CN107075960A - 涡轮发动机的包括接合在转子盘的锁定凹口中的凸耳的可动轮叶 - Google Patents

涡轮发动机的包括接合在转子盘的锁定凹口中的凸耳的可动轮叶 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮发动机的可动轮叶(34)，该可动轮叶包括被设计为被插入到涡轮发动机的转子盘(38)的接纳元件(62)中的根部(41)、由根部(41)承载的平台(48)和从平台(48)延伸的叶片(42)。平台(48)包括上游边缘(50)。根据本发明，上游边缘(50)包括用于接合在盘的锁定凹口(64)中的凸耳(54)，以这种方式按照接纳元件(62)的纵向方向(XX)相对于盘(38)轴向地保持轮叶(34)。

Description

涡轮发动机的包括接合在转子盘的锁定凹口中的凸耳的可动 轮叶
技术领域
本发明总体涉及诸如涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机的航空器涡轮机的技术领域。更具体地，本发明涉及涡轮机可动轮叶和转子盘。
背景技术
涡轮机可动轮叶被插入转子盘中，以构成转子轮。这些转子轮是涡轮机压缩机的一部分或涡轮机涡轮的一部分。
以已知的方式，转子盘的齿在其顶部中具有凸台。这些凸台与位于轮叶的平台下面的腔配合，使得凸台被容置在腔中。
这些凸台和这些腔的机械配合防止可动轮叶相对于盘被安装为具有与在空气动力学中所需的定向相反的定向。
此外，存在下述转子轮：在该转子轮中，一方面通过从盘凸出的凸耳以及另一方面通过法兰将可动轮叶相对于盘轴向地进行保持。
在所介绍的两种解决方案中，结果是盘齿的最高点与平台的内部面的最高点之间的被限定为支撑部高度(stilt height)的径向距离在运行涡轮机时相对较大。作为结果，存在较大的泄漏、轮叶质量高并且因此承载轮叶的盘质量高、以及增强了盘齿中和轮叶根部中的机械应力。
另一方面，在平台的内部面与盘齿的顶部之间存在较大的径向间隙，该径向间隙很可能产生较大的泄漏。
发明内容
本发明目的在于至少部分地解决在现有技术的解决方案中所遇到的问题。
对这方面而言，本发明的目标是一种涡轮机的可动轮叶，该可动轮叶包括：
被构造为被插入涡轮机的转子盘的容置部中的根部，
由根部承载的平台，平台包括上游边缘，
从平台延伸的叶片。
根据本发明，上游边缘包括用于接合盘的锁定凹口的凸耳，以沿着容置部的纵向方向相对于盘轴向地保持轮叶。
锁定凹口和凸耳促进了沿着前缘和后缘的所需的空气动力学定向相对于盘安装可动轮叶。如果试图沿着相反的定向安装可动轮叶，则凸耳紧靠转子盘齿的顶部。
锁定凹口和凸耳同时提供了上文所述的简易安装功能和轮叶的沿着纵向方向相对于盘的轴向保持功能。
另一方面，锁定凹口与凸耳的配合使得盘齿能够以更靠近轮叶平台的方式被移动。支撑部高度被减小，这提供了具有相同叶片的轮叶的更高的紧凑性。施加在承载轮叶的盘的齿中以及在轮叶根部中的机械应力被减小，这使得轮叶质量能够被减小，并且因此使得承载轮叶的盘的质量也能够被减小，并且确保了轮叶的离心保持(retention)。
锁定凹口与盘齿的配合还使得能够减小两个相邻的轮叶之间的后横截面。
此外，锁定凹口与凸耳的配合减小了平台与盘齿的顶部之间的径向间隙，这进一步限制了盘与平台之间的空气泄漏。
容置部的纵向方向尤其意指容置部的最大长度。具体地，容置部的纵向方向被限定为与容置部高度相反。
本发明可选地可以包括以下相互结合或不结合的特征中的一个或多个。
有利地，上游边缘在穿过轮叶的至少一个纵向横截面中大致具有向下游开口的总体U形。优选地，凸耳构成了总体U形的分支部中的一个，并且上游扰流板例如从总体U形的底部向上游凸出。
