CN1865665A - 具有卸荷槽的陡角度涡轮盖叶片 - Google Patents

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Abstract

蒸汽涡轮叶片盖(22)具有在该盖的压力侧边缘上的前方和后方间隙表面(28)，(30)，在该间隙表面之间的一个接触表面(34)；和在该前方间隙表面(34)和该接触表面之间的一个切槽内圆角(36)。相邻的叶片盖具有前方和后方间隙表面(38，40)；在该间隙表面之间的一个接触表面(42)；和在沿着该盖的负压侧边缘，在该前方间隙表面和该接触表面之间的一个外半径(44)。该切槽内圆角(36)包括两个不同的半径，以将在相邻盖的该接触表面之间的压配合中的高应力产生的摩蚀损坏减至最小或消除。

Description

具有卸荷槽的陡角度涡轮盖叶片
发明领域
本发明涉及安装在一种涡轮转子叶轮上的覆盖翼面的陡角度盖叶片，尤其涉及在一陡角度叶片盖的邻近该盖边缘的压力侧上的接触表面的内拐角处制出的一条槽，该槽则可以释放静态和动态应力，从而消除由摩蚀引起的高周波疲劳裂纹的潜在危险或将该潜在危险减至最小。
背景技术
在1996年4月23日颁布的先前的美国专利5569784号中说明了多个陡角度的叶片盖。该盖与该叶片的翼面成为一个整体，并且该叶片以圆周排列的方式安装在一个涡轮叶轮的周围。该叶片盖包括前方和后方的间隙表面，该表面基本上与涡轮转子的回转轴线平行延伸，并在该叶片翼面的相对的侧面上。在该间隙表面的中间为接触表面和半径。可以看出，在每一个叶片的相反侧面上的相邻的盖包括形状基本上互补的盖边缘，从而可使该间隙表面在圆周方向互相间隔和在涡轮工作过程中，该接触表面互相接触。该相邻的盖的接触表面为压配合，这可使工作过程中该盖之间产生和保持连接。即：该盖偏移，使得该相邻的盖的接触表面保持互相接触。然而，这可将应力加在该盖上，具有沿着该盖产生高周波疲劳裂纹的潜在危险。该潜在危险问题的分析指出，该高周波疲劳裂纹为在该盖的接触表面的压力侧上的摩蚀疲劳的函数。该裂纹在邻近该间隙表面之间的内部拐角半径的位置，在该压力侧接触表面上开始，在该位置上，匹配的负压侧盖的接触表面与该压力侧接触表面分开。因此，需要释放，消除或大大减小产生这种摩蚀和产生裂纹的潜在危险。
发明概述
在本发明的一个优选实施例中，提供了一个涡轮叶片，包括：具有压力侧和负压侧的一个翼面和覆盖在该翼面上的一个盖；该盖沿着与该翼面的压力侧相邻的该盖的一个侧边缘，具有轴向间隔的间隙表面，还具有在该间隙表面中间的一个接触表面和在该接触表面与这些间隙表面之一之间的一个切槽内圆角。
在本发明的另一个优选实施例中，提供了以圆周排列方式围绕涡轮轴线排列的多个叶片。每一个叶片包含具有压力侧和负压侧的一个翼面和覆盖在该翼面上的一个盖，每一个所述盖具有沿着与该翼面压力侧相邻的该盖的一个侧边缘而轴向间隔的间隙表面，在所述间隙表面中间的一个接触表面，和在所述接触表面与在轴向前方的所述间隙表面之一之间的一个切槽内圆角，每一个所述的盖具有沿着与该翼面的负压侧相邻的该盖的一个相反侧边缘而轴向间隔间隙表面，在所述负压缩间隙表面中间的一个接触表面，和在该负压侧接触表面与其轴向前方的一个间隙表面之间的一个外半径；该相邻盖的接触表面互相接触，该相邻盖的间隙表面沿圆周方向互相间隔，并且每一个盖的该切槽内圆角与该相邻盖的该外半径成间隔对齐。
附图简述
图1为上面安装着叶片的一个涡轮转子叶轮的部分透视图，该叶片具有根据本发明的一个优选方面制造的盖；
图2为表示与该叶片翼面和相邻盖之间的接触和间隙表面面对面取向的一对相邻盖的径向向内的视图；和
图3是在根据本发明的一个优选方面的该盖的压力侧上，在前方的间隙表面和接触表面之间的该切槽内圆角的放大的破碎径向向内视图。
优选实施例说明
现参见附图，具体为图1。图中表示固定在一个涡轮转子叶轮12上的多个涡轮叶片10。该叶片10围绕着该涡轮叶轮12，在整个360°上，以圆周排列的方式互相间隔。除了没有示出的缺口桨叶叶片和也是没有示出的两个叶片以外，每一个叶片都相同。该缺口桨叶叶片具有较紧的压配合或较大的切向宽度，而该两个没有示出的叶片邻近该缺口桨叶，它们只是燕尾区域不同。每一个叶片10包括一个松树槽16形状的燕尾14，用于与该转子叶轮12的边缘上的互补的榫形状18匹配和滑动接合。叶片10通过没有示出的一个径向填充槽加在该转子叶轮12上。该径向填充槽作在该叶轮中，该叶片10加入的方法为将该燕尾沿径向向内插入该槽中，并在切向方向，沿着该叶轮的边缘使该叶片滑动。
