CN105264173A - 具有流体移除槽道以提升主轴螺栓的寿命的转子盘 - Google Patents

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Abstract

公开了被配置为减少在燃气涡轮发动机(16)的主轴螺栓(12)出现断裂的可能性的转子盘(10)。主轴螺栓(12)轴向地延伸通过转子盘(10)以保持转子组件(14)在燃气涡轮发动机(16)中就位。转子盘(10)可以从具有多个周向定位的主轴螺栓孔(20)的转子盘主体(18)形成，这些主轴螺栓孔(20)的尺寸被设置为将主轴螺栓(12)容纳在每个主轴螺栓孔(20)以内。一个或多个也可以被称为圆齿孔的释放槽道(22)可以从主轴螺栓孔(20)中的一个主轴螺栓孔径向向外延伸。释放槽道(22)可以促进从主轴螺栓(12)与形成主轴螺栓孔(20)的表面之间的空间除去冷凝和碎片，并且可以被配置为阻止空气通过释放槽道(22)进入并且到主轴螺栓(12)与形成主轴螺栓孔(20)的表面之间的空间中。

Description

具有流体移除槽道以提升主轴螺栓的寿命的转子盘
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年6月5日递交、申请号为61/831,470的美国临时专利申请的权益，其整体被结合于本文中。
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机中的主轴螺栓，更具体地，涉及用于降低主轴螺栓在燃气涡轮发动机的使用期间断裂的可能性的系统。
背景技术
涡轮发动机很容易经受主轴螺栓断裂。主轴螺栓故障往往发生在不同的发动机中的相似位置。广泛的分析表明，该故障是由于微动疲劳以及水和碎片一起在螺栓断裂背后增强。通常在微动疲劳下开始的微动裂纹在碎片的存在下生长。微动裂痕在高周疲劳(HCF)负载下传播并且最终主轴螺栓在由于轴螺栓预加载造成的张力下断裂。
发明内容
公开了被配置为减少在燃气涡轮发动机的主轴螺栓出现断裂的可能性的转子盘。主轴螺栓轴向地延伸通过转子盘以保持转子组件在燃气涡轮发动机中就位。转子盘可以从具有多个周向定位的主轴螺栓孔20的转子盘主体形成，这些主轴螺栓孔的尺寸被设置为将主轴螺栓容纳在每个主轴螺栓孔以内。一个或多个也可以被称为圆齿孔(scallop)的释放槽道可以从主轴螺栓孔中的一个主轴螺栓孔径向向外延伸。释放槽道可以促进从主轴螺栓与形成主轴螺栓孔的表面之间的空间除去冷凝和碎片，并且可以被配置为阻止空气通过释放槽道进入并且到主轴螺栓与形成主轴螺栓孔的表面之间的空间中。
在至少一个实施例中，转子盘可以从具有多个周向定位的主轴螺栓孔20的转子盘主体形成，这些主轴螺栓孔的尺寸被设置为将主轴螺栓容纳在每个主轴螺栓孔以内。至少一个释放槽道可以从主轴螺栓孔中的一个主轴螺栓孔径向向外延伸，其中释放槽道具有径向向外移动的减小的横截面面积。释放槽道可以跨至少一个释放槽道的长度具有其宽度的一半的横截面面积上的减小。在至少一个实施例中，释放槽道可以具有10毫米的内半径以及5毫米的外半径。释放槽道可沿周向从主轴螺栓孔偏移。特别地，在至少一个实施例中，释放槽道可沿周向从主轴螺栓孔偏移大约五度与大约十度之间。在又一实施例中，释放槽道可沿周向从主轴螺栓孔偏移大约7.5度。在至少一个实施例中，可以存在围绕转子盘主体彼此等距离隔开的多个释放槽道。
在至少一个实施例中，释放槽道的纵向轴线可以是非线性的，并且非正交于从转子盘的中心点延伸的径向延伸的轴线。释放槽道的内开口可以在转子盘的旋转方向上从外开口提前。释放槽道的纵向轴线可以相对于从转子盘的中心点延伸的径向延伸轴线被定位在55度与85度之间。在至少一个实施例中，释放槽道的纵向轴线可以相对于从转子盘的中心点延伸的径向延伸轴线被定位在70度。转子还可以包括将主轴螺栓孔中的至少一个主轴螺栓孔置于与至少一个释放槽道流体连通的圆周槽。释放槽道还可以包括与释放槽道的外端流体连通的喷嘴，其中喷嘴的径向外端具有比释放槽道的外端更小的横截面面积。释放槽道可以具有弯曲的纵向轴线。转子还可以包括被耦合到与主轴螺栓孔相邻的密封盘面的凸台，以防止冷凝进入主轴螺栓孔。
在涡轮发动机操作的使用期间，冷凝形成在主轴螺栓与形成主轴螺栓孔的表面之间的空间中。在主轴螺栓与形成主轴螺栓孔的表面之间的空间中也收集碎片。随着转子盘旋转，离心力致使冷凝向外迫使到圆周槽中，其中冷凝和碎片流到释放槽道中并且通过外开口被排放出转子盘主体。
附图说明
包含在说明书中并形成说明书的一部分的附图示出了目前公开的发明的实施例，并且与描述一起公开了本发明的原理。
