CN103930652A - 一种用于涡轮发动机的转子轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到一种涡轮机(诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机)的叶轮，叶轮包括在其外周缘带肋(14)的转子盘(50)，肋(14)确定了轴向安装和径向保持叶片根部的腔(18)。环形唇部(48)包括环形轮缘(52)，环形轮缘向下游轴向延伸并向径向保持装置(70)内侧径向延伸，径向保持装置被形成为从盘(50)上游面轴向突出，以及密封装置(84)径向布置在叶片平台上游端和环形唇部(48)内。

Description

一种用于涡轮发动机的转子轮
技术领域
本发明涉及一种用于诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机的涡轮发动机的转子轮。
背景技术
通常，转子轮(例如，低压涡轮中的转子轮)包括转子盘，该转子盘的外周缘上带有齿，该齿确定了轴向安装和径向保持叶片根部的槽。叶片带有沿周向并排布置且确定用于流体流动的环形通道的内侧。
叶片还包括环形唇部，该环形唇部从平台大体轴向地向上游延伸以限制流体从环形通道流出。
金属叶片采用铸造工艺整体制成，唇部与平台和叶片根部一起成形。
采用铸造工艺制作叶片可以获得良好的尺寸公差，即，使获得的部件具有基本上符合技术要求的精确尺寸。然而，这种叶片很笨重。
为了解决这种缺陷，有人建议叶片可全部或部分地采用陶瓷基复合材料(CMC)制成。然而，采用陶瓷基复合材料制成的叶片的制作公差则大于采用铸造工艺制成的金属叶片的公差。此外，采用陶瓷基复合材料制作叶片是一种复杂的工艺，因为其使用编织技术且要求在平台水平的叶片上成形两层结构，一层构成形成流动通道和唇部的表面，另一层则用来防止叶片倾斜并提供下游搭接。在FR10/54163的专利申请中，申请人已经提出采用单独装配形式来制作唇部，为的是简化陶瓷基复合材料叶片的制作。在唇部和叶片平台之间布置密封装置，为的是避免泄漏，同时还调节陶瓷基复合材料叶片的制作公差。
在这种型式中，涡轮发动机运行时，唇部会在离心力作用下向外并抵靠在叶片平台的上游端，从而使得作用在叶片上的径向力的增加。
发明内容
本发明的一个具体目的是提供一种针对这个问题的解决方案，该方案简单、有效、成本不高。
为此，本发明提出了一种用于涡轮发动机(诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机)的转子轮，转子轮包括在其外周缘带齿的转子盘，该齿形成了用来轴向安装和径向保持叶片根部的槽，叶片包括沿周向端对端布置的平台，从而形成气流的环形流动通道；环形唇部向上游大体轴向延伸并安装在转子盘的上游面，以限制空气从环形通道流出；在环形唇部和叶片平台上游端部之间设有密封装置，转子轮的特征在于，环形唇部包括环形轮缘，环形轮缘从径向保持装置内侧向下游轴向延伸并向径向保持装置内侧径向延伸，径向保持装置用来将环形唇部保持在盘上，这些保持装置被设置为从盘上游面轴向突出，密封装置径向布置在叶片平台上游端和环形唇部内。
运行时，在盘上形成的环形唇部的径向保持装置确保叶片上游端不会受到环形唇部因离心作用而带来的附加径向力。
唇部在360°的范围内呈连续环形。同样，也完全可以采用多个端对端布置的不同扇形体形式以形成环，从而使得盘和唇部之间的差异膨胀得到良好补偿。
根据本发明的特性，在盘齿的径向外端和上游处形成径向保持装置。
根据本发明的另一个特性，唇部的环形轮缘包括大体圆柱形壁，圆柱形壁径向向外抵靠在径向保持装置上并在其下游端连接到径向环形壁上。
根据本发明的再一个特性，凸耳被形成为大体上在盘齿的基部从轮盘上游面轴向突出并面向唇部径向环形轮缘的径向内端。
在唇部安装到盘上时，且涡轮发动机也停止运行时，凸耳用来在盘上游面上定位环形唇部并径向保持它。这样，密封装置就相对于唇部和平台上游端而正确定位。
有利的是，唇部轮缘的径向环形壁包括至少一个防转动指状部，指状部径向向内突出并在两个相邻凸耳之间沿周向啮合，从而可以保证防止环形唇部在盘上转动。
根据本发明的一个特性，环形唇部包括向下游张开的环形槽，以便容纳密封装置，环形槽在内部由圆柱形壁和在外部由截头圆锥形环形壁形成，截头圆锥形环形壁的截面向下游逐渐增大。
在本发明的具体实施例中，密封装置包括径向插装在截头圆锥形壁和径向保持装置之间的O形环，径向保持装置从盘上游面突出，所述O形环适合在转子轮转动期间在离心力作用下径向向外移动，并适合压抵在截头圆锥形壁和平台上游端上。
