CN106536862A - 用于包括具有添加平台的叶片的涡轮发动机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于涡轮发动机的转子，包括：盘，所述盘在其周边上具有被称为主腔的腔；多个叶片(100)，每个叶片均具有一根部(110)，所述根部由在其下部分的沿着轴向被锁定在所述主腔中的球状件(120)组成；多个添加的平台(300,400)，每个平台均设置在两个连续的叶片(100)之间；所述平台(300,400)具有：基本直的板(301,401)和在该板(301,401)下的沿着径向延伸的球状件(302,402)，所述球状件沿着轴向被锁定在该盘周边的次腔中，所述次腔位于两个连续的主腔之间；一大致沿着轴向延伸的扰流板(310,410)，所述扰流板(310,410)形成与至少两个连续的叶片相对的一环形扇区。

Description

用于包括具有添加平台的叶片的涡轮发动机的转子

技术领域

本发明的技术领域是用于涡轮发动机的转子，例如，用于包括具有偏移平台的多个叶片的飞机的涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机。这些转子将具体用在涡轮发动机的风扇、压缩级或高压或低压涡轮机级中。

本发明的目的更具体地在于用于涡轮发动机的高压或低压涡轮机的转子叶片平台，但是其还可应用于涡轮发动机的其他转动组件的平台，例如，风扇或压缩级。

背景技术

通常，例如低压或高压涡轮机的转子包括盘、一系列安装在该盘周边制造的被称为腔的轴向壳体中的径向叶片，以及一系列平台，所述平台形成环状流，穿过涡轮机的气体在该环状流内侧循环。

叶片以及具体为涡轮机叶片通常由单一金属铸件制成。通过铸造来制造叶片可导致良好的尺寸公差，但是，在另外一方面，金属叶片具有一主要缺点，即它们的高体积。

建议叶片可由陶瓷基复合(CMC)材料制成，以克服该体积问题，一般目的在于减少涡轮发动机转子中的体积。然而，由CMC所制成的此叶片的制造相对复杂，并在平台处难以控制，尤其对于叶片根部的制造。

因此，根据经验，建议单独地制造叶片平台，并随后在该盘上组装它们，以有利于这些叶片的制造。因此，已开发出不同的连接系统，用于在盘中的平台插入件。

例如，文件EP1306523公开了具有设置有腔的一盘的转子，叶片和平台被固定在该腔中。

文件FR2608674公开了在前述文件中所描述的替代物。该文件描述了用于涡轮发动机的转子，该转子包括一盘，主腔在该盘中形成，复合陶瓷叶片根部沿着轴向插入至该主腔内侧，该盘设置有次腔，球状件沿着轴向插入到次腔里，所述球状件形成在该盘中的平台插入件的连接设备。然而，在该文件中所描述的结构中，气体可渗入在平台与盘之间尤其在盘的腔中，这具有劣化该盘的结果。此外，所建议的几何形状使组装/拆卸复杂。

尽管还有利于转子的组装和拆卸的现有技术中已知的平台插入件的优点，但是还没有提出解决方案以极大地减小在包括多个金属叶片的转子的盘中的应力。

发明内容

在该上下文中，本发明的主要目的是针对该问题通过公开具有金属叶片的转子来提供简单、有效且经济的方案，该转子的制造过程被控制，限制了在叶片连接件处的盘中的应力。

为此，本发明提供了一种用于涡轮发动机的转子，包括：

盘，所述盘具有围绕其周边的被称为主腔的腔；

多个叶片，所述叶片具有由在其下部分中球状件构成的根部，所述根部被锁定在所述主腔中；以及

多个平台插入件，每个所述平台插入件均位于两个连续的叶片之间；

其特征在于，所述平台设置有：

大致直的坪和在该坪下沿着径向延伸的球状件，所述球状件被锁定在设置在该盘的周边处的次腔中，该次腔定位在两个连续的主腔之间；以及

大致沿着轴向的固定支架，所述固定支架形成面朝至少两个连续叶片而设置的一环形扇区。

因此，根据本发明的转子具有几个优点：

本发明公开了固定平台插入件的方法，该方法取消了在盘的腔中的连接件的需要，所述腔包括叶片球状件，以限制在该球状件中的应力，并因此增加叶片的数量；以及

直平台插入件与叶片配合，所述叶片有利于组装/拆卸叶片和平台；与根据现有技术的文件FR2608674中的要求叶片和平台必须同时安装的转子不同，本发明使得可单独组装/拆卸叶片并然后组装/拆卸该平台，或交替地组装叶片并然后组装平台。

