CN109209994A - 转子叶片锁紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转子叶片锁紧装置，其包括锁紧块和锁紧螺钉，所述锁紧块设有带有弧形的配合面，所述锁紧块通过所述锁紧螺钉拧紧，使得所述配合面与榫槽上相应的弧形槽配合，以实现周向锁紧和径向离心力的传递。本发明转子叶片锁紧装置采用弧面配合，通过锁紧块的弧面与周向榫槽的弧形缺口相配合，同时实现了径向离心力传递和周向的锁紧。该锁紧装置的锁紧块结构简单、便于加工制造，榫槽弧形缺口与榫槽本体圆滑过渡，有效减小应力集中，增强了结构强度。

Description

转子叶片锁紧装置

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，特别涉及一种转子叶片锁紧装置。

背景技术

图1为现有技术中轴流式航空发动机压气机的结构示意图。图2为现有技术中周向燕尾形榫槽转子叶片的安装及锁紧示意图。图3为图2中沿A-A线剖开的剖视图。图4为图2中沿B-B线剖开的剖视图。

如图1至图4所示，轴流式航空发动机压气机主要零件包括转子叶片10、静子叶片11、轮毂12和静子机匣13等。其中，转子叶片10一般由叶身14和榫头15两部分组成，通过榫头15与轮盘的榫槽16相配合。

此处的叶片是指航空发动机等叶片机械的主要工作部件，一般包括榫头和叶身。叶身是叶片的气动工作面，榫头起连接和传力作用，固定并传力到转子盘上。

目前，转子叶片10的主要榫头形式有燕尾式、销钉式和枞树式，燕尾形榫头因尺寸小、重量轻并能承受较大载荷而常被压气机转子叶片采用。燕尾形周向榫槽在民用航空发动机领域应用普遍。在周向榫槽中，转子叶片依次通过轮盘上叶片安装槽(如图3中A-A截面处)安装到榫槽中，已装入叶片沿转子盘周向滑动以空出安装槽位置供新的叶片安装，直至该级叶片全部安装到榫槽中。

最后在榫槽的开槽位置(如图4中B-B截面处)通过锁紧装置对整级叶片进行周向锁紧。该类锁紧装置结构形式多种多样，但一般都包括锁紧块和锁紧螺钉，通过锁紧螺钉抵紧榫槽底面的配合平面或球形窝，抬高锁紧块，使锁紧块上相应部位锁紧在榫槽上的相应缺口处，使锁紧装置不能周向移动，从而锁紧整级转子叶片。此处的锁紧装置是指周向榫槽、榫头配合中，用于实现叶片周向定位和锁紧的结构件。

现有技术中，锁紧装置失效可引起叶片脱出，造成严重事故。另外，锁紧块具有一定的重量，会影响转子的平衡，因此在转子叶片锁紧装置和方法上有以下基本要求：

一、锁紧块与榫槽配合面结合稳定，锁紧效果可靠；

二、结构简单、重量小，易于加工。

目前的锁紧装置均设置了两组工作面，每组包含1～2个工作面。一组面通过与轮盘榫槽配合传递离心力，一组面垂直于周向、与榫槽中相应缺口配合，提供周向的锁紧力。结构上周向锁紧结构与径向离心力传递结构分别设计，结构相对复杂，加工费时长，同时限制了锁紧装置的尺寸不能太小，且周向锁紧结构及榫槽相应开槽处存在较多锐角，对整体强度不利。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中转子叶片锁紧装置结构复杂，加工费时长等缺陷，提供一种转子叶片锁紧装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种转子叶片锁紧装置，其特点在于，所述转子叶片锁紧装置包括锁紧块和锁紧螺钉，所述锁紧块设有带有弧形的配合面，所述锁紧块通过所述锁紧螺钉拧紧，使得所述配合面与榫槽上相应的弧形槽配合，以实现周向锁紧和径向离心力的传递。

根据本发明的一个实施例，所述锁紧块的两侧均设有弧形的配合面。

根据本发明的一个实施例，所述配合面包括第一圆弧面和第二圆弧面。

根据本发明的一个实施例，所述榫槽上开设有弧形缺口，所述弧形缺口与所述第一圆弧面、所述第二圆弧面相配合。

根据本发明的一个实施例，所述第一圆弧面以圆弧面的轴线为回转轴，且所述第一圆弧面为通过母线围绕所述回转轴旋转成的圆柱面的一部分。

根据本发明的一个实施例，所述第二圆弧面以圆弧面的轴线为回转轴，且所述第二圆弧面为通过母线围绕所述回转轴旋转成的圆柱面的一部分。

根据本发明的一个实施例，所述第一圆弧面和所述第二圆弧面的回转轴不共轴且不平行，且所述第一圆弧面和所述第二圆弧面分别与所述榫槽的中心线成一夹角。

根据本发明的一个实施例，所述弧形缺口与对应的所述第一圆弧面、第二圆弧面共轴且等半径。

根据本发明的一个实施例，所述锁紧螺钉向下拧紧移动时，所述锁紧螺钉的下端与所述榫槽的底面抵紧。

根据本发明的一个实施例，所述榫槽的底面设有球形窝，所述锁紧螺钉的下端与所述榫槽的所述球形窝抵紧。

本发明的积极进步效果在于：

本发明转子叶片锁紧装置将锁紧块工作面设置为圆弧面，能够同时实现径向和周向定位锁紧，结构简单，锁紧可靠。转子盘相应位置开槽为弧形，与基体圆弧转接，减小应力集中，增强盘的强度。

