CN103726885B

CN103726885B - 在转子周向槽中的鼓轮叶片锁件

Info

Publication number: CN103726885B
Application number: CN201310596253.5A
Authority: CN
Inventors: C·里米
Original assignee: Safran Aero Boosters SA
Current assignee: Safran Aero Boosters SA
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2013-10-12
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-10-12
Also published as: EP2719866B1; CA2829460C; CN103726885A; RU2633308C2; US10066487B2; RU2013145607A; CA2829460A1; US20140105748A1; EP2719866A1

Abstract

本发明公开了在转子周向槽中的鼓轮叶片锁件。叶根楔入锁件在转子比如轴流式涡轮机压缩机的鼓轮的周向槽内。锁件的主体(32)包括实体部分(38)，其设计成容纳在槽中并具有两个对置的支承表面(40)和至少一个周向楔入表面(42)。主体(32)还包括具有基本垂直的细长腔形状的上部(36)，其设计为当锁件正确安装后与相邻叶片的平台的上表面齐平。这种腔(36)被截断(44)从而减少其沿垂直于圆周的方向、对应于转子旋转轴线的长度。因此锁件被容纳在狭槽中而不会缩小穿过通孔(34)的夹紧螺钉的直径。本发明还涉及装备有锁件的转子和涡轮机。

Description

在转子周向槽中的鼓轮叶片锁件

技术领域

本发明涉及轴流式涡轮机组的叶轮。更具体地，本发明涉及叶片在转子的周向槽中的锁定或夹紧问题。更具体地，本发明涉及这种槽中的叶片夹紧锁件。

背景技术

专利EP1801355A1示出了一种用于将叶片夹在周向槽中的锁件。在该文献中所解决的问题是这种锁件的定位，特别是在喷气式发动机的低压压缩机的一个或多个下游级中。实际上，由于鼓轮壳体这部分的倾斜面，螺钉的轴线基本上倾斜于该锁件的平均面，从而能基本上垂直于鼓轮的旋转轴线。这种结构导致在拧紧螺钉时该锁件自身的定位糟糕。所公开的方案本质上提供一种旋转支撑表面，锁件为了定位自身而能绕其在径向平面内枢转。

类似于之前的文献，专利FR2886336A1涉及一种叶片夹紧锁件。它解决的问题是将锁件保持在压缩机鼓轮的凹槽或周向槽中。本文所述锁件包括前后支撑表面，各自具有被设计为防止锁件周向滑动的凸起。

专利GB639320公开了一种在压缩机转子的周向槽中的叶片夹紧锁件。虽然该锁件具有两根超过锁件长度的螺钉，但是该文献没有解决调整每根螺钉上的拧紧作用力的问题，或者笨重的问题。

专利US2011/0116933A1也涉及用锁件将叶片夹在压缩机鼓轮的周向槽中。该文献的特殊性在于槽的两条唇缘中只有一条有缺口。所以该锁件具有对应设计的形状，也就是面朝所述槽的有缺口的唇缘是圆弧外形，而在相反的唇缘上是笔直外形。

在上面所述的部分文献中，所述锁件包括基本垂直的细长腔，腔上穿有孔，夹紧螺钉插入在该孔中。锁件就位时，该腔的上边缘的大小与叶片相邻平台的外表面对齐。锁件被拧紧时，该腔提供了肉眼检查锁件正确定位的这种简单而可靠的方式。

发明内容

为了减少涡轮发动机的重量并使其紧凑，需要缩小容纳叶根的周向槽的宽度。在这种情况下，之前所使用的锁件不能插入到周向槽中。出于机械方面和安全性方面的考虑，需设定最小螺钉直径。因此很难缩小锁件的尺寸。

本发明旨在提出一种减小和/或缩小轴流式涡轮机组的叶片转子的方案。更具体地，本发明旨在提供一种更紧凑的锁件。

本发明涉及一种用于叶根的锁件，叶根容纳在转子周向槽中，该槽具有相对侧，每一侧都具有凹陷的轮廓，该锁件包括：具有设计为径向地支承在周向槽的相对凹面上的两个对置的支承表面的主体；在两个支承表面之间沿轴线延伸并设计为容纳夹紧螺钉的通孔；被所述通孔穿过的、优选是圆柱形的上部；值得注意的是，所述上部被截断从而缩小其在基本垂直于所述孔的轴线的平面内的长度。

