二侧边缘中的每个均具有大致Z形轮廓，具有接近上游片的第一段，中间的第二段，和接近下游片的第三段，所述第一和第三段大致相互平行，所述第二段在第一与第三段之间大致倾斜地延伸。

为了抑制在运转中上述类型的叶片所受到的振动，叶片安装在它们的转子盘上，并具有围绕它们的堆叠轴的扭应力。这样，所述顶部设计为每个叶片可通过主要沿所述侧边缘的所述第二段撑靠其相邻顶部而处于扭应力下。

为了改进叶片之间的支撑力，尤其是为了避免所述顶部重叠，以确保所述力从各叶片尽可能好的传至其相邻叶片，已知增加所述顶部分的侧边缘的，尤其是所述第二段的高度，即径向尺寸。

在可移动叶片的顶部分的第一已知例中，在上游片与下游片之间延伸的所述平台的中央部分由两个不同厚度的子部分构成：厚度较大的第一子部分，其从上游片沿轴向延伸到所述侧边缘的第三段，从所述第一侧边缘沿周向延伸到所述第二侧边缘；厚度较小的第二子部分，其在第一子部分后，沿轴向延伸到下游片，并从所述第一侧边缘沿周向延伸到所述第二侧边缘。该平台结构的主要缺点是，其由于较厚的第一子部分而较重，所述子部分为“实心”的，即不是挖空的。

为了减轻该缺点，在顶部的第二个已知例子中，所述第一子部分被两个从所述平台的外侧面伸出，并沿该平台的侧边缘定位的边沿取代。如同所述平台的第一子部分，那些边沿从上游片延伸到侧边缘的第三段，即它们并不加入到下游片中，然而，在圆周方向，那些边沿通过一腔而分隔开。该腔用于使顶部减轻。

但该平台的第二已知例子也不是无缺点。具体为，一个缺点在于，该平台的重心与翼面顶部分的重心不对正，其中所述“顶部分”为紧在所述顶部下的所述翼面的部分。此不对正导致顶部在叶片的剩余部分上施加额外的应力，这些额外应力对叶片的寿命是有害的。应观察到，上述已知顶部的第一例也有此缺点

发明内容

本说明书提供一种用于涡轮机的可移动叶片，该叶片在其远端具有一顶部，该顶部包括：平台，该平台限定用于气体通过涡轮机的通道的外侧表面，并具有相对的第一侧边缘和第二侧边缘；从所述平台向外径向延伸的上游密封片和下游密封片。所述第一和第二侧边缘的每个在所述上游片和下游片之间均具有大致Z形的轮廓，该轮廓具有接近上游片的第一段、中间的第二段，和接近下游片的第三段，所述第一和第三段大致相互平行，所述第二段在第一与第三段之间倾斜延伸。所述顶部在所述第一侧边缘的侧面上包括沿所述第一侧边缘的第二段延伸的第一向外伸出边沿，此第一边沿不与上游片和下游片中的任何一个相连；所述顶部在所述第二侧边缘的侧面上包括第二向外伸出边沿，该第二边沿具有与下游片相连并沿第二侧边缘的第二和第三段延伸的下游部分，以及上游部分，该上游部分延伸下游部分直到上游片，相对于第二侧边缘的第一段退回（即相对于第二侧边缘的第一段，所述上游部分朝平台的中间偏移）。

在某些实施例中，所述第二边沿的上游部分的高度小于下游部分的高度。

此叶片的顶部具有与上述顶部的第一已知例子相比较重量有限的优点。

另外，所述边沿的位置和结构使得顶部的重心可接近翼面的顶部分的重心甚至与其对正。这用以限制，甚至避免由所述顶部施加到叶片剩余部分上的额外应力。

最后，与上述两个顶部的已知例子对比，由于第二边沿与下游片相连，因此该下游片被加强，从而使相邻平台之间的接触力可被更好地承受。

在一实施例中，构成叶片的材料在涡轮机的运转条件下通常不擅长抵御磨损，为了延长叶片的寿命，叶片的敏感部分通过在其上应用一些其他材料而受到保护，所述其他材料能更好地抵御磨损，通常指耐磨材料。

