CN220815760U - 转子 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种转子。转子包括柱本体，该柱本体具有在轴向方向上延伸的凹槽和在周向方向上延伸的第一槽。转子包括热屏蔽件，该热屏蔽件具有冷却箱和联接到冷却箱并定位在凹槽内的紧固元件，紧固元件具有与第一槽对准的第二槽。转子包括锁定板，该锁定板插入第一槽和第二槽中，以抑制热屏蔽件相对于柱本体的轴向运动。锁定板包括第一端部部分、第二端部部分和中央部分，该中央部分在第一端部部分与第二端部部分之间延伸，第一端部部分和第二端部部分中的每个端部部分定位在第二槽的外侧，并且中央部分的至少一部分定位在第二槽内。

Description

转子

技术领域

本实用新型总体上涉及燃气涡轮发动机的转子，并且更具体地涉及燃气涡轮发动机的转子的热屏蔽件。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括压缩机部段、涡轮部段以及设置在压缩机部段与涡轮部段之间的燃烧部段。压缩机部段包括多级旋转压缩机叶片和固定压缩机叶片。燃烧部段通常包括多个燃烧器。涡轮部段包括多级旋转涡轮叶片和固定涡轮叶片。旋转涡轮叶片和固定涡轮叶片经常在高温环境下操作并且被内部冷却。

燃气涡轮发动机还包括转子，多个旋转涡轮叶片安装在该转子上。每个旋转涡轮叶片具有联接到平台的根部。多个旋转涡轮叶片的平台限定了热气路径的内边界。通常提供密封件来密封相邻平台之间的间隙，以减少热气通过间隙泄漏。

实用新型内容

在一个方面中，提供了一种转子。转子包括柱本体，该柱本体具有沿轴向方向延伸的凹槽和沿周向方向延伸的第一槽。转子还包括热屏蔽件，该热屏蔽件具有冷却箱和联接到冷却箱并定位在凹槽内的紧固元件，该紧固元件具有与第一槽对准的第二槽。转子还包括锁定板，该锁定板插入到第一槽和第二槽中，以抑制热屏蔽件相对于柱本体的轴向运动。锁定板包括第一端部部分、第二端部部分和中央部分，该中央部分位于第一端部部分与第二端部部分之间，第一端部部分和第二端部部分中的每个端部部分定位在第二槽的外侧，并且中央部分的至少一部分定位在第二槽内。

附图说明

为了容易地识别对任何特定元件或动作的讨论，附图标记中的一个或多个最高位数字指该元件被首次引入时所在的图号。

图1为沿着包含纵向轴线或中心轴线的平面截取的燃气涡轮发动机的纵向横截面图。

图2是适合于在图1的燃气涡轮发动机中使用的转子盘的局部立体图。

图3是图2的热屏蔽件的立体图。

图4是图2的锁定板的立体图。

图5是图2的转子盘的局部分解立体图。

图6是处于组装状态的图2的转子盘的局部立体图。

图7是适合于在图1的燃气涡轮发动机中使用的转子盘的局部立体图。

图8是图7的热屏蔽件的立体图。

图9是图7的锁定板的立体图。

图10是图7的转子盘的局部分解立体图。

图11是处于组装状态的图7的转子盘的局部立体图。

图12是适合于在热屏蔽件中使用的冷却箱的横截面图。

图13是适合于在热屏蔽件中使用的另一冷却箱的横截面图。

图14是适合于在热屏蔽件中的又一冷却箱的横截面图。

具体实施方式

在详细说明本实用新型的任何实施方式之前，应当理解的是，本实用新型在其应用方面不限于在该描述中阐述的或在以下附图中图示的部件的结构和布置的细节。本实用新型能够具有其他实施方式并且能够以各种方式实践或执行。此外，应当理解的是，本文中使用的措辞和术语是出于描述的目的，并且不应当被视为限制性的。