O形环相对于唇部径向移动，这样，在离心力作用下，O形环可以正确地压抵在截头圆锥形壁和平台上游端上。
优选地，O形环呈大体三角形截面，包括截头圆锥形面和大体径向面，截头圆锥形面用来与唇部的截头圆锥形壁相接触，而大体径向面用来轴向压抵在叶片平台上游端的大体径向面上。
根据本发明的另一个特性，环形唇部通过固定到转子盘上的上游颊板轴向地夹固到转子盘上。
按已知的方式，颊板的内端带有防尘器(wiper)，其通过与一块耐磨材料配合而在布置在上游的静止喷管上形成迷宫式密封。
在本发明的优选实施例中，叶片采用陶瓷基复合材料(CMC)制成。
本发明还提供一种涡轮发动机，诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机，该发动机包括至少一个上述的转子轮，特别是在低压涡轮中。
附图说明
通过阅读以非限定示例并参照附图给出的如下说明，本发明的其它细节、特性和优点会显现出来，附图如下：
图1为现有技术转子轮的局部透视图；
图2为本发明的转子轮的轴向剖面示意图；
图3为本发明环形唇部的透视示意图；
图4为本发明环形唇部从上游看的透视示意图；以及
图5为图2虚线所示圆圈区域的轴向剖面示意图。
具体实施方式
图1示出了FR10/54163专利申请文件所介绍的转子轮10。转子轮10包括转子盘12，转子盘外周缘带有齿14，齿14确定了轴向安装和径向保持叶片根部18的鸠尾槽16(图3和图4)。齿14的下游端设置有钩部20，该钩径向向内弯曲。齿14的顶部呈大体平面。
涡轮盘12上也带有圆柱形轮缘22，该圆柱形轮缘22在径向位于鸠尾槽16底部和盘12内周缘之间的区域内轴向向下游延伸。在轮缘22内形成槽24，槽24的位置径向大体面向钩20。槽24和钩部20用来固定可制动叶片根部18的轴向止动装置(图中未示)。
叶片26带有径向延伸的叶型28和形成环形流体流动通道内侧的平台30，平台在叶型28基部处形成并连接到叶片26根部18上。
每个平台30具有相对于轴向方向倾斜的中央部分32，该部分通过径向向内弯曲的上游部分34而延伸。
叶片26的平台30并排布置，并设置有用来在其面对的周向侧边之间实现密封的装置。
转子轮10带有金属环形唇部36，金属环形唇部安装在盘12外周缘处转子盘12的上游面上。唇部36具有圆柱形壁38，圆柱形壁38与平台30上游端对齐向上游大体轴向延伸并用来限制任何流体自环形通道流出。唇部36还带有大体径向延伸的环形壁40，环形壁40用来抵压在转子盘12的上游面上。在唇部36和叶片26平台30上游端之间设有密封装置42。
这些密封装置包括安装在唇部36槽44内的O形环42，该槽包括其截面为截头圆锥形壁46，该截面向下游展开以便O形环就从上游向下游抵压在平台30的上游边缘34上。
在涡轮发动机工作时，唇部36在离心作用下向外并通过O形环42而顶在平台30的上游边缘34上，从而增加了作用在叶片26上的径向力。
本发明通过唇部48的装置提供了一种针对这个问题的解决方案，所述唇部在工作时径向向外抵靠在所形成的径向保持装置上，以从盘50的上游面突出。
在所示实施例中，唇部48带有环形轮缘52，环形轮缘52带有大体圆柱形壁54，大体圆柱形壁54在其下游端连接到径向向内延伸的环形壁56上(图2和图3)。径向环形壁56带有至少一个径向向内突出的防转动指状部58(图4)。唇部48还带有第二圆柱形壁60，该壁在布置在上游的定子喷管66的两个静止环形部分62和64之间向上游轴向延伸，从而限制空气从环形通道通过(图2和5)。
唇部48的环形轮缘52的圆柱形壁54与截头圆锥形壁68配合,后者的截面向下游逐渐增大,以及它们一起形成了向下游张开的环形槽。
径向保持装置包括在盘50的齿14的径向外端和上游处形成的突舌70。这些突舌70在轮盘50的齿14上构成了额外厚度且它们从盘50的上游面轴向突出。盘50的每个齿14带有凸耳72，凸耳72大体上在齿的基部形成且面对唇部48环形轮缘52径向环形壁56的径向内端。
当唇部48在下游轴向地啮合在盘50的上游面上时，环形轮缘52被容纳在突舌70和凸耳72之间，凸耳72自盘50上游面突出，从而将唇部48定位在盘50上。运行时，唇部48被盘50的突舌70径向保持，而不再被平台上游边74保持，从而用来减小作用在叶片上的径向力。此外，径向环形壁56的指状部58沿周向置放在盘50的两个相邻凸耳72之间，这样，就防止了唇部48在盘50上转动。唇部48被颊板76紧紧顶在转子盘50的上游面上，颊板76通过螺栓固定到盘50的径向凸缘78上。在其内端，颊板76带有防尘器80，防尘器80与喷管66的耐磨材料块82一起构成迷宫式密封(图2)。