本发明转子叶片锁紧装置采用弧面配合，通过锁紧块的弧面与周向榫槽的弧形缺口相配合，同时实现了径向离心力传递和周向的锁紧。该锁紧装置的锁紧块结构简单、便于加工制造，榫槽弧形缺口与榫槽本体圆滑过渡，有效减小应力集中，增强了结构强度。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为现有技术中轴流式航空发动机压气机的结构示意图。

图2为现有技术中周向燕尾形榫槽转子叶片的安装及锁紧示意图。

图3为图2中沿A-A线剖开的剖视图。

图4为图2中沿B-B线剖开的剖视图。

图5为本发明转子叶片锁紧装置的工作状态示意图。

图6为本发明转子叶片锁紧装置中锁紧块的结构示意图。

图7为本发明转子叶片锁紧装置的纵向剖视图。

图8为本发明转子叶片锁紧装置中周向燕尾形榫槽叶片安装槽的示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。

此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

图5为本发明转子叶片锁紧装置的工作状态示意图。图6为本发明转子叶片锁紧装置中锁紧块的结构示意图。图7为本发明转子叶片锁紧装置的纵向剖视图。图8为本发明转子叶片锁紧装置中周向燕尾形榫槽叶片安装槽的示意图。

如图5至图8所示，本发明公开了一种转子叶片锁紧装置，其包括锁紧块20和锁紧螺钉30，锁紧块20设有带有弧形的配合面。此处的锁紧块20通过锁紧螺钉30拧紧，从而使得所述配合面与榫槽40上相应的弧形槽配合，以实现周向锁紧和径向离心力的传递。

此处榫槽40为周向榫槽，在周向榫槽上加工有槽形的开口，可以插入叶片榫头。叶片从开口插入后，向周向滑动，依靠周向榫槽的两侧面定位使叶片定位在榫槽中。最后通过锁紧装置对整级叶片进行周向定位，限制叶片的周向移动，同时确保上述开口位置在两叶片中间，不会发生叶片脱出。

优选地，锁紧块20的两侧均设有弧形的配合面。所述配合面包括第一圆弧面21和第二圆弧面22。相应地，在榫槽40上开设有弧形缺口41，弧形缺口41与第一圆弧面21、第二圆弧面22相配合。

进一步地，第一圆弧面21以圆弧面的轴线为回转轴，且第一圆弧面21为通过母线围绕所述回转轴旋转成的圆柱面的一部分。同理，第二圆弧面22以圆弧面的轴线为回转轴，且第二圆弧面22为通过母线围绕所述回转轴旋转成的圆柱面的一部分。

在本实施例中，第一圆弧面21和第二圆弧面22的回转轴不共轴且不平行，且第一圆弧面21和第二圆弧面22分别与榫槽40的中心线成一夹角α。弧形缺口41与对应的第一圆弧面21、第二圆弧面22共轴且等半径。

当锁紧螺钉30向下拧紧移动时，锁紧螺钉30的下端与榫槽40的底面抵紧。在榫槽40的底面设有球形窝42，锁紧螺钉30的下端与榫槽40的球形窝42抵紧。

根据上述结构的描述，本发明转子叶片锁紧装置的锁紧原理为：

当拧紧锁紧螺钉30使其向下移动时，其下端与榫槽40的底面球形窝42抵紧，拧紧的锁紧螺钉30将锁紧块20抬升，使锁紧块20的两侧弧形面(即第一圆弧面21和第二圆弧面22)与榫槽40的两侧对应位置的弧形槽接触并配合。如图5所示，锁紧块20的主要工作面为两侧的圆弧面，包括第一圆弧面21和第二圆弧面22。第一圆弧面21和第二圆弧面22在榫槽40中与榫槽的弧形缺口41相配合，其工作状态如图5所示。第一圆弧面21是以圆弧面轴线A为回转轴以R为半径，由母线B围绕回转轴旋转成的圆柱面一部分。同理，第二圆弧面22也是回转圆柱面的一部分。第一圆弧面21和第二圆弧面22不共轴且不平行，两者与榫槽40的中线(底面法向)成一角度α。第一圆弧面21和第二圆弧面22可以为对称式或不对称式分布，其圆弧面轴线夹角设计要保证配合圆弧面的面积，综合考虑径向和周向传力。

