CN103717840B - 用于涡轮机引擎的装有叶片的转子轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于涡轮机引擎的装有叶片的转子轮，所述转子轮包括：盘，其具有在其外周部形成的用于装配叶片的根部的至少一个槽；以及安装在每个叶片根部和所述槽的底部之间的间隔体（7）。间隔体（7）包括在适当位置是双稳态并且能够占据用于装配或拆卸的第一稳定位置和第二稳态位置的类型的至少一个元件（17），在所述第一稳定位置所述元件不在所述叶片根部上施加力，在所述第二稳定位置所述双稳态件在所述叶片根部上施加径向力。间隔体（7）还包括安装在所述槽的底部和所述叶片根部之间的至少一个弹性阻尼件（12）。

Description

用于涡轮机引擎的装有叶片的转子轮

技术领域

本发明涉及用于涡轮机引擎装有叶片的转子轮，且更特别涉及诸如航空器涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机之类的涡轮机引擎的风机轮。

背景技术

传统地，风机轮包括在其外周部承载叶片的盘，叶片具有根部，该根部结合在盘外周部中所形成的基本轴向的槽中。风机叶片通过它们根部的形状和盘中的槽的形状之间的协作而被径向保持在盘上，例如，叶片根部属于燕尾型。叶片间平台安装在风机叶片之间的盘上或者它们构成了盘的整体部分。通过示例在以本申请人的名义的文档FR2881174中描述了此类型的叶片。槽可以是直的或者是曲线的并且叶片根部和槽的内侧壁之间的接触面被称为“支承”面。

在它们根部和槽壁之间存在间隙的情况下安装叶片。为了减小此间隙，已经做出了在槽底部和叶片根部之间安装弹性间隔体的提议，因此保持叶片根部径向压抵盘的支承面。

间隔体需要是高精度的,以便确保在不完全被阻挡在会防止叶片根部形成通常抵靠槽的支承面的支承的位置中的情况下保持住叶片。

那种类型的转子轮呈现出下面阐述的缺点。

在引擎运行时转子轮的旋转促使大的离心力施加到叶片，由此把它们保持在它们的“操作”位置。通过示例，重量在大约4.5千克（kg）的风机叶片可以经受大于60（公）吨（t）的力。

特别对于风机轮而言，在把叶片装配在轮子上之后，可以测量在轮子旋转期间出现的任何不平衡。如果此不平衡大于确定的阈限，则拆卸和替换某些叶片以便减小该不平衡。

在没有间隔体的情况下，或者当间隔体未被给予足够的预加应力时，每次转子轮停止时，它占据不同的角位置，并且叶片可以在它们自己重量的作用下改变位置。在这样的环境下，由于叶片的位置，以及因而转子轮的不平衡，从一个启动至另一个是不同的，所以难于测量和减小任何不平衡。

另外，在每次启动引擎时发生的高负载下叶片小振幅运动促使叶片根部的装配槽内侧面耗损。这被称为“摩擦”耗损，并且它可以防止盘的和叶片的完整性被涡电流检查到，这进而可以导致盘和/或叶片废弃，甚至在它们实际上仍然可用的情况下也是如此。

此外，当风机叶片由组合材料制成时，它不可能在使叶片根部经受高应力时安装间隔体，这是由于根部不能够承受这样的应力。

以本申请人名义但尚未公开的专利申请FR11/54301描述了用于涡轮机引擎的装有叶片的转子轮，该转子轮包括盘和安装在叶片根部和该盘中的槽底部之间的间隔体。间隔体属于在适当的位置是双稳态的，并且它们中的每一个均可以占据用于装配或拆卸的第一稳定位置和第二稳定位置，在该第一稳定位置它们不在叶片根部上施加力，在第二稳定位置它们在叶片根部施加径向力以便保持叶片静止并且把它们稳定在最终位置。

