CN116323390A - 用于涡轮机叶片的紧固组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于涡轮发动机叶片的组件，组件包括：限定出用于接纳叶片根部(7)的凹部(10)的紧固件(9)，以及夹紧装置(32)，夹紧装置用于在叶片根部(7)被接纳在凹部(10)中时将叶片根部(7)夹紧在紧固件(9)上，其中，夹紧装置(32)包括：至少一个夹紧元件(34；36)，夹紧元件适于在凹部(10)中同时支承在叶片根部(7)上和紧固件(9)上，以在叶片根部(7)上施加夹紧力，夹紧元件(34；36)限定出螺纹孔，弹性层(44)布置成在凹部中支承在叶片根部上；杆(38)，杆包括与螺纹孔接合的螺纹，使得杆(38)相对于所述夹紧元件的旋转引起夹紧元件施加在叶片根部上的夹紧力的变化。

Description

用于涡轮机叶片的紧固组件

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机的组件，该组件用于将该涡轮机的叶片附接到紧固件上。

背景技术

常规风扇包括叶片紧固件，该叶片紧固件限定出用于接纳叶片的根部的凹部。该叶片紧固件包括两个相对的侧翼(flanks)，该侧翼共同限定出进入凹部的通道，并形成防止根部通过该通道离开凹部的止动件。叶片根部可通过两个相对的进入通道接合到凹部中。

然而，在风扇的某些构型中，叶片可经历完全分离的湍流空气动力流，这在宽的频带上产生振动激励。由于这种振动激励，叶片根部易于在接纳该根部的凹部中摆动。然而，这种摆动导致叶片或限定出凹部的紧固件损坏的风险。

特别是在文献EP2425100中，已经提出在这种凹部中插入具有叶片根部的垫片。通过手或木槌将可变形的垫片强制装配到叶片根部和紧固件之间的凹部中。当风扇停止时，这种在力的作用下的插入允许垫片基于大约50千克重量的支承力同时支承在叶片根部和紧固件上。

然而，这种垫片不能系统地防止上述摆动现象。具体地，当风扇以公称旋转速度旋转时，叶片根部在离心力的作用下在凹部内部向上升，从而增大了叶片根部与凹部底部之间的空间，使得当垫片回复到其初始非受迫几何形状时，垫片施加在紧固件上的力减小，因此出现了叶片根部的摆动，或者甚至叶片的旋转。

发明内容

本发明的目的是更有效地防止涡轮机叶片的根部摆动(特别是处于高转速时)。

为此，根据第一方面，提供了一种用于涡轮机叶片的组件，该组件包括：

·紧固件，所述紧固件限定出用于接纳叶片根部的凹部，以及

·夹紧装置，所述夹紧装置用于在所述叶片根部处于所述凹部中时将所述叶片根部夹紧在所述紧固件上，所述夹紧装置包括：

ο至少一个夹紧元件，所述夹紧元件适于在凹部中同时支承在所述叶片根部上和所述紧固件上，以在所述叶片根部上施加夹紧力，所述夹紧元件限定出螺纹孔，其中，所述夹紧元件包括弹性层，所述弹性层布置成在所述凹部中支承在所述叶片根部上，

ο杆，所述杆包括与螺纹孔相互作用的螺纹，使得所述杆相对于所述夹紧元件的旋转引起所述夹紧元件施加在所述叶片根部上的夹紧力的变化。

通过螺纹杆改变夹紧元件施加的力使得能够达到比通过用手或木槌而在力的作用下插入垫片所获得的简单支承力更高的夹紧力。因此，即使夹紧元件在涡轮机运行期间经受离心力而导致夹紧元件施加在紧固件上的夹紧力减小，这种减小也不足以显著地阻止夹紧元件牢固地夹紧紧固件。这就是即使在高转速下夹紧元件也能防止叶片摆动的原因。

弹性层元件是可压缩的，以挤压在叶片根部上，使得保持叶片(叶片的根部在离心力下位移和/或通过空气动力应力位移)上的应力。如文献EP2425100或文献EP2009245中所限定的，对于叶片根部的应力的弹性支承力是弹性可变形垫片的弹性回复力的大约10倍至20倍。