本发明还涉及一种用于涡轮机的压缩机或涡轮的盘。盘包括容置部，如上文所限定的轮叶的根部被构造为被插入在该容置部中。
根据本发明，盘包括至少一个用于与凸耳接合的锁定凹口，以沿着容置部的纵向方向相对于盘轴向地保持轮叶。
根据有利的实施例，容置部的纵向方向大致与盘的径向方向正交。
根据另一个有利的实施例，容置部的纵向方向大致局部地与盘的圆周方向正交。
优选地，锁定凹口为大致沿着盘的圆周方向延伸的槽。
根据另一个特定的实施例，容置部在盘的两个相继的齿之间延伸，锁定凹口仅位于这两个齿中的一个上。
本发明还涉及一种转子轮，该转子轮包括如上文所限定的盘和如上文所限定的可动轮叶，可动轮叶用于被安装到盘，使得平台仅压靠一个齿并且凸耳接合齿的锁定凹口。
由此转子轮构成了均衡的系统。相反，如果轮的至少一个可动轮叶被压靠数个齿，则转子轮将是超静定的系统。
本发明还涉及一种从涡轮和压缩机中选择的涡轮机模块，模块包括转子轮。压缩机尤其是用于涡轮机的高压压缩机或低压压缩机。涡轮尤其是用于涡轮机的高压涡轮或低压涡轮。
最后，本发明涉及一种包括如上文所限定的模块的涡轮机。
附图说明
通过阅读以完全是说明性的方式并且不以限制性的目的参照附图给出的示例性实施例的说明，本发明将被更好地理解，在附图中：
图1示出了根据本发明的优选实施例的具有双流的涡轮机的示意性纵向横截面视图；
图2为在图1中示出的涡轮机的低压涡轮的局部示意性图示；
图3为转子轮叶和安装有轮叶的盘的局部透视示意性主视图，该转子轮叶和该盘为图1的涡轮机的高压涡轮的一部分；
图4为在图3中示出的轮叶和盘的局部透视示意性后视图。
具体实施方式
不同附图的相同、相似或等效的部件具有相同的附图标记，以有助于从一幅附图转换到其它附图。
图1示出了具有双流的涡轮机1，该涡轮机围绕着涡轮机的轴线3是环形的。
涡轮机1从上游到下游包括低压压缩机4、高压压缩机6、燃烧室7、高压涡轮8和低压涡轮9。这些元件被壳体5包围。该元件通常关于壳体5限定出以箭头11表示的主喷射流，从上游流到下游的主流13穿过该主喷射流。该方向11还对应于运行中的涡轮机的推力。
高压涡轮8与燃烧室7和与该高压涡轮是一体的高压压缩机6共同构成了高压体。低压涡轮9与低压压缩机4和风扇10是一体的，以构成低压体。每个涡轮8、9在来自于燃烧室7的气体推力的作用下驱动相关的压缩机4、6围绕涡轮机3的轴线进行旋转。
涡轮机1为具有双流的涡轮机。因此，该涡轮机还包括由发动机舱12用导管输送的风扇10，以产生穿过包围主流13的次级喷射流的次级流15。
参照图2，涡轮8、9包括多个被壳体30包围的轮叶的级20。每个级20包括分布器22和可动轮叶34的轮32，该分布器由固定的轮叶24的环形列构成。
转子轮32在被附接到涡轮壳体30的涡轮环36内部旋转。分布器轮叶24还由壳体30承载。转子轮32包括盘38，该盘通过环形的附接法兰37被机械地连接到彼此。这些附接法兰37通过驱动锥39将转子轮32机械地连接到涡轮机的旋转轴(未示出)。转子轮32的盘38承载径向的轮叶34。
根据优选的实施例，在图3中示出的可动轮叶34为高压涡轮轮叶8。这种可动轮叶34包括根部41、叶片42和由根部41承载的平台48。根部41用于被插入在如图2中所示的涡轮转子盘38的容置部62中的一个中，或者被插入在图1中示出的涡轮机的压缩机转子盘4、6中。
参照图3和图4，转子盘38包括多个沿着盘38的圆周被容置部62间隔开的齿60，可动轮叶34的根部41被容纳在该容置部中。这样，应当注意的是，盘38承载数个可动轮叶34，虽然图3和图4仅示出了一个可动轮叶34。
容置部62呈细长的槽室的形式并且在两侧穿过盘38。这些槽室的形状为至少部分地与根部41的形状互补。容置部62的形状被选择为对在运行涡轮机1时承受较大的离心张力的轮叶34提供保持。
