CN110439628A - 一种燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构，包括涡轮盘、与该涡轮盘配合的多个叶片，其特征是：还包括用于所述叶片轴向限位的卡圈和卡扣。其能够最大限度的降低在大载荷和高热应力条件下由于应力集中而导致涡轮盘损坏的概率；可靠性高，零件数量减少，装配拆卸方便快捷，能够提高装配效率，且安装时不需使用特殊的工装夹具，零部件能够重复使用。

Description

一种燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机，具体涉及一种燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构。

背景技术

目前，燃气涡轮航空发动机或者燃气轮机的轴流式涡轮叶片的轴向固定一般使用锁片、挡板、锁板等零件。其中，早期的不带冷却的涡轮叶片可采用结构简单的锁片方式。而随着冷却通道的引入，为防止冷却空气的泄漏，而采用挡板固定的方式，挡板的轴向锁定方式装配较为方便，但需要在涡轮盘上打孔并使用一圈螺栓固定，在涡轮盘工作时，机械负荷和热负荷很大，涡轮盘上的孔和螺栓连接会导致轮盘产生应力集中，并增加微裂纹产生及涡轮盘损坏的风险。为了减小涡轮盘开孔的影响，部分发动机采用了锁板（一种无螺栓挡板）的方式，锁板的方式对涡轮盘的影响较小，但是零件数量多、装配过程比较复杂，而且维修时锁板是必换件，不能重复使用。因此需对现有的燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构，其能够最大限度的降低在大载荷和高热应力条件下由于应力集中而导致涡轮盘损坏的概率；可靠性高，零件数量减少，装配拆卸方便快捷，能够提高装配效率，且安装时不需使用特殊的工装夹具，零部件能够重复使用。

本发明所述的一种燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构，包括涡轮盘、与该涡轮盘配合的多个叶片，其特征是：还包括用于所述叶片轴向限位的卡圈和卡扣。

进一步，所述涡轮盘的周向均布有多个榫齿，相邻两个榫齿之间形成榫槽，每个所述榫齿的右端部均设有用于所述叶片限位的第一轴向限位部，每个所述榫齿的左端部均设有用于所述叶片限位的第二轴向限位部，该第二轴向限位部向左并向涡轮盘轴心线方向延伸，且每个所述第二轴向限位部与涡轮盘的左端面均形成一个开口朝向涡轮盘轴心线方向的凹槽，多个凹槽形成一圈环槽；所述叶片包括叶片本体、与所述叶片本体相连的榫头；所述叶片通过其榫头与涡轮盘上的榫槽配合，所述叶片榫头的右端面与所述第一轴向限位部紧贴；所述卡圈与涡轮盘上的环槽配合并通过卡扣锁紧，所述叶片榫头的左端面与卡圈紧贴。

进一步，所述叶片榫头的左端面向左并向远离叶片本体方向延伸形成第二辅助轴向限位部，该第二辅助轴向限位部的形状与相邻两个第二轴向限位部之间形成的间隙吻合；所述涡轮盘的多个第二轴向限位部和多个所述叶片的第二辅助轴向限位部与涡轮盘的左端面形成一圈环槽，所述卡圈与该环槽配合。

进一步，所述卡圈为开口的环状结构；所述卡扣卡入所述卡圈的开口部位。

进一步，所述卡扣具有断面呈U形的卡接部，该卡接部包括左侧部、右侧部和连接左侧部和右侧部的底部；所述卡接部卡在所述涡轮盘的第二轴向限位部和叶片的第二辅助轴向限位部上，且所述卡接部右侧部的一端面与卡圈的一端面紧贴、另一端面与卡圈的另一端紧贴。

进一步，所述卡扣卡接部的左侧部、涡轮盘榫齿的第二轴向限位部上对应设有销孔，销孔内配合有用于所述卡扣定位的销钉。

进一步，所述叶片还包括位于所述叶片本体与榫头连接部位的缘板；所述第一轴向限位部凸出于涡轮盘榫齿的齿顶面；所述缘板的右端与所述第一轴向限位部紧贴。

进一步，所述卡扣还具有与卡接部的底部相连的限位部，该限位部的两端部均凸出于卡接部的两端面，且该限位部与卡圈的内环面紧贴。

进一步，所述卡圈靠近其开口的两个端部均设有安装孔。

本发明有益的技术效果：

由于叶片与涡轮盘配合之后，仅需通过卡圈和卡扣即能实现叶片的轴向限位，相对于现有结构来说，零件数量减少，装配拆卸方便快捷，提高了装配效率，且安装时不需使用特殊的工装夹具，零部件能够重复使用；由于没有在涡轮盘上加工安装孔或者增加其他不利于涡轮盘完整性的工艺，最大限度的降低了在大载荷和高热应力条件下由于应力集中而导致涡轮盘损坏的概率；由于卡扣具有卡接部，并通过销钉与涡轮盘的第二轴向限位部连接，对卡扣和卡圈起到了定位作用，防止了卡扣和卡圈旋转，由于卡扣具有限位部，防止了卡圈沿垂直于涡轮盘轴心方向窜动，提高了整个结构的可靠性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的局部放大图；

