CN1814990A - 旋转叶片体 - Google Patents

Abstract

提供了一种旋转叶片体，所述旋转叶片体可以有效地限制旋转叶片的振动。旋转叶片体包括转子盘、被组装以用辐射型从转子盘的外周延伸的多个旋转叶片，以及在周向方向上相邻的旋转叶片的平台之间的间隙中沿着旋转轴的方向延伸的密封销。密封销其中具有通孔，轴向地从一个端表面穿透到另外一个端表面。

Description

旋转叶片体

技术领域

本发明涉及旋转叶片体，所述旋转叶片体被安装到燃气轮机、蒸汽轮机、喷气发动机等的涡轮部分或者安装到燃气轮机和喷气发动机的压缩机并以一体的方式与主轴一起旋转。

背景技术

通常，在燃气轮机等的涡轮部分和空气压缩机中，主轴被安装到构成外部形状的壳体中以与壳体一起旋转。转子盘(rotor discs)以多个台阶轴向地被安装到此主轴上，并且多个旋转叶片以辐射型(radial pattern)从各转子盘的外周延伸。这些转子盘和旋转叶片构成旋转叶片体，所述旋转叶片体以一体的方式与主轴一起旋转。此外，静叶片沿着主轴被安装到壳体以用与旋转叶片交替的方式被安置。

在燃气轮机的情况下，在如上所述构造的涡轮部分中，高温、高压的燃烧气体从燃烧室作为工作流体供给，并通过让此燃烧气体交替流经旋转叶片和静叶片，主轴与旋转叶片，即与旋转叶片体一起被旋转驱动。然后，当发电机连接到主轴的边缘，主轴的旋转力被用作发电电源。相反，当用于燃烧气体的排放的喷射端口被安装在涡轮部分的端部上时，主轴的旋转力被用作喷射发动机。在蒸汽轮机的情况下，通过作为工作流体交替流经旋转叶片和静叶片的高压蒸汽，主轴被旋转驱动，并且主轴的旋转力被用作发电机的电力发电源。

另一方面，在燃气轮机的空气压缩机中，旋转叶片体通过旋转主轴与主轴一起旋转。这样，空气从外侧作为工作流体吸入并供给到燃烧室，其通过旋转叶片和静叶片交替压缩。此处，被引入到燃烧室中的被压缩空气与供给的燃料一起燃烧，产生高温、高压的燃烧气体，所述燃烧气体被供给到上述的燃气轮机的涡轮部分。

此处，旋转叶片体包括独立制造的转子盘和旋转叶片，其用旋转叶片被组装到转子盘的方式构造。例如，如图6所示，旋转叶片1顺序地从旋转叶片体的旋转轴的中心侧主要具有叶根部分10、平台部分11和叶片部分12。

叶根部分10是在旋转轴的方向上观察具有如同圣诞树状的横截面形状并配合到后面提及的转子盘2中的叶片插入槽20中，其用作相对转子盘2支撑整个旋转叶片1。平台部分11是用作将叶根部分10连接到叶片部分12的基座，覆盖转子盘2的外周。叶片部分12是具有被流线型的横平面的部分，其延伸并逐渐扭曲同时保持流线形状，并作用以让诸如燃烧气体、高压蒸汽或者空气的流体平滑地流动。

另一方面，在转子盘2的外周的边缘部分上，被成形为大致与旋转叶片1的叶根部分10的横截面形状相同的叶片插入槽20在周向方向上在规则的间距上沿着旋转轴而形成。旋转叶片1的叶根部分10从旋转轴的方向插入到这些叶片插入槽20的每个中并配合。这样，各旋转叶片1被组装到转子盘2，以获得旋转叶片体，其中多个旋转叶片1以径向图案从转子盘2的外周延伸。

特别地，在被安装到燃气轮机等的涡轮部分上的旋转叶片体的情况下，由于叶片部分12通过高温工作流体被暴露给高温环境，就实施了技巧以限制由于前述的暴露所导致的旋转叶片1的温度的过分增加。(例如，参看日本专利申请公开出版物No.H07-305602)。为了更加精确，转子盘2的外周表面和从在周向方向上邻接到叶根部分10、10的旋转叶片1、1的平台部分11、11的部分沿着旋转轴的方向形成循环空间5以在其中具有冷却流体(例如，空气)。通过让冷却流体在这些循环空间5中循环，在旋转叶片1和循环空间5之间直接进行热交换，这导致旋转叶片1本身的冷却，由此限制温度的增加。

