CN114483202A - 一种用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件和涡轮转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件和涡轮转子，其中限位组件包括径向可压缩的、弹性的限位板和防转板，限位板和防转板上设计有拆卸孔，在对叶片进行限位以及实现对冷却气的封严的同时，大大提高了安装拆解的效率和便利性；并且限位板结构可以多次重复利用。本发明相比较于现有的锁片结构，拆解时显著减少必换件数量，且安装拆卸更加方便快捷；本发明相比于现有的螺栓连接的挡板结构，无须在涡轮盘上开螺栓孔，不存在应力集中问题；本发明相比于现有的无螺栓挡板结构，结构件的重量较低，对轮盘的负载更小。

Description

一种用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件和涡轮转子

技术领域

本发明属于发动机技术领域，特别涉及一种用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件和涡轮转子。

背景技术

目前发动机涡轮转子上，通常采用以下三种方式防止叶片轴向移动。第一种是轮盘前后采用挡板，轮盘、挡板上均开有螺栓孔，挡板和盘间采用螺栓连接；第二种是轮盘前后采用无螺栓挡板结构；第三种是采用叶片锁片的结构。

采用螺栓连接的挡板结构，需要在轮盘上开孔，产生应力集中，影响轮盘寿命；采用无螺栓挡板结构虽然不需要在盘上开孔，但是挡盘给轮盘带来较大的负载，降低了盘的强度。

而采用叶片锁片的方式，每次分解必须更换所有锁片，锁片的安装拆解不方便，同时也很难对冷却气体进行封严。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件和涡轮转子，安装拆解方便，在限制叶片轴向移动的同时能够很好的实现涡轮密封，并且更易于安装和拆卸。

本发明的一种用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件，所述限位组件设在涡轮盘和叶片之间，所述限位组件包括限位板、防转板、第一环状卡槽和第二环状卡槽；

所述限位板和所述防转板呈扇环形，且均朝向所述涡轮盘的中心分布；

所述第一环状卡槽设置在所述涡轮盘上靠近榫槽的位置处，所述第二环状卡槽设置在所述叶片上靠近榫头端面的位置，所述第一环状卡槽与所述第二环状卡槽槽口相对设置，且所述第一环状卡槽与所述第二环状卡槽互相平行；

所述第一环状卡槽外侧开设有一个豁口部，用于容许所述限位板通过所述豁口部滑动进入并卡嵌在所述第一环状卡槽和所述第二环状卡槽内；

所述防转板安装在所述豁口部处。

进一步地，所述限位板、所述第一环状卡槽和所述第二环状卡槽之间的尺寸关系满足：

A-C<B-1.5mm；

其中A为所述第一环状卡槽与所述第二环状卡槽的槽底之间的距离；B为所述第一环状卡槽的深度；C为所述限位板的径向高度。

进一步地，所述限位板上开设有第一拆卸孔，所述防转板上开设有第二拆卸孔；其中，所述第一拆卸孔在所述限位板的中部靠内边缘方向设置，并且位于所述限位板与所述涡轮盘之间；

所述第二拆卸孔在所述防转板的中部靠内边缘方向设置，并且位于所述防转板与所述涡轮盘之间。

进一步地，

所述限位板包括限位板主体，所述限位板主体在靠近内边缘和外边缘的位置设置有折弯部；

其中，靠近所述限位板主体内边缘设置的第一折弯部嵌入所述第一环状卡槽内并在所述第一环状卡槽内滑动，靠近所述限位板主体外边缘设置的第二折弯部嵌入所述第二环状卡槽内并在所述第二环状卡槽内滑动。

进一步地，

所述防转板包括防转板主体，所述防转板主体在靠近内边缘的位置向中间弯折构成第三折弯部并嵌入所述第一环状卡槽，所述防转板主体在靠近外边缘的位置向所述第三折弯部弯折构成第四折弯部并嵌入所述第二环状卡槽。

