CN103375181B - 涡轮机组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及并公开一种涡轮机组件，包括转子轮和形成在转子轮中的周向槽，周向槽针对转子轮圆周包括均匀横截面形状。该组件还包括定位在周向槽中的第一环构件，第一环构件被构造成在燕尾附连部定位于周向槽中时防止燕尾附连部沿径向移动，其中燕尾附连部是涡轮机叶片的一部分。

Description

涡轮机组件

技术领域

本发明涉及涡轮发动机，并且更具体地涉及用于涡轮发动机的转子组件。

背景技术

涡轮机叶片或斗叶通常设计成用于沿周向方向安装在涡轮机转子轮上。斗叶典型地使用外部周向燕尾榫附连至涡轮机轮，外部周向燕尾榫包括轮周边上的周向凹槽或狭槽中的接收燕尾榫以及斗叶的基部或根部中互补的燕尾榫。为了将这些斗叶装载到轮上，轮的周边上切割有局部移除接收燕尾榫部分的凹口，从而在转子轮上的槽中形成大体矩形的开口。每一个斗叶都接着首先被放置在凹口开口中并且接着围绕轮沿周向移动。周向凹槽中的开口造成相对均匀的转子轮设计中的不连续性。因此，凹口开口能够成为转子轮中应力集中的来源并且能够导致转子寿命减少。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种涡轮机组件包括转子轮和形成在转子轮中的周向槽，周向槽针对转子轮的圆周包括均匀横截面形状。该组件还包括定位在周向槽中的第一环构件，第一环构件被构造成在燕尾附连部定位于周向槽中时防止燕尾附连部沿径向移动，其中燕尾附连部是涡轮机叶片的一部分。

根据本发明的另一个方面，一种涡轮机组件包括：转子轮；形成在转子轮中的周向槽，转子轮被构造成接收叶片；以及第一环构件和第二环构件，第一环构件和第二环构件定位在周向槽中，第一环构件和第二环构件定位在叶片的一部分的每一个侧面上，以在叶片定位于周向槽中时防止叶片沿径向移动。

通过下文结合附图的描述，这些和其它的优点以及特征将变得更加显而易见。

附图说明

被认为是本发明的主题在说明书结尾处的权利要求书中特别指出并且明确要求保护。通过下文结合附图的详细描述，本发明的上述和其它的特征以及优点是显而易见的，在附图中：

图1是根据实施例的转子轮和涡轮机叶片的透视图；

图2是图1中所示的涡轮机叶片和转子轮的透视图；

图3是图1和图2中所示的涡轮机叶片和转子轮的剖视图；

图4是根据实施例的包括锁定构件的涡轮机组件的透视图，该锁定构件被构造成防止叶片和环构件在转子轮中移动；以及

图5是图1中所示的涡轮机组件的一部分的透视图。

参照附图通过示例的详细描述解释了本发明的实施例以及优点和特征。

具体实施方式

图1是示例性涡轮机组件100的一部分的透视图，示例性涡轮机组件100包括转子轮102，转子轮102被构造成接收叶片104。叶片104包括燕尾销或附连部106，燕尾销或附连部106定位在转子轮102的周向槽108中。在实施例中，第一环构件110和第二环构件112被放置在周向槽108中，并且被构造成保持叶片104且在叶片104被放置于周向槽108中时防止叶片104沿径向移动。在一个实施例中，在安装叶片（包括叶片104）之前，转子轮102使第一环构件110和第二环构件112位于周向槽108中。环构件能够沿径向插入至槽中并且沿轴向滑动以与形成了周向槽108的轮侧面相配合。当定位在周向槽108中时，第一环构件110和第二环构件112形成开口122，从而使得能够将叶片和相应的燕尾附连部插入至周向槽108中。如下文所描述的，在插入至开口122中之后，叶片104沿周向槽108周向滑动，以允许围绕轮的圆周安装随后的叶片。

在实施例中，当叶片104安装在转子轮102中时，第一环构件110定位在周向槽108的第一侧壁114与燕尾附连部106的第一侧面116之间。类似地，当叶片104定位在周向槽108中时，第二环构件112定位在周向槽108的第二侧壁118与燕尾附连部106的第二侧面120之间。在实施例中，第一环构件110和第二环构件112分别与周向槽108的第一侧壁114和第二侧壁118相符合。如图所示，对于转子轮102整个圆周而言，周向槽108具有基本均匀的横截面形状。周向槽108的横截面形状可以具有任何合适的形状以接收一个或多个叶片以及一个或多个环构件。图示的周向槽108的实施例所具有的基本燕尾形状大于燕尾附连部106。