图1图示了包括沿着中心轴线112布置的压缩机部段102、燃烧部段104和涡轮部段106的燃气涡轮发动机100的示例。压缩机部段102包括多个压缩机级114，其中，每个压缩机级114包括一组固定压缩机叶片116或可调节的导引叶片和一组旋转压缩机叶片118。转子134将旋转压缩机叶片118支承成在操作期间绕中心轴线112旋转。在一些构造中，单个一体式转子134延伸燃气涡轮发动机100的长度，并且由两个端部处的轴承支承旋转。在其他构造中，转子134由彼此附接的若干个单独的线轴组装而成，或者可以包括经由一个螺栓或多个螺栓附接的多个盘部段。

压缩机部段102与入口部段108流体连通，以允许燃气涡轮发动机100将大气空气吸入到压缩机部段102中。在燃气涡轮发动机100的操作期间，压缩机部段102吸入大气空气并且将该空气压缩以输送至燃烧部段104。所图示的压缩机部段102是一个压缩机部段102的示例，并且其他布置和设计是可能的。

在所图示的构造中，燃烧部段104包括多个单独的燃烧器120，燃烧器120各自操作成将燃料流与来自压缩机部段102的压缩空气混合并燃烧该空气-燃料混合物以产生高温、高压燃烧气体流或废气122流。当然，燃烧部段104的许多其他布置是可能的。

涡轮部段106包括多个涡轮级124，其中，每个涡轮级124包括许多固定涡轮叶片126和许多旋转涡轮叶片128。涡轮级124布置成在涡轮入口130处接收来自燃烧部段104的废气122并使该气体膨胀以将热能和压力能转换成旋转功或机械功。涡轮部段106连接至压缩机部段102，以驱动压缩机部段102。对于用于发电或用作原动机的燃气涡轮发动机100，涡轮部段106还连接至待驱动的发电机、泵或其他装置。与压缩机部段102一样，涡轮部段106的其他设计和布置是可能的。

在涡轮部段106的下游定位有排气部分110，并且排气部分110布置成接收来自涡轮部段106中的末级涡轮级124的膨胀的废气122流。排气部分110布置成有效地引导废气122离开涡轮部段106，以确保涡轮部段106的有效操作。在排气部分110中可能存在许多变型和设计差异。因此，所图示的排气部分110仅仅是这些变型的一个示例。

控制系统132联接至燃气涡轮发动机100并且操作成监测各种操作参数并控制燃气涡轮发动机100的各种操作。在优选构造中，控制系统132通常是基于微处理器的，并且包括用于收集、分析和存储数据的存储器装置和数据存储装置。另外，控制系统132向包括监测器、打印机、指示器等的各种装置提供输出数据，这些装置允许用户与控制系统132交互以提供输入或调节。在发电系统的示例中，用户可以输入功率输出设定点，并且控制系统132可以对各种控制输入进行调节，以便以有效的方式实现该功率输出。

控制系统132可以控制各种操作参数，这些参数包括但不限于可变的入口导引叶片位置、燃料流率和压力、发动机速度、阀位置、发电机负载和发电机励磁。当然，其他应用可能具有更少或更多的可控装置。控制系统132还监测各种参数，以确保燃气涡轮发动机100正常操作。所监测的一些参数可以包括入口空气温度、压缩机出口温度和压力、燃烧器出口温度、燃料流率、发电机功率输出、轴承温度等。这些测量值中的很多测量值对用户显示，并且被记录以在如果需要审查的情况下供后续审查。

图2是适合于在图1的燃气涡轮发动机100中使用的转子盘200的局部立体图。转子盘200是多个转子盘200中的一个转子盘，多个转子盘200周向联接至转子134并且沿着中心轴线112分布。

多个柱本体202沿周向方向210围绕转子盘200分布。多个盘凹槽204限定在相邻的柱本体202之间。多个旋转涡轮叶片128中的每个旋转涡轮叶片128包括插入对应的盘凹槽204中的根部206。出于说明目的，图2中仅示出了旋转涡轮叶片128的一部分。