那样，在这些间隔体处于第一位置时，能够把它们与叶片一起装配在盘的槽中，然后以足够间隔体和叶片占据它们最终位置的速度使盘旋转，在使每个间隔体变形以便从其第一位置转到其第二位置的情况下，叶片通过间隔体随后被保持在它们的最后位置，即使当盘正慢速地旋转或者停止时也是如此。

对于涡轮机引擎的低压或高压压缩机的转子轮而言，以处于范围2500转每分钟（rpm）至4000rpm的速度执行轮子的第一旋转，以便促使间隔体变形。同时地，叶片尖部以高速转动。此后，在不拆卸叶片的情况下以低速使转子轮平衡。

根据文档DE3236021还知道使用形状记忆间隔体。

对于大尺寸的叶片，诸如特别是风机叶片，文档FR11/54301中提出的解决方案呈现出下面阐述的缺点。

风机轮由具有其内侧面有耐磨材料的风机壳体围绕，叶片的径向外端与壳体内侧面齐平。

给定叶片大小，叶片径向外端可以在轮子第一旋转的时候相当大地移动。那些端于是使壳体的耐磨材料显著地恶化。

特别对于风机叶片而言，未设想到轮子在没有其外壳的情况下会移动旋转。

此外，在吸入显著尺寸的鸟或物品的情况下，风机叶片会经受促使它们倾斜的暴力撞击。这些撞击必须被抑止并且叶片的倾斜必须被限制。

不幸的是，在某些情况下，发现现有技术双稳态间隔体不能够抑止撞击能或者不能够限制叶片的移动。

最后，能够使用被制成单块的装有叶片的盘，在其中，通过机加工把叶片和盘制成在单个块中。

然而，该解决方案不适用于所有的转子，特别由于热应力、机械应力以及重量约束的原因，以及对于制造和对于维护这两者而言费用非常高。

发明内容

本发明的特别目的是提供一种简单、有效且廉价的针对上面指出问题的解决方案。

为此，本发明提供了用于涡轮机引擎的装有叶片的转子轮，该转子轮包括在其外周部形成有用于装配叶片根部的槽的盘，间隔体，其安装在每个叶片根部和槽的底部之间。该转子轮的特征在于，所述间隔体包括在适当位置是双稳态的并且可以占据用于装配或拆卸的第一稳定位置和第二稳定位置的类型的至少一个元件，在该第一稳定位置它不在叶片根部上施加力，在第二稳定位置它在叶片根部上施加径向力以便保持叶片静止并且把它稳定在最终位置，间隔体还包括安装在所述槽的底部和所述叶片根部之间的至少一个弹性阻尼件，所述叶片根部被设计成在所述双稳态件占据其第二位置之前靠在所述弹性阻尼件上。

在把间隔体就位之后，在槽底部和叶片根部之间弹性阻尼件被压缩以便在轮子的第一旋转之前保持住根部。一旦执行了第一旋转，双稳态件就处于其第二位置并且有效地把叶片保持在适当位置。

由于存在弹性阻尼件的原因，在此第一旋转期间叶片的任何移动被大大地限制了，由此避免了壳体的耐磨材料的恶化。

在通过鸟或固体引起的对叶片的撞击的情况下，双稳态件未必能够吸收该撞击的所有能量和限制叶片的移动，但是此功能能够通过弹性阻尼件来执行。

依据本发明的另一特性，间隔体包括细长形状的支撑体，其呈现至少第一区和第二区，在第一区中安装弹性阻尼件，在第二区中安装采用弹性条带形式的双稳态弹簧，该弹簧在该两个上面提及的位置之间是可变形的。