在工作状态下时，锁紧块20跟随转子旋转做圆周运动，如7所示，在锁紧块20的第一圆弧面21、第二圆弧面22与榫槽40的圆弧缺口的配合下，榫槽40对锁紧块20产生压应力F1和F2，提供向心运动的作用力，从而限制锁紧块20的离心运动，实现径向的传力和定位。第一圆弧面21和第二圆弧面22具有的作用面积大，且不存在应力集中的优点，使得工作更加地稳定可靠。

如图5所示，在锁紧装置与榫槽上相应圆弧面之间配合时，其相互运动只能为绕圆弧面中心轴转动。第一圆弧面21和第二圆弧面22的轴线不共轴，因此锁紧装置不能转动。周向上榫槽缺口的圆弧面限制了锁紧装置的运动，形成了周向的定位锁紧。从而，一组圆弧面同时限制了锁紧块沿轴向、周向和径向的运动，实现了叶片的定位。

本发明转子叶片锁紧装置的结构简单，锁紧可靠，能够满足转子叶片与转子盘间的锁紧定位。其主要特点在于锁紧块采用弧形的配合面与榫槽侧面弧形槽配合，能够同时实现周向的锁紧和径向的离心力传递。

值得注意的是，本实施例中弧形面为弧形面中的一个具体案例，转子叶片锁紧装置工作面的弧形轴向的各角度变化及弧形面变化为自由曲面等均应在本专利的保护范围内。

现代航空发动机压气机(包括高压和低压压气机及民用航空中的增压级)转子叶片多采用燕尾形榫头，周向安装于转子盘上的周向榫槽内。转子叶片安装时，逐个通过盘上的叶片安装槽装入榫槽，沿榫槽周向运动到确定位置。各级叶片至少有两片缘板带孔或带槽的特殊叶片，其与锁紧装置配合，使叶片安装槽位于两叶片的中间。

锁紧装置具有周向的配合面，与榫槽中相应缺口配合，使锁紧装置在锁紧状态周向固定。从而实现对叶片的周向锁紧，使叶片不能进入榫槽上叶片唯一的出入口——安装槽，杜绝了叶片沿径向的飞脱。因为转子机械对平衡要求较高，因此要求叶片锁紧装置重量小、结构简单、锁紧可靠且便于加工。

因此，本发明转子叶片锁紧装置设计了采用弧面配合的转子叶片锁紧装置，其通过锁紧块的弧面与周向榫槽的弧形缺口相配合，同时实现了径向离心力传递和周向的锁紧。这种锁紧装置的锁紧块结构简单、便于加工制造，榫槽弧形缺口与榫槽本体圆滑过渡，可以有效地减小应力集中，增强了结构强度。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种转子叶片锁紧装置，其特征在于，所述转子叶片锁紧装置包括锁紧块和锁紧螺钉，所述锁紧块设有带有弧形的配合面，所述锁紧块通过所述锁紧螺钉拧紧，使得所述配合面与榫槽上相应的弧形槽配合，以实现周向锁紧和径向离心力的传递。

2.如权利要求1所述的转子叶片锁紧装置，其特征在于，所述锁紧块的两侧均设有弧形的配合面。

3.如权利要求2所述的转子叶片锁紧装置，其特征在于，所述配合面包括第一圆弧面和第二圆弧面。

4.如权利要求3所述的转子叶片锁紧装置，其特征在于，所述榫槽上开设有弧形缺口，所述弧形缺口与所述第一圆弧面、所述第二圆弧面相配合。

5.如权利要求3所述的转子叶片锁紧装置，其特征在于，所述第一圆弧面以圆弧面的轴线为回转轴，且所述第一圆弧面为通过母线围绕所述回转轴旋转成的圆柱面的一部分。

6.如权利要求5所述的转子叶片锁紧装置，其特征在于，所述第二圆弧面以圆弧面的轴线为回转轴，且所述第二圆弧面为通过母线围绕所述回转轴旋转成的圆柱面的一部分。

7.如权利要求6所述的转子叶片锁紧装置，其特征在于，所述第一圆弧面和所述第二圆弧面的回转轴不共轴且不平行，且所述第一圆弧面和所述第二圆弧面分别与所述榫槽的中心线成一夹角。

8.如权利要求4所述的转子叶片锁紧装置，其特征在于，所述弧形缺口与对应的所述第一圆弧面、第二圆弧面共轴且等半径。

9.如权利要求1所述的转子叶片锁紧装置，其特征在于，所述锁紧螺钉向下拧紧移动时，所述锁紧螺钉的下端与所述榫槽的底面抵紧。

10.如权利要求9所述的转子叶片锁紧装置，其特征在于，所述榫槽的底面设有球形窝，所述锁紧螺钉的下端与所述榫槽的所述球形窝抵紧。