在实施例中，燕尾榫上的侧壁以及转子轮102上的侧壁可以具有不同的倾斜程度或轮廓，其中环构件侧壁所具有的轮廓与配合的轮或燕尾附连部轮廓互补。

周向槽108的基本均匀的横截面形状减少了在其它的转子轮实施例中可能发生的相对均匀的轮中的应力集中点。具体而言，第一环构件110和第二环构件112所提供的开口122和保持特性使得叶片能够保持在基本均匀的周向槽108中。在实施例中，第一环构件110和第二环构件112未附连、固定或联接至转子轮102。在其它实施例中，环构件110、112中的一个或多个附连至转子轮。此外，第一环构件110和第二环构件112可以均包括更多的形成环110和112的环构件。在一个示例性实施例中，第一环构件110包括多个构件部分，例如构件部分124。示例性环构件可以由2个、3个、5个、50个、直到由特定应用的标准所确定的任何合适数量的环部分形成。在另一个实施例中，环构件110和112中的每一个都由单个环构件形成。此外，根据应用，第一环构件110和第二环构件112的实施例的形状或几何形状都可以相同，或者可具有不同形状以符合期望的叶片装载模式。实施例降低了与转子轮上的叶片装载槽相关的应力集中并且有利于使用备选的成本较低的材料，从而降低成本。

燕尾周向槽108被典型地称为“周向进入”槽，原因在于叶片104的燕尾附连部106沿大体周向方向插入至槽中。本文中所描述的特征可大体应用于任何翼型件和盘界面。图1中所示的结构仅仅代表了覆盖不同类型的涡轮机的多种不同的盘和叶片设计。

如本文中所使用的，“下游”和“上游”是表示相对于工作流体流过涡轮机的方向的术语。这样一来，术语“下游”表示大体对应于工作流体的流动方向的方向，并且术语“上游”大体表示与工作流体的流动方向相反的方向。术语“径向”表示与轴线或中心线垂直的运动或位置。对相对于轴线处于不同径向位置的部件进行描述可能是有用的。在该情况下，如果第一部件定位成相比第二部件更靠近轴线，那么本文中可以这样陈述：第一部件相对于第二部件“沿径向向内”。另一方面，如果第一部件相比第二部件定位成更远离轴线，那么本文中可以这样陈述：第一部件相对于第二部件“沿径向向外”或者“处于外侧”。术语“轴向”表示与轴线平行的运动或位置。最后，术语“周向”表示围绕轴线的运动或位置。尽管下文的讨论的重点主要在于燃气涡轮机，但是所讨论的理念并不限于燃气涡轮机并且可以应用于任何合适的机械设备，其中包括蒸汽涡轮机、石油和天然气机械设备以及航空发动机。因此，本文中的讨论涉及燃气涡轮机实施例，但是可以应用于其它的涡轮机系统。

图2是安装有多个叶片的来自图1的涡轮机组件100的透视图。图示实施例示出了接收叶片104的转子轮102和周向槽108的一部分，在叶片104之后的是第二叶片200、第三叶片202和第四叶片204。在示例性组装过程中，第一环构件110和第二环构件112定位在周向槽108内并且沿轴向间隔开，以接收叶片。因此，在下一个组装步骤中，第一叶片104插入在开口122中并且沿周向槽108周向滑动，以使得能够将第二叶片200插入到开口122中。在第二叶片200插入到周向槽108中之后，第二叶片200也沿周向滑动，从而沿周向推动第一叶片104，以使得能够将第三叶片202及其燕尾附连部206放置到开口122中。在实施例中，重复基本类似的步骤以围绕转子轮102的整个圆周放置叶片。

图3是图1和图2中所示的涡轮机组件100的剖视图。实施例包括沿轴向间隔开以接收和固定燕尾附连部106的第一环构件110和第二环构件112。如图所示，叶片104包括翼型件300，翼型件300从燕尾附连部206延伸至涡轮机的热气体路径中。在多个实施例中，第一环构件110、第二环构件112和叶片104并不通过任何紧固件、粘结剂或者其它机构附连或联接至彼此。然而，在机器操作期间，叶片燕尾榫、环和轮将由于离心力而形成紧密接触。如图5中所示，例如突起部500的特征可以形成在周向槽108的每一个侧面中。突起部500防止第一环构件110和第二环构件112的周向移动并且使得叶片能够被接收在开口122内。由于环构件110、112使得周向槽108的制造公差具有更多灵活性，因此图示布置简化了制造过程。具体而言，环构件110、112被加工成接收叶片104，同时可以通过精确度较低并且因此成本较低的过程制造周向槽108，例如铸造或轧制。此外，周向槽108以及环构件110、112可以具有任何合适的几何形状以将叶片保持在槽内。

