[发明专利]涡轮叶片布置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有旋转叶片的涡轮叶片布置，其中旋转叶片以预定间隔布置在涡轮盘的外周上，且每个均具有一叶片根部，该叶片根部在各种情况下能以形状锁定的方式径向插入到该涡轮盘外周上的槽内，且该叶片每个均具有一叶型，该外形在涡轮盘侧端区横向地具有一平台。

背景技术

为了提高效能或涡轮功率输出，并因而提高涡轮的有效横截面，通常将涡轮旋转叶片的叶型延长，以实现流经的热工作流体的更好的利用或更大的功率输出。然而，叶型的这种延长受多种参数的限制。

具体地，延长的叶型和相应增加的移动质量因所作用的离心力而在涡轮盘的毂区域施加一大的载荷。通过借助涡轮盘的轴向延长来增加毂区域的承载表面，已进行了诸多尝试以抵销上述载荷。然而，此延长的可能性是受到限制的。增大的叶型不仅使毂受到更大的载荷，还使一区域也受到大的载荷，在该区域中，涡轮叶片通过其根部而插入到涡轮盘外周的槽中。叶型的延长还可在涡轮盘毂的方向上发生。然而，其结果是，外周的槽之间的距离将变得更小，因此其间的涡轮盘区域，具体地是最接近毂的被构造成根部切口的槽区域受到甚至更大的载荷。然而，现阶段，此载荷几乎达到其最大值，且已经不可能再增加，而没有损坏涡轮盘的危险。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种涡轮叶片布置，该布置使得可以延长旋转叶片的外形，而涡轮盘的槽上或旋转叶片根部上的局部载荷没有增加，或仅是不明显地增加。

该目的通过平台的至少一部分实现，该平台借助独立于叶片根部的夹持装置连接到涡轮盘上。通过连接到涡轮盘上的该平台，与涡轮盘一起旋转的旋转叶片导致的离心力中的至少一部分由至涡轮盘的该夹持装置传递至位于根部区之间的区域。因此，至少一部分离心力载荷不必由叶片根部或其中插入该根部的槽吸收，并且不必传递至涡轮盘。因此，作为载荷重分布的结果，该载荷更均匀地引导至涡轮盘，且免除了该旋转叶片的根部和其中插入该根部的槽的应力过度，该应力过度对该区域的强度不利。因为最大应力过度在最下部的槽区域中发生，所以这一点在根部切口区域内尤其重要，该区域呈绕毂的一圆环且贯穿最下部的槽区域。此外，对于平台和叶片之间的过渡区，可以适当地制造得较薄和较小，因为因固定在叶片上的凸出平台而在传统叶片的此区域中发生的撬动力因该夹持装置的使用而完全得以吸收。另外，该窄小的结构导致进一步的重量减轻。旋转叶片的外形因此可以延长，而涡轮盘槽或旋转叶片根部上的局部载荷不增加，或根据伸长量而仅有不明显的增加。因此，涡轮的效能可以增加，而对涡轮盘和叶片的强度没有任何负面影响。

如果借助该夹持装置连接到涡轮盘上的平台部件独立于旋转叶片制造，则该夹持装置吸收由该平台部件导致的所有离心力载荷。因此，该槽不再承受载荷。通过完全分开的多个平台部件以及多个具有叶型和叶片根部的旋转叶片，起作用的离心力借助到涡轮盘上的各连接得以分别吸收。因此，夹持装置和根部在各种情况下不得不仅传递总离心力载荷中的较小部分。与不额外连接至涡轮盘上的一体叶片(one-part blade)相比，在平台部件与叶片分离的区域内，即边缘，可以具有叶片和平台部件的较轻结构，因为也不必额外承载平台的重量。因此，在此方式中，叶片的总重量一方面通过分开的平台减小，另一方面还通过边缘处的较小结构减小。于是，根部和槽承载更小的重量。此外，具有叶型的叶片和独立固定的平台部件不易受到振动，或者该振动比一体结构的叶片的情况更易于减缓，该振动对叶片固定是关键的。此外，该叶片和平台部件可以以非常低的费用分别制造。具体地，在涉及叶片铸造方面，铸模的制备和精确的铸造操作得以简化，因为不具有整体成形的平台的涡轮叶片几乎不再具有任何凸出的整体部分。独立的平台部件具有简单的几何形状，通常为平板形，因此能以低的费用制造。此外，不同的材料可用于该叶片和该平台部件。结果，如果使用较轻的合金，则可以减小重量，并且如果可能的话，可减小材料成本和加工成本。

因为一片平台部件用作两个相邻旋转叶片的一个平台部件，且夹持装置大致设置在两个相邻旋转叶片之间的中部，所以作用在涡轮盘外周上的起作用离心力的均匀分布得以实现。因高的离心力载荷而尤其发生在槽底部最下面的齿的最大应力从而得以大幅减小。因为一片平台部件连接至涡轮盘上两个旋转叶片之间，所以在每种情况下，在两个相邻的旋转叶片之间，所需的平台部件和用于平台部件的夹持装置的数量分别减小至一个平台部件和一个夹持装置。