CN109404052A - 涡轮发动机的涡轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮发动机的涡轮1，具有定子2以及可相对于定子2绕轴线X旋转移动的转子3，其中该转子3包括至少一个盘4，盘4的径向外周边包括腔7，其中转子3还包括叶片，每个叶片都具有一个轴向地接合在盘4的腔7中以在该盘4上径向地保持叶片的叶片根部14，叶片根部14中的至少一个具有轴向张开的形状，相应的腔7具有匹配的形状，以沿第一轴向方向D1将叶片根部14轴向地锁定在腔7中，其中锁定装置沿与第一方向D1相反的第二轴向方向D2将叶片根部14锁定在腔7中。

Description

涡轮发动机的涡轮
技术领域
本发明涉及一种涡轮发动机的涡轮，例如飞机涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的涡轮。
背景技术
飞机涡轮发动机沿气流方向从上游向下游通常包括，风机、低压压缩机、高压压缩机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮。高压涡轮通过第一轴旋转地连接到高压压缩机，从而形成高压本体。低压涡轮通过第二轴旋转地连接到风机以及到低压压缩机，从而形成低压本体。
低压涡轮通常包括几个叶轮，每个叶轮都包括一个盘，在其外围形成有规则地分布在盘轴线周围的叶片根部的接合腔。
这些腔通常通过拉削来进行加工。根据该方法，所使用的切削工具是具有一系列齿的直拉刀，所述齿纵向地彼此间隔。通过拉刀相对于盘的直线运动形成每个腔，从而逐个齿地加工盘的外围。这些齿的形状和尺寸从拉刀的一端到另一端变化，并且用于加工该盘的最后一个齿的这些必须对应于腔的这些。通常使用几个连续的拉刀从而逐个拉刀地，逐步地靠近要获得的腔的最后截面。对于要形成的每个腔重复该操作。
以这种方式，形成了在腔的整个轴向长度上具有等截面的腔。
文献FR 2 933 442公开了一个这种类型的转子盘，其中每个叶片根部通过适当的装置被轴向地保持在盘的腔中。特别是，固定在该盘上的保持凸缘适于抵靠在每个叶片根部，从而沿第一轴向方向将叶片根部锁定在腔中。此外，一个密封件通过叶片钩与叶片保持为一体，所述环能够抵靠在该盘上，从而将叶片锁定在与第一方向相反的第二轴向方向中。该叶片根部因此沿两个轴向方向被轴向地保持在相应的腔中。
一个这种类型的结构需要很多组件和/或很大体积的材料以执行用于在相应腔中保持该叶片根部的这种锁定或轴向保持功能，这增加了涡轮的质量并且不利于涡轮发动机的效率。
发明内容
本发明的目的是简单地、可靠地和廉价地解决该问题。
为此，本发明涉及一种涡轮发动机的涡轮，例如飞机的涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的涡轮，其具有定子以及相对于定子绕轴线旋转的移动转子，其中该转子包括至少一个盘，该盘的径向外围包括多个腔，其中该转子还包括叶片，每个叶片都具有一个轴向地接合在盘的腔中以在该盘上径向地保持叶片的叶片根部，其特征在于，至少一个叶片根部具有轴向扩口形状，相应腔具有匹配形状以沿第一轴向方向在腔中轴向地锁定该叶片根部，其中，锁定装置沿与第一方向相反的第二轴向定向的方向在腔中锁定该叶片根部。
因此用有限数量的组件将该叶片根部锁定在相应腔中，从而减轻涡轮发动机转子。
由于叶片根部的扩口形状，叶片根部可包括相对于轴向方向倾斜的多个侧壁。通过增加在叶片根部与腔之间的接触或邻接区域，这些倾斜壁使机械应力可更好地分布。
