CN114412826A - 转子叶片、转子组件及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明的一个目的在于提供一种转子叶片，能够减少转子叶片绕自身旋转的问题。本发明的另一目的在于提供一种转子组件；本发明的又一目的在于提供一种燃气轮机。为实现前述一个目的的转子叶片包括缘板、榫头以及叶身，叶身具有吸力面侧以及压力面侧。其中，缘板包括靠近吸力面侧的第一端，以及靠近压力面侧的第二端，第一端设置有至少一个第一配合部，第二端设置有至少一个第二配合部，当转子叶片处于装配状态下，相邻两转子叶片之间的第一配合部与第二配合部配合限制转子叶片沿自身的转动。

Description

转子叶片、转子组件及燃气轮机

技术领域

本发明涉及一种转子叶片、转子组件及燃气轮机。

背景技术

航空发动机压气机后面级转子叶片质量较小，通常盘片分离的转子叶片设计成周向榫头安装结构，如图1示出了现有压气机转子组件的示意图，转子叶片9由叶身91、缘板92和榫头93组成，转子叶片9通过榫头93安装在轮盘95上组成转子组件。

图2示出了图1中的A部局部放大示意图，其中，在安装状态下，缘板92与轮盘95之间存在间隙δ1和δ2，因而在冷态水平状态下，转子叶片9榫头93工作面94与轮盘95工作面不完全配合。如图3所示，当多个转子叶片9安装在轮盘95上后，会预留一个冷态周向累积间隙δ3，理想情况在工作状态下由于热膨胀变形的影响，将消除这个累积周向间隙，因此冷态时，对于转子叶片9a而言，周向缘板一侧为自由端910，另一侧为受力端911。

然而发明人发现，当航空发动机在启动或加减速的过渡状态时，转子在以转速Ω转动，转子叶片9榫头93工作面94由于存在不完全贴合的状态，在这种状态下，对于转子叶片9a，当受力端911受到相邻转子叶片缘板92的载荷F1’和压力面98的气动载荷F2’时，转子叶片9a将会如图4所示地绕自身旋转。此时，与其相邻的叶片9b也会具有绕自身旋转的趋势，直至这种绕自身旋转状态延续到转子叶片9n，此时的转子叶片9a与转子叶片9n之间会如图5所示，积累转动后的累积周向间隙δ4。当缘板结构为平行四边形缘板时，δ4>δ3，累积的周向间隙增大而不是减小。转子叶片9的绕自身旋转会使气流的入口角严重偏离设计角度，周向间隙的增大会带来更大的气流泄露，影响航空发动机的性能。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种转子叶片，能够减少转子叶片绕自身旋转的问题。

本发明的另一目的在于提供一种转子组件，其包括前述转子叶片。

本发明的又一目的在于提供一种燃气轮机，其包括前述转子组件。

为实现前述一个目的的转子叶片，包括缘板、榫头以及叶身，所述叶身具有吸力面侧以及压力面侧；

所述缘板包括靠近所述吸力面侧的第一端，以及靠近所述压力面侧的第二端，所述第一端设置有至少一个第一配合部，所述第二端设置有至少一个第二配合部，当所述转子叶片处于装配状态下，相邻两所述转子叶片之间的所述第一配合部与所述第二配合部配合限制所述转子叶片沿自身的转动。

在一个或多个实施方式中，所述第一配合部为凸部，所述第二配合部为凹槽。

在一个或多个实施方式中，所述凸部、所述凹槽分别为设置在所述第一端、所述第二端上的一个。

在一个或多个实施方式中，所述凸部具有与所述凹槽相匹配的外轮廓。

在一个或多个实施方式中，所述缘板为平行四边形缘板。

在一个或多个实施方式中，所述榫头为燕尾式榫头。

为实现前述另一目的的转子组件，包括轮盘以及设置在所述轮盘上的多个转子叶片，其特征在于，所述转子叶片为如前所述的转子叶片。

在一个或多个实施方式中，在组装状态下，所述多个转子叶片的缘板之间具有冷态周向累积间隙，所述冷态周向累积间隙为所述多个转子叶片的缘板之间沿所述轮盘周向上间隙之和；

其中，当任意相邻两所述转子叶片的缘板之间具有所述冷态周向累积间隙时，所述第一配合部与所述第二配合部仍能够配合限制相邻两所述转子叶片沿自身的转动。

在一个或多个实施方式中，所述第一配合部为凸部，所述第二配合部为凹槽；

其中，所述凸部突伸出所述第一端的长度大于所述冷态周向累积间隙的宽度，所述凹槽的深度不小于所述凸部的所述长度。

为实现前述又一目的的燃气轮机，包括如前所述的转子组件。

本发明的进步效果包括以下之一或组合：

1)通过在转子叶片的缘板中设置第一配合部1以及第二配合部，使得在实际工况状态下，当任一转子叶片具有绕自身转动的趋势时，第一配合部以及第二配合部将配合限制二者的转动；