特别地，支撑体在其第二区呈现出通常U形的部分，其具有在面朝槽的底部旁边的基部，所述基部具有从其伸出的两个分支部，所述弹簧经由其端部被固定到所述分支部。

弹簧因此不能靠在槽的壁上，而是抵靠该支撑体。这避免了盘的任何太早的恶化。

优选地，弹簧包括配重。

可以对该配重定尺寸以便准确地调节旋转速度，在该旋转速度下发生从第一稳定位置至第二稳定位置的转变。

支撑体的分支部可以包括凹槽或槽口以便限制它们的挺度。

另外，双稳态件可以由通过机械的、热的或者电气的应力是可变形的形状记忆材料制成。

于是可以通过施加适当的应力把间隔体从第一稳定位置变形至另一稳定位置。

依据本发明的另一特性，双稳态件包括用于与促使它从第二稳定位置转到第一稳定位置的工具协作的装置，该支撑体包括用于穿过该工具的至少一个检修口。

于是操作者能够快速且容易地拆卸间隔体，特别当执行维护或者在有必要互换某些叶片以便减小不平衡的情况下也是如此。

弹性阻尼件可以采用弹性材料的至少一个衬垫的形式，例如弹性体的至少一个衬垫的形式。

此外，确定所述双稳态体的形状和质量，因此通过离心作用，例如，通过以大于2000rpm的速度旋转轮子，促使它从所述第一稳定位置转到所述第二稳定位置。

本发明还提供了一种装配和平衡上面规定类型的转子轮的方法，该发明的特征在于它包括下述步骤：

在装配位置把所述叶片和所述间隔体装配在所述盘的所述槽中；

以足够促使叶片通过离心作用移动到正常操作位置且促使每个双稳态件进入其第二稳定位置的速度来旋转所述轮子以便把所述叶片稳定在它们的操作位置；以及

例如通过拆卸和互换某些叶片，减小所述轮子的不平衡。

附图说明

在阅读借助非限制性示例以及参考附图所作出的下面描述时，能够更好地理解本发明并且本发明的其他细节、特征以及优点会显现出来，在附图中：

图1是本发明转子轮的片断截面图；

图2是本发明配合于转子轮的间隔体的透视图；

图3是在本发明一个实施例中包括弹性阻尼件的间隔体的一部分的透视图；

图4是在本发明变体实施例中对应于图3的视图；

图5是在本发明一个实施例中包括双稳态位置的元件的间隔体的一部分的透视图；

图6是图5中所示出的间隔体部分的横截面图；以及

图7是示出本发明变体实施例的、对应于图6的视图。

具体实施方式

图1示出了涡轮机引擎的装有叶片的转子轮的一部分，例如风机轮，风机轮包括具有在其外周部形成的多个基本轴向的槽2的盘1。

每个叶片3包括翼面4和结合在盘1的槽2中的燕尾根部5，该槽的形状与叶片根部的形状互补以便把叶片3径向保持在盘1上。叶片3还具有平台6，平台6是连续的以便限定流体流动通道的内侧面，并且径向位于叶片根部5和翼面4之间。

间隔体7安装在每个叶片根部和对应槽的底部之间。如在图2中更好地看出的,间隔体7包括基本上沿着盘1的和槽2的轴线A延伸的细长形状的支撑体8。在所示出的实施例中，间隔体7具有5个通用区，即，两个端部区9、中央区10、以及位于中央区10和端部区9中的相应一个区之间的两个中间区11。

弹性阻尼件安装在中央区10中和端部区9中的支撑体上。阻尼区是弹性体材料的衬垫12，例如乙烯丙烯二烯系单体（EPDM）的衬垫12或者硅树脂的衬垫12。

图3是示出本发明第一实施例中的间隔体7的中央区10的示图，在其中，通常矩形块形状的单个衬垫12安装在支撑体外侧面13上，面朝着叶片根部。

图4示出了另一实施例，在其中内部面14（面朝着槽2的底部）和外侧面13（面朝着叶片根部5）均与半圆柱形状的两个相应衬垫12配合，并且沿着间隔体7的轴线A定向。

自然地，可以设想其他配置，所示出的实施例仅仅是可能实施例的示例。

中间区11与在适当位置是双稳态的元件配合。

更特别地，在中央区11中的每一个中，支持体8呈现了通常为U形的部分，其具有基部15和弹簧17，该基部15在槽12的底部旁边并且从其突出两个分支部16，弹簧17采用弹性条带形式并经由其端部18被固定至分支部15。