第一方面中的组件还可以包括以下可选特征，在可行的前提下可单独或组合地采用这些特征。

优选地：

·所述夹紧元件配置成：在所述杆相对于所述紧固件旋转时相对于所述紧固件位移，

·所述紧固件和所述夹紧元件的形状适于所述夹紧元件相对于所述紧固件位移以引起所述夹紧元件施加在根部上的夹紧力的变化。

优选地，所述夹紧元件支承在所述凹部的底面上，所述凹部的底面形成相对于所述杆的旋转轴线倾斜的斜坡。

优选地，所述夹紧元件包括限定出所述螺纹孔的金属部分。

优选地，所述弹性层的厚度范围为1毫米至4毫米。

优选地，所述夹紧装置包括止动件，所述止动件限制所述杆相对于所述紧固件沿着所述杆的旋转轴线的平移轨迹。

优选地，所述组件包括防止根部离开凹部的第一锁定部，所述第一锁定部包括止动件。

优选地，所述杆包括端部，所述端部适于与工具啮合并由工具旋转地驱动，所述端部例如设有花键。

优选地，所述组件包括适于防止杆相对于紧固件旋转的防旋转装置。

优选地，所述防旋转装置包括防止所述根部离开所述凹部的第二锁定部。

优选地，所述防旋转装置还包括：

·所述杆的端部，

·可拆卸的座，所述可拆卸的座适于与所述端部啮合而不是与所述工具啮合，并且所述可拆卸的座同时用于与所述第二锁定部啮合。

优选地：

·所述夹紧装置包括两个夹紧元件，每个所述夹紧元件适于在所述凹部中同时支承在所述根部和所述紧固件上，以在所述根部上施加夹紧力，每个所述夹紧元件皆限定出螺纹孔，

·所述杆包括分别与两个所述螺纹孔相互作用的两个螺纹，使得所述杆相对于所述夹紧元件的旋转引起两个夹紧元件分别施加在所述根部上的夹紧力的相同符号的变化。

优选地：

·两个夹紧元件配置成：在所述杆相对于所述紧固件旋转时相对于所述紧固件位移，

·所述紧固件和两个所述夹紧元件具有合适的形状，使得两个所述夹紧元件各自相对于所述紧固件的位移引起两个所述夹紧元件分别施加在所述根部上的夹紧力的变化。

优选地，两个所述夹紧元件配置成在所述杆相对于所述紧固件绕旋转轴线旋转时远离彼此移动或朝向彼此移动。

附图说明

本发明的其它特征、目的和优点通过下文中的说明将变得明显，所述说明是纯说明性和非限制性的并且必须参照附图阅读，在附图中：

·图1是涡轮机的侧视图。

·图2是根据一实施例的用于涡轮机叶片的紧固件的侧视透视图。

·图3是根据一实施例的夹紧装置和与图2所示的紧固件相互作用的锁定部的侧视透视图。

·图4是图3中示出的夹紧装置和锁定部的俯视图。

·图5是图3中示出的夹紧装置的一部分和锁定部中的一个锁定部的放大仰视图。

·图6至图10是紧固件和夹紧装置在组件的不同阶段的视图。

·图11是与图2中示出的夹紧装置和锁定部相互作用的叶片根部的侧视图。

在所有附图中，相似的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

参照图1，涡轮机包括开式转子类型的发动机1。发动机1包括用于附接到飞行器的机身的吊舱2，和无涵道风扇3。风扇3包括两个反向旋转的风扇转子4和5。换言之，当发动机1运行时，转子4和5被相对于吊舱2围绕同一旋转轴线X(与发动机的主轴线重合)旋转地驱动。

如图1所示的发动机1处于通常称为“推进器”的构型(即，风扇3置于动力发生器内，空气入口位于上游，在图1的右侧)。

然而，替代性地，发动机1可处于“牵引器”构型(即，风扇置于动力发生器的上游，空气入口位于两个风扇转子的前方、之间或正后方)。发动机1仍然还可具有不同的构架，例如具有包括可动叶片的风扇转子和包括固定叶片的风扇定子的构架(USF构型)，或者具有单个风扇转子的构架(TP构型)。本发明还适用于涵道风扇涡轮机，但也具有可变的设置。