根据本发明的优选实施例，上部被截断从而使其沿槽宽度的长度缩短；也就是沿着对应于槽宽度的方向。

根据本发明的优选实施例，上部被截断从而使其长度沿大致对应于槽周向的方向缩短。更具体地，长度的缩短是沿大致垂直于所附叶片的平均翼弦的方向。

所述槽的截面基本上是六边形。

锁件主体的上部的截面可以是圆形、多边形或任何其他基本上对应于部分圆环的形状。它被截断这个事实导致截面的轮廓是开放的而不是封闭的。这就保持了最初的总体形状仍然是可辨认的。

当锁件装在槽中后，锁件的纵向在转子的径向平面内。

根据本发明的优选实施例，主体的截断上部至少在其沿槽的纵平面的上部上被截断，优选在其下部具有可展表面。

根据本发明的优选实施例，主体的截断上部沿其截面被截去一段为其平均外径的1/4到1/2之间的距离。

根据本发明的优选实施例，该孔包括距离主体截断上部的上边缘一定距离的螺纹部，从而在夹紧螺钉接合在该螺纹内时使它的头部在所述上边缘以下。

根据本发明的优选实施例，所述主体包括至少一个设计为与所述槽的相对侧之一上的对应缺口配合的楔形表面。

根据本发明的优选实施例，所述锁件包括与主体通孔中的螺纹配合的夹紧螺钉，所述螺钉具有直径大于螺钉的螺纹部分直径的头部，所述螺钉和主体的所述螺纹制造成使得该螺钉能定位在螺钉头部嵌入所述圆柱形上部中处于所述上部的上边缘下方的高度。

根据本发明的优选实施例，所述主体包括实心部分，优选具有大致倒T形的纵向截面，主体的截断上部直接附接在所述实心部分上，所述截断被限制在圆柱形上部。

根据本发明的优选实施例，在主体上部的截断部分上的通孔的形状实质上与所述实心部分的对应边缘相同。

根据本发明的优选实施例，所述通孔的纵轴线主要位于主体的横向中央平面的一侧上。

根据本发明的优选实施例，所述上部在两个相对侧被截断。

根据本发明的优选实施例，主体的所述上部沿着横切于槽的平面至少在其上部被截断。所述横切平面优选相对于垂直于槽的平面倾斜。

本发明还涉及一种轴流式涡轮机组叶轮，包括：带有至少一个周向槽的转子，所述槽具有相对侧，每一侧都具有凹陷的轮廓；带有叶根的叶片，叶根容纳在槽中并被机械地保持；至少一个在两相邻叶片之间装配在槽中的锁件，用于防止叶片沿槽滑动；其中所述锁件是根据本发明的锁件，夹紧螺钉支承在槽的底部。

根据本发明的优选实施例，在锁件任一侧上的两相邻叶片的每一个都包括在它们的相邻边缘上的平台，所述边缘具有与锁件主体的对应半个截断上部的轮廓配合的切口。

根据本发明的优选实施例，平台上切口的轮廓包括大于90°的第一圆弧部分和基本上垂直于切口边缘的第二笔直部分。

根据本发明的优选实施例，螺钉头部的一部分隐藏在两个相邻平台以下。

根据本发明的优选实施例，通孔的纵轴线实质上在相邻边缘之间延伸的平台的中央平面内。

本发明还涉及一种轴流式涡轮机组压缩机，包括叶片鼓轮，其中该鼓轮包括至少一个本发明的叶轮。

本发明的组件能缩小保持叶片的周向槽的宽度，但不缩小锁件的夹紧螺钉的直径。后者在缩短的同时保持它的楔入功能以及它的显示自身已经得以正确安装的功能。所得到的叶轮和涡轮机组的长度和重量能同时降低。