这些容置部62位于盘38的相继的齿60之间。该容置部沿着纵向方向XX以及沿着盘的径向方向ZZ延伸，该盘的径向方向对应于齿60的高度方向。纵向方向XX大致与径向方向ZZ正交。另一方面，优选地，纵向方向XX在界定容置部62的齿60处大致与盘38的圆周方向YY正交。
这些容置部62每个被位于远离根部41的底部64和两个相反的表面65、66界定，这两个相反的表面各自出现在界定容置部62的两个相继的齿中的一个上。根部41压靠两个相反的表面65、66。
进一步地，盘38的齿60每个包括锁定凹口64，该锁定凹口用于与平台48的凸耳54配合，以沿着纵向方向XX相对于盘38保持可动轮叶34。每个锁定凹口64仅与一个凸耳54配合并且每个凸耳54仅穿入一个锁定凹口64内部。包括可动轮叶34和盘38的转子轮32则形成均衡的系统。
锁定凹口64和凸耳54仅位于可动轮叶34的上游。通过插入件(未示出)来确保可动轮叶34的沿着轮叶34的上游的纵向方向XX的轴向保持。
锁定凹口64为沿着盘的圆周方向YY延伸的槽。该锁定凹口例如被切入到齿60中，以被第一壁67和第二壁69界定，该第一壁和第二壁大致可相互正交。替代地，第一壁67可具有相对于第二壁69不同的倾斜度。
一旦运行涡轮机1，则可动轮叶34仅在锁定凹口64和容置部62处压靠盘38，该可动轮叶的根部41至少部分地适合形状。
叶片42沿着终止于顶部S的叶展方向(span direction)EV从平台48延伸。该叶展方向EV大致对应于盘38的径向方向ZZ和涡轮机1的径向方向。该叶展方向大致与涡轮机的轴线3正交。
叶片42包括前缘44和后缘46。
前缘44位于轮叶的上游并且具有总体为圆拱的形状。后缘46被定向为接近平行于在叶片42的上游的前缘44。后缘46总体具有比前缘44更尖细的形状。
前缘44和后缘46被压力侧壁43和与压力侧壁43相对的抽吸侧壁(未示出)从旁边接合。
平台48被构造为压靠转子盘38。平台48的上游具有上游边缘50。平台48的下游具有下游边缘51。平台48在上游边缘50处压靠盘38的齿60中的一个，并且相对于盘38的齿60在上游边缘50和下游边缘51处具有低径向间隙。
上游边缘50和下游边缘51还起到用于轮叶34的加强部的作用，因为该上游边缘和下游边缘使得能够在运行涡轮机1时限制轮叶34的机械变形。
上游边缘50包括上游扰流板52、凸耳54和连接部分56，该连接部分确保上游边缘50与平台48的其余部分之间的接合。上游边缘50在轮叶34的穿过叶展方向EV和纵向方向XX的纵向横截面平面中大致具有向下游开口的总体U形。连接部分56和凸耳54构成了总体U形的两个分支部。上游扰流板52从总体U形的底部向上游延伸，该上游扰流板将连接部分56与凸耳54接合。
上游扰流板52目的在于通过将在平台48的上游附近的空气带到前缘44来改善可动轮叶34的空气动力学性能。该上游扰流板52还与位于轮叶34的上游的分布器22确保了覆盖功能。
下游边缘51包括下游扰流板53和下游凸出部分55，该下游凸出部分构成了下游加强部。下游扰流板53从主喷射流延伸并且确保了覆盖功能。
凸耳54从平台48凸出到转子盘38并且从可动轮叶34向下游凸出。该凸耳被设计为接合盘38的锁定凹口64，使得凸耳54和锁定凹口64沿着纵向方向XX保持可动轮叶34。
凸耳54仅存在于上游边缘50的侧部中的一个上。换言之，凸耳54使得可动轮叶34关于下述横截面平面是不对称的：该横截面平面穿过可动轮叶34的包括叶展方向EV和纵向方向XX的中间平面。每个可动轮叶34包括单个凸耳54，该单个凸耳被构造为与齿60中的一个的锁定凹口64配合。
在运行中，主流通过沿着压力侧面43和抽吸侧面行进来沿着可动轮叶34从前缘44流动到后缘46。