进一步地，所述防转板主体的内边缘处沿所述涡轮盘的直径方向设置有防转凸台；所述防转凸台与开设在所述豁口部处的防转卡槽卡接。

进一步地，其特征在于，所述限位板所对应的的圆心角的计算公式为：

D＝a360°/N；

所述防转板所对应的的圆心角的计算公式为：

E＝b360°/N；

cD+dE＝360°；

其中，D为限位板所对应的的圆心角大小；E为防转板所对应的的圆心角大小；N为叶片的总数量；a、b为尺寸系数；c为限位板的数量，d为防转板的数量。

进一步地，

所述限位板和所述防转板的材料为高温合金材料。

进一步地，所述限位板和所述防转板的厚度为0.4mm～1mm。

本发明还公开了一种涡轮转子，包括本发明前面所述的用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件。

本发明的一种用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件和具有该限位组件的涡轮转子，包括径向可压缩的、弹性的限位板和防转板，并且相应地对于涡轮盘的结构也做出了针对性的改进，在对叶片进行限位以及实现对冷却气的封严的同时，大大提高了安装拆解的效率和便利性；并且限位板结构可以多次重复利用。本发明相比较于现有的锁片结构，安装拆卸更加方便；本发明相比于现有的螺栓连接的挡板结构，无须在涡轮盘上开螺栓孔，不存在应力集中问题；本发明相比于现有的无螺栓挡板结构，结构件的重量较低，对轮盘的负载更小。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的限位板安装剖面结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的限位板结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例的防转板结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例的豁口部正视结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例的豁口部俯视结构示意图；

图6示出了根据本发明实施例的限位组件安装整体结构示意图；

图7示出了根据本发明实施例的防转板安装结构示意图。

图中主要标号说明：

1、限位组件；2、涡轮盘；3、叶片；4、豁口部；5、第一拆卸孔；6、防转凸台；7、防转卡槽；8、第二拆卸孔；11、限位板；12、防转板；13、第一环状卡槽；14、第二环状卡槽；111、第一折弯部；112、第二折弯部；121、第三折弯部；122、第四折弯部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图6所示，为本发明的一种用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件1，限位组件1卡设在涡轮盘2和叶片3之间，限位组件包括限位板11、防转板12、第一环状卡槽13和第二环状卡槽14；

限位板11和防转板12呈扇环形，且均朝向涡轮盘2的中心分布；

第一环状卡槽13设置在靠近涡轮盘2的榫槽处，第二环状卡槽14设置在靠近叶片3榫头端面的位置，第一环状卡槽13与第二环状卡槽14相对设置，且第一环状卡槽13与第二环状卡槽14互相平行；

第一环状卡槽13外侧开设有一个豁口部4，用于容许限位板11通过豁口部4滑动进入并卡嵌在第一环状卡槽13和第二环状卡槽14内；

防转板12安装在豁口部4处。

本发明的一个具体实施例中，具有多个限位板11和一个防转板12，限位板11和防转板12环绕涡轮盘2的轴连续排布。

如图2所示，其中，限位板11包括限位板主体和靠近限位板主体边缘处设置的折弯部；即限位板11在平行于涡轮盘2的平面上的投影呈扇环形，限位板11的截面是接近于“[”的形状，如图1所示，折弯部与限位板主体呈钝角，且折弯部在装配时朝向涡轮盘2外侧，即“[”的形状开口朝向涡轮盘2外侧。

其中，折弯部包括：靠近限位板主体内边缘设置的第一折弯部111，用于嵌入第一环状卡槽13内并能够在第一环状卡槽13内滑动；靠近限位板主体外边缘设置的第二折弯部112，用于嵌入第二环状卡槽14内并能够在第二环状卡槽14内滑动。第一折弯部111和第二折弯部112在受到压力后发生弹性形变，从而实现密封的效果。

如图1所示，第一环状卡槽13和第二环状卡槽14是分别位于涡轮盘2和叶片3的外侧的，具体而言，第一环状卡槽13和第二环状卡槽14的槽口之间的距离(两个卡槽的外缘之间的间距)小于限位板11的宽度，第一环状卡槽13和第二环状卡槽14的槽底之间的距离(两个卡槽的凹陷处之间的间距)稍大于限位板11的宽度，使得限位板11能够卡进第一环状卡槽13和第二环状卡槽14。