现在参照图4，涡轮机组件示为包括锁定构件400，锁定构件400将被放置在转子轮102的周向槽108中。在实施例中，锁定构件400被构造成将在闭合叶片被放置在周向槽108中之前被放置在周向槽108中。在插入闭合叶片之后，叶片组件可以沿周向移动，以将锁定构件400定位在环构件组之间的开口122中。锁定构件400所具有的形状使得当沿径向移动时，锁定构件400不再在间隙108（当放置了燕尾附连部时位于环之间）中滑动。因此，锁定叶片的锁定构件400以及螺钉402防止环构件沿周向移动。在一个实施例中，螺钉402布置在锁定构件400中并且被构造成旋转就位，以沿方向404径向延伸从而相对于周向槽108锁定闭合叶片以及环构件110、112的位置。螺钉402和锁定构件400可以均具有螺纹，以使得锁定构件沿径向移动。闭合叶片是在完成组装过程期间围绕转子轮104圆周放置的最后的叶片。在图示实施例中，叶片406是定位在叶片410与锁定构件400之间的闭合叶片。叶片406和410由第一环构件110和第二环构件112保持在周向槽108中，并且通过锁定构件400防止叶片406和410沿周向方向408移动。

图5是图1中所示的涡轮机组件100的一部分的详细透视图。该实施例示出了形成在转子轮102中的周向槽108。周向槽108包括位于槽的每一个侧面上的突起部500，其中突起部500（突起部500中仅有一个可见）被构造成在第一环构件110和第二环构件112定位于槽中之后防止第一环构件110和第二环构件112移动。突起部500定位成接近被构造成接收环构件的平滑拐角部分502与504之间的开口122。在多个实施例中，例如突起部、槽和脊的任何合适的特征都可以用于定位环构件并且防止环构件相对于周向槽移动。

尽管已经仅结合数量有限的实施例对本发明进行了详细描述，但是应当易于理解，本发明并不限于这种所公开的实施例。相反，能够将本发明修改成结合到目前为止并未进行描述但是与本发明的精神和范围相当的任何数量的改型、变型、替代或等同布置。此外，尽管已经对本发明的各个实施例进行了描述，但是应当理解，本发明的各个方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明并不被视为受到上文的描述的限制，而是仅仅通过所附权利要求的范围进行限定。

Claims (6)

1.一种涡轮机组件，所述涡轮机组件包括：

转子轮；

周向槽，所述周向槽形成在所述转子轮中，所述周向槽针对所述转子轮的圆周包括均匀横截面形状；

第一多个环构件，所述第一多个环构件定位在所述周向槽中，所述第一多个环构件被构造成在燕尾附连部定位于所述周向槽中时防止所述燕尾附连部沿径向移动，其中所述燕尾附连部是涡轮机叶片的一部分，所述第一多个环构件在所述第一多个环构件之间界定至少一个开口，所述至少一个开口构造成于所述燕尾附连部周向滑动至其在所述周向槽内的固定位置之前在径向方向上接收所述燕尾附连部；

第二多个环构件，所述第二多个环构件定位在所述周向槽中，所述第二多个环构件被构造成在所述燕尾附连部定位于所述周向槽中时防止所述燕尾附连部沿径向移动，所述第二多个环构件在所述第二多个环构件之间界定至少一个开口，所述至少一个开口构造成于所述燕尾附连部周向滑动至其在所述周向槽内的固定位置之前在径向方向上接收所述燕尾附连部；以及

锁定构件，所述锁定构件被构造成在闭合叶片被放置在所述周向槽中之前被放置在所述周向槽中，其中所述锁定构件被构造成通过螺钉沿径向延伸，以相对于所述周向槽锁定所述闭合叶片和所述第一多个环构件中的至少一个的位置。

2.根据权利要求1所述的涡轮机组件，其特征在于，所述第一多个环构件定位在所述周向槽的第一侧壁与所述燕尾附连部的第一侧面之间。

3.根据权利要求2所述的涡轮机组件，其特征在于，所述第一多个环构件与所述周向槽的所述第一侧壁相符合。

4.根据权利要求2所述的涡轮机组件，其特征在于，所述第二多个环构件定位在所述周向槽的第二侧壁与所述燕尾附连部的第二侧面之间。

5.根据权利要求4所述的涡轮机组件，其特征在于，所述第二多个环构件与所述第一多个环构件基本相同。

6.根据权利要求1所述的涡轮机组件，其特征在于，所述周向槽的横截面形状包括燕尾形状。