锁定凹口64与凸耳54的配合使得能够确保将可动轮叶34适宜地安装到盘38。实际上，在试图沿相反的方向，即通过相对于转子盘38颠倒可动轮叶34的前缘44和后缘46来进行安装的情况下，凸耳54将紧靠齿的顶部61，这将防止可动轮叶34被插入到其容置部62中。
锁定凹口64和凸耳54减小了可动轮叶34的抵靠盘38的上游叶附属物(fulcrum)，这造成了受限制的支撑部高度70。因此，相对于传统的技术减小了根部41和平台48两者的质量与尺寸。结果，可动轮叶42的整体质量被减小，并且因此盘38的质量比在传统的技术中减小了。
最后，平台48沿着纵向方向XX的中间部分与齿60的顶部61之间的径向间隙70比在传统的涡轮机中减小了。由此，减少了空气泄漏。
结论是，锁定凹口64与凸耳54之间的配合很可能同时确保具有相同长度的叶片42的转子轮32的更高的紧凑性，以降低转子轮32的质量，以限制盘38与可动轮叶34之间的空气泄漏，并且以促进可动轮叶34到转子盘38的安装，而不会颠倒可动轮叶34相对于盘38的安装方向。
当然，本领域技术人员可对刚刚进行说明的本发明进行各种修改，而不背离本发明公开的范围。

Claims (9)

1.一种涡轮机(1)的可动轮叶(34)，所述可动轮叶包括：
被构造为被插入涡轮机的转子盘(38)的容置部(62)中的根部(41)，
由所述根部(41)承载的平台(48)，所述平台(48)包括上游边缘(50)，
从所述平台(48)延伸的叶片(42)，
其特征在于，所述上游边缘(50)包括用于接合所述盘(38)的锁定凹口(64)的凸耳(54)，以沿着所述容置部(62)的纵向方向(XX)相对于所述盘(38)轴向向下游地保持所述轮叶(34)。
2.一种用于涡轮机的压缩机(4，6)或涡轮(8，9)的盘(38)，所述盘(38)包括容置部(62)，根据权利要求1所述的轮叶(34)的根部(41)被构造为被插入到所述容置部中，
其特征在于，所述盘(38)包括至少一个用于与凸耳(54)接合的锁定凹口(64)，以沿着所述容置部(62)的纵向方向(XX)相对于所述盘(38)轴向向下游地保持所述轮叶(34)。
3.根据前一项权利要求所述的盘(38)，其中，所述纵向方向(XX)大致与所述盘(38)的径向方向(ZZ)正交。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的盘(38)，其中，所述纵向方向(XX)大致与所述盘(38)的圆周方向(YY)正交。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的盘(38)，其中，所述锁定凹口(64)为大致沿着所述盘的圆周方向(YY)延伸的槽。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的盘(38)，其中，所述容置部(62)在所述盘(38)的两个相继的齿(60)之间延伸，所述锁定凹口(64)仅位于两个齿(60)中的一个上。
7.一种转子轮(32)，包括根据权利要求2至6中任一项所述的盘(38)和根据权利要求1所述的可动轮叶(34)，所述轮叶(34)用于被安装到所述盘(38)，使得所述平台(48)仅压靠一个齿(60)，以及，使得所述凸耳(54)接合所述齿(60)的锁定凹口(64)。
8.一种涡轮机模块(1)，所述涡轮机模块从涡轮(8，9)和压缩机(4，6)中选择，所述模块包括根据前一项权利要求所述的转子轮(32)。
9.一种涡轮机(1)，所述涡轮机包括根据前一项权利要求所述的模块。
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