但是，当过多的燃烧气体通过相邻的平台部分11、11之间的间隙泄漏出到循环空间5中，将在涡轮部分中所获得的输出将显著恶化。因此，提供密封结构以防止燃烧气体的过分泄漏。更精确而言，如图6、图7A、图7B中所示，其间具有空间、在周向方向上彼此相对的平台11、11的端部表面之一具有沿着旋转轴的方向形成的密封销插入槽11a；其中是柱形状的实心轴的密封销3沿着旋转轴的方向延伸并与另外的平台部分11的端部表面相接触，实施密封功能以防止燃烧气体泄漏出去。

此外，在转子盘2的叶片插入槽20中，只有用作底部的部分朝向旋转叶片1的叶根部分10的边变宽较大，叶根部分10的边缘和叶片插入部分20的底部部分沿着旋转轴的方向形成循环空间6以循环冷却流体，所述冷却流体与上述的冷却流体不同。此结构被用于旋转叶片1是中空旋转叶片的情况，换言之，用于流体通道从叶根部分10的边缘到叶片部分12的侧表面和尖部被形成在旋转叶片1之内。在循环空间6中循环的冷却流体从在叶根部分10的边缘上开口的入口被引入到旋转叶片1之内的流动通道，与旋转叶片1进行热交换同时循环通过流动通道，并且接着，通过在叶片部分12的侧表面和边缘上开口的出口排出。旋转叶片1从内侧以上述方式冷却。顺便提及的是，从叶片部分12的侧表面排出的流体的冷却变成流动的薄膜流体，覆盖叶片部分12的表面，并且此薄膜流体从工作流体提供热绝缘效果。

现在，除了防止燃烧气体被泄漏到通过在周向方向上相邻的旋转叶片1、1所形成的循环空间5中的密封功能之外，希望密封销3具有缓冲功能，这并不确切知道但是缓冲导致旋转叶片1的振动。直接来讲，由于各旋转叶片1通过让叶根部分10插入到转子盘2中的叶片插入槽20中以进行配合而被支撑到转子盘2，平台部分11和叶片部分12将分别在周向方向上振动的条件中，叶根部分10用作独立的支撑点，同时在操作的过程中与主轴一起旋转。但是，由于相邻的旋转叶片1通过具有设置在平台部分11上的密封销3而被限制，由于密封销3的存在所导致的缓冲力作用在旋转叶片1上，这样振动将被缓冲。

但是，尽管实心轴的上述一般的密封销3被希望提供缓冲效果，反过来，由于旋转叶片1本身的自然频率的增加，在稳定的操作的过程中振动导致旋转叶片1共振等，结果引起对旋转叶片1的振动的限制的负面效果。因此，不能进行准确的判断。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以有效地限制旋转叶片振动的旋转叶片体。

为了实现上述目的，根据本发明的优选实施例，提供了一种旋转叶片体，包括转子盘，所述转子盘以一体的方式与主轴一起旋转，以及被组装以用辐射型从转子盘的外周延伸的多个旋转叶片；其中，沿着旋转轴的方向延伸的柱状密封销被设置到在周向方向上相邻的旋转叶片的平台之间的间隙，并且密封销具有其中形成的孔。通过这样，对于相邻的旋转叶片的平台之间的间隙实现密封功能，以及同时，施加缓冲功能于旋转叶片的密封销的重量由于孔的体积而被减小。结果，旋转叶片本身的自然频率可以增加以很好地超过共振区，这样旋转叶片的共振可以被防止。特别地，优选地，其中具有形成孔的密封销的重量对不具有这样的孔的密封销的重量的比率被落入在40％和90％的范围之内。

此处，考虑到实际，优选地，孔从密封销的一个端表面轴向地穿透到另外一端。在这种情况下，为了保持密封销的刚度，孔的两端至少之一可以被堵塞(plugged)。

此外，孔可以在多个位置上径向地插入通过密封销的周向表面。

根据本发明在旋转叶片体中，由于密封功能和缓冲功能可以通过密封销来实现，以及此外，由于旋转叶片本身的自然频率水平可以增加到很好地超过共振区，旋转叶片的共振可以被防止，由此实现振动的有效限制。