密封装置84插装在盘50齿14的突舌70和唇部48截头圆锥形壁68之间。
在所示实施例中，密封装置包括呈大体三角形截面的O形环84，该三角形截面包括截头圆锥形面86和另一面88，截头圆锥形面86面向唇部48截头圆锥形壁68而大体径向定位，而另一面88呈径向且面向平台上游边74对应的径向面定位。
当涡轮发动机运行时，O形环84在离心力作用下沿截头圆锥形壁68移动，直到其被压抵在平台上游边缘74上(图3和图5)。
由于是采用陶瓷基复合材料制作叶片的方法，O形环84能充分变形以调节尺寸公差。
O形环还可为开口式，以便在离心力作用下更容易地膨胀。
每个平台的上游边缘74包括尖部90，尖部90大体径向向内延伸并在平台边缘74大体中间部分内形成。当叶片根部18轴向安装在槽16内时，平台的每个尖部90轴向啮合在盘50的两个相邻突舌70之间。平台的每个上游边在平台尖部90两侧带有两个侧向部分92，这两个侧向部分面向盘50突舌70按预定间隙径向定位。这些侧向部分92用来抵靠在盘50的突舌70上，为的是限制叶片沿周向倾斜(图3)。
当唇部48采用分段布置时，每个唇部段可以包括防转动的指状部58，指状部58与盘50的凸耳72周向地配合。

Claims (11)

1.一种用于诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机的涡轮发动机的转子轮，该转子轮包括在其外周缘带有齿(14)的转子盘(50)，所述齿(14)确定了轴向安装和径向保持叶片根部的槽(18)；叶片包括沿周向端对端布置的平台，以确定气流的环形流动通道；环形唇部(48)向上游大体轴向延伸并安装在盘(50)上游面上，以限制空气从环形通道流出；在环形唇部(48)和叶片平台上游端之间提供有密封装置(48)，转子轮的特征在于，环形唇部(48)包括环形轮缘(52)，环形轮缘(52)从径向保持装置(70)的内侧向下游轴向延伸并向径向保持装置(70)内侧径向延伸，径向保持装置(70)用来将环形唇部(48)保持在盘(50)上，这些保持装置(70)被设置为从盘(50)上游面轴向突出，密封装置(84)径向布置在叶片平台上游端和环形唇部(48)内。
2.根据权利要求1所述的转子轮，其特征在于，在盘(50)齿(14)的径向外端和上游处形成径向保持装置(70)。
3.根据权利要求1或2所述的转子轮，其特征在于，唇部(48)的环形边缘(52)包括大体圆柱形壁(54)，该圆柱形壁(54)径向向外抵靠在径向保持装置(70)上并在其下游端连接到径向环形壁(56)上。
4.根据权利要求3所述的转子轮，其特征在于，凸耳(72)被形成为大体上在盘(50)的齿(14)的基部从盘(50)上游面轴向突出且面向唇部(48)径向环形轮缘(52)的径向内端。
5.根据权利要求4所述的转子轮，其特征在于，唇部(48)的轮缘(52)的径向环形壁(56)包括至少一个防转动指状部(58)，该指状部径向向内突出并沿周向啮合在两个相邻凸耳(72)之间。
6.根据权利要求3到5任一项所述的转子轮，其特征在于，环形唇部(48)包括向下游张开以容纳密封装置的环形槽，槽在内部由圆柱形壁(54)和在外部由截头圆锥形环形壁(68)构成，截头圆锥形壁的截面向下游逐渐增大。
7.根据权利要求6所述的转子轮，其特征在于，密封装置包括径向插装在截头圆锥形壁(68)和从盘上游面突出的径向保持装置(70)之间的O形环(84)，所述O形环(84)适合在转子轮转动期间在离心力作用下径向向外移动并压抵在截头圆锥形壁(68)和平台上游端上。
8.根据权利要求7所述的转子轮，其特征在于，O形环(84)呈大体三角形截面，并包括用来与唇部(48)截头圆锥形壁(68)接触的截头圆锥形面(86)和用来轴向压抵在叶片平台上游端径向面上的大体径向面(88)。
9.根据前面任一项权利要求所述的转子轮，其特征在于，环形唇部(48)通过固定到转子盘上的上游颊板(46)轴向地夹固在转子盘(50)上。
10.根据前面任一项权利要求所述的转子轮，其特征在于，叶片采用陶瓷基复合材料制成。
11.一种涡轮发动机，诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机，包括至少一个根据前面任一项权利要求所述的转子轮，特别是在低压涡轮内。
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