这样，在一实施例中，所述第一边沿和第二边沿中的每一个均在其侧面上承载一层耐磨材料。

这层耐磨材料用于保护叶片平台的边沿不受由于相邻叶片相互摩擦而造成的磨损。由于所述边沿的沿所述叶片的侧边缘的所述第二段定位的部分摩擦最严重，因此它们优先受到保护是有利的。这样，在一实施例中，至少在所述第二段上具有所述耐磨材料层。

所述耐磨材料层可以不同方式制成。其在相邻叶片撑靠的表面上可包括具有高硬度并适于焊到所述金属边沿，即焊接到基底上的小片特种合金。在另一种技术中，需要保护的表面由耐磨材料逐渐形成，所述耐磨材料与基底的顶层同时熔化（可在基底材料的确定的厚度局部磨掉之后）。热量由适当的热源传递。在例中，这可以是惰性气体中的电弧或激光束。在此其他技术中，所使用的耐磨材料为钴基合金，其中一些这样的合金以商标“Stellite”销售。

本说明书还提供一种涡轮机，其包括上文中所述的叶片。

附图说明

附图为示意的，没必要按比例，意图为说明本发明的原理。

在图中，从一个图到另一图，相同的部件（或部件的部分）使用相同的附图标记。

图1为显示具有顶部的可移动叶片的一个例子的透视图。

图2为图1中叶片的顶部的详细视图。

图3为图2中顶部的俯视图。

具体实施方式

以下参照附图详细描述具有顶部的可移动叶片的一实施例。此例显示出本发明的特征和优点。然而，应重申，本发明不限于此例。

图1显示涡轮机的可移动叶片10的一个例子。这样的叶片可用于飞机涡轮喷气发动机的低压级中。

可移动叶片10具有翼面16，该翼面沿叶片的近端10A和远端10B（即内端和外端）之间的叶片的堆叠轴X延伸。在其近端10A处，该叶片具有用于将其紧固到涡轮机的转子盘（未示出）上的根部12。该盘围绕引擎的轴A旋转。在其外端10B处，该叶片10具有顶部14。

当多个可移动叶片10紧固到转子盘上时，它们的顶部14并排设置，以形成限定围绕所述盘的旋转轴A的旋转表面的旋转环。该环具有限定用于气体在翼面16之间穿过的流动通道外表面的特别功能，从而具有限制气体在叶片10的远端10B处的任何泄漏的功能。

所述顶部14包括：平台20，该平台限定用于气体在翼面16之间穿过的流动通道的外侧，并具有相对的第一侧边缘21和第二侧边缘22；以及从该平台20向外沿径向延伸的上游密封片31和下游密封片32。

当多个可移动叶片10紧固到转子盘上时，叶片的所述上游片和下游片设置为边靠边，以形成轴A的旋转环，此环大致包含在一径向面中。这样的环特别具有限制在叶片10与围绕所述叶片的盖或壳之间存在的间隙的功能，以限制在该位置处的气体泄漏。

该平台20具有被称作“上游突罩”的上游部分24，该上游部分从上游片31向上游延伸。平台20还具有被称作“下游突罩”的下游部分28，该下游部分从下游片32向下游延伸。最后，该平台具有中央部分26，该中央部分在上游片31与下游片32之间延伸。 

如图3中清楚所示，在中央部分26中，平台20的第一和第二侧边缘21（22）中的每个均具有大致Z形的轮廓，具有接近上游片31的第一段21A（22A）、中间的第二段21B（22B），和接近下游片32的第三段21C（22C），边缘21（22）的第一和第三段21A，21C（22A，22C）大致相互平行，第二段21B（22B）在第一和第三段21A，21C（22A，22C）之间大致倾斜地延伸。

为了抑制在运转中叶片10所受到的振动，叶片10安装到转子盘（未示 出）上，围绕它们的堆叠轴X具有扭转应力。这样，顶部14的平台20的形状使得各叶片10可通过主要沿侧边缘21，22的第二段21B，22B压靠其相邻叶片而处于扭转应力下。

在第一侧边缘21的侧面，叶片10的顶部14具有沿所述第一侧边缘21的第二段21B延伸的第一向外伸出边沿41。该第一边沿41既不与上游片31相连，也不与下游片32相连。

在此例中，该第一边沿41大致沿所述第二段21B延伸。更准确说，它不沿该第一侧边缘21的第三段21C延伸，其仅部分沿第一段21A延伸。

在所示的例中，第一边沿41在其沿第二段21B的侧面上具有一层耐磨材料41A，该层通过用以“Stellite”为商标销售，并具有良好耐磨性能的那种类型的钴基合金构建此侧面而获得。