具体地，如图1所示，限位板11、第一环状卡槽13和第二环状卡槽14之间的尺寸关系满足：

A-C<B-1.5mm；

其中A为第一环状卡槽13与第二环状卡槽14的槽底之间的距离(图1中的槽底间距)；B为第一环状卡槽13的深度；C为限位板11的径向高度。保证限位板11在离心力作用下上移时，限位板11与第一环状卡槽13之间至少仍有1.5mm的搭接长度，而不会从第一环状卡槽13内飞出。

如图3所示，为本实施例中的防转板12结构示意图，防转板12包括防转板主体，防转板主体在平行于涡轮盘2的平面上的投影呈扇环形，图3中示出了防转板12的正面示意图和径向截面示意图，防转板主体部分的径向截面与限位板11的径向截面相同，防转板主体的在靠近内边缘的位置向中间弯折构成第三折弯部121，第三折弯部121用于嵌入第一环状卡槽13，防转板主体的在靠近外边缘的位置向第三折弯部121弯折构成第四折弯部122，第四折弯部122用于嵌入第二环状卡槽14。

第三折弯部121和第四折弯部122朝向涡轮盘2的外侧，且在受到压力后会发生弹性形变，从而实现叶片限位、冷却气体密封的效果。

本实施例中，第一折弯部111和第三折弯部121的折弯角度相同且相互匹配，第二折弯部112和第四折弯部122的折弯角度相同且相互匹配。这样在限位板11和防转板12整体装配在第一环状卡槽13和第二环状卡槽14内时能够匹配上，实现更好的冷却气体密封效果。

通常为了保证叶片的轴向不窜动，轮盘、叶片的卡槽以及结构件(指限位板11和防转板12)宽度尺寸都设计较为精密，往往在使用过后的转子，限位板11和防转板12都紧紧卡设在第一环状卡槽13与第二环状卡槽14内，单纯用手很难实现对限位板11和防转板12进行旋转和拆卸，如果使用工具对限位板11和防转板12进行敲击，也很难避免误伤轮盘或者叶片，限位板11和防转板12拆卸困难。考虑到这个问题，参见图2和图3，本实施例中，在限位板11上开设第一拆卸孔5，在防转板12上开设第二拆卸孔8，分别用于限位板11和防转板12的拆卸。具体地，在限位板11的中部靠内边缘方向设置了一个第一拆卸孔5，在防转板12上设置了两个第二拆卸孔8，拆卸孔的数目设计是与限位板11和防转板12的尺寸大小相关的，如图6所示，第一拆卸孔5和第二拆卸孔8呈圆周等间距整列设置。

如图1和图2所示，第一拆卸孔5的设置位置是位于限位板11与涡轮盘2之间，第二拆卸孔8位于防转板12与涡轮盘2之间，这样的设计使得涡轮转子在工作时，第一拆卸孔5和第二拆卸孔8也不会造成冷却气体泄漏，即依旧能够保证对冷却气体进行封严的效果。

图3给出了本发明实施例的防转板12的形状结构示意图，图4和图5给出了本发明实施例的豁口部4的形状结构，如图3、图4和图5所示，防转板主体的内边缘处沿涡轮盘2的直径方向设置有防转凸台6；防转凸台6与开设在豁口部4处的防转卡槽7卡接配合。这样能够使得防转板12在第一环状卡槽13和第二环状卡槽14内装配位置固定，从而使得限位板11的装配位置固定，避免限位板11在第一环状卡槽13和第二环状卡槽14内随意转动，起到防转的目的。图4和图5给出了本发明的豁口部4的一种具体结构示意图。