除了该燕尾14以外，每一个叶片10还包括一个翼面20。该叶片的远端的终端在一个叶片盖22中。叶片盖22最好与该叶片10整体作出。每一个盖彼此相同，因此为了说明所有的叶片盖，只说明一个盖就够了。参见图2可看出，每一个叶片盖包括一个前缘24；一个后缘26；与相应的前缘24和后缘26相邻，并沿着与该翼面20的压力侧32相邻的该盖的一个侧边缘的前方和后方的间隙表面28和30。在该间隙表面28和30之间和沿着每一个盖22的压力侧为一个接触表面34和一个切槽内圆角36。沿着该盖的相对的边缘，还分别设有与该前缘24和后缘26相邻的间隙表面38和40。另外，在该间隙表面38和40之间，沿着与该翼面的负压侧相邻的该盖边缘，设有一个接触表面42和一个外半径44。
从考查图2可看出，除了该盖的相应的压力侧和负压侧的切槽内圆角36和该外半径44以外，每一个盖22的压力侧边缘—即表面28，32，34和内圆筒36，其形状基本上与相邻的盖的负压侧边缘—即表面38，40，42和半径44互补。如图所示，在该涡轮正常工作中，相邻的盖的间隙表面28和38在圆周方向互相间隔。同样，在涡轮正常工作过程中，相邻的盖的间隙表面30和40互相间隔。在正常工作过程中，接触表面34和42互相接合，即在涡轮正常工作过程中，这些表面为压配合，从而可保持该盖互相接合。如在先前的美国专利5509784号中所指出的，相邻的盖之间的压配合造成转动，即在装配过程中，该盖和翼面顶端围绕该叶片半径预先扭曲。这造成沿着该盖的接触表面应力扩展。由于该盖的几何形状，在该接触表面位置上产生较高的接触压力，并在在这个区域上或其附近，在该压力侧向接触表面上，可以产生摩蚀损坏。由于较高的静态和动态弯曲应力可以作用在该摩蚀材料上，因此该摩蚀损坏可作为疲劳裂纹传播。
本发明通过引入一个切槽卸荷槽，即在该盖的压力侧上的接触表面34和间隙表面28之间形成一个切槽内圆角36，使应力偏离该接触表面，并因此而不产生任何摩蚀损坏，可消除或减小在压力侧接触表面34上产生摩蚀疲劳裂纹的潜在危险。这里所用的术语“切槽内圆角”表示在半径和线性表面的交界处的半径的切线不与该线性表面一致的线性表面之间的一个或多个半径。
在本发明的一个优选方面中，该内圆角36为具有在该盖的边缘的压力侧上的前方间隙表面28和接触表面34之间延伸的不同半径的一个复合内圆角。参见图3可看出，较大的半径50与间隙表面28邻近，较小的半径52与该较大的半径50和接触表面34邻近。如图所示，该较大的半径50和该间隙表面28之间的交界处有一条不与该间隙表面28平行或一致的半径的切线。同样，小半径52与该接触表面34的交界处有一条不与该接触表面34平行或一致的切线。该两个不同的半径50，52在其交界处混合。通过使用包括大和小半径部分的一个复合内圆角36，可将应力减至最小或消除。在该内圆角中，与一个大半径结合的一个小半径可以保持该接触表面的大小(否则，该大半径会消除该接触表面相当大一部分)，同时减小由摩蚀形成的小裂纹传播的潜在危险。另外，通过与该接触表面34基本上90°相交，该较上半径基本上可消除与该盖的背面弯曲有关的应力。向着该盖的前缘的较大的半径，可在该大半径的位置上，控制在该盖中的集中的弯曲应力，同时由于该盖的几何形状；小半径断开摩蚀作用，消除在该区域中的弯曲应力。该盖的负压侧边缘具有较小的弯曲应力，结果，摩蚀疲劳的潜在危险低很多。虽然，上述的切槽内圆角加在相对于叶片的回转的圆周方向的平面的接触表面角度为10°～20°的陡角度的叶片盖(最好为整体的盖)上，使该内圆角也可用在非陡角度的叶片盖中，即接触表面与回转的圆周方向的平面所成的角度超过20°。
利用卸荷槽减少或消除摩蚀疲劳的潜在危险的一般概念是已知的。然而，它没有用在叶片盖或陡角度的整体的叶片盖上。它被应用于涡轮轴的其他方面，即应用于消除在被热装的叶轮和联轴节的情况下的摩蚀疲劳。一个已知的例外为将一个卸荷半径应用于飞机发动机中的低压盖叶片和Z形锁定叶片的覆环上。然而，一般引入这些卸荷半径用可增加接触表面长度和增大该覆环接触的间隙表面之间的拐角半径，以减少内圆角应力。一般，这些卸荷半径切去该间隙表面下部，而不足该接触表面的下部。另外，为了保护，防止该接触表面磨损和质量变坏，一般，该Z形锁定叶片在该接触表面上使用硬涂层。然而，硬涂层成本高，并且包括涂层剥落的潜在问题。
虽然结合目前认为最最实际和优选的实施例说明了本发明，但应理解，本发明并不局限于所述实施例，相反，涵盖在所附权利要求书的精神和范围内的各种改进和等价结构。
零件清单
10                叶片
20                翼面
22                盖
24                前缘
32                压力侧
34                接触表面
36                切槽内圆角
42                接触表面
44                外半径
28，30，38，40    间隙表面
34，42            接触表面
50，52            半径