有利地，平台插入件具有直坪并建立在固定支架中，将平台连接至该盘上的方法是这样的：对于一给定结构，其可以制造具有叶片几何形状的组件，所述叶片几何形状所具有的杆的高度低于已知的叶片的可能高度。在叶片根部处的杆的相对高度的降低可因此减少转子的每个金属叶片的总体积。因此，由于叶片体积的减少，因此在叶片连接件处的应力被减小。

由于直平台插入件有利地与包括上游固定支架的第一系列与包括下游固定支架的第二系列结合使用，以及具体地利用次腔轴向和径向连接至该盘上的它们方法，因此具有减少杆高度(换句话说，球状件更接近于翼面)的此叶片的组装是可行的。明显地，转子盘的尺寸被适应，以使该组件可被安装。因此，通过本发明，可使具有固定支架的组件沿着径向定位在与叶片球状件相同的水平处或低于叶片球状件的水平处。

因此，根据本发明的转子提供了在操作过程中解决盘负载问题的设备，并相对于根据现有技术的已知的金属转子将体积减少了20％的量级。

由于固定支架，因此本发明的特殊几何形状也使得可建造高效的热重叠件，而不改变周围的结构和尤其是涡轮定子。

有利地，该平台由以下形成：

被称为上游平台的第一系列，该上游平台具有大致沿着上游轴向延伸的上游固定支架，所述上游固定支架形成面朝至少两个连续叶片而被放置的有角度扇区；

被称为下游平台的第二系列，该下游平台具有大致沿着下游轴向延伸的下游固定支架，所述下游固定支架形成面朝至少两个连续叶片而被放置的有角度扇区；

平台的两个系列被交替地定位在次腔中。

除了在之前段落中恰好提出的特征外，根据本发明的转子可具有在下列中的一个或多个补充的特点，所述特点单独地或以任何可能的技术性组合而被采纳：

该平台中的每个均包括：

第一直侧边缘，所述第一直侧边缘使第一叶片的根部与直侧面匹配，

第二直侧边缘，所述第二直侧边缘使第二连续叶片的根部与直侧面匹配，

上游平台的上游固定支架和下游平台的下游固定支架由连接至坪的大致沿着径向的第一壁和由大致沿着轴向的第二壁形成；

上游固定支架的第二壁沿着径向被定位在与叶片球状件相同的水平处或低于叶片球状件的水平处；

该平台的每个均包括：

开口，该开口在固定支架的所述大致沿着径向的第一壁中；

侧壁，所述侧壁大致沿着径向被定向，定位在相对于固定支架的一端部处；

平台的系列的侧壁中的每个均被适应，以与在平台的其他系列中的凹部配合；

平台是金属的；

叶片是金属的。

本发明的另一目的是包括根据本发明的转子的涡轮发动机。

在阅读以下说明并审查附图后，本发明及其不同的应用将被更好地理解。

附图说明

附图被提供用于信息，而不是限制本发明。

图1是根据本发明的涡轮发动机转子的立体图。

图2是图示根据本发明的转子的上游平台的立体图。

图3是图示根据本发明的转子的下游平台的立体图。

图4是图示根据本发明的转子叶片根部的立体图。

图5是图示根据本发明的转子盘的零件的剖面图。

图6是根据本发明的涡轮发动机转子的零件的立体图，更具体地图示用于沿着轴向固定根据本发明的转子的平台插入件的设备的示例性实施例。

具体实施方式

除非另外说明，在不同附图上的相同元件具有单一的附图标记。

术语上游和下游通过参考在涡轮发动机的操作过程中的流体的循环方向来定义。

图1是显示根据本发明的涡轮发动机转子的一零件的立体图。更准确说，图1显示叶片100(翼面未示出)的四个根部110和定位在叶片100之间的四个平台插入件300，400，该组件在由转子形成的旋转组件的盘600(在图1中未示出)中就位。

