CN104508248A - 用于涡轮机的叶片环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于轴流式涡轮机的叶片环(44)，包括具有多个保持槽(21)和相应数量的叶片(27)的叶片承载件(46)，所述叶片的叶根装入保持槽(21)中，其中叶片(27)在其朝向保持槽(21)的槽底部(35)的下侧(33)处具有凹部(37)，其底面(59)至少部分地相对于保持槽(21)的槽底部(35)倾斜并且在所述凹部中分别设置有楔形的夹紧元件(47)以将叶根按压到承载侧(23)上。为了能够实现将叶片(27)无预应力地安装在保持槽(21)中并且为了提供能够在不具有螺旋连接部的情况下在运行时使用的叶片环(44)，提出，在每个凹部(37)中设有弹簧元件(55)，所述弹簧元件的弹力沿着保持槽(21)作用到所涉及的楔形的夹紧元件(47)上并且设有下述机构，借助于所述机构能将楔形的夹紧元件(47)为了将叶片(27)无预应力地安装在保持槽(21)中而暂时移入下述位置中，在所述位置中，叶根(31)以具有间隙的方式安置在保持槽(21)中。

Description

用于涡轮机的叶片环
技术领域
本发明涉及一种用于轴流式涡轮机的叶片环，所述叶片环包括叶片承载件，所述叶片承载件具有多个——带有承载侧的——用于叶片的保持槽和相应数量的叶片，所述叶片的与所述保持槽相对应地构成的叶根装入保持槽中，其中叶片在其朝向保持槽的槽底部的叶根下侧处具有凹部，所述凹部的底面至少部分地相对于保持槽的槽底部倾斜并且在所述凹部中分别设置有楔形的夹紧元件以将叶根按压到承载侧上。
背景技术
类似的主题例如从EP 1 892 380 A1中已知。根据其中所提出的压缩机转子叶片在转子上的固定，对于每个转子叶片设有两个在叶根下侧和保持槽的槽底部之间的楔形件。在此，两个楔形件的斜度相反。在端侧上张紧螺钉分别拧入楔形件中，借助于所述张紧螺钉一方面可以将叶根在保持槽的相应的承载侧上径向预紧的定位。另一方面，螺旋机构也用于沿着保持槽固定转子叶片。转子叶片的有弹性的固定通过能够在楔形件之下设有盘形弹簧的方式来实现。
然而，在此被认为不利的是，使用螺旋连接机构。由于相对粗糙的运行环境和产生的运行温度能够侵蚀这种螺旋连接机构，使得不能保证无问题的拆卸。
此外例如从EP 1 703 078 A1中已知的是，位于轴向的保持槽中的转子叶片通过应用锁定板来锁定以防止沿着保持槽的移动。在此，在叶根和保持槽之间锁定板位于槽底部。通过在锁定板上的凸起部，所述锁定板接合到根侧所设有的开口中。在叶片借助于锁定板移入并且周围的端部在根部的入口和出口侧弯曲之后达到形状配合的锁定。为了在运行时能够保证叶片在槽中足够预紧的安置，也必须在预应力下进行叶片的安装。在预应力下的安装造成不利的磨损并且磨损承载侧，这提高破裂危险。此外，在轴向穿流的压缩机的上游的级中，即在需要特别大的预应力的大的叶片中，叶片的在维修情况下的安装和拆卸是困难的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于涡轮机的叶片环，其中能够实现将叶片不借助于预应力地进而具有间隙地安装到叶片承载件的保持槽中，然而在运行时存在足够大的预应力，所述预应力可靠地避免例如也通过产生咔嗒声引起的损害材料的磨损。
针对轴流式涡轮机的叶片环的目的通过权利要求1的特征来实现。有利的设计方案在从属权利要求中给出。所述设计方案能够以任意方式进行彼此组合，只要这没有通过在权利要求中给出的参引而明确排除。
