[发明专利]叶根、相应的叶片、转子盘和涡轮机组件

说明书

技术领域

本发明一般地涉及涡轮机叶片设计，并且更具体地涉及叶根和/或转子盘的优化轮廓。

背景技术

燃气涡轮的涡轮部段通常具有多排固定翼片和旋转叶片。一排叶片通常是彼此相同的，并且包括翼型部、平台部、和根部。另外，一些叶列可包括防止热气体在叶尖上方流出的护罩部。根部是叶片径向上最向内的部分，并且是用于将叶片安装在设置于转子盘中的凹槽或槽中。通常，对于各转子叶片，设置有相应的安装凹槽。具体地，通过将各根部轴向地滑入相应的凹槽中而组装叶片。

已知，通过配合枞树轮廓将涡轮叶片安装到涡轮盘上。这种固定方法提供叶片相对于盘的准确位置。枞树轮廓的强度足以承受盘及其附接叶片的旋转期间以及安装叶片的涡轮发动机的运行中施加在叶片上的向外径向离心力。在运行中，叶片的枞树轮廓的侧面(这些侧面以倾斜的方式背向发动机轴线并且与凹槽的相对的枞树轮廓接触)支持叶片防止其径向地向外运动，并且可以被看作是负载侧面。轮廓的相对侧面可以被看作是无负载侧面，因为在运行中它们不支持任何显著的径向力。

当从叶根的剖视图中观察时，仅利用直线和圆弧来限定涡轮叶片枞树型叶根的常规形状，剖视图由垂直于涡轮转子轴线的平面限定。针对一些几何约束和机械约束，对上述形状进行优化。

利用交替地凸形表面(通常但不总是呈弧形并且被称为内角或颈部)和凹形表面(通常但不总是呈弧形并且被称为角或凸角或齿或凸耳)的过渡区使轮廓的侧面相互连接。内角通常是高应力集中的区域。

通常，可在磨削工艺中形成涡轮叶根上的枞树轮廓。

基本的枞树型叶根构造包含多条潜在的负载路径，其中所产生应力的值取决于叶根与盘中相应凹槽之间的初始配合精度。在运行期间由作用于叶片的离心力产生这些应力，离心负荷取决于整个叶片的质量，这些应力作为疲劳或应力腐蚀开裂的这种潜在破坏值得特别关注。叶片的使用寿命或者叶片运行循环的数量是有限的。

叶根可以是大致镜像对称。叶根包括：一对对称的最高颈部或内角，这对颈部或内角从平台下表面向下延伸并且在圆周方向上形成凹陷；一对最高凸耳或凸角，这对凸耳或凸角从最高颈部向下延伸并且在圆周方向上构成突起。多对对称的颈部和凸角可以以交替的顺序向下延续。根部将结束于一对对称的最低颈部接着是一对对称的最低凸角。在叶根底部，一对最低凸角的表面将会聚，并且通过弧形或平的表面而在最低位置相互连接。

专利公开EP0431766、US2,343,225、EP0478234、JP59113206、DE3236021、EP1048821、GB2380770、EP0889202、US5554005、US2008/0298972等揭示了不同类型叶根轮廓，基本上所有的叶根轮廓均致力于叶根不同区域中的应力，均涉及优化不同尺寸叶片和/或用于不同运行速度的不同类型机械的叶根。进而，目标是减小在叶片与安装叶片的相应盘之间接触点中的高水平应力。

发明内容

本发明的目的由独立权利要求实现。从属权利要求描述了本发明的有利的发展和修改。

根据本发明，提供一种由多个凸角和内角以及在前两者之间的侧面所组成的叶根，其中在侧面与内角之间设置软肩部以增加与转子盘相应凸角之间的距离，具有这种叶根的叶片被插入相应凸角中。本发明还涉及具有这种叶根的转子叶片。替代地或另外，此特征还可应用于转子盘的转子盘槽，以便转子盘槽的侧面经由软肩部并入转子盘的内角从而增加与叶根的相应凸角之间的距离。

这种肩部(该肩部包括彼此相邻的内角的内半径和外半径，运行期间叶片的离心负荷作用于其相邻的内部和外部圆角半径)的作用是在外半径中在接触端产生压缩应力。这有助于消除将会由在此界面中的摩擦所形成的拉伸应力。