多个柱本体202中的每个柱本体202具有柱本体向外表面216，该柱本体向外表面216限定在沿径向方向214的最外部位置处。至少一个凹槽208限定在每个柱本体202中。凹槽208沿着柱本体向外表面216轴向延伸，并从柱本体向外表面216径向延伸到柱本体202中。凹槽208具有燕尾形状，其他形状是可能的。柱本体202包括第一槽218，该第一槽218沿着柱本体202周向延伸并且径向延伸到柱本体202中。第一槽218的开口从柱本体向外表面216径向向内定位。第一槽218布置在柱本体202的上游侧。术语“上游”指的是与工作流体220的方向相反的方向。工作流体220包括废气122。

转子盘200包括多个热屏蔽件222。多个热屏蔽件222中的每个热屏蔽件222联接到对应的柱本体202。出于说明目的，图2中仅示出了一个热屏蔽件222。

锁定板224安装到柱本体202和热屏蔽件222中，以抑制热屏蔽件222相对于柱本体202的轴向运动。出于说明目的，图2中仅示出了一个锁定板224。

图3是热屏蔽件222的立体图。热屏蔽件222包括冷却箱302和至少一个紧固元件304。冷却箱302具有中空内部，该中空内部限定了沿轴向方向212延伸的至少一个冷却通道306。冷却通道306彼此平行地轴向延伸。冷却箱302在两个周向端部具有第一侧表面308和第二侧表面310，其在冷却箱向外表面312与冷却箱向内表面314之间延伸。冷却箱向外表面312限定在径向最外部位置处，并且冷却箱向内表面314限定在径向最内部位置处。冷却箱向内表面314的周向尺寸大于冷却箱向外表面312的周向尺寸，以减小冷却箱302与相邻的旋转涡轮叶片128之间的间隙。冷却箱向内表面314在上游端部被倒角。第一侧表面308和第二侧表面310中的每个侧表面具有弯曲形状。

紧固元件304从冷却箱向内表面314径向延伸出来，并且沿着冷却箱向内表面314轴向延伸。紧固元件304的上游侧定位在冷却箱302的上游侧的下游。紧固元件304具有与凹槽208的形状相对应的燕尾形状，使得紧固元件304可以插入到凹槽208中。在图3的实施方式中，热屏蔽件222具有两个紧固元件304。两个紧固元件304具有彼此不同的轴向长度。在其他实施方式中，根据需要，热屏蔽件222可以具有多于或少于两个的紧固元件304。紧固元件304可以具有相同的轴向长度也是可能的。肋316设置在两个紧固元件304之间，并且从冷却箱向内表面314径向延伸出来，并且沿着冷却箱向内表面314轴向延伸。

两个紧固元件304中的至少一个紧固元件304具有定位在紧固元件上游表面322下游一定距离处的第二槽318。术语“下游”指的是沿着工作流体220的方向的方向。第二槽318周向延伸贯穿紧固元件304，并从紧固元件向内表面320径向延伸到紧固元件304中。紧固元件向内表面320限定在径向最内部位置处。第二槽318具有上游表面328、下游表面330和径向向上表面332。上游表面328限定了两个切口326。每个切口326从上游表面328延伸到紧固元件上游表面322，并且限定在紧固元件周向侧表面324和紧固元件向内表面320的边缘处。下游表面330具有阶梯形状，使得第二槽318的在紧固元件向内表面320处的轴向长度大于第二槽318的在向上表面332处的轴向长度。

图4是组装前锁定板224的立体图。锁定板224具有第一端部部分402、第二端部部分404和中央部分406，该中央部分406沿纵向轴线408在第一端部部分402与第二端部部分404之间延伸。第一端部部分402、第二端部部分404和中央部分406协作以限定总纵向长度。第一端部部分402和第二端部部分404中的每个端部部分的纵向长度在总纵向长度的10％至30％之间，其他尺寸是可能的。锁定板224具有U形形状，其他形状是可能的。

图5是转子盘200的局部分解立体图。在组装期间，通过将紧固元件304滑入凹槽208中使得第二槽318与第一槽218对准，热屏蔽件222联接到柱本体202。锁定板224周向滑入第一槽218和第二槽318中，如由虚线箭头所示。