弹簧17属于在适当位置是双稳态的类型，并且它们可以占据用于装配或拆卸的第一稳定位置和第二稳定位置，在该第一稳定位置它不在叶片根部5上施加力，在第二稳定位置它在叶片根部5上施加径向力以便保持叶片静止并且把它稳定在最终位置，如文档FR11/54301中所公开的。

配重19例如借助于螺杆或者通过压接法固定在弹簧17的中央区中。

弹簧17的和配重19的形状和质量以这样的方式确定：从第一稳定位置至第二稳定位置的转变通过当转子正以大于2000rpm的速度旋转时产生的离心作用自动产生。

弹簧17可以由呈现适当的并且与所述区域所达到的温度兼容的机械特性的金属材料制成。弹簧17还可以由通过机械的、热的或者电气的应力可变形的形状记忆材料制成。

在图2的实施例中，支撑体8的分支部16包括槽口20，例如垂直于轴线A延伸，以便根据需求调整支撑体8的分支部16的挺度。

在图5和6中所示出的另一实施例中，分支部16包括同样用于调整所述分支部16的挺度的凹口或凹槽21。通过示例，凹槽21可以定向成平行于轴线A或者与其垂直。

通过示例，弹簧17可以通过焊接或者通过任何其他固定方式固定到这两个分支部16（图2、5、6）。

通过示例，图7示出了一变体实施例，在其中，弹簧17的端部18朝着基部15弯曲并且通过嵌入在分支部16中而被固定。当弹簧17的和分支部16的材料不适合于执行焊接操作时这种情况会是特别优选的。

配重19具有沿着间隔体轴向定位的通孔22。支撑体8的端部9还包括检修口23（图2），检修口23允许工具经过因此工具的端部可以通过检查孔23插入至配重19中的孔22中以便将弹簧17从其保持叶片3的位置朝着其拆卸位置移动。

在一变体中，槽2可以是曲线的在这样的情况下，间隔体7在形状方面通常不再是直线的，而是呈现出通常曲线的形状，与槽2的形状匹配。

此外，区9、10和11的数目，以及因而双稳态元件的数目和阻尼件的数目，还有它们的相关布置，可以根据与重量和涉及的机械应力有关的约束条件而改变。

下面详细描述一种装配和平衡本发明的转子轮的方法。

首先，叶片3与间隔体7一起安装在盘1的槽2中。弹簧17于是处于它们的第一稳定位置，即，它们的装配和拆卸位置，并且它们不对叶片根部5施加任何力。在叶片根部5所施加的力下压缩衬垫12，其中例如衬垫12被变平大约0.1毫米（mm）至0.3mm。

此后，转子以足够通过离心作用使叶片3处于最终操作位置并且促使弹簧17中的每一个进入其第二稳定位置的速度旋转。通过示例，此旋转速度大约为2000rpm至3000rpm。

在此旋转期间，每个弹簧17从其第一稳定位置朝着其第二稳定位置变形，在其第二稳定位置每个弹簧17的中间区压抵对应的叶片根部5。

再者，在此旋转期间，衬垫12在某种程度上用于在叶片3被弹簧17保持之前把它们保持就位。在此转子的此第一旋转期间每个叶片3要移动的能力因而被大大限制，由此避免了损坏外壳体的耐磨材料。

在它们的第二稳定位置，弹簧17向叶片根部5施加径向朝外方向的力，其足以当转子空闲或者停止时把叶片3保持在它们的操作位置。此力被确定以便能够补偿叶片3的重量以及还有在启动涡轮机引擎时发生的惯性效应。

于是能够减慢或者停止转子的旋转，其中叶片3被保持并且被弹簧17稳定在它们的操作位置。

如果必要，于是还能够例如通过拆卸和互换叶片3中的一些叶片来减小转子的任何不平衡。为此，操作者可以在工具的帮助下朝着它们的拆卸位置移动弹簧17，如上面所提及的。间隔体7于是可以被自由抽回和重新装配。