附图说明

图1是喷气式发动机的轴流式涡轮机组的示意性截面图，包括带有根据本发明的叶片转子的压缩机。

图2是图1的涡轮机组的低压压缩机的部分截面图，示出了鼓轮式转子和叶片在周向槽内的附接。

图3是带有周向槽的部分鼓轮的透视图，该槽被设计为形成根据本发明的叶片转子。

图4是根据本发明第一实施例的锁件的透视图，该锁件被设计为插入图3的槽中。

图5是根据本发明第一实施例在叶轮上形成叶片列的带平台的叶片组的透视图。

图6是图5沿6-6的截面图。

图7是图5沿7-7的截面图。

图8是根据本发明第二实施例在叶轮上形成叶片列的带平台的叶片组的平面图。

具体实施方式

图1示出了喷气式发动机2，基本上包括用于附接到飞机的机翼或机身的发动机舱4和容纳在发动机舱内的中央部分。固定臂6将中央部分和发动机舱连接。中央部分实质上包括支撑进气风扇10的转子8、形成低压压缩机12和高压压缩机14的多个叶片列。燃烧室16设置在高压压缩机14的下游，后面是涡轮机(turbine)18。这种结构是本领域技术人员公知的且不再详述。

作为图1中涡轮机组(turbomachine)的低压压缩机的部分截面图的图2示出了鼓轮式转子和转子叶片的附接。能看到转子叶片22包括容纳在各周向槽内的叶根24，用于将叶片保持在鼓轮上。这种类型的结构将结合图3进一步详细描述。

图3展示了图1和2所示类型的压缩机鼓轮的部分20，示出了一段用于叶片列的槽。所述槽26是周向的，并且在它的相对边缘之间形成适合用作接触面和用于保持叶根的空腔。每个边缘包括用于插入叶根的缺口30。这两个缺口面对面并构造为允许连续地插入每一个叶根。更具体地，每个叶根先通过朝着该槽的底部的基本径向的移动而插入，然后沿该槽滑动叶根，从而释放出供下一个叶片插入的空间，如此反复。

为了将叶片周向地夹在所述槽中，一个或多个锁件是必要的。为此，至少一个边缘包括至少一个缺口28，该至少一个缺口28设计为与容纳在两相邻叶根之间的槽中的锁件配合。优选地，且如图3所示，至少一个边缘包括两个彼此间隔的缺口28从而接合两个锁件。

图4展示了将定位在图3的槽26中并接合缺口28之一的根据本发明的锁件。锁件的主体32主要包括实心部分38和上圆柱部分36。实心部分38的轮廓在纵截面上是大致的倒T形。它包括两个对置的支承表面40，其设计为支撑在所述槽的相对的凹陷径向面上。这些表面可以对称或不对称。它们的轮廓是弧形或至少部分是相对于垂线倾斜的直线，这种斜面设计为使其能与槽的凹陷边缘的对应表面机械接合。平均斜度可在30°到90°之间。这些表面的至少一个可以具有大约90°的平均斜度，也就是说基本水平的轮廓。当对置的支承表面40非对称时，它们可以具有不同的斜度和/或不同的长度和/或相对于主体32定位在不同的高度。

至少一个支承表面40可包括设计为接合槽上一个或多个缺口28的凸起42。凸起42可以采取各种形式，但是要被设计为确保锁件和叶片沿槽的周向的楔入。锁件设计为当叶片装入槽中时，定位在两叶片之间。然后随叶片沿槽滑动直到所有的叶片都纳入所述槽中从而形成完整的叶片列。所述叶片列优选通过一个叶片接一个叶片地滑动而移动，直到锁件面朝它的缺口。然后拧紧穿过锁件主体32主体的夹紧螺钉(图4中不可见)以承靠在槽的底部上，并抬高锁件直到锁件楔入表面42与对应的缺口接合。由此叶片列不能移动。所述的楔入缺口相对于插入缺口(图3中的30)而定位，从而使最靠近所述插入缺口的叶根距离其一定距离，从而使它们正确地锚定在槽中。这导致叶片被适当地固定到鼓轮或转子。

锁件主体32的圆柱形上部36具有穿过主体的通孔34，以将锁件夹紧螺钉容纳在槽中。如图4所示，上圆柱形部分36被沿大致垂直的轮廓截断，该截断大致横切于与两支承表面对准的并可对应于转子旋转轴线的纵轴线。上圆柱形部分36的截断44构造为缩短所述部分在所述纵向或轴向上的长度。截断区域44的上部对应于横切平面。下部对应于由沿着弧形轮廓平行移动的直线产生的表面。能看到所述截断区域44和通孔34之间的分界形成一种下部靠近主体32的实心部分38的上边缘的U形。因此使主体的实心部分的上部的长度缩小到截断的圆柱形上部的最大程度。

