CN107687445B - 叶轮组件、改变叶轮的方法和将叶片安装至叶轮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及叶轮组件、改变叶轮的方法和将叶片安装至叶轮的方法。具体而言，一种改变压缩机叶轮的方法包括形成铆固接收特征，其在压缩机叶轮的轮缘中的轴向槽口的径向面上具有修复表面。该形成包括移除径向面中的铆固痕迹。燃气涡轮叶轮组件包括可围绕涡轮的轴线旋转的燃气涡轮叶轮和叶片。燃气涡轮叶轮中的轴向槽口的径向面包括具有修复表面的铆固接收特征。在修复表面处通过铆固移置的材料将叶片轴向地保持在轴向槽口中。一种将叶片安装至燃气涡轮叶轮的方法包括通过在轴向槽口的径向面上的铆固接收特征的修复表面处移置材料将叶片的基部铆固于轴向槽口中以将叶片的基部轴向地保持在轴向槽口中。

Description

叶轮组件、改变叶轮的方法和将叶片安装至叶轮的方法
技术领域
本实施例针对轴向压缩机。更特别地，本实施例针对改变压缩机叶轮的方法、将叶片安装至压缩机叶轮的方法和压缩机叶轮组件。
背景技术
燃气涡轮系统通常包括轴向压缩机，该轴向压缩机包括压缩机叶轮且具有多个级。流入轴向压缩机的工作流体在每个级处被压缩。工作流体在通常平行于轴向压缩机的旋转轴线的方向上流动。每个级包括以间隔关系安装至可旋转压缩机叶轮的轮缘的叶片。每个叶片具有翼型件和基部。基部保持在压缩机叶轮中的轴向定向的槽口中。典型的压缩机叶轮可具有数十个安装于其上的叶片。
每个叶片的基部可具有燕尾部分，该燕尾部分由沿着压缩机叶轮的轮缘的燕尾形的轴向定向的槽口接收且与其互锁以将叶片固定至压缩机叶轮。叶片燕尾件可通过称为铆固的过程固定至压缩机叶轮，其中在压缩机叶轮槽口的边缘处的材料塑性地变形且移置到由叶片燕尾件的局部倒角产生的空隙中。将压缩机叶轮燕尾件的径向面铆固以便将叶片轴向地保持在径向槽口中。特别地，每个叶片可放置在轮缘中的轴向槽口内，且然后通过利用常规地类似于钉冲头的工具使金属材料围绕叶片燕尾件变形而在两端铆固就位。对于每个叶轮组件级的每个叶片重复该过程。经济地和机械地铆固将叶片或其他附件固定至压缩机叶轮或其它类型的叶轮中的槽口。
在检查或检修过程中，可将叶片从压缩机叶轮移除，且可将原始铆固部磨掉。由于压缩机叶轮周围的有限数量的可行的铆固位置，存在有限数量的附件。经过数次翼型件换出，这些区域由旧的铆固痕迹覆盖，而没有空间用于新的。因此，即使压缩机叶轮在其他方面仍然可操作，压缩机叶轮通常必须在这些铆固位置已消耗之后更换。
发明内容
在实施例中，一种改变压缩机叶轮的方法包括在压缩机叶轮的轮缘中的轴向槽口的径向面上形成具有修复表面的铆固接收特征。该形成包括从压缩机叶轮移除材料以移除径向面中的多个铆固痕迹。
在另一个实施例中，一种燃气涡轮叶轮组件包括可围绕涡轮的轴线旋转的燃气涡轮叶轮和多个叶片。燃气涡轮叶轮具有多个轴向槽口。每个轴向槽口具有径向面。至少一个轴向槽口的至少一个径向面包括具有修复表面的铆固接收特征。每个叶片包括基部和从基部延伸的翼型件。每个叶片接收在轴向槽口中的一个中。在铆固接收特征的修复表面处通过铆固移置的材料将叶片轴向地保持在轴向槽口中。
在另一个实施例中，一种将叶片安装至燃气涡轮叶轮的方法包括将叶片的基部插入到燃气涡轮叶轮的轴向槽口中，且通过在轴向槽口的径向面上的铆固接收特征的修复表面处移置材料使叶片的基部在轴向槽口中铆固以将叶片的基部轴向地保持在轴向槽口中。
本发明的其它特征和优点从以下结合附图的更详细的描述将变得显而易见，附图通过举例的方式说明了本发明的原理。
附图说明