在根据本发明的用于轴流式涡轮机的叶片环中，所述叶片环包括叶片承载件，所述叶片承载件具有多个用于叶片的保持槽和相应数量的叶片，所述保持槽具有承载侧，所述叶片的与所述保持槽相对应地构成的叶根装入保持槽中，其中叶片中的至少一个，优选所有的叶片在其朝向保持槽的槽底部的叶根下侧处具有凹部，所述凹部的底面至少部分地相对于保持槽的槽底部倾斜并且在所述凹部中分别设置有楔形的夹紧元件以将叶根按压到承载侧上，提出，在每个凹部中设有弹簧元件，所述弹簧元件的弹力沿着保持槽作用到所涉及的楔形的夹紧元件上，其中凹部由第一侧壁和与所述第一侧壁相对置的第二侧壁限界，其中弹簧元件一方面支撑在第一侧壁上并且另一方面支撑在楔形的夹紧元件的钝的端部上，并且设有下述机构，借助于所述机构能将楔形的夹紧元件为了将叶片无预应力地安装在保持槽中而暂时移入下述位置中，在所述位置中，叶根无预应力地安置在所述保持槽中。
在安装状态中，弹簧元件将楔形的夹紧元件朝其尖的端部方向按压，由此结合凹部的倾斜的底面，力沿径向方向(相关于在轴流式涡轮机中的安装位置)作用到叶根上，所述力将叶根按压到保持槽的承载侧上。由此，造成转子叶片无间隙地并且同时预紧地固定在保持槽中。弹簧元件一方面支撑在凹部的第一侧壁上并且另一方面支撑在楔形的夹紧元件的钝的端部上。现在为了能够实现将叶片在保持槽中无预应力的安装或拆卸，需要设有下述机构，借助于所述机构楔形的夹紧元件能暂时地移入下述位置，在所述位置中与在已安装状态中相比楔形的夹紧元件的钝的端部更靠近第一侧壁。换言之：弹簧元件仅在拆卸或安装期间比其在已安装状态中更压缩。由于凹部的底面和楔形的夹紧元件的相应的倾斜，夹紧元件朝向第一侧壁的移动对于转子叶片撑紧在保持槽的承载侧上产生缓和的影响。由此得到沿着轴线从保持槽的槽底部朝向凹部底面的间隙，所述间隙存在以用于将叶片安装在保持槽中和从保持槽中拆卸，并且所述间隙能够实现在此期间叶片的期望的无预应力的操作。因此，也不需要用于将叶片压入槽中或从槽中移除的耗费的设备。
总的来说，由此得到更简单的且更快的安装过程和拆卸过程，这此外保证对于装配工的高的工作安全性。同时，弹力的大小能够通过不同的弹簧元件的简单的变化来实现。这尤其当弹簧元件构成为盘形弹簧或盘形弹簧组时实现。同时，叶片与叶片承载件的连接的公差能够下降到平均值，这能够实现部件的相对价格便宜的制造。
在运行期间，借助于这样的叶片环构成的轴流式涡轮机实现将所述预紧装置持续地配合到叶片的径向位置上。在由转子叶片环构成的情况下，在离心力的作用下在运行时，叶片占有其在保持槽中的最大径向位置。与其并行地，楔形的夹紧元件在弹簧元件的弹力作用下进一步压入在叶片下方。由此，即使在机器转速降低时保持叶片的特别高的预应力。这也限制相对大的叶片的相对运动并且减少在保持槽中的磨损。
根据第一有利的设计方案，弹簧元件构成为盘形弹簧或盘形弹簧组。同时，在第一侧壁中设有开口。同时在楔形的夹紧元件的钝的端部上设置有柱形销，所述柱形销不仅延伸穿过盘形弹簧或盘形弹簧组而且延伸到在侧壁中的开口中或延伸穿过开口。柱形销例如能够钉入设置在夹紧元件的孔中或在那固定地粘住。柱形销与设置在侧壁中的开口相结合地具有弹簧元件的引导功能和同时楔形的夹紧元件的锁定功能，由此能够使所述柱形销在安装期间不从凹部中不期望地跳出。
