CN109869196B - 一种双联或多联的叶轮机转子叶片及具有其的叶轮机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种双联或多联的叶轮机转子叶片，所述转子叶片包括至少两个叶片单元，所述叶片单元包括叶身和固定于所述叶身顶端的叶冠，且所述叶片单元的叶冠之间相对固定。本申请的转子叶片中单个叶身的扭转、偏转等作用受连体叶冠/一体式叶冠的相互制约，且受两个或多个榫头的结构约束，在连体叶冠/一体式叶冠上引起的磨损、搭接、不平齐错位等的驱动力小，连体叶冠/一体式叶冠的位移量相对单叶身叶冠大幅减少，叶身气动效果好，在热胀槽宽度设计合理的情况下，不会出现磨损、相邻叶冠啮合面脱离、错位等故障。

Description

一种双联或多联的叶轮机转子叶片及具有其的叶轮机

技术领域

本申请属于叶轮机技术领域，特别涉及一种双联或多联的叶轮机转子叶片及具有其的叶轮机。

背景技术

如图1和图2所示，大展弦比涡轮叶片10普遍采用单叶身11加锯齿叶冠12或平行叶冠15，以增加叶片10的抗振能力。工作时，利用相邻叶冠侧向的限幅或相互磨擦的阻尼，起到减小叶片10共振及振动能量的作用。但是，具有叶冠的叶片设计技术难度大，在装配、使用方面也存在问题。

现有的单叶身平行叶冠或锯齿叶冠的叶片，若接触面位置、相邻锯齿叶冠接触紧度选取不合理，叶身的扭转、偏转会受阻，继而使用中常出现叶冠侧面磨损、啮合面严重磨损，材料缺失、叶冠掉角等故障现象。刚性弱的叶片还会出现锯齿叶冠的啮合面相互脱离、上下搭接，这样使叶片逃离正确位置，给气动带来损失，给结构带来不安全因素。

如图3所示中，叶身11b～11c、叶身11c～11d、叶身11d～11e端部的叶冠12b～12c、叶冠12c～12d、叶冠12d～12e处于正常使用状态，而叶身11a～11b端部的叶冠12a～12b则出现了相互脱离。

另外，锯齿叶冠一般采用预扭加紧度设计，在装配时，需要对叶冠施加扭力，待整级叶片排列成环后，压入涡轮盘榫槽，压装需要施力、对位，故而装配困难。

发明内容

本申请的目的是提供了一种双联或多联的叶轮机转子叶片及具有其的叶轮机，用于解决现有技术中的任一问题。

在第一方面，本申请提供一种双联或多联的叶轮机转子叶片，所述转子叶片包括至少两个叶片单元，所述叶片单元包括叶身和固定于所述叶身顶端的叶冠，且所述叶片单元的叶冠之间相对固定。

在本申请中，所述叶冠的固定方式包括焊接、胶结、机械连接中的一种。

在本申请中，所述叶片单元的底部具有榫头，所述榫头之间具有调谐间隙。

在本申请中，所述叶冠的类型包括平行叶冠和锯齿叶冠。

在本申请中，所述叶身的内部具有空腔。

在第二方面，本申请提供了一种双联或多联的叶轮机转子叶片，所述转子叶片包括至少两个叶片单元和一叶冠，所述叶片单元包括叶身，叶身的顶端共同固定在所述叶冠上。

在本申请中，所述叶片单元的底部具有榫头，所述榫头之间具有调谐间隙。

在本申请中，所述叶冠的类型包括平行叶冠和锯齿叶冠。

在本申请中，所述叶身的内部具有空腔。

在第三方面，本申请提供了一种叶轮机，所述叶轮机包括：如第一方面所述的转子叶片，或如第二方面所述的转子叶片，或如第一方面所述的转子叶片和如第二方面所述的转子叶片中的一种；以及

一整体叶盘，所述转子叶片安装于所述整体叶盘上。

本申请的转子叶片由于不存在单叶身的叶冠，因而回避了工作时单叶片的叶冠间出现的各种问题。连体叶片/一体式叶冠叶片中，单个叶身的扭转、偏转等作用受连体叶冠/一体式叶冠的相互制约，且受两个或多个榫头的结构约束，在连体叶冠/一体式叶冠上引起的磨损、搭接、不平齐错位等的驱动力小，连体叶冠/一体式叶冠的位移量相对单叶身叶冠大幅减少，叶身气动效果好，在热胀槽宽度设计合理的情况下，不会出现磨损(材料缺失)、相邻叶冠啮合面脱离、错位(搭接、高低不平)等故障。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为现有技术中带有锯齿冠的叶片单元。