相反，一个径向肩部将沿第一方向提供轴向锁定，但不会有效地分布机械应力。然而该叶片根部可包括一个或多个肩部，并且包括侧表面，所述侧表面包括仅轴向定向的区域。轴向应力在这种情况下由肩部吸收。
当然，根据本发明，可以使用扩口表面和肩部。
叶片根部的扩口形状意味着其截面从上游到下游减小，或从下游到上游增加。这种增加可能是渐进的，如斜壁或峭壁的情况，如一个或多个肩部的情况。
该涡轮例如是低压涡轮。
在叶片根部和腔的至少一部分中，该截面沿在叶片根部和相应腔的轴向方向中的正交平面在第二轴向方向中逐渐地增加。
所述部分可在叶片根部的至少50％的轴向尺寸上延伸，优选地叶片根部的至少80％的轴向尺寸上延伸。
叶片根部和腔的至少一部分可具有一个倾斜侧壁，该倾斜侧壁相对于轴线形成一个包括在5°和25°之间的角度。
这种特征允许最大地吸收被施加在叶片上的轴向应力。
可从上游到下游沿涡轮内的气体循环方向定向第一方向，从下游到上游定向第二方向。
因此通过由腔的扩口形状吸收最大的应力来提高锁定装置的强度。与其他锁定装置相比，后者可受到高应力。
该盘可包括沿上游或下游方向轴向延伸的至少一个连接壁，该转子包括连接到该连接壁上的至少一个环。
该环可包括由定子承载的耐磨材料块相互作用的唇部，从而形成迷宫式的密封件。
该环可轴向地抵靠在叶片根部上，从而沿第二轴向方向将叶片根部轴向地锁定在腔中。
该环因此形成上述的锁定装置。
例如，该环相对于气流的循环方向抵靠在叶片根部的上游端。
该转子可包括与叶片轴向结合的至少一个支撑密封件，该密封件适于抵靠在该盘上，从而沿第二轴向方向将叶片根部锁定在腔中。
该叶片可包括至少一个钩，密封件通过该钩被轴向地保持在叶片上。
例如，该密封件被定位在叶片根部和腔的下游。
例如，该密封件为环形密封件，其可在整个圆周上延伸，裂开，或者可形成几个角扇区，即它可被扇区化。
本发明还涉及一种例如涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的涡轮发动机，包括上述类型的涡轮。
附图说明
将更好地理解本发明，并且在阅读经由非限制性示例并参考附图给出的以下描述后，本发明的其他细节、特征和优点将显而易见，在附图中：
-图1是根据本发明第一实施例的低压涡轮的剖面轴向视图，
-图2是沿图1的线A-A的剖视图，
-图3是对应于图2的视图，示出了本发明的替代实施例，
-图4是对应于图2的视图，示出了本发明的替代实施例，
-图5是对应于图2的视图，示出了本发明的进一步替代实施例，
-图6是对应于图2的视图，示出了本发明的进一步替代实施例，
-图7和8分别是对应于图1和图2的视图，示出了本发明的第二实施例。
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明的第一实施例的飞机涡轮发动机的低压或高压涡轮1。
涡轮1包括定子2和可绕轴线X旋转移动的转子3，所述轴线X是涡轮发动机的轴线。在本说明书的其余部分，参考轴线X限定了术语“轴向”和“径向”，参考涡轮内的气流的循环方向F限定了术语“上游”和“下游”。
转子3的特征在于盘4，该盘4包括一个径向延伸的边缘5以及从该边缘5沿轴向向上游和下游延伸的圆柱形或圆锥形的连接壁6。边缘5的径向外周边包括径向向外敞开的腔7。腔7还分别在边缘5的上游径向壁5a和下游径向壁5b处沿轴向向上游和下游方向敞开。
转子3可包括利用在连接壁6上的螺钉8相互连接的几个盘4。
环9被固定在盘4的上游连接壁6与位于紧上游的另一盘4的下游连接壁6之间。环9包括径向延伸部分10，该径向延伸部分通过一个沿轴向向下游延伸的圆柱形部分11在环9的径向外周边延伸。所述圆柱形部分包括唇部12，唇部12与由定子2承载的耐磨材料块13相互作用，以形成迷宫式密封件。