根据另一有利的改进方案，机构包括设置在第二侧壁中的螺纹孔，安装螺钉能从外部拧入所述螺纹孔中以将楔形的夹紧元件朝向第一侧壁移动。因此，在安装叶片之前首先将弹簧元件套在楔形的夹紧元件的柱形销上，随后紧接着将柱形销引入设置在第一侧壁中的开口中。同时，将楔形的夹紧元件置入设置在叶根下侧的凹部中。紧接着穿过在第二侧壁中存在的螺纹孔从外部暂时地拧入具有相应长度的螺纹杆的安装螺钉，借助于所述安装螺钉能够将楔形的夹紧元件朝第一侧壁的方向移动。在此移动必须是如此大的，使得楔形的夹紧元件完全地沉入凹部中进而能够实现将叶片借助于夹紧元件具有间隙地安装。紧接着，将这样制造的组件移入保持槽中。在组件进而叶片占用在保持槽中的预设的位置中之后，拧入第二侧壁中的安装螺钉能够再松开，由此楔形的夹紧元件通过弹簧元件朝第二侧壁方向按压。由于楔形的夹紧元件的倾斜的面和凹部的与其相关联的底面的倾斜的面，楔形的夹紧元件压入在槽底部和底面之间的变得更窄的空间中并且使楔形的夹紧元件贴靠两个面——槽底部和底面。然后，由此实现将叶根夹紧在保持槽的承载侧上。
代替在第二侧壁中的螺纹连接例如也能够设有卡扣式连接。
根据另一优选的设计方案，叶片分别借助于在叶根下侧和保持槽的与叶根下侧相对置的槽底部之间设置的板状的锁定元件通过下述方式锁定以防止沿着保持槽移动：使板状的锁定元件的端部从侧面贴靠在叶片承载件上。在应用这种轴向锁定方式时板状的锁定元件安置在槽底部和楔形的夹紧元件之间。
还优选的是，楔形的夹紧元件至少部分空心地构成。由此，沿预紧方向的叶片固定变得更有弹性并且附加地能够实现摩擦阻尼。
还特别优选地，叶片环是转子叶片环，使得叶片承载件构成为转子盘或轴并且叶片构成为转子叶片。然而，叶片环也适合于固定导向叶片。
特别优选的是，在轴向穿流的固定式燃气轮机的压缩机中应用所述叶片环。
附图说明
借助于其他实施例详细地阐述本发明的其他优点和特征。在此，在附图说明中给出其他的特征和优点。附图示出：
图1示出固定式燃气轮机的部分纵剖面；
图2示出贯穿根据第一实施例的在保持槽的区域中的叶片环连同装入其中的叶片的纵剖面；
图3示出根据图2的局部的侧视图；
图4示出保持槽连同装入其中的叶片的另一侧视图；以及
图5示出叶片环的第二实施例的类似于图2的纵剖面。
在所有附图中，相同的特征设有相同的附图标记。虽然，在下文中借助于燃气轮机压缩机的转子叶片环详细描述本发明，本发明也能够在其他涡轮机中使用。
具体实施方式
图1示出固定式燃气轮机10的部分纵剖面。燃气轮机10在内部具有围绕旋转轴线12转动地支承的转子14，所述转子也称作涡轮机转子。沿着转子14相继设有吸入壳体16、压缩机18、具有多个彼此旋转对称设置的燃烧器22的环面状的环形燃烧室20、涡轮机单元24和涡轮机输出壳体26。
压缩机18包括环形地构成的压缩机通道连同其中串联地相继设置的由转子叶片环和导向叶片环44构成的压缩机级。设置在转子14上的转子叶片17由转子盘承载并且以其自由终止的叶片尖部29与压缩机通道的外部的通道壁42相对置。压缩机通道经由压缩机输出扩散器36通到集气室(Plenum)38中。在所述集气室中设有具有与涡轮机单元24的环形的热气通道30连通的燃烧腔28的环形燃烧室20。在涡轮机单元24中设置有四个相继连接的涡轮机级32。在转子14上耦联有发电机或做功机器(未分别示出)。
在燃机轮机10运行时，压缩机18通过吸入壳体16吸入环境空气34作为待压缩的介质并且将其压缩。压缩的空气通过压缩机输出扩散器36引入集气室38中，从所述集气室中流入燃烧器22中。经由燃烧器22，燃料也到达燃烧腔28中。在此，燃料在添加压缩的空气的情况下燃烧为热气M。热气M紧接着流入热气通道30中，在此做功地在涡轮机单元24的涡轮机叶片上降低压力。在此期间释放的能量由转子14接收并且一方面用于驱动压缩机18并且另一方面用于驱动做功机器或发电机。