锁件主体32的截断的圆柱形上部36设计成当该锁件完全插入槽中并接合一个或多个楔入缺口时与叶片平台齐平。它的上边缘用作表明锁件已正确安装了的视觉指示器。该特征将结合剩下的附图进一步描述。

然而，应当注意到，上截断部分的圆柱外形不是必要的。实际上，该部分可以具有其他形状，比如方形或矩形，只要它能至少部分地被螺孔贯穿，并具有大致平坦的上表面并与叶片的相邻于锁件的平台的上表面齐平安装。

图5是如图3中的安装在槽上的一部分叶片列的透视图，所述部分具有两个图4所示类型的锁件。每个叶片22包括平台46。这些平台，在接触或几乎接触时，形成一带，该带覆盖所述槽并形成限定经过涡轮机组的流体流的主流的内表面。叶片22的空气动力部分48在贴近平台处显示被切掉以正确地展示本发明的各元件。能看到两个截断上部36，每个所述上部位于两相邻叶片平台之间。因此在这一叶片列上有两个锁件。所述的平台46具有与锁件的所述可视上部的形状匹配的切口。更具体地，对于截断的圆柱形上部的情况，与所述上部匹配的每个平台46具有一切口，所述切口包括大致90°甚至100°或110°的第一圆弧部分，以及基本直线地直接连到第一部分并基本垂直于构成切口的平台边缘的第二部分。

图5也示出了形成在截断上部中的通孔内的夹紧螺钉50的头部。

图6是沿图5中6-6的截面图。截断的圆柱上部36形成基本垂直的细长空腔，用于可视地检查锁件的正确安装。它的上边缘与直接相邻的平台46的上表面齐平。当所述的螺钉部分地定位在该平台上时，具体地在右边缘处，螺钉头部50低于所述平台的下表面，并垂直于与锁件主体匹配的截断上部的切口的边缘。与头部相对的螺钉末端承靠在槽26的底部上。螺钉与锁件主体32内(优选)直接形成的螺纹接合。

图7是沿图5中7-7的截面图。锁件主体32的上部36的截断清晰可见。由于锁件主体的上部被截断，还能看到螺钉50部分地在平台46下方(图中靠右的部分)。从外侧接近螺钉头部的路径通常是不保证的。上部36的截断部分(图中左侧)可靠地确保锁件已经得以正确安装的视觉确认。

在之前的描述中，通孔和螺钉的轴线基本垂直地沿着安装锁件的叶轮的半径定向。但是，该轴线在实践中可以稍微地倾斜于该方向，特别是因为它在纵平面内的非对称定位。具有锁件主体的截断上部和其长度被缩短的事实导致所述上部在截断区域(图4中44)最低点的材料厚度明显小于相对区域。

图8是利用本发明第二实施例的锁件安装在图3所示的槽中的叶片列的部分平面图。图8用与之前图中相同的数字表示相同或相似的特征，但是这些数字都加上100。独有的数字用于表示该实施例中独有的特征。

转子叶片122包含翼面148，其具有相对于流动成锐角的弦。该锐角大于5°，优选大于15°，更优选地甚至大于30°。叶片122包括平行四边形的平台146以便于固定空气动力部分148。考虑到机械强度，限定在平台146上的周界152与每个叶片翼面148关联。这必须保持以保证叶片翼面148和槽之间的良好装配。

两个锁件132类似于图4中所示的那种。但是，它们的不同之处在于截断的圆柱形上部包括两个相对于圆柱轴线对置的截断。优选地，所述截断利用基本平行的截断平面形成，从上方看相对于槽的圆周方向倾斜。截断平面基本上平行于构成平台146的平行四边形的长边。

每个可见的截断圆柱形上部包括容纳在开口154中的两个弧136，开口由叶片122的平台146的边缘上的凹陷限定。孔154基本上是矩形并与平行四边形对齐。它们的宽度允许调节夹紧螺钉150。根据本发明的优选实施例，所述弧136的上表面与平台146的上表面齐平并略微凹陷，例如不到0.10mm。因此，弧136的上表面可以作为用于视觉检查锁件正确定位的标记，尤其是检查它们在槽中的高度。