附图说明

图1是显示从旋转轴的方向所示、根据本发明的第一实施例的旋转叶片体的必须部分的纵向横截面视图；

图2A是根据第一实施例描述旋转叶片体中的密封销的外轮廓图，显示了朝向端部表面所示的俯视平面图；

图2B是根据本发明的第一实施例描述旋转叶片体中的密封销的轮廓视图，显示了包括朝向侧表面所示的横截面视图的一部分的俯视平面图；

图3A和图3B是根据本发明的第一实施例通过减轻密封销的重量所供给的振动的效果的一个示例的相关图；

图4A是根据第二实施例描述旋转叶片体中的密封销的外轮廓图，显示了朝向端部表面所示的俯视平面图；

图4B是根据本发明的第二实施例描述旋转叶片体中的密封销的轮廓视图，显示了包括朝向侧表面所示的横截面视图的一部分的俯视平面图；

图5A是根据第三实施例描述旋转叶片体中的密封销的外轮廓图，显示了朝向端部表面所示的俯视平面图；

图5B是根据本发明的第三实施例描述旋转叶片体中的密封销的轮廓视图，显示了包括朝向侧表面所示的横截面视图的一部分的俯视平面图；

图6是显示了从旋转轴的方向所示的传统的旋转叶片体的必须部分的纵向横截面视图；

图7A是描述了在传统的旋转叶片体中的密封销的轮廓视图，显示了朝向端部表面所示的俯视平面图；以及

图7B是描述传统旋转叶片体中的密封销的轮廓图，显示了朝向侧表面所示的横截面视图的一部分的俯视平面图。

具体实施方式

现在参照附图，在下面说明本发明的实施例。首先，根据本发明的第一实施例的旋转叶片体将被说明。图1是显示从旋转轴的方向所示、根据本发明的第一实施例的旋转叶片体的必须部分的横截面视图。图2A、2B是旋转叶片体中的密封销的轮廓图，其中图2A是朝向端部表面所示的俯视平面图，图2B是朝向侧表面所示的横截面视图的一部分的俯视平面图。在这些附图中，相同的附图标记被提供给图6、图7A和7B中所示的具有相同名称的部分，以及重复的说明将被省略。这也可以应用到将在后面说明的第二和第三实施例。

如图1所示，根据此实施例的旋转叶片体包括分别制造的转子盘2、旋转叶片1和密封销3。密封销3被插入到各旋转叶片1的平台部分11中的密封销插入槽11a中，并通过将各旋转叶片1的叶根部分10插入到转子盘2的叶片插入槽20中以及在其中配合，完成整个组装。

此处，如图1、图2A和图2B所示，根据所述实施例的密封销3是柱状部件，在相邻的旋转叶片1、1的平台部分11、11之间的间隙中沿着旋转叶片体的旋转轴的方向延伸，并具有形成在其中的通孔3a，其轴向地从一个端部表面穿透到另外的端部表面。直接来讲，根据此实施例的密封销3几乎是管形状的。制造具有这样的如上所述的通孔3a的密封销可以很容易通过诸如对从用作材料的管部件切割下预定的长度的材料管钻孔来实现。

当旋转叶片体被安装到燃气轮机的涡轮部分上时，与旋转叶片1的材料相同，Ni(镍)基合金或者Co(钴)基合金，例如适合于密封销3的材料。但是，所述材料可以相应地根据旋转叶片体将被安装的物体来选择。

根据如前所述构造的旋转叶片体，密封销3的重量减小通孔3a的体积量，结果，这可以增加旋转叶片1本身的自然频率水平至很好地超过共振区。这是因为旋转叶片1本身的自然频率与密封销3的重量的平方根成反比，这样密封销3的重量越小，旋转叶片1的自然频率水平变得越高。结果，可以防止旋转叶片1的共振，由此使得其可以有效地限制振动。当然，密封销3可以保证充分的刚度，尽管其中具有如上所述的通孔3a。因此，对于相邻的旋转叶片1、1的平台部分11、11之间的间隙实现密封功能，以及对于旋转叶片1实现缓冲功能。

但是，选择用于密封销3的直径的通孔3a的直径非常重要，以让旋转叶片1的自然频率水平落入到共振区之外，同时保证密封销3的密封功能合缓冲功能。

直接来讲，如图3A、3B所示，通过研究密封销的重量(通过具有形成在其中的通孔3a)的减小对于振动的效果，发现即使具有相同的外侧尺寸的密封销3通过减小重量(从图3A、3B中的横坐标轴上的点“1”移动至右侧，所述点是显示用作不具有通孔3a的参考的实线轴)对旋转叶片1的振动产生影响。因为密封销3的公差通过旋转叶片1的尺寸和密封销插入槽11a之间的关系所获得，密封销3不能被形成的极其纤细。但是，在具有相同的外侧直径的密封销3的情况下，旋转叶片的频率的特征数在重量减小时增加，并可以通过选择密封销3的重量的适当减小而进入不发生共振的区域。(参看图3A)此外，通过减小密封销3的重量，对于旋转叶片的振动的缓冲效果的范围可以精确地把握(参看图3B)。基于这些结果，可以通过模拟起到对于实际转到本发明的实施的支持。此外，考虑到如图3A、3B所示的关系以及密封销3的强度，优选地，具有形成在其中的通孔3a的密封销3的重量对于是实心轴并用作不具有通孔3a的参考的密封销的重量的比值落入在范围40％和90％之间。