在图1中，每个风扇转子4、5包括毂部6和多个叶片7，所述毂部相对于吊舱2可旋转地安装，所述叶片附接到所述毂部6。叶片7相对于毂部的旋转轴线X基本上径向地延伸。

在本申请中，上游和下游是参照气体在转子4、5中流动并穿过涡轮机的正常流动方向来限定的。此外，转子4、5的轴线A被称为其旋转轴线。轴向方向对应于轴线A的方向，并且径向方向是垂直于该轴线并穿过该轴线的方向。此外，周向方向对应于垂直于轴线A且不穿过该轴线的方向。除非另外规定，术语“内”和“外”将分别参照径向方向使用，使得元件的内部部分或面比同一元件的外部部分或面更靠近轴线A。

参照图2，对于一个叶片7，风扇3包括一个紧固件9。紧固件9相对于毂部6绕设置轴线Y可旋转地安装。更准确地说，紧固件9通过球或其他滚动元件可旋转地安装在成形于毂部6中的壳体内。

紧固件9在文献中也可以称为“枢轴”，该紧固件9限定出凹部10以接纳叶片7的根部，该根部例如呈燕尾形。

特别地，紧固件9包括两个侧翼12、14，所述两个侧翼在它们之间限定出凹部10的径向开口，所述径向开口与凹部10的底部相对。两个侧翼12、14朝向彼此倾斜并形成支承表面。

凹部10在由紧固件9限定的两个相对的进入通道16、18之间沿方向Z延伸。两个进入通道16、18中的一个设置在叶片的前缘侧，另一个进入通道设置在叶片的后缘侧。通过这些相对的进入通道16、18中的一个或另一个，叶片根部能够被平移地接合在凹部10中。

一对相对的凹槽20在进入通道16处形成在侧翼12、14中。随后将看到，锁定部可接合在凹槽20中，以便关闭进入通道16并防止处于凹部10中的叶片根部离开凹部10。

另一对相对的凹槽22在进入通道18处形成在侧翼12、14中。在下文中将看到，另一锁定部可接合在凹槽20中，以便关闭进入通道18并防止处于凹部10中的叶片根部经由进入通道18离开凹部10。

凹部10的底部包括具有不同斜度(这在图11中也可见)的两个底面24、26。

例如，每个底面24、26在平行于平面(Y，Z)的平面中具有直的轮廓。在本文的其余部分，术语“矢状”轮廓将用于指紧固件的一部分在平行于平面(Y，Z)的平面中的轮廓。

在附图所示的实施例中，底面24、26相对于彼此倾斜，以便在顶点处相遇，所述顶点构成最靠近凹部的上部径向开口的点。换言之，随着这些底面24、26朝向凹部10的中心延伸，底面朝向该上部径向开口上升。换言之，随着这些底面24、26朝向凹部10的两个相对的进入通道16、18延伸，这些底面下降。

紧固件9还包括从凹部10的底部径向向外突出的壁28。该壁28限定出孔的下半部分。

壁28的顶点限定出进入通道18的径向向内边缘。

盲孔30通至该壁28的顶点。例如，两个盲孔30制有螺纹。

紧固件9由金属制成，优选由钛制成。

参照图3和图4，夹紧装置32具有在叶片根部被接纳在凹部10中时将叶片根部夹紧在紧固件9上的功能。

夹紧元件32包括两个夹紧元件34、36和杆38。

夹紧元件34包括限定出螺纹孔的部分40。该部分40由金属材料或复合材料制成。部分40限定出夹紧元件34在底面24上的下支承表面42。

夹紧元件34还包括弹性层44，该弹性层限定出夹紧元件34在接纳在凹部10中的叶片根部上的上支承表面46。

例如，弹性层44呈蜂窝状。

优选地，弹性层44由弹性体或玻璃纤维材料制成。

特别是当部分40由金属制成时，弹性层44可被粘接到该部分40上。当部分40由复合材料制成时，弹性层构成该部分的一部分(特别是在蜂窝状的情况下)。

弹性层44的厚度范围为1毫米至4毫米，优选地为2毫米至3毫米。支承表面42、46具有直的、非平行的矢状轮廓。

夹紧元件34整体上呈H形，使得只要重量不大就能够稳定地支承在叶片根部上。

夹紧元件36包括与上文所述的夹紧元件34相同的特征。然而，请注意，元件36的下支承表面旨在支承在底面26上。此外，夹紧元件36的螺纹孔沿与夹紧元件34的螺纹孔相反的方向设置螺纹。