图2更具体地显示根据本发明的转子的上游平台300。

图3更具体地显示根据本发明的转子的下游平台400。

图4更具体地显示根据本发明的转子的叶片根部110。

例如飞机的涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机这样的涡轮发动机的转子包括在图5中局部所示的环形盘600。盘600的外周边包括几个第一腔601，称作主腔(例如在图5上示出的两个主腔)，例如为燕尾形状，以使叶片100的根部110能沿着轴向组装。盘600在其外周边处还包括被定位在两个连续的主腔601之间的次腔602。次腔602也可是燕尾形状或通常用来将叶片连接至盘600的任何其他形状。根据在图5上所显示的实施例，次腔602与主腔601不一样深，它们较小。

该转子还包括叶片100，所述叶片100由翼面(通过表示在其与叶片根部110的连接处的翼面的截面的抛面轮廓140在图4上象征性地显示)形成，所述翼面在具有杆130的根部110上沿径向延伸，下部是球状件120，以例如燕尾的形状，用于将叶片100连接至或固定在盘600的主腔601中。明显地，叶片的球状件120的形状与盘600的主腔601的形状互补。叶片100的根部110还包括坪111，所述坪被称为在杆130的上部分中的叶片中间的坪，大致是直的，并形成一“基础”，该“基础”可固定并抵抗施加至翼面的力。

该转子还包括平台300，400(在图2和3中更具体地显示)，所述平台是插入件，不固定至叶片，所述平台具有形成坪的中间部分301，401，所述中间部分可相对于转子的旋转轴线倾斜。坪301,401首先由沿着径向延伸的侧壁303,403延长，其次由固定支架310,410延长。

结合至平台插入件300,400中的固定支架310,410由第一壁304,404和第二壁305,405构成，所述第一壁被称为径向壁，沿着径向延伸，直接连接至坪301,401，所述第二壁被称为轴向壁，连接至第一壁304,404，并沿着轴向延伸。各平台的固定支架310,410构成一环形组件的扇区，所述环形组件由多个在转子盘600上就位的固定支架构成。根据一个示例性实施例，由各平台的固定支架构成的环形扇区的尺寸被确定，以使固定支架覆盖两个连续的叶片。

在一个可选实施例中，几个平台可由一共用的固定支架相互连接，并由此延伸过一较宽的有角度扇区，该固定支架可覆盖超过两个的连续的叶片。一较大的有角度扇区可减少在固定支架之间的交界面的数量，从而限制气体的泄漏，然而，由于热膨胀而产生的应力将限制超过一特定的有角度扇区。

坪301,401被连接至一球状件302,402，该球状件在平台301,401下方沿着径向延伸，并将平台300,400沿着径向锁定在环形盘600的次腔602中。根据本发明的一个示例性实施例，平台300,400的球状件302,402被定位在坪301,401的中间。

根据本发明的转子包括两种类型的平台：被称为上游平台的平台300，该平台包括杆310，该杆将被定位在具体在图2中所示的叶片的上游；以及被称为下游平台的平台400，该平台包括一固定支架410，所述固定支架将被定位在具体地在图3中所示的叶片的下游。每种类型的平台300,400均在两个连续的叶片100之间交替地定位盘600上。

当平台插入件300,400在如图1所示的叶片100之间的盘600的次腔602中就位时，平台300,400的坪301,401填充在叶片100的中间坪111之间的空间中。因此，坪301,302的直侧边缘312，313，412，413被适应，以匹配叶片100的根部的中间坪111的直侧边112，113。

开口315或凹部在上游平台300的固定支架310的径向壁304中形成，其中，当平台300,400在次腔602中就位时，下游平台400的侧壁403将配合安装，以形成连续的上游环形固定支架。

以完全相同的方式，开口415在下游平台400的固定支架410的径向壁404中形成，其中，当平台300,400就位时，上游平台300的侧壁303将配合安装，以形成连续的下游环形固定支架。

根据一第一实施例，在次腔602中的叶片和平台插入件300,400的轴向锁定通常由特别设备完成，例如，阻止叶片和平台300,400的轴向移动的环形壳体。

根据在图6中具体显示的第二实施例，平台插入件300，400利用环形分离环500和环形壳体(未示出)被沿着轴向固定就位，所述环形壳体支承在环形环500上，以阻塞其轴向位置。为此，平台300,400包括固定设备，所述固定设备由定位在平台的下游零件上的环形槽421形成，其尺寸被适应，以将环形分离环500的外周边部分固定就位。因此，当该环形环在其内周边部分处被一常规的环形壳体夹住时，平台300,400的轴向移动由环形环500所阻止。