2)凸部突伸出第一端的长度大于冷态周向累积间隙的宽度，从而保证在任意工况下，当转子叶片绕自身旋转时，凸部和凹槽与相邻转子叶片的缘板配合位置产生对应的反作用力，抵消一部分转子叶片旋转的驱动力，同时转子叶片并不存在如背景技术中所述的自由端，且旋转趋势方向与相反，并形成相邻转子叶片旋转趋势方向相反的相邻转子叶片相互抑制旋转运动的作用力，有效地保持了转子叶片工作状态的稳定性，并且转子叶片绕自身旋转时，会使得周向累积间隙减小，提高了航空发动机的性能。

附图说明

本发明的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得更加明显，其中：

图1示出了现有压气机转子组件的示意图；

图2示出了图1中的A部局部放大示意图；

图3示出了现有压气机转子组件一个状态下的示意图；

图4示出了现有压气机转子组件另一状态下的示意图；

图5示出了现有压气机转子组件又一状态下的示意图；

图6示出了本转子叶片一个实施方式的示意图；

图7示出了本转子叶片装配状态下一个实施方式的示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本申请的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

需要注意的是，在使用到的情况下，如下描述中的上、下、左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。

需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。

需要说明的是，背景技术中所采用的附图标记系统与下文中所采用的附图标记系统相互独立，二者无关联。

为解决现有技术中存在的转子叶片在实际工况下绕自身转动的问题，本发明的一个方面提供了一种转子叶片。如图6示出了本转子叶片一个实施方式的示意图，其中，转子叶片1包括缘板10、叶身11以及图中未示出的榫头。叶身11具有吸力面侧11a以及压力面侧11b。

其中，缘板10具有靠近吸力面侧11a的第一端101以及靠近压力面侧11b的第二端102。在第一端101上设置有至少一个第一配合部103，在第二端上设置有至少一个第二配合部104。当转子叶片1处于如图7所示的装配状态下，相邻两转子叶片1之间的第一配合部103与第二配合部104如图所示，限制转子叶片1沿自身的转动。可以理解的是，这里以及后文所述的沿自身的转动是指叶片沿自身轴线的转动。

通过在转子叶片1的缘板10中设置第一配合部103以及第二配合部104，使得在实际工况状态下，当任一转子叶片1具有绕自身转动的趋势时，第一配合部103以及第二配合部104将配合限制二者的转动。

虽然本转子叶片的一个实施例如上所述，但是在本转子叶片的其他实施例中，本转子叶片相对于上述实施例在许多方面都可以具有更多的细节，并且这些细节的至少一部分可以具有多样的变化。下面以一些实施例对这细节和些变化中的至少一部分进行说明。

在转子叶片的一个实施方式中，第一配合部103为如图所示的凸部，第二配合部104为如图所示的凹槽，从而在装配状态下，凸部与凹槽之间能够相互配合，限制任一在装配状态下的转子叶片1沿自身的转动。

在其他一些与图示不同的实施方式中，第一配合部和/或第二配合部的结构形式可以有许多的变形或变化，但不以此为限。如在一个实施方式中，第一配合部可以是凹槽，而第二配合部可以是凸部。

可以理解的是，后文所述的叶片转子的实施方式，均以第一配合部103为凸部、第二配合部104为凹槽的形式进行叙述，故后文中凸部沿用附图标记103，凹槽沿用附图标记104。

在转子叶片的一个实施方式中，凸部103、凹槽104分别为如图中所示、设置在第一端101以及第二端102上的一个。

在其他一些与图示不同的实施方式中，凸部103以及凹槽104的数量可以有许多的变形或变化，但不以此为限。如在一个实施方式中，凸部103以及凹槽104可以分别为两个或多个。如在另一实施方式中，凸部103以及凹槽104具有不同的数量，如凹槽104的数量多于凸部103的数量。

在转子叶片的一个实施方式中，凸部103具有与凹槽104相匹配的外形，以便与加工制造。

在转子叶片的一个实施方式中，缘板10为如图中所示的平行四边形缘板，可以理解的是，这里的平行四边形缘板是指缘板10沿转子叶片高度方向上的正投影呈大致平行四边形状。由于具有平行四边形缘板的转子叶片在实际工况下更容易发生自转，通过设置凸部103以及凹槽104能够有效地减少转子叶片1的转动。

在转子叶片的一个实施方式中，榫头为燕尾式榫头，其中，该燕尾式榫头可以是如背景技术中图1或图2中所示出的榫头形式，当对于棕榈树状的榫头形式，具有燕尾式榫头的转子叶片在实际工况下更容易发生自转，通过设置凸部103以及凹槽104能够有效地减少转子叶片1的转动。