杆38包括与夹紧元件34的螺纹孔相互作用的螺纹48和与夹紧元件40的螺纹孔相互作用的螺纹50。杆38的两个螺纹48、50在杆38的两个独立部分上延伸。这两个螺纹以两个相反的方向设置。因此，杆38相对于夹紧元件34、36的旋转驱动两个夹紧元件34、36沿平行于杆38的旋转轴线的方向彼此分离或会聚。

杆具有适于与工具啮合的第一端部，例如，所述杆由该工具旋转地驱动。为此，第一端部设有花键(花键在图9中可见)。

杆具有关于其两个螺纹48、50与第一端部相对的第二端部。

第二端部包括彼此相距一定距离的两个凸缘52、54。两个凸缘52、54以大于壁28的厚度(该厚度平行于轴线Z测量)的距离彼此隔开。

图3和图4还示出了两个锁定部56和58。

锁定部56的作用是将通向凹部10的第一进入通道16关闭。锁定部56包括整体呈梯形形状的板60，所述板适于与凹槽20相互作用以实现上述关闭。锁定部56包括从板60突出的两个突片62。两个突片58相互平行。

参照图5，可拆卸的座64适于与杆38的第一端部啮合，使得座平行于杆38的轴线平移移动。座64具有与杆38的第一端部相互作用的花键内表面，并且具有适于接合在突片62之间的形状。

突片62限定出两个相对的凹槽。

此外，例如卡环形式的锁定元件66可支承在形成在突片62中的两个相对的凹槽中。

回到图3和图4，锁定部58具有关闭凹部10的第二进入通道18的功能。锁定部58包括板68，所述板适于与形成在紧固件9中的凹槽22相互作用以实现这种关闭。此外，锁定部58包括限定出上部孔半部的基部70。

此外，基部70限定出两个螺纹通孔，并且两个螺钉72接合在两个螺纹通孔中。

上文描述的不同元件以如下方式安装在一起，从如图2所示的紧固件9开始。

参照图6，夹紧装置32被安置在凹部10中，使得夹紧元件34的下支承壁42置于底面24上，并且夹紧元件36的下壁同时置于底面26上。

此外，夹紧装置32被布置成使得杆38穿过由壁28形成的半孔。于是，壁28位于两个凸缘52和54之间。此外，凸缘52于是位于壁28和夹紧元件36之间。

参照图7，锁定部58然后接合在凹槽22中，以例如将通向凹部10的进入通道18关闭。螺钉72被接合在盲孔30中，并被拧入到这些孔30中，使得将锁定部58附接到紧固件9。

然后，基部70和壁24共同在两个凸缘52和54之间限定出杆38所穿过的孔。这四个元件，特别是基部70，因此构成止动件，每个止动件限制了杆38沿Z轴线的位移轨迹。

从这一阶段开始，底面24、26形成相对于杆38的旋转轴线倾斜的两个斜坡。

参照图8，叶片根部7然后经由保持开放的进入通道16接合到凹部10中。锁定部58防止叶片根部经由进入通道18从凹部10退出。

参照图9，杆38的第一端部在此阶段仍可经由进入通道16而可及。

使工具(未示出)与杆38的第一端部啮合。该工具是手动或马达驱动的。然后使用该工具使杆38相对于紧固件9和夹紧元件34、36沿第一旋转方向旋转。

杆38沿第一旋转方向的旋转导致凹部10中的夹紧元件34相对于紧固件9位移。然后，夹紧元件34爬上由底面24形成的斜坡，这使得夹紧元件34更靠近接合在凹部10中的叶片根部7，并使得弹性体44被挤压在叶片根部上。换言之，当杆沿第一旋转方向旋转时，夹紧元件34所施加的夹紧力增大。当由底面24形成的斜坡具有直的轮廓时，夹紧元件34相对于紧固件9的位移是平行于该斜坡的平移。