图2为现有技术中带有平行冠的叶片单元。

图3为现有技术中具有锯齿叶冠的多个叶片排布及叶冠脱离示意图。

图4为第一方面一实施例的具有平行叶冠的转子叶片示意图。

图5为第一方面另一实施例的具有锯齿叶冠的转子叶片示意图。

图6为第一方面一实施例的内部中空的叶身结构径向剖视图。

图7为第一发明一实施例的内部中空的叶身结构周向剖视图。

图8为第二方面一实施例的具有平行叶冠的转子叶片示意图。

图9为第二方面另一实施例的具有锯齿叶冠的转子叶片示意图。

图10为转子叶片与整体叶盘安装示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

为了防止单叶身结构叶片的叶冠在工作中脱离，以造成更严重的事故。本申请提出一中将相邻的两个或两个以上的单叶身叶片的叶冠联在一起，或将相邻的两个或两个以上单叶身叶片的叶身同时联到一个叶冠上，形成了一种连体式转子叶片，以此增加结构刚性，提高了抗振能力。

在第一方面，本申请提供一种叶身顶端的叶冠相互固定连接的转子叶片，具体的，转子叶片包括至少两个叶片单元，每个叶片单元均相当于现有技术中的单叶身结构的叶片，叶片单元包括叶身和固定在叶身顶端的叶冠，叶片单元之间的叶冠相对固定实现连体式。

在本申请中，叶片单元的底部具有榫头，转子叶片的榫头之间具有调谐间隙，转子叶片通过榫头安装在叶盘上实现固定。榫头之间的调谐间隙的可作用参照下文。

在本申请中，叶冠根据叶身型面形状可以是平行四边形冠结构(平行叶冠)，也可以是带锯齿的多边形冠结构(锯齿叶冠)，也可以是弧形，也可以是任何能覆盖叶身叶尖形面的几何形状。由于转子叶片至少包括两个叶片单元，而叶片单元的结构通常是相同的。在转子叶片中，不同的叶片单元之间的叶冠若不相同，则无法进行匹配，因此叶冠的类型也是相同的。即构成整环结构的转子叶片中的叶冠是相同的。

如图4和图5所示分别为本申请的平行叶冠及锯齿叶冠的转子叶片20，转子叶片20具有两个叶身21，在叶身21的顶端有平行叶冠22(图4)或锯齿叶冠25(图5)，平行叶冠22或锯齿叶冠25上还有篦齿，篦齿用于封严气流，其设置方式与常规技术中的设置相同，叶身21的底部具有榫头23，两榫头23之间具有调谐间隙24。

需要说明的是，上述实施例仅为本申请的转子叶片中，叶身数量最少的情况，理论来说，叶身数量可以为两个或两个以上。但就实际工程而言，现有技术技术中单叶身结构的叶片的数量通常在数十个范围内，因此，通过叶冠构成连体式转子中叶身的数量不宜过多，通常在两个或三个即可。

在本申请中，叶身的内部具有空腔。

如图6和图7所示为锯齿叶冠的转子叶片，转子叶片具有两个叶身21，叶身21顶部的锯齿叶冠25连接在一起，叶身21的底部具有榫头23，榫头23未连接在一起。叶身21的内部具有叶身空腔211，空腔211可以用来通冷气以降低叶身21的问题。榫头23内部也具有榫头空腔231，榫头空腔231与叶身空腔211连通，冷气自榫头空腔231通入。

在本申请中，叶冠的固定方式包括焊接、胶结、机械连接等。由于转子叶片需要承受一定的压力，且流过的气流需要较好的流通路径，叶冠的固定方式优先采用焊接，并对焊缝进行打磨处理，以提高流通性。

在另一方面，本申请提供一种叶身顶端共用一个叶冠的转子叶片，具体的，转子叶片包括至少两个叶片单元和一叶冠，每个叶片单元均包括叶身，叶身的顶端共同固定在一个叶冠上。

在本申请中，叶片单元的底部具有榫头，转子叶片的榫头之间具有调谐间隙，转子叶片通过榫头安装在叶盘上实现固定。榫头之间的调谐间隙的可作用参照下文。

在本申请中，叶冠根据叶身型面形状可以是平行四边形冠结构(平行叶冠)，也可以是带锯齿的多边形冠结构(锯齿叶冠)，也可以是弧形，也可以是任何能覆盖叶身叶尖形面的几何形状。平行叶冠或锯齿叶冠相比于现有技术中的单叶身结构的叶片中的叶冠，前者的面积是后者的数倍，倍数是本申请中的转子叶片中包含的叶身的数量。

如图8和图9所示分别为本申请的平行叶冠及锯齿叶冠的转子叶片20，转子叶片20具有两个叶身21，两个叶身21的顶端共同连接到平行叶冠22(图8)或锯齿叶冠25(图9)，平行叶冠22或锯齿叶冠25上还设有篦齿，篦齿用于封严气流，其设置方式与常规技术中的设置相同，叶身21的底部具有榫头23，两榫头23之间具有调谐间隙24。