图6是处于组装状态的转子盘200的局部立体图。第一端部部分402和第二端部部分404定位在第二槽318的外侧。中央部分406的一部分定位在第二槽318内。在两个切口326处进行敛缝，以使锁定板224在第一槽218与第二槽318内变形，使得锁定板224的周向运动被抑制。在第二槽318的阶梯形状下游表面330上进行进一步敛缝，以进一步抑制锁定板224的周向运动。锁定板224抑制热屏蔽件222相对于柱本体202的轴向运动。

图7是适用于在燃气涡轮发动机100中使用的转子盘200的另一局部立体图。多个柱本体702沿周向方向210围绕转子盘200分布。多个柱本体702中的每个柱本体702具有限定在径向最外部位置处的柱本体向外表面706。至少一个凹槽704限定在每个柱本体702中。凹槽704沿着柱本体向外表面706轴向延伸，并从柱本体向外表面706径向延伸到柱本体702中。凹槽704具有燕尾形状，其他形状是可能的。柱本体702包括第一槽708，该第一槽708沿着柱本体702周向延伸并且径向延伸到柱本体702中。第一槽708的开口定位在柱本体向外表面706处。第一槽708布置在柱本体202的下游侧。

转子盘200包括多个热屏蔽件710。多个热屏蔽件710中的每个热屏蔽件710联接到对应的柱本体702。出于说明目的，在图7中仅示出了一个热屏蔽件710。

锁定板712安装到柱本体702和热屏蔽件710中，以抑制热屏蔽件710相对于柱本体702的轴向运动。出于说明目的，图7中仅示出了一个锁定板712。

图8是热屏蔽件710的立体图。热屏蔽件710包括冷却箱802和至少一个紧固元件804。冷却箱802具有中空内部，该中空内部限定了沿轴向方向212延伸的至少一个冷却通道806。冷却通道806彼此平行地轴向延伸。冷却箱802在两个周向端部具有第一侧表面808和第二侧表面810，其在冷却箱向外表面812与冷却箱向内表面814之间延伸。冷却箱向外表面812限定在径向最外部位置处，并且冷却箱向内表面814限定在径向最内部位置处。冷却箱向内表面814的周向尺寸大于冷却箱向外表面812的周向尺寸，以减小柱本体702与相邻的旋转涡轮叶片128之间的间隙。第一侧表面808和第二侧表面810中的每个侧表面具有弯曲形状。

紧固元件804从冷却箱向内表面814径向延伸出来，并且沿着冷却箱向内表面814轴向延伸。紧固元件804在下游侧轴向延伸出冷却箱802。紧固元件804具有对应于凹槽704的形状的燕尾形状，使得紧固元件804可以插入到凹槽704中。

紧固元件804具有定位在紧固元件下游表面820上游一定距离处的第二槽816。第二槽816周向延伸贯穿紧固元件804，并从紧固元件向内表面818径向延伸到紧固元件804中。紧固元件向内表面818限定在径向最内部位置处。

图9是组装前锁定板712的立体图。锁定板712具有第一端部部分902、第二端部部分904和中央部分906，该中央部分906沿纵向轴线908在第一端部部分902与第二端部部分904之间延伸。第一端部部分902具有C形形状，其他形状是可能的，比如L形形状。中央部分906具有大致矩形的横截面，其他横截面形状是可能的，比如圆形横截面形状。第二端部部分904具有定位在周向端部表面和径向向内表面的边缘处的倒角表面910。

在组装之前，第二端部部分904和中央部分906协作以限定沿纵向轴线908的线性表面。第一端部部分902、第二端部部分904和中央部分906协作以限定总纵向长度。第一端部部分902和第二端部部分904中的每个端部部分的纵向长度在总纵向长度的10％至30％之间，其他尺寸是可能的。第二端部部分904能够相对于纵向轴线908弯曲到一定角度而不会断裂。该角度在80度与100度之间，优选地在85度至95度之间，其他合适的角度是可能的。

图10是转子盘200的局部分解立体图。在组装期间，通过将紧固元件804滑入凹槽704中使得第二槽816与第一槽708对准，热屏蔽件710联接到柱本体702。锁定板712从第二端部部分904周向滑入第一槽708和第二槽816，如由虚线箭头所示。第二端部部分904在组装之前具有第一径向尺寸，该第一径向尺寸小于由第一槽708和第二槽816限定的径向尺寸。第一端部部分902的径向尺寸大于由第一槽708和第二槽816限定的径向尺寸。