图3是卡圈与叶片和涡轮盘的连接结构示意图；

图4是图1的截面图（叶片未显示）；

图5是涡轮盘的结构示意图；

图6是图5的局部放大图；

图7是叶片的结构示意图；

图8是单个叶片与涡轮盘的连接结构示意图；

图9是多个叶片与涡轮盘的连接结构示意图；

图10是卡圈的结构示意图；

图11是图10的局部放大图；

图12是卡扣的结构示意图。

图中：1-涡轮盘；11-榫齿，12-榫槽，13-凹槽；111-第一轴向限位部，112-第二轴向限位部；

2-叶片；21-叶片本体，22-榫头，23-缘板；221-第二辅助轴向限位部；

3-卡圈；31-安装孔；

4-卡扣；41-卡接部，42-限位部；

5-销钉；51-销孔。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做详细说明。

参见图1至图12所示的一种燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构，包括涡轮盘1、与该涡轮盘1配合的多个叶片2，其特征是：还包括用于所述叶片2轴向限位的卡圈3和卡扣4。通过卡圈3和卡扣4实现叶片2的轴向限位，相对于现有结构来说，零件数量减少，使得装配方便快捷、装配效率高。

所述涡轮盘1的周向均布有多个榫齿11，相邻两个榫齿11之间形成榫槽12，每个所述榫齿11的右端部均设有用于所述叶片2限位的第一轴向限位部111，每个所述榫齿11的左端部均设有用于所述叶片2限位的第二轴向限位部112，该第二轴向限位部112向左并向涡轮盘1轴心线方向延伸，且每个所述第二轴向限位部112与涡轮盘1的左端面均形成一个开口朝向涡轮盘1轴心线方向的凹槽13，多个凹槽13形成一圈环槽14；所述叶片2包括叶片本体21、与所述叶片本体21相连的榫头22；所述叶片2通过其榫头22与涡轮盘1上的榫槽12配合，所述叶片2榫头22的右端面与所述第一轴向限位部111紧贴；所述卡圈3与涡轮盘1上的环槽14配合并通过卡扣4锁紧，所述叶片2榫头22的左端面与卡圈3紧贴。叶片2的右端部通过涡轮盘1的第一轴向限位部111限位、左端部通过卡圈3限位，由于没有在涡轮盘1上加工安装孔或者增加其他不利于保证涡轮盘1完整性的工艺；能够最大限度的降低在大载荷和高热应力条件下由于应力集中而导致涡轮盘损坏的可能性。环槽14的最大半径大于榫槽12槽底面到涡轮盘1轴心线的距离，卡圈3卡入环槽14后即能够对叶片2榫头22的左端部限位。

所述叶片2榫头22的左端面向左并向远离叶片本体21方向延伸形成第二辅助轴向限位部221，该第二辅助轴向限位部221的形状与相邻两个第二轴向限位部112之间形成的间隙吻合；所述涡轮盘1的多个第二轴向限位部112和多个所述叶片2的第二辅助轴向限位部221与涡轮盘1的左端面形成一圈环槽14，所述卡圈3与该环槽14配合。叶片2不仅通过榫头22与涡轮盘1上的榫槽12配合，其第二辅助轴向限位部221还与涡轮盘1上相邻两个第二轴向限位部112之间形成的间隙配合；不仅能够提高叶片2与涡轮盘1配合之后的强度和刚度，还能够增大卡圈的受力面积，降低卡圈3的变形风险。

所述卡圈3为开口的环状结构；所述卡扣4卡入所述卡圈3的开口部位。卡扣4卡入所述卡圈3的开口部位，其主要目的是使得卡圈3与环槽14的根部紧密贴合，防止卡圈3松动。

所述卡扣4具有断面呈U形的卡接部41，该卡接部41包括左侧部、右侧部和连接左侧部和右侧部的底部；所述卡接部41卡在所述涡轮盘1的第二轴向限位部112和叶片2的第二辅助轴向限位部221上，且所述卡接部41右侧部的一端面与卡圈3的一端面紧贴、另一端面与卡圈3的另一端紧贴。

所述卡扣4卡接部41的左侧部、涡轮盘1榫齿11的第二轴向限位部112上对应设有销孔51，销孔51内配合有用于所述卡扣4定位的销钉5。销钉5能够对卡扣4和卡圈3起到定位作用，防止卡扣4和卡圈3旋转。