在其第二侧边缘22的侧面，顶部14还具有第二向外伸出边沿42，该第二向外伸出边沿42具有与下游片32相连，并沿第二侧边缘22的第二和第三段22B和22C延伸的下游部分44。如同第一边沿41，此下游部分44在其沿第二段22B的侧面上具有一层耐磨材料44A，该层通过用具有良好耐磨性能的钴基合金构建此侧面而获得。应观察到，不象第一边沿41那样，该下游部分44与一个片相连，具体为与下游片32相连。

而且，第二边沿42包括延伸下游部分44直到上游片31，并相对于第二侧边缘22的第一段22A退回的上游部分43。换句话说，该上游部分43并不沿第二侧边缘22的第一段22A行进，而是从所述第一段22A退回，即该上游部分43更接近平台的中央部分26的中间。在此例中，上游部分43首先与下游部分44成直线延伸，以开始逐渐远离第一段22A延伸。与所述第一段22A相比较，该上游部分43通过朝平台的中央部分26的中间被逐渐偏移而形成。其后，该上游部分43弯曲，并变得有点接近第一段22A，同时保持从第一段22A清楚地退回（即偏移）。

在所示的例中，该上游部分43通过与下游部分44成直线延伸，即沿第二段22B的方向延伸而形成，随后其弯曲以大致垂直地连接上游片31。这 样，该上游部分43限定一面朝所述第一边沿41的凸起侧。

如图2中清楚可见，该上游部分43比下游部分44的高度小，因此在上游部分43与下游部分44之间存在一种台阶。

在所示的例中，第一边沿41与第二边沿42具有大致相同的宽度，第二边沿42的上游部分43与下游部分44同样具有大致相同的宽度。另外，第一边沿41与第二边沿42的下游部分44具有大致相同的高度。

如图所示，第一边沿41、第二边沿42、上游片31和下游片32在它们之间限定一腔，该腔可称作“浴缸”，具有大致平的底部，该底部通过平台20的中央部分26的外侧表面而形成。

Claims (4)

1.一种用于涡轮机的可移动叶片，该叶片在其远端(10B)具有一顶部(14)，该顶部包括：

平台(20)，该平台限定用于气体通过涡轮机的通道的外侧表面，并具有相对的第一侧边缘(21)和第二侧边缘(22)；和

上游密封片(31)和下游密封片(32)，所述上游密封片(31)和下游密封片(32)从所述平台(20)向外径向延伸；

其中所述第一侧边缘(21)和第二侧边缘(22)中的每个在所述上游密封片(31)和下游密封片(32)之间均具有大致Z形的轮廓，该轮廓具有接近所述上游密封片(31)的第一段(21A；22A)、中间的第二段(21B；22B)，和接近所述下游密封片(32)的第三段(21C；22C)，所述第一和第三段(21A，21C；22A，22C)大致相互平行，所述第二段(21B；22B)在所述第一与第三段之间倾斜延伸；

其特征在于：

所述顶部(14)在所述第一侧边缘(21)的侧面上包括沿所述第一侧边缘(21)的第二段(21B)延伸的第一向外伸出边沿(41)，此第一向外伸出边沿(41)不与所述上游密封片(31)和下游密封片(32)中的任何一个相连；和

所述顶部(14)在所述第二侧边缘(22)的侧面上包括第二向外伸出边沿(42)，该第二向外伸出边沿(42)具有与所述下游密封片(32)相连并沿所述第二侧边缘(22)的第二和第三段(22B，22C)延伸的下游部分(44)，以及上游部分(43)，该上游部分从所述下游部分(44)延伸到所述上游密封片(31)，并相对于所述第二侧边缘(22)的第一段(22A)朝所述平台(20)的中间偏移。

2.根据权利要求1所述的叶片，其中所述第一向外伸出边沿(41)和第二向外伸出边沿(42)中的每一个均在其侧面上承载一层耐磨材料(41A，44A)。

3.根据权利要求1或2所述的叶片，其中所述第二向外伸出边沿(42)的上游部分(43)的高度小于所述下游部分(44)的高度。

4.一种涡轮机，其包括根据前述权利要求中任何一项所述的叶片(10)。