图1是燃气涡轮发动机和具有延伸穿过其中的主轴螺栓的转子组件的部分横截面示图。
图2是具有还可以被称为圆齿孔的释放槽道的并且移除了主轴螺栓的转子组件的转子盘的端部示图。
图3是没有释放槽道的转子组件的部分横截面示图。
图4是具有使得空气能够径向向内流的释放槽道的转子组件的部分横截面示图。
图5是定位于接近主轴螺栓的释放槽道的部分横截面示图。
图6是具有偏移释放槽道的并且移除了主轴螺栓的转子组件的转子盘的端部示图。
图7是具有偏移释放槽道的并且移除了主轴螺栓的转子组件的转子盘的细节示图。
图8是具有偏移释放槽道的并且移除了主轴螺栓的转子组件的转子盘的另一细节示图。
图9是释放槽道和释放切口的部分的细节示图。
图10是具有包括喷嘴的偏移释放槽道的并且移除了主轴螺栓的转子组件的转子盘的细节示图。
图11是具有包括喷嘴的偏移释放槽道的并且移除了主轴螺栓的转子组件的转子盘的另一细节示图。
图12是具有也是歪斜的以充当喷嘴的偏移释放槽道的并且移除了主轴螺栓的转子组件的转子盘的可替代实施例的端部示图。
图13是具有圆齿孔的并不示出水渍痕的螺栓。
具体实施方式
如图1至13所示，公开了被配置为减少在燃气涡轮发动机18的主轴螺栓12出现断裂的可能性的转子盘10。主轴螺栓12轴向地延伸通过转子盘10以保持转子组件14在燃气涡轮发动机16中就位。转子盘10可以从具有多个周向定位的主轴螺栓孔20的转子盘主体18形成，这些主轴螺栓孔20的尺寸被设置为将主轴螺栓12容纳在每个主轴螺栓孔20以内。一个或多个也可以被称为圆齿孔的释放槽道22可以从主轴螺栓孔20中的一个主轴螺栓孔径向向外延伸。释放槽道22可以促进从主轴螺栓12与形成主轴螺栓孔20的表面之间的空间除去冷凝和碎片，并且可以被配置为阻止空气通过释放槽道22进入并且到主轴螺栓12与形成主轴螺栓孔20的表面之间的空间中。
释放槽道22可以具有从在转子盘主体18径向向外移动的减小的横截面面积。这样的配制致使空气通过释放槽道22的外开口24进入到释放槽道22中以随空气向内开口26移动而减小速度。在一个实施例中，释放槽道22可以跨释放槽道22的长度具有其宽度的一半的横截面面积上的减小。释放槽道22可以具有10毫米的内半径以及5毫米的外半径。
如图6-8、10和11所示，释放槽道22可以沿周向从主轴螺栓孔偏移。释放槽道22可沿周向从主轴螺栓孔20偏移大约5度与大约10度之间。释放槽道22可沿周向从主轴螺栓孔20偏移大约7.5度。偏移的释放槽道22可以消除碎片和水微粒在主轴螺栓12的表面上的吹回，这在释放槽道22与主轴螺栓孔20一致时会发生。
如图12所示，释放槽道22的纵向轴线28可以是非线性的，并且非正交于从转子盘10的中心点32延伸的径向延伸的轴线30。弯曲的释放槽道22可以从螺栓孔20延伸到释放槽道22并且可以允许水从螺栓孔20离开到释放槽道22中。弯曲的释放槽道22还消除空气、水和碎片颗粒在主轴螺栓12上的直接吹回。释放槽道22的内开口26可以在转子盘10的旋转34的方向上相对于外开口24提前。释放槽道22的纵向轴线28可以相对于从转子盘10的中心点32延伸的径向延伸轴线30被定位在55度与85度之间。释放槽道22的纵向轴线28可以相对于从转子盘10的中心点32延伸的径向延伸轴线30被定位在70度。如图12中所示的释放槽道42也可被机器弯曲以模拟泵叶轮，并增大水去除的效力。
转子盘10可以包括将主轴螺栓孔20的至少一个置于与至少一个释放槽道22流体连通的圆周槽36。释放槽道22可以包括围绕转子盘主体18彼此等距离隔开的多个释放槽道22。转子盘还可以具有凸台40或槽道，以防止水在第一时间进入主轴螺栓12与主轴螺栓孔20之间的空间，如图1所示。
如图9至12所示，释放槽道22可以包括与释放槽道22的外端44流体连通的喷嘴38。喷嘴38的径向外端46可以具有比释放槽道22的外端44更小的横截面面积。由此，喷嘴38形成了跨释放槽道22的负压降，其充当水泵以更有效地吸取冷凝和碎片而不引入任何附加的空气流。
在使用期间，冷凝形成在主轴螺栓12与形成主轴螺栓孔20的表面之间的空间中。在主轴螺栓12与形成主轴螺栓孔20的表面之间的空间中也收集碎片。
随着转子盘旋转，离心力致使冷凝向外迫使到圆周槽36中，其中冷凝和碎片流到释放槽道22中并且通过外开口24被排放出转子盘主体18。在操作期间产生的力在图3和图4中示出。
上述被提供用于图示说明、解释和描述本发明的实施例的目的。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对这些实施例的各种修改和适配对本领域技术人员而言将是显而易见的。