所述两个截断提供了无需迫使翼面148彼此分开而使叶片122的周界152符合规定同时能在平台146之间插入锁件的优点。

Claims

1.轴流式涡轮机叶轮(2，12)，包括：

-转子(20)，转子(20)带有至少一个周向槽(26)，所述周向槽具有对置面，每个面都具有凹陷的轮廓；

-叶片(22)，其叶根通过机械接合而定位在所述周向槽(26)中；

-至少一个锁件，其容纳在两相邻叶片(22)的叶根之间的周向槽(26)中，防止叶片沿周向槽滑动，所述至少一个锁件包括：

主体(32)，其具有

-设计为径向地支承在周向槽的相对凹面上的两个对置的支承表面(40)；

-在两个支承表面(40)之间沿一轴线延伸并设计为容纳支承在周向槽(26)的底部上的夹紧螺钉(50)的通孔(34)；

-被所述通孔贯穿的上部(36)；

其中

所述上部(36)被截断(44)从而缩小其在基本垂直于所述通孔的轴线的平面内的长度；

其中在锁件任一侧上的两相邻叶片的每一个都包括在它们的相邻边缘上的平台(46)，平台具有切口，该切口与锁件主体(32)的对应的半个截断上部(36)的轮廓匹配；并且

其中夹紧螺钉(50)的头部的一部分隐藏在两个相邻平台(46)之下。

2.根据权利要求1的轴流式涡轮机叶轮(2，12)，其中所述上部被截断从而允许它沿周向槽宽度和/或在基本对应于周向槽圆周方向的方向上的长度缩短。

3.根据权利要求1或2的轴流式涡轮机叶轮(2，12)，其中主体(32)的上部(36)至少在其上部上沿所述周向槽的纵平面被截断。

4.根据权利要求3的轴流式涡轮机叶轮(2，12)，其中主体(32)的上部(36)在其下部上沿可展表面被截断。

5.根据权利要求1的轴流式涡轮机叶轮(2，12)，其中主体(32)的上部(36)在它外径的1/4到1/2的一部分截面上被截断。

6.根据权利要求1的轴流式涡轮机叶轮(2，12)，其中，所述通孔(34)包括与主体(32)的上部(36)的上边缘隔开一个距离的螺纹部，从而在夹紧螺钉(50)接合在该螺纹内时使它的头部处于所述上边缘之下的高度。

7.根据权利要求1的轴流式涡轮机叶轮(2，12)，其中所述主体(32)包括至少一个楔形表面(42)，该楔形表面(42)设计为与所述周向槽(26)的相对侧之一上的对应缺口(28)配合。

8.根据权利要求1的轴流式涡轮机叶轮(2，12)，其中其包括与主体(32)的通孔(34)中的螺纹配合的夹紧螺钉(50)，所述夹紧螺钉(50)具有直径大于夹紧螺钉的螺纹部分直径的头部，所述夹紧螺钉和主体的所述螺纹制造成使得该夹紧螺钉能定位成：夹紧螺钉头部嵌入所述主体(32)的上部(36)中处于所述上部的上边缘之下的高度。

9.根据权利要求1的轴流式涡轮机叶轮(2，12)，其中所述主体(32)包括实心部分(38)，主体(32)的上部(36)直接附接在所述实心部分(38)上，所述截断(44)被限制在所述上部(36)。

10.根据权利要求9的轴流式涡轮机叶轮(2，12)，其中所述主体的实心部分(38)具有大致倒T形形状的纵向截面。

11.根据权利要求9或10的轴流式涡轮机叶轮(2，12)，其中在主体(32)的上部(36)的截断(44)部分上的通孔(34)的形状实质上与所述实心部分(38)的对应边缘相同。

12.根据权利要求1的轴流式涡轮机叶轮(2，12)，其中所述通孔(34)的纵轴线主要位于主体的横向中央平面的一侧上。

13.根据权利要求1的轴流式涡轮机叶轮(2，12)，其中所述上部(36)是圆柱形的。

14.根据权利要求1的轴流式涡轮机叶轮(2，12)，其中平台(46)上切口的轮廓包括大于90°的第一圆弧部分和基本上垂直于切口边缘的第二笔直部分。

15.根据权利要求1的轴流式涡轮机叶轮(2，12)，其中通孔(34)的纵轴线实质上包含于在相邻边缘之间延伸的平台(46)的中央平面内。