Claims (10)

1.一种涡轮叶片(10)，包括：
一个具有压力侧和负压侧的翼面(20)和一个覆盖在该翼面上的盖(22)；
所述盖具有沿着与该翼面的压力侧(32)相邻的该盖的侧边缘，在轴向间隔的间隙表面(28)，(30)，在所述间隙表面中间的一个接触表面(34)，和在所述接触表面(34)和所述间隙表面之一之间的一个切槽内圆角(36)。
2.如权利要求1所述的叶片，其特征为，所述内圆角(36)包括由不同的半径(50)，(52)形成的一个复合内圆角。
3.如权利要求2所述的叶片，其特征为，所述切槽复合内圆角(36)的一个较大的半径(50)处于所述一个间隙表面(28)邻近，和所述切槽复合内圆角的一个较小的半径(52)处于所述接触表面(34)的邻近。
4.如权利要求3所述的叶片，其特征为，所述较大的半径(50)沿着向该盖前缘(24)的方向位于所述较小的半径(52)的位置的前方。
5.如权利要求4所述的叶片，其特征为，所述复合内圆角(36)的所述较小的半径(52)，大致以直角与该接触表面(34)相交。
6.如权利要求5所述的叶片，其特征为，所述接触表面，跟该涡轮中叶片的回转的圆周平面成10°～20°的角度延伸。
7.如权利要求1所述的叶片，其特征为，所述叶片(10)和所述盖(22)彼此作成一个整体。
8.围绕涡轮轴线成圆周排列设置的多个叶片(10)，每一个叶片(10)包含具有压力侧和负压侧的一个翼面(20)和覆盖在该翼面上面的一个盖；
每一个所述盖具有沿着与该翼面压力侧(32)相邻的该盖的一个侧边缘而轴向间隔的间隙表面(28)，(30)，在所述间隙表面中间的一个接触表面(34)，和在所述接触表面与在轴向前方的所述间隙表面之一之间的一个切槽内圆角(36)；
每一个所述盖具有沿着与该翼面负压侧邻近的该盖一个相反侧边缘而轴向间隔的间隙表面(38)，(40)，在所述负压侧间隙表面中间的一个接触表面(42)，和在所述负压侧接触表面(42)与其在轴向前方的一个间隙表面(38)之间的一个外径(44)；
所述相邻的盖的所述接触表面(34)，(42)互相接触，该相邻的盖的所述间隙表面(28)，(30)，(38)，(40)沿圆周方向互相间隔，和每一个盖的该切槽内圆角(36)与该相邻盖的该外半径(44)成间隔对齐。
9.如权利要求8所述的多个叶片，其特征为，每一个所述的内圆角(36)由不同半径(50)，(52)的一个复合内圆角组成。
10.如权利要求9所述的多个叶片，其特征为，每一个所述的切槽内圆角(36)包含一个沿着该盖的所述压力侧与一个在轴向前方的间隙表面(28)相邻的较大的半径(50)，和在所述压力侧接触表面(34)与所述较大半径(50)之间的所述切槽复合内圆角的一个较小半径(52)。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20061122