图2示出贯穿燃机轮机10的在轴向方向上延伸的保持槽21的区域中的转子14的转子盘19的剖面。由此，转子盘19是叶片承载件46，其中保持槽21沿着叶片承载件环周均匀地分布并且在此沿燃气轮机的轴向方向延伸。保持槽21的横截面(图3、图4)燕尾状地构成进而分别包括两个承载侧23，在所述承载侧上贴靠有叶片27的叶根31的相应地构成的贴靠面25。叶片27构成为转子叶片。
在叶根31的朝向保持槽21的槽底部35的下侧33上设有凹部37。凹部37由第一侧壁39和与第一侧壁39相对置的第二侧壁41限界。沿穿流压缩机18的介质的流动方向，第一侧壁39设置在流入侧上并且第二侧壁41设置在流出侧上。
在下侧33和槽底部35之间，板状的锁定元件43装入保持槽21中，所述锁定元件的端部纵向开槽。在由此在两侧上得到的连接板对中，在各个端部上不仅连接板45向外弯曲，还有连接板45(图3和4)向内弯曲，由此阻止在保持槽21中装入的叶片27移动。
在凹部37中设有具有尖的端部49和钝的端部51的楔形的夹紧元件47。在钝的端部51上设置有柱形销53，在示出的实施例中在所述柱形销上总共串联有四个盘形弹簧作为弹簧元件55。柱形销53延伸到设置在第一侧壁39中的开口57中。凹部37的底面59对应于楔形的夹紧元件47的在图2中示出的上面61的斜度相对于保持槽21的槽底部35倾斜。
此外，在第二侧壁41中设有螺纹孔63，所述螺纹孔——与开口57相同地——平行于保持槽21延伸。安装叶片27所需的安装螺钉65能够拧入螺纹孔63中，在图2中，借助于所述安装螺钉能够将楔形的夹紧元件47向左移动远至，使得其钝的端部51相对靠近第一侧壁39地定位。由此，楔形的夹紧元件47能够完全地沉入凹部37中。
此外，叶片27在保持槽21中的安装如下进行：首先使预制的板状的锁定元件43嵌入保持槽中。板状的锁定元件43在保持槽21的整个长度上延伸，其中在流入侧上或在流出侧上连接板45中的两个已经横向于其纵向延伸弯曲。在将叶片27移入保持槽21中时，向外弯曲的连接板45用作止挡。在板状的锁定元件43的另一端部上，暂且两个连接板45中的仅一个沿径向方向朝向机器轴线弯曲。接着将弹簧元件55放置到楔形的夹紧元件47的柱形销53上，并且共同装入开口57和凹部37中。然后，柱形销53接合到构成为长孔的开口57中。在楔形的夹紧元件47的倾斜的面61邻接于倾斜的底面59之后，紧接着将安装螺钉65拧入螺纹孔63中深至，使得将楔形的夹紧元件47朝相对置的侧、即沿朝第一侧壁39的方向按压，更确切地说按压远至，楔形底部67位于凹部之内。由此，能够保证无预应力地插入叶片27。紧接着，将叶片27借助于预紧的楔形的夹紧元件47移入保持槽21中。在将叶片27在保持槽21中对准之后，松开安装螺钉65并且取出组件。由此，楔形的夹紧元件47卸除安装螺钉的力负荷并且能够通过弹簧元件55的轴向力的作用将在保持槽21中的叶片27相对于保持槽的承载侧23按压进而预紧。最终，将板状的锁定元件43的至今为止不弯曲的连接板45沿远离机器轴线的径向方向弯曲，那么这锁定叶片27以防止从保持槽21中移出。对于必须将这样固定的叶片从保持槽21中取出的情况，以相反的顺序执行工作步骤。在弯曲连接板45之后，可将安装螺钉65拧入螺纹孔63中。由此，松开预紧机构并且使叶片27卸除负荷，据此所述叶片能够容易地从保持槽21中移出。
根据在图5中示出的第二实施方式，楔形的夹紧元件47能够至少部分空心地构成。空腔69造成弹性的预应力进而附加地造成摩擦阻尼。