接着，此后参照图4A和图4B描述根据本发明的第二实施例。图4A、4B是根据第二实施例的旋转叶片体的密封销的轮廓视图，其中图4A是朝向端部表面所示的俯视平面图，同时图4B是包括朝向侧表面所示的横截面视图的一部分的俯视平面图。第二实施例的特征在于通过根据第一实施例设计有效地提高密封销3的刚度，以保证密封功能和缓冲功能。

直接而言，如图4A、4B所示，根据此实施例的密封销3具有与根据如前所述的第一实施例的密封销相同的方式形成在其中的通孔3a，但是通孔3a的两端填充插头部件4。这样，密封销3的径向变形通过插头部件4所限制，由此提高密封销3的刚度，这能保证密封销3的密封功能和缓冲功能。

用如前所述的方式将插头部件4安装到通孔3a的两端可以通过填塞、螺纹连接和焊接很容易地执行。

此外，尽管只插入一端，因为密封销3的刚度可以被提高，插头部件4可以只安装到通孔3a的两端之一。

接着，根据本发明的第三实施例将参照图5A、5B进行说明。图5A、5B是根据第三实施例的旋转叶片体中的密封销的轮廓图，其中图5A是朝向端部表面所示的俯视平面图，同时图5B是包括朝向侧表面所示的横截面视图的一部分的俯视平面图。第三实施例的特征在于通过修改安置以根据第一实施例在密封销3中提供通孔3a。

直接而言，如图5A、5B所示，根据此实施例的密封销3具有在多个位置径向穿透周向表面的通孔3b，所述多个位置从一端到另外一端在预定的间距上周向分开，替换根据第一实施例的通孔3a。当从轴向观察时，各通孔3b此处以这样的安置以每个在周向方向上顺序偏移90度来提供。制造具有这样的如前所述的通孔3b的密封销3可以很容易通过将孔钻到从用作材料的轴部件切割下预定的长度的材料轴中来执行。

如前所述构造，密封销3的重量减小对于通孔3b的体积量，这导致旋转叶片1的自然频率本身增加以很好地超过共振区，由此防止旋转叶片1的共振并使得其可以有效地限制振动。特别地，具有如前所述的这样的通孔3b的密封销3对于密封销3的刚度很少改变，这样密封功能和缓冲功能可以对于相邻的旋转叶片1、1的平台11、11之间的间隙有效地实现。

但是，选择通孔3b的直径和量以让旋转叶片1的自然频率水平在共振区之外同时保证密封销3的密封功能和缓冲功能很重要。

此外，通孔3b可以被安置以从轴向观察时在安置方面顺序偏移30度。当然，通孔3b可以偏移不规则的角度或者可以不偏移；以及此外，可以对角穿过周向表面。

尽管本发明参照了被认为最实用和优选的实施例进行了说明，可以理解本发明不限于如前所述的公开的实施例，但是相反，意于覆盖不同的修改和等同布置，其落入到所附的权利要求书的精神和范围之内。例如，在第一和第三实施例中，密封销3具有穿透其中的通孔3a或者通孔3b，但是只要密封销3的重量可以被减轻，可以不完全穿透而是可以穿透一半。

显然，如前所述，就可以提供具有不同的修改和变化的本发明。因此，可以理解，本发明将在所附的权利要求书的范围之内执行而不局限于具体的描述。

Claims (5)

1.一种旋转叶片体，包括转子盘，所述转子盘以一体的方式与主轴一起旋转，以及被组装以用辐射型从转子盘的外周延伸的多个旋转叶片：

其中，在周向方向上相邻的旋转叶片的平台之间的间隙设有沿着旋转轴的方向延伸的柱状密封销；以及

其中，密封销设有孔。

2.根据权利要求1所述的旋转叶片体，

其中，设置有孔的密封销的重量与不具有所述孔的密封销的重量的比率落在40％和90％的范围之内。

3.根据权利要求1所述的旋转叶片体，

其中，所述孔从一端表面到另外一端表面沿轴向穿透所述密封销。

4.根据权利要求3所述的旋转叶片体，

其中，所述孔的两端至少之一被堵塞。

5.根据权利要求1所述的旋转叶片体，

其中，所述孔在多个位置上径向地穿透密封销的周向表面。

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