图1为两个燃气涡轮叶轮的透视图，其中叶片铆固于轴向槽口中。
图2为两个燃气涡轮叶轮的轮缘的部分的示意性轴向视图。
图3为轴向槽口和燕尾形基部的端视图。
图4示出了根据本公开的实施例在燃气涡轮叶轮的改变之后的图3的端视图。
图5示出了根据本公开的实施例在铆固之后的图4的端视图。
图6示出了根据本公开的实施例的改变燃气涡轮叶轮以形成具有倒角轮廓的修复表面的方法。
图7示出了根据本公开的实施例的改变燃气涡轮叶轮以形成具有圆形轮廓的修复表面的方法。
图8示出了根据本公开的实施例在燃气涡轮叶轮的改变之后的图3的端视图。
图9示出了根据本公开的实施例在铆固之后的图8的端视图。
在可能之处，相同的标号将贯穿附图使用以表示相同的部分。
零件清单
10 燃气涡轮叶轮组件
12 燃气涡轮叶轮
14 叶片
16 轴向槽口
18 轮缘
20 基部
22 翼型件
24 中心轴线
26 轴向方向
28 间隔件
30 材料
32 径向面
34 铆固痕迹
36 燕尾件
40 铆固接收特征
42 修复表面
50 轮廓线
52 端点。
具体实施方式
提供了一种改变压缩机叶轮的方法、燃气涡轮叶轮组件和将叶片安装至燃气涡轮叶轮的方法。
举例来说，本公开的实施例相比于未能包括本文公开的一个或多个特征的构思延长了燃气涡轮叶轮的寿命，提供了用于将燃气涡轮叶轮铆固至叶片的修复表面，允许了在燃气涡轮叶轮的寿命期间的额外的铆固操作，解决了在重复铆固的情况下发生的保持区域损失的问题，减少或消除了对轮缘铆固的需要（由于接近于翼型件基部圆角，轮缘铆固为危险的操作），使燃气涡轮叶轮免于另外变得废弃，对燃气涡轮叶轮的径向面提供了粗切削和/或刮削切削，或其组合。
如本文所使用的铆固是指产生塑性变形的金属的区域使得构件保持有可能的任何过程。
如本文所使用的修复表面是指还未暴露于操作条件的新鲜表面，与已经暴露于操作条件的使用中的表面相反。
如本文所使用的刮削切削是指在表面处移除相对少量材料的薄切削，优选地用以提供修复表面，其具有更好的光洁度和相对于粗切削之后的新鲜表面对所需表面形状更精密的公差。
参照图1，燃气涡轮叶轮组件10包括燃气涡轮叶轮12和安装在燃气涡轮叶轮12的轮缘18上的轴向槽口16中的叶片14。燃气涡轮叶轮12可为燃气涡轮的任何叶轮。在一些实施例中，燃气涡轮叶轮12是压缩机叶轮。每个叶片14包括保持在轴向槽口16中的基部20和从基部20径向地延伸的翼型件22。压缩机叶轮可围绕轴向压缩机中的中心轴线24旋转以利用叶片14的翼型件22驱动且压缩工作流体，其中工作流体通常在轴向方向26上行进。虽然轴向槽口16通常在轴向方向26上延伸，但是其可围绕燃气涡轮叶轮12的轮缘18略微成角度，如图1和图2中所示的那样。每个叶片14的基部20通过轴向槽口16中的间隔件28在任一侧上侧面相接，并且通过来自轴向槽口16的径向面32的材料30铆固在轴向槽口16的两端上，以将叶片14的基部24轴向地保持在轴向槽口16中。材料30延伸到轴向槽口16中以限制或防止基部20在轴向槽口16中的轴向移动。铆固在轴向槽口16中形成铆固痕迹34（参见图2）。轴向槽口16和基部24的燕尾件形状36（参见图3）将基部24径向地保持在轴向槽口16中。
参照图2，为了在维修周期期间从燃气涡轮叶轮12移除叶片22以用于修理或更换，必须移除延伸到轴向槽口16中的材料30（参见图1）。材料30的移除在轴向槽口16的径向面32中留下铆固痕迹34。材料30的移除可通过任何合适的方法来实现，包括但不限于倒圆、磨除材料30、锉去材料30或其任何组合。在铆固和移除的重复循环之后，轴向槽口16的径向面32不再具有足够的材料30以允许径向面32的额外铆固，如图3中所示的那样。
