[发明专利]具有相对于轮盘锁定叶片的轴向保持装置的涡轮机叶轮

说明书

本发明大体上涉及燃气轮机中的叶轮，更具体地涉及相对于叶轮的轴线轴向保持叶片。本发明的应用领域具体为工业燃气轮机和燃气轮机航空发动机。

涡轮机叶轮通常包括多个叶片，轮盘，以及用于轴向保持叶片的装置。每个叶片通常包括翼面，平台，及连接构件。叶片安装在轮盘的外缘上，每个叶片的连接构件位于壳体中，该壳体扩展成轮盘的外缘，并在轮盘的两个相对表面之间轴向延伸，壳体之间由齿隔开。叶片的轴向保持装置相对于轮盘的旋转轴轴向锁定叶片。

已知的涡轮机叶轮在运行过程中，叶片有时要承受振动性移动或振动。这种振动是有害的，因为它可能会导致叶轮的动态不稳定，由此损坏叶轮，还会导致叶轮的各个元件之间接触区域的过早磨损。

本发明的一个目的是提供一种涡轮机叶轮，其中的叶片在叶轮的运行过程中承受实质上更少的振动。

该目的通过以下方式实现，即，在上述类型的叶轮中，至少一个叶片与轮盘的第一停止构件邻接，以在第一轴向相对于轮盘而阻挡所述叶片，所述叶片的平台包括轴向突出至轮盘的一个表面之外的突出部，该突出部包括第二停止构件，所述轴向突出部，第二停止构件以及轮盘的所述表面形成朝向轮盘的轴线的槽，该槽的作用为容纳轴向保持装置，使得轴向保持装置在装配位置上在第一轴向上与第二停止构件邻接，并在与第一轴向相反的第二轴向上与轮盘的所述表面邻接，由此在第二轴向上阻止所述叶片相对于轮盘移动。

由此能够理解，轴向保持装置相对于轮盘轴向锁定每个叶片。首先通过轮盘的第一停止构件，其次通过轴向保持装置，从而阻止叶片轴向移动。第一停止构件的作用为在第一轴向上轴向地阻挡叶片，轴向保持装置的作用为在第二轴向上轴向地阻挡叶片。术语“轴向”是指沿叶轮或轮盘的轴线延伸的方向。自然，在径向上，叶片以公知的方式通过叶片的形状和轮盘的两个齿之间的配合而被保持在壳体中。

例如，并且优选地，第一轴向为将叶片插入轮盘中的壳体的方向，第二轴向为将叶片从轮盘上移除的方向。

叶片平台包括具有第二停止构件的轴向突出部。该轴向突出部设计为当叶片安装至轮盘上时轴向地突出到轮盘的一个表面之外。第二停止构件位于所述平台的下面，并且朝向轮盘的轴线径向突出。

当叶片安装至轮盘上时，轮盘的所述表面，轴向突出部，以及第二停止构件形成朝向轮盘的轴线的槽。由此，与承载叶片翼面的表面相对的平台的底面形成槽的底部，而轮盘的所述表面与第二停止构件形成槽的侧面。如上定义的槽的作用为容纳轴向保持装置。

轴向保持装置在第一轴向上通过第二停止构件，并在第二轴向上通过轮盘的所述表面而被固定在槽中。轴向保持装置还在离心方向上通过槽的底部而被径向固定。

当叶片将要在第二轴向上轴向移动时，第二停止构件与轴向保持装置邻接，轴向保持装置再与轮盘的所述表面邻接。由此，叶片在第二轴向上被轴向地固定。

此外，在叶轮的旋转过程中，施加到轴向保持装置上的离心力会以一定量的接触压力将轴向保持装置挤向槽的底部，该接触压力随叶轮转速的增加而增加。这提供了两点优势。首先，通过这样的施压，能够将轴向保持装置相对于槽的底部进行固定。这样就保证了轴向保持装置适当地容纳于槽的侧面之间。由此，轴向保持装置很难从槽脱离。

此外，这有利于提供叶片和轴向保持装置之间的机械耦合。相对于叶片和轮盘的抗挠性，轴向保持装置的灵活性能够抑制振动的方位角分量(azimuth component)。通过以上方式抑制叶片振动，叶片移动的振幅减小，由此，特别是当振动的频率为叶片的共振频率时，能够有利地避免叶片的损坏。

借助本发明的装置，首先，叶片被适当地轴向固定在轮盘上，其次，叶片的振动被抑制。

根据本发明的一个有利方面，在轴向保持装置和叶片之间提供有至少一个凸起，以形成叶片和轴向保持装置之间的机械接触。

在叶片和轴向保持装置之间存在凸起改善了叶片和轴向保持装置之间的机械接触，该机械接触的作用为抑制叶片振动。此外，凸起还可以作用为阻止轴向保持装置在方位角方向上的任何移动，由此改善轴向保持叶片的可靠性。

在一变型中，凸起形成在轴向保持装置上。

在另一变型中，凸起形成在轴向突出部的下面以及槽的底部上，即，朝向轴向保持装置的表面上。

有利地，与凸起形状互补的凹槽以容纳所述凸起的方式形成在正对凸起的元件中。