[发明专利]涡轮机转子叶片，涡轮机转子盘，涡轮机转子以及具有不同的根部和槽的接触面角度的燃气涡轮发动机

说明书

技术领域

本发明一般涉及涡轮机转子的设计。更具体地，它涉及改进的涡轮机转子叶片根部的接触面角度组，并涉及改进的涡轮机转子盘的槽的接触面角度组。

背景技术

涡轮机转子通常包括多个叶片、转子轴和转子盘。叶片通常包括翼面、平台和根部。叶片也被称为转子叶片或转子叶片组件。叶片的根部被用于接合叶片和转子盘，并确保该叶片在涡轮机的空闲状态和工作模式中都被固定到转子盘。

存在不同的方法以用于接合叶片和转子盘。一种方法是在转子盘的径向向外部分提供安装沟槽或槽。叶片的根部被插入，例如在槽内滑动。通过选择对应于槽的形状的根部形状，可以实现安全和弹性接合。

已知的是，使用枞树(firetree)形状用于转子叶片根部和转子盘的相应槽的轮廓。这种轮廓提供了叶片相对于转子盘的精确放置。此外，枞树轮廓比较强，以在转子盘和与其附接的叶片一起旋转期间，承受施加在叶片上的径向向外的力，即离心力。然而，在根部的一定寿命后，由于应力和机械负载，根部，特别是在与转子盘内的槽表面物理接触的部分可能破裂。可替代地，也可能在槽表面或转子盘的毗邻部分存在损坏和破裂，再次特别是在位于或接近与转子叶片的根部物理接触的那些部分处存在损坏和破裂。

因而存在跨根部和整个槽表面优化应力和机械负载的分布的目标。更具体地说，跨根部和槽之间的接触面的应力和机械负载的分布应当被优化。

发明内容

该目的是通过独立权利要求实现的。从属权利要求描述了本发明的有利进展和变型。

根据本发明，提供了一种具有枞树形根部的涡轮机转子叶片。

该根部包含至少一个根部侧部，该侧部包括至少三个根部凸角，每个根部凸角均包括根部接触面。每个根部接触面均具有根据公共基准轴的倾角，该倾角由根角表征。本发明表明，通过在某些边界条件下选择这些根角，在根部凸角上的应力分布可以被优化，从而根部凸角的损坏和/或破裂的风险被最小化。

根部接触面的接触面角度称为根角；槽接触面的接触面角度称为槽角。

本发明还包括从根部凸角到槽凸角传递该原理，其中该槽可以被描述为涡轮机转子盘的间隙或缝隙。

最后，本发明还公开了一种具有降低的损坏和/或破裂风险的涡轮机转子，其包括涡轮机转子叶片和涡轮机转子盘，两者都分别展示出根角和槽角，其考虑上面提到的边界条件被选择，并将在下文中更详细地介绍。此外，本发明还针对一种包括如上面所限定的涡轮机转子的燃气涡轮发动机。

在本发明的一个方面中，提供了一种具有枞树形根部的涡轮机转子叶片，其被布置成固定在转子盘中，其中转子盘在垂直于转子轴线的平面内围绕该转子轴线可旋转。根部包括根部底部和根部侧部。该根部侧部包括多个根部凸角，每个根部凸角均包括根部接触面，其被配置成与转子盘的槽接触面物理接触。多个根部凸角包括具有第一根部接触面的第一根部凸角，具有第二根部接触面的第二根部凸角和具有第三根部接触面的第三根部凸角，第一根部凸角比第二根部凸角更靠近根部底部，并且第二根部凸角比第三根部凸角更靠近根部底部。第一根部接触面相对于径向根部底部轴线以第一根角成角度，径向根部底部轴线由穿过转子轴线和根部底部的线限定。第二根部接触面相对于径向根部底部轴线以第二根角成角度；并且第三根部接触面相对于径向根部底部轴线以第三根角成角度。第一根角或第二根角或第三根角的任何一个或多个在任何其他根角的1°到15°的范围内。

优选地，第一根角或第二根角或第三根角的任何一个或多个在任何其他根角的1°到5°的范围内。

第一根角可以小于或大于第二根角，并且第二根角可以基本上等于第三根角。

第一根角可以比第二根角或第三根角小或大大约2°。

第一根角可以比第二根角小或大大约2°，并且第二根角可以等于第三根角。