杆38沿第一旋转方向的旋转还导致凹部10中的夹紧元件36相对于紧固件9位移。然后，夹紧元件36爬上由底面26形成的斜坡，这使得夹紧元件36更靠近接合在凹部10中的叶片根部，并将夹紧元件36的弹性体被挤压在叶片根部上。换言之，当杆沿第一旋转方向旋转时，夹紧元件36所施加的夹紧力也增大。当由底面26形成的斜坡具有直的轮廓时，夹紧元件36相对于紧固件9的位移是平行于该斜坡的平移。

因此，杆38旋转，直到叶片根部7上的夹紧力高至足以防止涡轮机运行时叶片根部在凹部中摆动。

为了减小该夹紧力，当然，使杆38沿与上文提到的第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转就足够了。在这种情况下，两个夹紧元件沿着它们各自的斜坡24、26下降并彼此远离，这使弹性体松弛。

最后，在杆38旋转期间，由夹紧元件34施加在叶片根部7上的力的变化和由夹紧元件36施加在叶片根部7上的力的变化具有相同的符号：要么这两个力同时增加，要么这两个力同时减少。

此外，应当注意，当杆被工具旋转时，由于底面24和28的倾斜的特性，该杆38在径向方向上略微位移。当然，被该杆38穿过并由壁28和锁定部58共同形成的孔具有允许这种位移的合适尺寸。

特别地，弹性层44有利地与杆38和两个夹紧元件34、36结合。具体地，杆38的刚度构成预应力。当叶片根部径向移动离开时，杆38上发生拉伸预应力松弛，通过仍处于拉伸应力下，导致夹紧元件34、36的相互会聚，然后夹紧元件34、36跟随叶片根部。

参照图10，锁定部56然后接合在凹槽20中(接合沿离心方向进行，即在图10中从底部到顶部)，以实现接合位置。

在接合位置，锁定部56关闭进入通道16，因此防止叶片根部经由进入通道16从凹部脱出。此外，在该接合位置，锁定部56的两个突片62共同限定出朝向杆38的第一端部的通道。

座64接合在该通道中，以与杆38的第一端部相互作用，取代了上文提到的工具。同时，该座相对于紧固件9与板68附接。此外，两个突片62将座64相对于紧固件9的旋转锁止，并因此将杆38相对于紧固件9的旋转锁止。

最后，杆38的第一端部、锁定部58和座64共同形成适于防止杆38相对于紧固件9旋转的防旋转装置。这是有利的，在零件数量不多的前提下，就实现了将叶片根部锁定在凹部中的功能和防止杆旋转的防旋转功能。

然后，锁定元件66接合在形成在两个突片62中的两个相对的凹槽中，以防止锁定元件在限定在两个突片62之间的通道期间从座64脱出。

叶片7现在牢固地附接到紧固件9，并为使用做好了准备。

参照图11，应注意以下几点：

·轴38的旋转轴线平行于叶片根部7的下述表面：夹紧元件34、36支承在该表面上；

·夹紧元件34、36的下支承表面相对于下述元素倾斜：杆38的旋转轴线和夹紧元件支承在其上的叶片根部表面。

上文参照附图描述的用于涡轮机的组件可存在改型。特别是：

·尽管两个夹紧元件的存在有利于更好地将夹紧力分布在叶片根部上，但是单个夹紧元件也足以获得非常高的夹紧力。

·在未示出的改型中，在两个夹紧元件存在于凹部中情况下，当两个夹紧元件彼此靠近时，如图所示，或者相反，当它们彼此远离时，可以实现由这两个夹紧元件施加在叶片根部上的力的增大。在这一未示出的改型中，两个底面(两个夹紧元件分别支承在所述两个底面上)共同在凹部的底部的中心形成中空部。

·在图示的实施例中，弹性体被挤压在叶片根部上，这避免了损坏叶片根部。然而，在未示出的改型中，可将该弹性体抵靠凹部10的底部设置。

Claims (14)