在操作阶段期间，在由于吸入鸟或者固体而对一个或多个叶片3的撞击的情况下，衬垫12能够充分地抑止所述的叶片的移动，并且还能够吸收足够的能量以避免叶片损坏。

Claims (12)

1.一种用于涡轮机引擎的装有叶片的转子轮，所述转子轮包括：盘(1)，其具有在其外周部形成的用于装配叶片(3)的根部(5)的至少一个槽(2)；以及间隔体(7)，其安装在每个叶片根部(5)和所述槽(2)的底部之间，所述转子轮的特征在于，所述间隔体(7)包括在位置上是双稳态的并且占据用于装配或拆卸的第一稳定位置和第二稳定位置的类型的至少一个双稳态元件(17)，在该第一稳定位置双稳态元件(17)不在叶片根部(5)上施加力，在第二稳定位置双稳态元件(17)在叶片根部(5)上施加径向力以便保持叶片(3)静止并且把叶片根部(5)稳定在最终位置，间隔体(7)还包括安装在所述槽(2)的底部和所述叶片根部(5)之间的至少一个弹性阻尼件，所述叶片根部(5)设计成在所述双稳态元件(17)占据双稳态元件(17)的第二稳定位置之前靠在所述弹性阻尼件上。

2.依据权利要求1所述的转子轮，其特征在于，转子轮包括细长形状的支撑体(8)，支撑体(8)呈现至少第一区(9,10)和第二区(11)，在所述第一区(9,10)中安装所述弹性阻尼件，在所述第二区(11)中安装弹性条带形式的双稳态弹簧，在第一稳定位置和第二稳定位置之间所述双稳态弹簧是可变形的。

3.依据权利要求2所述的转子轮，其特征在于，所述支撑体(8)在支撑体(8)的第二区(11)中呈现出U形的部分，该U形的部分具有在所述槽(2)的底部旁边的基部(15)，所述基部(15)带有从基部伸出的两个分支部(16)，所述双稳态弹簧经由双稳态弹簧的端部被固定到所述两个分支部(16)。

4.依据权利要求3所述的转子轮，其特征在于，所述双稳态弹簧包括配重(19)。

5.依据权利要求3所述的转子轮，其特征在于，所述支撑体(8)的所述分支部(16)包括凹槽(21)或槽口(20)以便限制分支部(16)的挺度。

6.依据权利要求1所述的转子轮，其特征在于，所述双稳态元件(17)由通过机械的、热的或者电气的应力而可变形的形状记忆材料制成。

7.依据权利要求2所述的转子轮，其特征在于，所述双稳态元件(17)包括用于与促使双稳态元件(17)从所述第二稳定位置转到所述第一稳定位置的工具协作的装置(22)，所述支撑体(8)包括用于使所述工具通过的至少一个检修口(23)。

8.依据权利要求1所述的转子轮，其特征在于，所述弹性阻尼件采用至少一个衬垫(12)的形式，所述衬垫(12)由弹性材料制成。

9.依据权利要求1至8中任一项所述的转子轮，其特征在于，确定所述双稳态元件(17)的形状和质量，以便通过离心作用旋转转子轮，促使它从所述第一稳定位置转到所述第二稳定位置。

10.依据权利要求9所述的转子轮，其特征在于，离心作用通过以大于2000rpm的速度旋转转子轮。

11.一种装配和平衡依据权利要求1至10中任一项所述的转子轮的方法，所述方法的特征在于，它包括如下步骤：

在装配位置把所述叶片(3)和所述间隔体(7)装配在所述盘(1)的所述槽(2)中；

以足够促使叶片通过离心作用移动到正常操作位置且促使每个双稳态元件(17)进入双稳态元件(17)的第二稳定位置的速度来旋转转子轮以便把所述叶片(3)稳定在叶片(3)的操作位置；从而减小所述转子轮的不平衡。

12.依据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过拆卸和互换某些叶片(3)减小所述转子轮的不平衡。