参照图4，当径向面32不再具有足够的材料用于额外的铆固30时，燃气涡轮叶轮12优选地改变以提供具有修复表面42的铆固接收特征40，该修复表面42带有用于铆固的额外材料。作为操作的涡轮中的维修时间的结果，径向面32的残余部分可为已暴露于操作条件的使用中的表面，且可不改变以保持在该状态。在一些实施例中，在径向面32上不再具有足够材料的轴向槽口16的数量足以证明从围绕燃气涡轮叶轮12的整个轮缘18的径向面32移除环带材料是正确的。修复表面42优选地朝中心轴线24（参见图1）成角度，如图4中所示。图5示出了图4的铆固接收特征40的修复表面42已铆固以移置新材料30来将基部20保持在轴向槽口16中。在一些实施例中，将叶片14安装至燃气涡轮叶轮12包括将叶片14的基部20插入到燃气涡轮叶轮12的轴向槽口16中，并且通过在轴向槽口16的径向面32上的铆固接收特征40的修复表面42处移置材料30将燃气涡轮叶轮12在轴向槽口16中铆固到叶片14的基部20以将叶片14的基部20轴向地保持在轴向槽口16中。
铆固接收特征40可形成为具有提供没有铆固痕迹34的修复表面42的任何轮廓。参照图6，燃气涡轮叶轮组件10的示意性侧视图示出了在改变方法的各个阶段的燃气涡轮叶轮12。在左侧的燃气涡轮叶轮组件10中，燃气涡轮叶轮12在轴向槽口16的两个径向面32中的至少一个中包括铆固痕迹34（未示出，参见图2）。基部20和翼型件22在轴向槽口16中示出以用于参照。在中间的燃气涡轮叶轮组件10中，选择了用于粗切削以移除铆固痕迹34以及径向面32的一部分的轮廓线50。在该实施例中，轮廓线50是倒角。在图6的右侧的燃气涡轮叶轮组件10中，沿着具有端点52的轮廓线50粗切削之后刮削切削（其中一个端点52是起始点且另一个端点52是终止点）产生铆固接收特征40。
参照图7，燃气涡轮叶轮组件10的示意性侧视图示出了在改变方法的各个阶段的燃气涡轮叶轮12。在左侧的燃气涡轮叶轮组件10中，燃气涡轮叶轮12在轴向槽口16的两个径向面32中的至少一个中包括铆固痕迹34（未示出，参见图2）。基部20和翼型件22在轴向槽口16中示出以用于参照。在中间的燃气涡轮叶轮组件10中，选择了用于粗切削以移除铆固痕迹34以及径向面32的一部分的轮廓线50。在该实施例中，轮廓线50是圆形的。在图7的右侧的燃气涡轮叶轮组件10中，沿着具有端点52的轮廓线50粗切削之后刮削切削（其中一个端点52是起始点且另一个端点52是终止点）产生铆固接收特征40。
在一些实施例中，燃气涡轮叶轮12上仅一个或很少数量的轴向槽口16具有不再具有用于额外铆固的足够的材料30的径向面32。在这样的实施例中，燃气涡轮叶轮12可改变以提供具有修复表面42的铆固接收特征40，修复表面42仅对其中有需要的那些轴向槽口16具有用于铆固的额外材料，图8中示出了一个这样的改变的轴向槽口16。在一些实施例中，修复表面42可朝中心轴线24（参见图1）成角度（如图8中所示），具有倒角或圆形轮廓。在其他实施例中，铆固接收特征40的修复表面42可基本上平行于燃气涡轮叶轮12的径向面32和/或基本上垂直于轴向方向26。在还有其他实施例中，修复表面42可带有直的、凹形的或凸形的轮廓远离中心轴线24成角度。图9示出了图8的铆固接收特征40的修复表面42已铆固以移置新材料30来将基部20保持在轴向槽口16中。