1.一种用于涡轮机叶片的组件，所述组件包括：

·紧固件(9)，所述紧固件限定出用于接纳叶片根部(7)的凹部(10)，以及

·夹紧装置(32)，所述夹紧装置用于在所述叶片根部(7)处于所述凹部(10)中时将所述叶片根部(7)夹紧在所述紧固件(9)上，所述夹紧装置(32)包括：

o至少一个夹紧元件(34)，所述夹紧元件被配置成在凹部(10)中同时支承在所述叶片根部(7)上和所述紧固件(9)上，以在所述叶片根部(7)上施加夹紧力，所述夹紧元件(34)限定出螺纹孔，其中，所述夹紧元件包括弹性层，所述弹性层布置成在所述凹部中支承在所述叶片根部(7)上，

o杆(38)，所述杆包括连接到所述螺纹孔的螺纹，使得所述杆(38)相对于所述夹紧元件的旋转引起所述夹紧元件施加在所述叶片根部(7)上的夹紧力的变化。

2.根据前一项权利要求所述的组件，其中，

·所述夹紧元件(34)配置成：在所述杆(38)相对于所述紧固件(9)旋转时相对于所述紧固件(9)位移，

·所述紧固件(9)和所述夹紧元件(34)的形状适于所述夹紧元件(34)相对于所述紧固件(9)位移以引起所述夹紧元件(34)施加在根部上的夹紧力的变化。

3.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中，所述夹紧元件(34)支承在所述凹部(10)的底面(24)上，所述凹部的底面形成相对于所述杆(38)的旋转轴线倾斜的斜坡。

4.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中，所述夹紧元件(34)包括限定出所述螺纹孔的金属部分(40)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中，所述弹性层的厚度范围为1毫米至4毫米。

6.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中，所述夹紧装置(32)包括止动件(70)，所述止动件限制所述杆(38)相对于所述紧固件(9)沿着所述杆(38)的旋转轴线的平移轨迹。

7.根据前一项权利要求所述的组件，包括防止所述根部离开所述凹部(10)的第一锁定部(56)，所述第一锁定部(56)包括所述止动件(70)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中，所述杆(38)包括端部，所述端部配置成与工具啮合并由所述工具旋转地驱动，所述端部例如设有花键。

9.根据前述权利要求中任一项所述的组件，包括防旋转装置，所述防旋转装置配置成防止所述杆(38)相对于所述紧固件(9)旋转。

10.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中，所述防旋转装置包括防止所述根部从所述凹部(10)中脱出的第二锁定部(58)。

11.根据权利要求8、9和10的组合所述的组件，其中，所述防旋转装置还包括：

·所述杆(38)的所述端部，

·可拆卸的座(64)，所述可拆卸的座配置成与所述端部啮合而不是与所述工具啮合，并且所述可拆卸的座同时用于与所述第二锁定部啮合。

12.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中：

·所述夹紧装置(32)包括两个夹紧元件(34，36)，每个所述夹紧元件配置成在所述凹部(10)中同时支承在所述根部和所述紧固件(9)上，以在所述根部上施加夹紧力，每个所述夹紧元件皆限定出螺纹孔，

·所述杆(38)包括分别与两个所述螺纹孔相互作用的两个螺纹，使得所述杆(38)相对于所述夹紧元件的旋转引起两个夹紧元件分别施加在所述根部上的夹紧力的相同符号的变化。

13.根据前一项权利要求所述的组件，其中，

·两个所述夹紧元件(34，36)配置成：在所述杆(38)相对于所述紧固件(9)旋转时相对于所述紧固件(9)位移，

·所述紧固件(9)和两个所述夹紧元件的形状被配置成：使得两个所述夹紧元件各自相对于所述紧固件(9)的位移引起两个所述夹紧元件分别施加在所述根部上的夹紧力的变化。

14.根据权利要求12和13中任一项所述的组件，其中，两个所述夹紧元件(34，36)配置成在所述杆(38)相对于所述紧固件(9)绕旋转轴线旋转时远离彼此移动或朝向彼此移动。

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