此外，防转板12还可以作为本发明的限位组件1的安装拆卸标记位，限位板11从豁口部4处安装进入第一环状卡槽13和第二环状卡槽14，最后通过在豁口部4处安装防转板12实现安装位置固定，在拆卸时，首先拆卸位于豁口部4的防转板12，使得限位板11可以从第一环状卡槽13内滑动到豁口部4处，再取出，限位板11可以重复利用。

进一步地，本实施例中，限位板11和防转板12的尺寸计算方法为：

限位板11所对应的的圆心角的计算公式为：

D＝a360°/N；

防转板12所对应的的圆心角的计算公式为：

E＝b360°/N；

其中；N为叶片3的总数量；a、b为尺寸系数，应当理解的是，尺寸系数a是指每块限位板对应a个叶片，尺寸系数b是指每块防转板对应b个叶片。

cD+dE＝360°；

c为限位板11的数量，d为防转板12的数量，D为限位板11所对应的的圆心角大小，E为防转板12所对应的的圆心角大小。

本实施例中，取a＝2，取d＝1；当N为奇数时，b＝3，当N为偶数时，b＝4。

进一步地，

限位板11和防转板12的材料为高温合金，因为限位板11和防转板12距离叶片3近，选择高温合金材料能够提高其使用寿命。

进一步地，

限位板11和防转板12的厚度为0.4mm～1mm，小于1mm的厚度保证在转子叶片工作时，限位板11和防转板12在离心力、轴向力的作用下易于径向压缩变形实现密封和叶片轴向限位的效果。

本发明还提供了一种涡轮转子，包括本发明前面所述的限位组件1。

参见图1～图7，根据本发明的一个具体实施例，本发明的限位组件1的装配方法包括下面步骤：

1)首先将整圈带冠互锁工作叶片3全部装入涡轮盘2榫槽，即组装好叶片3和涡轮盘2；

2)将限位板11通过豁口部4，装入分别位于涡轮盘2和叶片3的第一环状卡槽13和第二环状卡槽14内；

3)将装入的限位板11沿着第一环状卡槽13或第二环状卡槽14进行顺时针或逆时针旋转，并依次装入其余所有的限位板11，即仅仅空余出豁口部4处的位置来安装防转板12。

4)将防转板12安装进豁口部4处：预先将防转板12进行压缩变形，使防转板12的尺寸可以放入涡轮盘2、叶片3卡槽内，再将防转凸台6对准防转卡槽7，实现对限位板11的转动限制。

图7中给出了防转板12安装好之后的、沿第一环状卡槽13的剖面示意图，其中因为防转凸台6卡设在防转卡槽7内，可以起到防止其它限位板11在涡轮盘2、叶片3卡槽内滑动，防止限位组件1绕涡轮盘2的轴周向旋转的作用；

5)最后通过从涡轮盘2外侧给防转板12施加外力，使防转板12受力进行径向变形，从而实现防转板12径向伸长变形，装入并卡嵌在第一环状卡槽13和第二环状卡槽14内；另外一方面，敲平防转板12还可以保证限位组件1的平整度。

同样地，本发明的限位组件1的拆解方法包括下面步骤：

1)对防转板12的防转凸台6进行翘弯，使防转凸台6脱出防转卡槽7，从而将防转板12从第一环状卡槽13和第二环状卡槽14内取出；

2)采用设计有插销的分解工装，对限位板11上的第一拆卸孔5以及防转板12上的第二拆卸孔8进行施力，使所有限位板11和防转板12整体进行顺时针或逆时针旋转，并在滑动至豁口部4处后，依次从豁口部4处取出；

3)最后将整圈带冠叶片3同时从涡轮盘2榫槽上取出，实现整个叶片3与涡轮盘2的拆解。

本发明的限位组件是针对于长伸根、带冠互锁叶片的设计，相比较采用锁片结构，本发明的限位组件易于安装，尤其是易于拆卸，且可重复利用，必换件数量显著减少，同时能够实现对冷却气的封严功能；相比螺栓连接的挡板结构，无须在轮盘上开螺栓孔从而不存在应力集中问题；相比无螺栓挡板结构，本发明的限位组件的整体尺寸有严格的精度要求，整体的重量较低，对轮盘的负载更小。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件，其特征在于，所述限位组件(1)设在涡轮盘(2)和叶片(3)之间，所述限位组件(1)包括限位板(11)、防转板(12)、第一环状卡槽(13)和第二环状卡槽(14)；