径向部分10通过螺钉8被保持在彼此面对的盘4的连接壁6的轴向端之间。
在本实施例中，圆柱形部分的11下游端被定位为与盘4侧面有一定距离。因此限制了环9的质量。而且，通过减小转子的质量以及在盘-至-盘连接区域中承载的质量，在这些盘-至-盘连接区域中观察到的机械应力水平得以减小，从而有利于确定这些区域的尺寸。
此外，转子3还包括叶片，其中每个叶片通常包括径向内叶片根部14、平台15以及在平台15外侧径向延伸的桨叶。
每个叶片根部14均安装在盘4的一个腔7中，腔7和叶片根部14的截面用于在盘4上径向地保持叶片。这种类截面例如为燕尾截面或所称的枞树截面，其本身是已知的。
根据本发明，每个叶片根部14均具有沿上游方向轴向向外张开的形状，即沿下游方向逐渐变窄，相应的腔7具有匹配的形状，从而沿第一轴向方向D1在腔7中轴向地锁定叶片根部14。
特别是，每个叶片根部14均包括相对于轴向方向倾斜的侧壁16，该截面从上游到下游方向逐渐地和连续地减小，或从下游到上游方向逐渐地和连续地增加。
换句话说，叶片根部14的每个侧表面16在所述侧表面的整体上接触盘4的腔17的表面。
此外，转子3另外还包括锁定装置，该锁定装置沿与第一方向D1相反的第二轴向定向方向D2将叶片根部14锁定在腔7中。
更特别地，叶片平台15包括限定凹槽19的至少一个钩18，在该凹槽19中接合有一环形的密封件20。密封件20被定位在叶片根部14和腔7的下游。密封件20可在整个圆周上延伸，裂开。在一替代的实施例中，该密封件可由几个角扇区形成，即它可被扇区化。
因此，密封件20与叶片轴向结合，密封件20还适于抵靠盘4的边缘5的下游径向面5b，从而沿第二轴向方向D2将叶片根部14锁定在腔7中。
从上游到下游定向该第一方向D1，并且从下游到上游定向该第二方向D2。
图3示出了一种不同于在参考图1和图2时所描述的替代实施例，其中叶片根部14包括至少一个肩部21，腔7包括匹配形状的肩部22。在与叶片根部14和腔7的侧表面的倾斜区域16、17的同时，叶片根部14的肩部21可以或可以不抵靠腔7匹配形状的肩部22。在任何情况下，叶片根部14沿第一方向D1被轴向锁定在腔7中至少被叶片根部14和腔7的侧表面的倾斜区域16、17的支撑所影响。
以这种方式，用有限数量的部件将叶片根部14锁定在相应的腔7中，从而减轻涡轮发动机转子3。而且，通过增加叶片根部14与腔7之间的接触或邻接区域，倾斜壁16、17的使用使得机械应力可更好地分布。
图4示出了不同于在参考图3时所描述的另一替代实施例，其中叶片根部14包括肩部21，并且没有倾斜区域；叶片根部14和腔7的侧表面因此包括轴向定向的区域。
在这种情况下轴向应力由叶片根部14的肩部21以及由腔7的匹配肩部22吸收。
图5示出了不同于在参考图2时所描述的另一替代实施例，其中叶片根部14包括在匹配形状的腔7中接合的圆形的侧表面16。因此轴向应力沿圆形的侧表面16分布。
图6示出了不同于在参考图2时所描述的另一替代实施例，其中叶片根部14包括一个相对于轴向方向倾斜的侧表面16a，以及一个沿轴向方向定向的相对的侧表面16b，腔7具有匹配形状的侧表面17a、17b。轴向应力因此沿倾斜表面16a分布。
图7和8示出了不同于在参考图1和2时所公开的第二实施例，其中锁定装置沿第二方向D2由环9形成。叶片缺乏钩18以及容纳在其中的密封件20。
在该实施例中，环9的圆柱形部分11沿下游方向延伸，所述圆柱形部分的下游端适于抵靠叶片根部14的上游端，从而沿第二方向D2将每个叶片根部14锁定在相应的腔7中。