总的来说，本发明涉及一种用于轴流式涡轮机的叶片环44，包括叶片承载件46，所述叶片承载件具有多个保持槽21和相应数量的叶片27，所述叶片的叶根31装入保持槽21中，其中叶片27在其朝向保持槽21的槽底部35的下侧33处分别具有凹部37，所述凹部的底面59至少部分地相对于保持槽21的槽底部35倾斜并且在所述凹部中分别设置有楔形的夹紧元件47以将叶根31按压到承载侧23上。为了能够实现将叶片27无预应力地安装在保持槽21中并且为了提供在运行中能够不借助于螺钉连接机构而使用的叶片环44，提出，在每个凹部37中设有弹簧元件55，所述弹簧元件的弹力沿着保持槽21作用到所涉及的楔形的夹紧元件47上，并且设有下述机构，借助于所述机构能将楔形的夹紧元件47为了将叶片27无预应力地安装在保持槽21中而暂时移入到如下位置中，在所述位置中，叶根31无预应力地安置在保持槽21中。

Claims (6)

1.一种用于轴流式涡轮机的叶片环(44)，包括叶片承载件(46)，所述叶片承载件具有多个用于叶片(27)的保持槽(21)和相应数量的叶片(27)，所述保持槽具有承载侧(23)，所述叶片的与所述保持槽(21)相对应地构成的叶根(31)装入所述保持槽(21)中，
其中所述叶片(27)中的至少一个，优选所有的叶片(27)，在其朝向所述保持槽(21)的槽底部(35)的叶根下侧(33)处具有凹部(37)，所述凹部的底面(59)至少部分地相对于所述保持槽(21)的所述槽底部(35)倾斜，并且在所述凹部中分别设置有楔形的夹紧元件(47)以将所述叶根(31)按压到所述承载侧(23)上，
其特征在于，
在每个凹部(37)中设有弹簧元件(55)，所述弹簧元件的弹力沿着所述保持槽(21)作用到所涉及的楔形的夹紧元件(47)上，
所述凹部(37)由第一侧壁(39)和与所述第一侧壁(39)相对置的第二侧壁(41)限界，
其中所述弹簧元件(55)一方面支撑在所述第一侧壁(39)上并且另一方面支撑在所述楔形的夹紧元件(47)的钝的端部(51)上，
并且设有下述机构，借助于所述机构能将所述楔形的夹紧元件(47)为了将所述叶片(27)无预应力地安装在所述保持槽(21)中而暂时移入如下位置中，在所述位置中，所述叶根(31)无预应力地安置在所述保持槽(21)中。
2.根据权利要求1所述的叶片环(44)，
其中所述弹簧元件(55)构成为盘形弹簧组并且在所述第一侧壁(39)中设有开口(57)，两个在所述楔形的夹紧元件(47)的钝的端部(51)上设置的柱形销(53)穿过所述开口延伸。
3.根据权利要求1或2所述的叶片环(44)，
其中所述机构包括设置在所述第二侧壁(41)中的螺纹孔(63)，安装螺钉(65)能够从外侧拧入所述螺纹孔中以使所述楔形的夹紧元件(47)能向所述第一侧壁(39)移动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的叶片环(44)，
其中所述叶片(27)分别借助于在叶根下侧(33)和所述保持槽(21)的朝向所述叶根下侧(33)的槽底部(35)之间设置的板状的锁定元件(43)通过使所述锁定元件的端部从侧面贴靠在所述叶片承载件(46)上的方式来锁定，以防止沿着所述保持槽(21)的移动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片环(44)，
其中所述楔形的夹紧元件(47)至少部分空心地构成。
6.一种用于固定式燃气轮机(10)的具有至少一个根据上述权利要求中任一项所述的叶片环(44)的压缩机(18)。
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