所述叶片2还包括位于所述叶片本体21与榫头22连接部位的缘板23；所述第一轴向限位部111为凸出于涡轮盘1榫齿11齿顶面的凸缘；所述缘板23的右端与所述第一轴向限位部111紧贴。

所述卡扣4还具有与卡接部41的底部相连的限位部42，该限位部42的两端部均凸出于卡接部41的两端面，且该限位部42与卡圈3的内环面紧贴。限位部42能够防止卡圈3沿垂直于涡轮盘轴心方向窜动。

所述卡圈3靠近其开口的两个端部均设有安装孔31。安装孔31的设置是为了方便卡圈3安装。

本发明适用于燃气涡轮航空发动机或者燃气轮机的轴流式涡轮叶片的轴向固定。叶片与涡轮盘配合之后形成一圈环槽，在该环槽中配合卡圈并通过卡扣和销钉锁紧，从而实现叶片的轴向固定。仅在涡轮盘上相邻两个榫齿的第二轴向限位部上各开设一个销孔，对涡轮盘强度影响极小，大大降低了涡轮盘损坏的概率，提高了整个结构的可靠性。同时在安装时不需使用特殊的工装夹具，便于安装拆卸；且在进行维修时，零部件能够重复使用。

Claims (9)

1.一种燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构，包括涡轮盘（1）、与该涡轮盘（1）配合的多个叶片（2），其特征是：还包括用于所述叶片（2）轴向限位的卡圈（3）和卡扣（4）。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构，其特征是：所述涡轮盘（1）的周向均布有多个榫齿（11），相邻两个榫齿（11）之间形成榫槽（12），每个所述榫齿（11）的右端部均设有用于所述叶片（2）限位的第一轴向限位部（111），每个所述榫齿（11）的左端部均设有用于所述叶片（2）限位的第二轴向限位部（112），该第二轴向限位部（112）向左并向涡轮盘（1）轴心线方向延伸，且每个所述第二轴向限位部（112）与涡轮盘（1）的左端面均形成一个开口朝向涡轮盘（1）轴心线方向的凹槽（13），多个凹槽（13）形成一圈环槽（14）；

所述叶片（2）包括叶片本体（21）、与所述叶片本体（21）相连的榫头（22）；所述叶片（2）通过其榫头（22）与涡轮盘（1）上的榫槽（12）配合，所述叶片（2）榫头（22）的右端面与所述第一轴向限位部（111）紧贴；

所述卡圈（3）与涡轮盘（1）上的环槽（14）配合并通过卡扣（4）锁紧，所述叶片（2）榫头（22）的左端面与卡圈（3）紧贴。

3.根据权利要求2所述的燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构，其特征是：所述叶片（2）榫头（22）的左端面向左并向远离叶片本体（21）方向延伸形成第二辅助轴向限位部（221），该第二辅助轴向限位部（221）的形状与相邻两个第二轴向限位部（112）之间形成的间隙吻合；所述涡轮盘（1）的多个第二轴向限位部（112）和多个所述叶片（2）的第二辅助轴向限位部（221）与涡轮盘（1）的左端面形成一圈环槽（14），所述卡圈（3）与该环槽（14）配合。

4.根据权利要求3所述的燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构，其特征是：所述卡圈（3）为开口的环状结构；所述卡扣（4）卡入所述卡圈（3）的开口部位。

5.根据权利要求4所述的燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构，其特征是：所述卡扣（4）具有断面呈U形的卡接部（41），该卡接部（41）包括左侧部、右侧部和连接左侧部和右侧部的底部；所述卡接部（41）卡在所述涡轮盘（1）的第二轴向限位部（112）和叶片（2）的第二辅助轴向限位部（221）上，且所述卡接部（41）右侧部的一端面与卡圈（3）的一端面紧贴、另一端面与卡圈（3）的另一端紧贴。

6.根据权利要求5所述的燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构，其特征是：所述卡扣（4）卡接部（41）的左侧部、涡轮盘（1）榫齿（11）的第二轴向限位部（112）上对应设有销孔（51），销孔（51）内配合有用于所述卡扣（4）定位的销钉（5）。

7.根据权利要求2至6任一所述的燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构，其特征是：所述叶片（2）还包括位于所述叶片本体（21）与榫头（22）连接部位的缘板（23）；所述第一轴向限位部（111）凸出于涡轮盘（1）榫齿（11）的齿顶面；所述缘板（23）的右端与所述第一轴向限位部（111）紧贴。

8.根据权利要求5所述的燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构，其特征是：所述卡扣（4）还具有与卡接部（41）的底部相连的限位部（42），该限位部（42）的两端部均凸出于卡接部（41）的两端面，且该限位部（42）与卡圈（3）的内环面紧贴。

9.根据权利要求4所述的燃气涡轮机叶片与涡轮盘的连接结构，其特征是：所述卡圈（3）靠近其开口的两个端部均设有安装孔（31）。