图11是处于组装位置的转子盘200的局部立体图。第一端部部分902和第二端部部分904定位在第二槽816的外侧。中央部分906定位在第二槽816内。

在组装状态下，第二端部部分904沿径向方向214弯曲，以限定第二径向尺寸，该第二径向尺寸大于由第一槽708和第二槽816限定的径向尺寸。第一端部部分902的径向尺寸和第二端部部分904的第二径向尺寸抑制锁定板712的周向运动。锁定板712抑制热屏蔽件710相对于柱本体702的轴向运动。倒角表面910改善了组装期间弯曲工具的接合。

图12是适合于在热屏蔽件222和热屏蔽件710中使用的冷却箱1200的横截面图。冷却箱1200具有设置在冷却通道1202中的至少一个加强肋1204。

图13是适合于在热屏蔽件222和热屏蔽件710中使用的冷却箱1300的横截面图。冷却箱1300具有蜂窝状冷却通道1302。

图14是适合于在热屏蔽件222和热屏蔽件710中使用的冷却箱1400的横截面图。冷却箱1400具有孔形冷却通道1402。

在燃气涡轮发动机100操作期间，转子盘200上游侧的冷却剂由于离心力和压降而被迫径向流动。冷却剂进入柱本体向外表面216、706和冷却箱向内表面314、814之间的管道，并从上游侧到下游侧流过管道。冷却剂也进入冷却通道306、806，并且从上游侧到下游侧流过冷却通道306、806。冷却剂冷却并屏蔽柱本体202、702免受不期望的热输入。锁定板224、712在操作期间抑制热屏蔽件222、710相对于柱本体202、702的轴向运动。

尽管已经详细描述了本公开的示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本公开的最宽形式的精神和范围的情况下，可以对本文所公开的内容做出各种改型、替代、变型和改进。

本申请中的任何描述都不应被解读为暗示任何特定的元件、步骤、动作或功能是必须包括在权利要求范围内的基本元素：专利主题的范围仅由允许的权利要求来限定。此外，除非确切的词语“用于......的装置”后面是分词，否则这些权利要求都不意在援引装置加功能的权利要求结构。

附图元件列表

100 燃气涡轮发动机

102 压缩机部段

104 燃烧部段

106 涡轮部段

108 入口部段

110 排气部分

112 中心轴线

114 压缩机级

116 固定压缩机叶片

118 旋转压缩机叶片

120 燃烧器

122 废气

124 涡轮级

126 固定涡轮叶片

128 旋转涡轮叶片

130 涡轮入口

132 控制系统

134 转子

200 转子盘

202 柱本体

204 盘凹槽

206 根部

208 凹槽

210 周向方向

212 轴向方向

214 径向方向

216 柱本体向外表面

218 第一槽

220 工作流体

222 热屏蔽件

224 锁定板

302 冷却箱

304 紧固元件

306 冷却通道

308 第一侧表面

310 第二侧表面

312 冷却箱向外表面

314 冷却箱向内表面

316 肋

318 第二槽

320 紧固元件向内表面

322 紧固元件上游表面

324 紧固元件周向侧表面

326 切口

328 上游表面

330 下游表面

332 向上表面

402 第一端部部分

404 第二端部部分

406 中央部分

408 纵向轴线

702 柱本体

704 凹槽

706 柱本体向外表面

708 第一槽

710 热屏蔽件

712 锁定板

802 冷却箱

804 紧固元件

806 冷却通道

808 第一侧表面

810 第二侧表面

812 冷却箱向外表面

814 冷却箱向内表面

816 第二槽

818 紧固元件向内表面

820 紧固元件下游表面

902 第一端部部分

904 第二端部部分

906 中央部分

908 纵向轴线

910 倒角表面

1200 冷却箱

1202 冷却通道

1204 加强肋

1300 冷却箱

1302 冷却通道

1400 冷却箱

1402 冷却通道

Claims (12)