Claims (15)

1.一种涡轮发动机(16)的转子盘(10)，其特征在于：
转子盘主体(18)具有多个周向定位的主轴螺栓孔(20)，所述主轴螺栓孔(20)的尺寸被设置为将主轴螺栓(12)容纳在每个主轴螺栓孔(20)以内；以及
至少一个释放槽道(22)从所述主轴螺栓孔(20)中的一个主轴螺栓孔径向向外延伸，其中所述至少一个释放槽道(22)具有径向向外移动的减小的横截面面积。
2.根据权利要求1所述的转子盘(10)，其特征在于，所述至少一个释放槽道(22)跨所述至少一个释放槽道(22)的长度具有所述释放槽道(22)的宽度的一半的横截面面积上的减小。
3.根据权利要求2所述的转子盘(10)，其特征在于，所述至少一个释放槽道(22)具有10毫米的内半径和5毫米的外半径。
4.根据权利要求1所述的转子盘(10)，其特征在于，所述至少一个释放槽道(22)从所述主轴螺栓孔(20)周向地偏移。
5.根据权利要求4所述的转子盘(10)，其特征在于，所述至少一个释放槽道(22)从所述主轴螺栓孔(20)周向地偏移大约五度与大约十度之间。
6.根据权利要求4所述的转子盘(10)，其特征在于，所述至少一个释放槽道(22)从所述主轴螺栓孔(20)周向地偏移大约7.5度。
7.根据权利要求1所述的转子盘(10)，其特征在于，所述至少一个释放槽道(22)的纵向轴线(28)是非线性的，并且非正交于从所述转子盘(10)的中心点(32)延伸的径向延伸的轴线(30)。
8.根据权利要求7所述的转子盘(10)，其特征在于，所述至少一个释放槽道(22)的内开口(26)在所述转子盘(10)的旋转(34)的方向上从外开口(24)提前。
9.根据权利要求7所述的转子盘(10)，其特征在于，所述至少一个释放槽道(22)的所述纵向轴线(28)相对于从所述转子盘(10)的所述中心点(32)延伸的所述径向延伸的轴线(30)被定位在55度与85度之间。
10.根据权利要求7所述的转子盘(10)，其特征在于，所述至少一个释放槽道(22)的所述纵向轴线(28)相对于从所述转子盘(10)的所述中心点(32)延伸的所述径向延伸的轴线(30)被定位在70度。
11.根据权利要求1所述的转子盘(10)，其特征在于，圆周槽(38)将所述主轴螺栓孔(20)中的至少一个主轴螺栓孔置于与所述至少一个释放槽道(22)流体连通。
12.根据权利要求1所述的转子盘(10)，其特征在于，所述至少一个释放槽道(22)包括围绕所述转子盘主体(18)彼此等距离隔开的多个释放槽道(22)。
13.根据权利要求1所述的转子盘(10)，其特征进一步在于，喷嘴(38)与所述释放槽道(22)的外端(44)流体连通，其中所述喷嘴(38)的径向外端(46)具有比所述释放槽道(22)的所述外端(44)更小的横截面面积。
14.根据权利要求1所述的转子盘(10)，其特征在于，所述至少一个释放槽道(22)具有弯曲的纵向轴线(28)。
15.根据权利要求1所述的转子盘(10)，其特征进一步在于，凸台(40)被耦合到与所述主轴螺栓孔(20)相邻的密封盘面，以防止冷凝进入所述主轴螺栓孔(20)。
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