需要说明的是，上述实施例仅为本申请的转子叶片中，叶身数量最少的情况，理论来说，叶身数量可以为两个或两个以上。但就实际工程而言，现有技术技术中单叶身结构的叶片的数量通常在数十个范围内，因此，通过叶冠构成连体式转子中叶身的数量不宜过多，通常在两个或三个即可。

本申请中，叶身的内部具有空腔。具体内容可参照第一方面的相关内容，本处不在赘述。

在本申请的第一方面和第二方面的技术方案中，均可以采用铸造的方式获得整体的转子叶片。

相比于现有技术中单叶身带叶冠的叶片采用叶冠和榫头两头机械约束的方案，本申请中的双联或多联叶身带一叶冠的转子叶片采用叶冠和多处榫头非刚性机械约束，在叶冠上取消了预扭设计，而现有技术的预扭设计的叶冠相比，不需要转子叶片整环级的装配入叶盘，装配过程简单方便。即使叶冠结构空间复杂，整环装配也很方便，不需要对叶冠施力成环，榫接可以方便压入。

本申请的双联或多联叶身的转子叶片，相比单叶身带叶冠的叶结构来说，抗振刚性增大，抵抗振动能力增强，且有共振存在时，除多约束抗振性强以外，下方的调谐槽可以起到卸荷作用，对于盘片榫接结构，榫接摩擦可以起到阻尼作用。

在第三方面，本申请还提供了一种叶轮机，叶轮机包括第一方面的转子叶片，或第二方面的转子叶片，或第一方面和第二方面的转子叶片，以及一整体叶盘，转子叶片安装在整体叶盘上。

如图10所示，叶轮机中转子叶片20a和转子叶片20b是本申请第一方面的并联两叶身21且平行叶冠22固定在一起而构成的第一类转子叶片，转子叶片20c是本申请第二方面的并联两叶身21且固定到同一平行叶冠21而构成的第二类转子叶片。第二类转子叶片的平行叶冠与第一类转子叶片的两个平行叶冠的连接体结构相同。叶轮机的转子叶片可以全部由第一类转子叶片构成，也可以全部由第二类转子叶片构成，还可以由第一类转子叶片和第二类转子叶片共同构成。

两个转子叶片20a、20b之间具有膨胀槽26，转子叶片20b、20c之间也具有膨胀槽。转子叶片根部的榫头23安装到一呈环状的整体叶盘30上，榫头23之间具有调谐间隙24，方便转子叶片安装到整体叶盘30上。

本申请的转子叶片及叶轮机采用了一种新的减振原理，利用连体叶冠/一体式叶冠对转子叶片中的多个叶身的活动进行相互制约，加上榫接阻尼调谐(转子叶片的榫头插入整体叶盘的榫槽后，利用盘-片榫接产生摩擦阻尼)，或整体叶盘的调谐槽调谐，起到多方位减振的效果。

本申请中，由于不存在单叶身的叶冠，因而回避了工作时单叶片的叶冠间出现的各种问题。连体叶片/一体式叶冠叶片中，单个叶身的扭转、偏转等作用受连体叶冠/一体式叶冠的相互制约，且受两个或多个榫头的结构约束，在连体叶冠/一体式叶冠上引起的磨损、搭接、不平齐错位等的驱动力小，连体叶冠/一体式叶冠的位移量相对单叶身叶冠大幅减少，叶身气动效果好，在热胀槽宽度设计合理的情况下，不会出现磨损(材料缺失)、相邻叶冠啮合面脱离、错位(搭接、高低不平)等故障。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种双联或多联的叶轮机转子叶片，其特征在于，所述转子叶片包括至少两个叶片单元，所述叶片单元包括叶身和固定于所述叶身顶端的叶冠，且所述叶片单元的叶冠之间相对固定，以及所述叶片单元的底部具有榫头，所述榫头之间具有调谐间隙。

2.如权利要求1任一所述的转子叶片，其特征在于，所述叶冠的固定方式包括焊接、胶结、机械连接中的一种。

3.如权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，所述叶冠的类型包括平行叶冠和锯齿叶冠。

4.如权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，所述叶身的内部具有空腔。

5.一种双联或多联的叶轮机转子叶片，其特征在于，所述转子叶片包括至少两个叶片单元和一叶冠，所述叶片单元包括叶身，叶身的顶端共同固定在所述叶冠上，以及所述叶片单元的底部具有榫头，所述榫头之间具有调谐间隙。

6.如权利要求5所述的转子叶片，其特征在于，所述叶冠的类型包括平行叶冠和锯齿叶冠。

7.如权利要求5所述的转子叶片，其特征在于，所述叶身的内部具有空腔。

8.一种叶轮机，其特征在于，所述叶轮机包括：

如权利要求1至4所述的转子叶片，或如权利要求5至7所述的转子叶片，或如权利要求1至4所述的转子叶片和如权利要求5至7所述的转子叶片中的一种；以及

一整体叶盘，所述转子叶片安装于所述整体叶盘上。

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