1.一种转子(134)，其特征在于，所述转子(134)包括：

柱本体(202，702)，所述柱本体(202，702)具有在轴向方向(212)上延伸的凹槽(208，704)和在周向方向(210)上延伸的第一槽(218，708)；

热屏蔽件(222，710)，所述热屏蔽件(222，710)具有冷却箱(302，802)和联接到所述冷却箱(302，802)并定位在所述凹槽(208，704)内的紧固元件(304，804)，所述紧固元件(304，804)具有与所述第一槽(218，708)对准的第二槽(318，816)；以及

锁定板(224，712)，所述锁定板(224，712)插入所述第一槽(218，708)和所述第二槽(318，816)中，以抑制所述热屏蔽件(222，710)相对于所述柱本体(202，702)的轴向运动，所述锁定板(224，712)包括第一端部部分(402，902)、第二端部部分(404，904)以及在所述第一端部部分(402，902)与所述第二端部部分(404，904)之间延伸的中央部分(406，906)，所述第一端部部分(402，902)和所述第二端部部分(404，904)中的每个端部部分定位在所述第二槽(318，816)的外侧，并且所述中央部分(406，906)的至少一部分定位在所述第二槽(318，816)内。

2.根据权利要求1所述的转子(134)，其特征在于，所述柱本体(202，702)包括柱本体向外表面(216，706)，并且其中，所述凹槽(208，704)从所述柱本体向外表面(216，706)径向延伸到所述柱本体(202，702)中。

3.根据权利要求2所述的转子(134)，其特征在于，所述第一槽(218)径向延伸到所述柱本体(202)中，并且其中，所述第一槽(218)的开口从所述柱本体向外表面(216)径向向内定位。

4.根据权利要求2所述的转子(134)，其特征在于，所述第一槽(708)径向延伸到所述柱本体(702)中，并且其中，所述第一槽(708)的开口定位在所述柱本体向外表面(706)处。

5.根据权利要求1所述的转子(134)，其特征在于，所述第二槽(318)包括上游表面(328)，并且其中，所述上游表面(328)包括切口(326)，所述切口(326)从所述上游表面(328)延伸到紧固元件上游表面(322)，并且被限定在紧固元件周向侧表面(324)和紧固元件向内表面(320)的边缘处。

6.根据权利要求1所述的转子(134)，其特征在于，所述第二槽(318)包括下游表面(330)和向上表面(332)，并且其中，所述下游表面(330)包括阶梯形状，使得所述第二槽(318)在紧固元件向内表面(320)处的轴向长度大于所述第二槽(318)在所述向上表面(332)处的轴向长度。

7.根据权利要求1所述的转子(134)，其特征在于，所述第一端部部分(902)包括的径向尺寸大于由所述第一槽(708)和所述第二槽(816)限定的径向尺寸。

8.根据权利要求1所述的转子(134)，其特征在于，所述第二端部部分(904)能够从第一径向尺寸弯曲至第二径向尺寸，其中，所述第一径向尺寸小于由所述第一槽(708)和所述第二槽(816)限定的径向尺寸，并且其中，所述第二径向尺寸大于由所述第一槽(708)和所述第二槽(816)限定的径向尺寸。

9.根据权利要求1所述的转子(134)，其特征在于，所述第二端部部分(904)包括倒角表面(910)。

10.根据权利要求1所述的转子(134)，其特征在于，所述冷却箱(302，802)包括在所述轴向方向(212)上延伸的冷却通道(306，806)。

11.根据权利要求1所述的转子(134)，其特征在于，所述冷却箱(302，802)包括位于两个周向端部的第一侧表面(308，808)和第二侧表面(310，810)，并且其中，所述第一侧表面(308，808)和所述第二侧表面(310，810)中的每个侧表面包括弯曲形状。

12.根据权利要求1所述的转子(134)，其特征在于，所述冷却箱(302，802)包括冷却箱向外表面(312，812)和冷却箱向内表面(314，814)，并且其中，所述冷却箱向内表面(314，814)的周向尺寸大于所述冷却箱向外表面(312，812)的周向尺寸。