在一些实施例中，该过程切出倒角或圆形特征到燃气涡轮叶轮12的径向面32中以暴露原始金属用于铆固。在一些实施例中，选择和分析切削尺寸，使得不存在由于切削的寿命损失或燕尾件36应力的增加。该切削在燃气涡轮叶轮12上产生用于保持铆固的新空间，但是可能难以对于切削选择起始和终止端点52，因为该程序可具有增加燃气涡轮叶轮12和叶片14燕尾件36中的局部应力的倾向。优选采取特别注意以找到最大限度地减小该效果的端点52位置。
因为对燃气涡轮叶轮12的改变可有效地减小轴向槽口16的长度，故可能需要将叶片14和/或间隔件28中的一者或两者更换为较短的版本，或者对基部20和/或间隔件28中的一者或两者机加工，以提供具有适应轴向槽口16的减小的长度的总长度的组件。
在一些实施例中，可选择铆固接收特征40的形状和位置以降低燃气涡轮叶轮中的局部应力。机加工操作本身优选为简单的。在一些实施例中，粗切削之后是刮削切削。在一些实施例中，可能仅需要一系列刮削切削。在一些实施例中，可能仅需要单次刮削切削。粗切削和/或刮削切削可由任何适当的切削装置执行，包括但不限于车床、研磨机、手刨、手工工具、手动磨床、机械磨床、锯、手锉或其任何组合。优选地在燃气涡轮叶轮12中不引入裂缝和/或任何其它非预期缺陷（其可能另外降低或缩短燃气涡轮叶轮12的操作寿命）的情况下执行切削和铆固。
尽管燃气涡轮叶轮12在图中示出为铆固到叶片14的基部20，但基部20可备选地铆固到燃气涡轮叶轮12。在这样的实施例中，基部20的径向面可变形以移置材料且防止或限制基部20在轴向槽口16中的轴向移动。在这样的实施例中，基部20的径向面的一部分可与径向面中的铆固痕迹一起移除以提供具有修复表面的铆固接收特征。该铆固接收特征可具有任何适当的轮廓，例如类似于已改变的燃气涡轮叶轮12的铆固接收特征40的任何轮廓。
虽然已经参照一个或多个实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且对于其元件可替换为等同物。此外，在不脱离其本质范围的情况下，可以进行许多改变以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，意在使本发明不限于作为实施本发明构思的最佳模式所公开的特定实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。另外，在详细描述中标识的所有数值应解释为精确和近似值都明确地标识。

Claims (10)

1.一种改变压缩机叶轮的方法，包括：
提供所述压缩机叶轮，所述压缩机叶轮包括具有轴向槽口(16)的径向面(32)的轮缘(18)，所述压缩机叶轮在所述轴向槽口的径向面中具有多个铆固痕迹(34)，所述多个铆固痕迹已经通过铆固形成；并且然后
从所述压缩机叶轮的所述径向面移除第一材料(30)，其中所述移除包括移除所述径向面中的所述多个铆固痕迹以在修复表面(42)处暴露原始材料，由此在所述压缩机叶轮的所述径向面中形成铆固接收特征(40)，所述铆固接收特征具有在所述径向面(32)上没有铆固痕迹的修复表面(42)，且所述铆固接收特征具有所述压缩机叶轮的所述原始材料，用于通过使所述原始材料在所述铆固接收特征的所述修复表面处移置并且在所述压缩机叶轮的所述修复表面中形成铆固痕迹来将所述压缩机叶轮在所述轴向槽口中铆固到叶片(14)的基部(20)，以将所述叶片的基部保持在所述轴向槽口中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移除和形成包括在所述轴向槽口(16)的径向面(32)中进行粗切削，随后在所述径向面(32)中进行刮削切削，其减小所述轴向槽口的长度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修复表面(42)具有倒角轮廓。