环9的圆柱形部分11的下游端可包括一个向内延伸的环形凸缘23，所述凸缘23用于支撑叶片根部14的上游端。
因此每个叶片根部14可由静止在相应的腔7的配合表面上的叶片根部14的向外张开的侧表面沿第一方向D1锁定，并由静止在环9的凸缘23上的叶片根部14的上游端沿第二方向D2锁定。

Claims (10)

1.一种用于涡轮发动机的涡轮(1)，具有定子(2)以及可相对于所述定子(2)围绕一轴线(X)旋转移动的转子(3)，其中所述转子(3)包括至少一个盘(4)，所述盘(4)的径向外周边包括腔(7)，其中所述转子(3)还包括叶片，每个所述叶片均具有叶片根部(14)，所述叶片根部轴向地接合在所述盘(4)的腔(7)中，以将所述叶片径向地保持在所述盘(4)上，其特征在于，所述叶片根部(14)中的至少一个具有轴向张开的形状，相应的腔(7)具有匹配的形状，以沿第一轴向方向(D1)将所述叶片根部(14)轴向地锁定在所述腔(7)中，其中，锁定装置沿与第一方向(D1)相反的第二轴向方向(D2)将所述叶片根部(14)锁定在所述腔(7)中。
2.根据权利要求1所述的涡轮(1)，其特征在于，所述叶片根部(14)和腔(7)的至少一个部分，沿着在所述叶片根部(14)和相应的腔(7)的轴向方向中的一正交平面的该截面沿着所述第二轴向方向(D2)逐渐增加。
3.根据权利要求2所述的涡轮(1)，其特征在于，所述部分可在所述叶片根部(14)的轴向尺寸的至少50％上延伸，优选可在所述叶片根部(14)的轴向尺寸的至少80％上延伸。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的涡轮(1)，其特征在于，所述叶片根部(14)和腔(7)的至少一个部分可具有一倾斜的侧壁(16)，该侧壁相对于所述轴线(X)形成一个在5°与25°之间的角度。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的涡轮(1)，其特征在于，从上游到下游沿着所述涡轮内的气体循环方向定向所述第一方向，从下游到上游定向所述第二方向。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的涡轮(1)，其特征在于，所述盘(4)包括沿上游或下游方向轴向延伸的至少一个连接壁(6)，其中所述转子(3)包括连接到所述连接壁(6)上的至少一个环(9)，所述环(9)包括与由所述定子(2)承载的耐磨材料块(13)相互作用的唇部(12)，从而形成迷宫式密封件。
7.根据权利要求6所述的涡轮(1)，其特征在于，沿所述第二轴向方向(D2)的该锁定装置至少由所述环(9)形成，所述环(9)轴向地支撑在所述叶片根部(14)上，以沿所述第二轴向方向(D2)将所述叶片根部(14)轴向地锁定在所述腔(7)中。
8.根据权利要求1至6中任何一项所述的涡轮(1)，其特征在于，沿所述第二轴向方向(D2)的该锁定装置至少包括转子(3)，该转子(3)包括与所述叶片轴向结合的至少一个支撑密封件(20)，该密封件(20)适于抵靠所述盘(4)，以沿所述第二轴向方向(D2)将所述叶片根部(14)锁定在所述腔(7)中。
9.根据权利要求8所述的涡轮(1)，其特征在于，所述叶片包括至少一个钩(18)，所述密封件(20)通过所述钩(18)被轴向地保持在所述叶片上。
10.一种涡轮发动机，例如飞机涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机，包括根据权利要求1至9中任何一项所述的涡轮(1)。
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