根据该实施例，叶片由平台插入件300,400沿着轴向被固定。

有利地，叶片和平台插入件是金属的。

本发明具体针对金属叶片和金属平台来描述，然而，本发明同样适用于由陶瓷基复合(CMC)材料制成的叶片和/或由陶瓷基复合(CMC)材料制成的平台。

本发明具体针对于涡轮发动机的高压或低压涡轮级来描述；但是，本发明也适用于涡轮发动机的其他旋转组件，例如，风扇。

Claims (10)

1.一种用于涡轮发动机的转子，包括：

盘，所述盘围绕其周边具有腔，所述腔被称为主腔；

多个叶片(100)，所述叶片具有根部(110)，所述根部由在所述主腔中锁定的其下部分中的球状件(120)构成；

多个平台插入件(300,400)，各所述平台插入件被定位在两个连续的叶片(100)之间，

其特征在于，所述平台(300,400)配备有：

大致直的坪(301,401)和在所述坪(301,401)下方沿着径向延伸的球状件(302,402)，所述球状件(302,402)被锁定在位于所述盘的周边处的次腔中，所述次腔被定位在两个连续的主腔之间；

大致沿着轴向的固定支架(310,410)，所述固定支架(310,410)形成面朝至少两个连续的叶片设置的环形扇区。

2.根据权利要求1所述的用于涡轮发动机的转子，其特征在于，所述平台由以下形成：

被称为上游平台的第一系列(300)，所述上游平台具有上游固定支架(310)，该上游固定支架(310)大致沿着上游轴向延伸，所述上游固定支架(310)形成面朝至少两个连续的叶片放置的有角度扇区；

被称为下游平台的第二系列(400)，所述下游平台具有大致沿着下游轴向延伸的下游固定支架(410)，所述下游固定支架(410)形成面朝至少两个连续的叶片放置的有角度扇区；

平台(300,400)的所述两个系列在所述次腔中交替地定位。

3.根据权利要求1或2所述的用于涡轮发动机的转子，其特征在于，所述平台中的每个均包括：

第一直侧边缘，所述第一直侧边缘使一第一叶片的根部与一直侧匹配，

第二直侧边缘，所述第二直侧边缘使一第二连续叶片的根部与一直侧匹配。

4.根据权利要求2和3所述的用于涡轮发动机的转子，其特征在于，所述上游平台(300)的上游固定支架(310)和所述下游平台(400)的下游固定支架(410)由连接至所述坪(301，401)的大致沿着径向的第一壁(304，404)和由大致沿着轴向的第二壁(305，405)形成。

5.根据权利要求4所述的用于涡轮发动机的转子，其特征在于，所述上游固定支架(310)的第二壁(305)沿着径向被定位在与所述叶片的球状件(120)相同的水平处或低于所述叶片(100)的球状件(120)的水平处。

6.根据权利要求4或5所述的用于涡轮发动机的转子，其特征在于，所述平台中的每个均包括：

开口(315，415)，所述开口在所述固定支架(305，405)的所述大致沿着径向的第一壁(304，404)中；

侧壁(303，403)，所述侧壁大致沿着径向定向，位于与所述固定支架(305)相对的一端；

一列平台的侧壁(303)中的每个均被适应，以与在另一列平台中的凹部配合。

7.根据前述权利要求中任何一项所述的用于涡轮发动机的转子，其特征在于，所述平台是金属的。

8.根据前述权利要求中任何一项所述的用于涡轮发动机的转子，其特征在于，所述叶片是金属的。

9.根据前述权利要求中任何一项所述的用于涡轮发动机的转子，其特征在于，其包括一环形的分离环(500)，该分离环由一环形法兰沿轴向固定，所述多个平台插入件(300，400)包括轴向固定设备(421)，所述轴向固定设备被设置为与所述环形的分离环配合，以阻止所述平台(300,400)的轴向位移。

10.一种涡轮机，其特征在于，其包括根据前述权利要求中任何一项所述的转子。