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修复表面(42)具有圆形轮廓。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铆固接收特征(40)设置在沿所述径向面(32)的铆固位置处。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括选择用于所述移除的起始点和终止点以在所述叶片(14)通过所述铆固接收特征(40)中的新鲜痕迹铆固在所述轴向槽口(16)中时最大限度地减小所述压缩机叶轮中的局部应力。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轴向槽口(16)的轮廓确定为接收具有燕尾件(36)轮廓的所述叶片(14)的基部(20)。
8.一种燃气涡轮叶轮组件(10)，包括：
可围绕涡轮的轴线旋转的燃气涡轮叶轮(12)，所述燃气涡轮叶轮(12)具有多个轴向槽口(16)，每个轴向槽口(16)具有径向面(32)，所述多个轴向槽口(16)中的至少一个轴向槽口的至少一个径向面(32)包括所述燃气涡轮叶轮的原始材料的铆固接收特征，所述燃气涡轮叶轮的所述铆固接收特征通过从所述燃气涡轮叶轮的所述径向面移除第一材料形成并且具有用于铆固的所述原始材料的修复表面(42)，所述径向面的残余部分具有使用中的表面，所述使用中的表面已经暴露于操作条件；以及
多个叶片(14)，每个叶片(14)包括基部(20)和从所述基部(20)延伸的翼型件(22)，每个叶片(14)接收在所述多个轴向槽口(16)中的一个中；
其中在所述燃气涡轮叶轮的所述铆固接收特征(40)的修复表面(42)处通过铆固移置的所述原始材料(30)形成所述燃气涡轮叶轮的所述原始材料的所述修复表面中的铆固痕迹，其将所述燃气涡轮叶轮在所述至少一个轴向槽口中铆固至所述多个叶片中的一个的基部并且将所述多个叶片(14)中的一个轴向地保持在所述至少一个轴向槽口(16)中；
其中所述径向面的所述修复表面在所述铆固之前没有铆固痕迹。
9.一种将叶片(14)安装至燃气涡轮叶轮(12)的方法，所述方法包括：
将所述叶片(14)的基部(20)插入到所述燃气涡轮叶轮(12)的轴向槽口(16)中；以及
通过移置所述燃气涡轮叶轮的原始材料(30)将所述燃气涡轮叶轮在所述轴向槽口(16)中铆固至所述叶片(14)的基部(20)，所述燃气涡轮叶轮的所述原始材料提供所述燃气涡轮叶轮的所述轴向槽口的径向面的铆固接收特征，所述铆固接收特征通过从所述燃气涡轮叶轮的所述径向面移除第一材料形成以将所述叶片(14)的基部(20)轴向地保持在所述轴向槽口(16)中，所述铆固在所述燃气涡轮叶轮的所述原始材料的修复表面中形成铆固痕迹，所述径向面的残余部分具有使用中的表面，所述使用中的表面已经暴露于操作条件；
其中所述径向面的所述修复表面在所述铆固之前没有铆固痕迹。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括从所述燃气涡轮叶轮(12)的径向面(32)移除材料(30)以移除所述径向面(32)中的多个铆固痕迹(34)且形成所述径向面(32)的铆固接收特征(40)。
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