所述限位板(11)和所述防转板(12)呈扇环形，且均朝向所述涡轮盘(2)的中心分布；

所述第一环状卡槽(13)设置在所述涡轮盘(2)上靠近榫槽的位置处，所述第二环状卡槽(14)设置在所述叶片(3)上靠近榫头端面的位置，所述第一环状卡槽(13)与所述第二环状卡槽(14)槽口相对设置，且所述第一环状卡槽(13)与所述第二环状卡槽(14)互相平行；

所述第一环状卡槽(13)外侧开设有一个豁口部(4)，用于容许所述限位板(11)通过所述豁口部(4)滑动进入并卡嵌在所述第一环状卡槽(13)和所述第二环状卡槽(14)内；

所述防转板(12)安装在所述豁口部(4)处。

2.根据权利要求1所述的用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件，其特征在于，所述限位板(11)、所述第一环状卡槽(13)和所述第二环状卡槽(14)之间的尺寸关系满足：

A-C<B-1.5mm；

其中A为所述第一环状卡槽(13)与所述第二环状卡槽(14)的槽底之间的距离；B为所述第一环状卡槽(13)的深度；C为所述限位板(11)的径向高度。

3.根据权利要求1所述的用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件，其特征在于，所述限位板(11)上开设有第一拆卸孔(5)，所述防转板(12)上开设有第二拆卸孔(8)；

其中，所述第一拆卸孔(5)在所述限位板(11)的中部靠内边缘方向设置，并且位于所述限位板(11)与所述涡轮盘(2)之间；

所述第二拆卸孔(8)在所述防转板(12)的中部靠内边缘方向设置，并且位于所述防转板(12)与所述涡轮盘(2)之间。

4.根据权利要求1所述的用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件，其特征在于，

所述限位板(11)包括限位板主体，所述限位板主体在靠近内边缘和外边缘的位置设置有折弯部；

其中，靠近所述限位板主体内边缘设置的第一折弯部嵌入所述第一环状卡槽(13)内并在所述第一环状卡槽(13)内滑动，靠近所述限位板(11)主体外边缘设置的第二折弯部嵌入所述第二环状卡槽(14)内并在所述第二环状卡槽(14)内滑动。

5.根据权利要求4所述的用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件，其特征在于，

所述防转板(12)包括防转板主体，所述防转板主体在靠近内边缘的位置向中间弯折构成第三折弯部并嵌入所述第一环状卡槽(13)，所述防转板主体在靠近外边缘的位置向所述第三折弯部弯折构成第四折弯部并嵌入所述第二环状卡槽(14)。

6.根据权利要求5所述的用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件，其特征在于，所述防转板主体的内边缘处沿所述涡轮盘(2)的直径方向设置有防转凸台(6)；所述防转凸台(6)与开设在所述豁口部(4)处的防转卡槽(7)卡接。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件，其特征在于，所述限位板(11)所对应的的圆心角的计算公式为：

D＝a360°/N；

所述防转板(12)所对应的的圆心角的计算公式为：

E＝b360°/N；

cD+dE＝360°；

其中，D为限位板(11)所对应的的圆心角大小；E为防转板(12)所对应的的圆心角大小；N为叶片(3)的总数量；a、b为尺寸系数；c为限位板(11)的数量，d为防转板(12)的数量。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件，其特征在于，

所述限位板(11)和所述防转板(12)的材料为高温合金材料。

9.根据权利要求1～6中任一项所述的用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件，其特征在于，

所述限位板(11)和所述防转板(12)的厚度为0.4mm～1mm。

10.一种涡轮转子，其特征在于，包括权利要求1～9中任一项所述的用于长伸根、带冠互锁叶片的限位组件(1)。

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