本发明的另一个方面提供了一种转子组件，转子组件包括轮盘以及设置在轮盘上的多个转子叶片，该转子叶片为如前述一个或多个实施方式中所述的转子叶片1。

在转子组件的一个实施方式中，如图7中所示，在组装状态下，多个转子叶片1的缘板10之间具有冷态周向累积间隙δ，该冷态周向累积间隙δ可以理解为背景技术中所述的多个转子叶片1的缘板之间沿轮盘周向上间隙之和。图中以示意性的方式示出多个转子叶片1均朝向一侧挤压，故冷态周向累积间隙δ示意性示出在两相邻叶片之间。其中，在图7所示的、冷态周向累积间隙δ示意性示出在两相邻叶片之间的状态下时，第一配合部103与第二配合部104仍能够配合限制相邻转子叶片之间沿自身的转动。

在转子组件的一个实施方式中，第一配合部103为凸部，第二配合部104为凹槽。凸部103突伸出第一端101的长度大于冷态周向累积间隙δ的宽度，从而保证在任意工况下，当转子叶片1a绕自身旋转时，凸部103和凹槽104与相邻转子叶片1b的缘板配合位置产生对应的反作用力F3、F4，抵消一部分转子叶片旋转的驱动力F1、F2，同时转子叶片1a并不存在如背景技术中所述的自由端，且旋转趋势方向与1b相反，并形成相邻转子叶片旋转趋势方向相反的相邻转子叶片相互抑制旋转运动的作用力，有效地保持了转子叶片工作状态的稳定性，并且转子叶片绕自身旋转时，会使得周向累积间隙δ减小，提高了航空发动机的性能。

其中，凹槽104具有不小于凸部103长度的深度，从而保证了凸部103能够进入到凹槽104中与其配合限位。可以理解的是，如图中所示的实施方式中，凸部103与凹槽104具有相互配合的外形，在其他一些与图示不同的实施方式中，凹槽104也可以具有比凸部103深的深度，但不以此为限。

本发明的又一个方面提供了一种燃气轮机，其包括如前述一个或多个实施方式中的转子组件。

本发明的进步效果包括以下之一或组合：

1)通过在转子叶片的缘板中设置第一配合部1以及第二配合部，使得在实际工况状态下，当任一转子叶片具有绕自身转动的趋势时，第一配合部以及第二配合部将配合限制二者的转动；

2)凸部突伸出第一端的长度大于冷态周向累积间隙的宽度，从而保证在任意工况下，当转子叶片绕自身旋转时，凸部和凹槽与相邻转子叶片的缘板配合位置产生对应的反作用力，抵消一部分转子叶片旋转的驱动力，同时转子叶片并不存在如背景技术中所述的自由端，且旋转趋势方向与相反，并形成相邻转子叶片旋转趋势方向相反的相邻转子叶片相互抑制旋转运动的作用力，有效地保持了转子叶片工作状态的稳定性，并且转子叶片绕自身旋转时，会使得周向累积间隙减小，提高了航空发动机的性能。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种转子叶片，包括缘板、榫头以及叶身，所述叶身具有吸力面侧以及压力面侧，其特征在于：

所述缘板包括靠近所述吸力面侧的第一端，以及靠近所述压力面侧的第二端，所述第一端设置有至少一个第一配合部，所述第二端设置有至少一个第二配合部，当所述转子叶片处于装配状态下，相邻两所述转子叶片之间的所述第一配合部与所述第二配合部配合限制所述转子叶片沿自身的转动。

2.如权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，所述第一配合部为凸部，所述第二配合部为凹槽。

3.如权利要求2所述的转子叶片，其特征在于，所述凸部、所述凹槽分别为设置在所述第一端、所述第二端上的一个。

4.如权利要求2所述的转子叶片，其特征在于，所述凸部具有与所述凹槽相匹配的外轮廓。

5.如权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，所述缘板为平行四边形缘板。

6.如权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，所述榫头为燕尾式榫头。

7.一种转子组件，包括轮盘以及设置在所述轮盘上的多个转子叶片，其特征在于，所述转子叶片为如权利要求1至6中任一项所述的转子叶片。

8.如权利要求7所述的转子组件，其特征在于，在组装状态下，所述多个转子叶片的缘板之间具有冷态周向累积间隙，所述冷态周向累积间隙为所述多个转子叶片的缘板之间沿所述轮盘周向上间隙之和；

其中，当任意相邻两所述转子叶片的缘板之间具有所述冷态周向累积间隙时，所述第一配合部与所述第二配合部仍能够配合限制相邻两所述转子叶片沿自身的转动。

9.如权利要求8所述的转子组件，其特征在于，所述第一配合部为凸部，所述第二配合部为凹槽；

其中，所述凸部突伸出所述第一端的长度大于所述冷态周向累积间隙的宽度，所述凹槽的深度不小于所述凸部的所述长度。

10.一种燃气轮机，其特征在于，包括如权利要求7至9任一项所述的转子组件。

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