渦輪機(jī)的渦輪轉(zhuǎn)子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)的渦輪轉(zhuǎn)子，特別是低壓渦輪轉(zhuǎn)子。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的渦輪發(fā)動機(jī)上，渦輪轉(zhuǎn)子包括輪盤，輪盤周緣帶有安裝葉根的槽，每個槽均由輪盤的兩個相鄰齒所形成。葉根包括接觸面，在離心力作用下，這些接觸面在運行時會支撐在輪盤的齒的接觸面上。
[0003]輪盤以渦輪機(jī)的軸線為中心，并通過凸緣連接到一起并連接到渦輪軸上。
[0004]上游輪盤可以包括下游環(huán)形凸緣，用來通過螺栓螺母式裝置固定到下游輪盤的上游環(huán)形凸緣上。環(huán)形外殼(shroud)安裝在上游輪盤和下游輪盤之間，并至少包圍著下游輪盤的上游凸緣，從而通過用其下游端部支撐在葉根上而將葉片軸向固定在下游輪盤上。這種環(huán)形外殼另外還帶有密封裝置，該密封裝置可與由耐磨材料制成的墊塊(blocks)相配合，所述墊塊安裝在分配器的固定葉片上，所述分配器軸向位于上述上游和下游盤之間。密封構(gòu)件和墊塊構(gòu)成迷宮式密封裝置。
[0005]當(dāng)上游和下游輪盤通過其凸緣而固定到一起時，環(huán)形外殼包括軸向插在盤的凸緣之間的環(huán)形凸緣。
[0006]在環(huán)形外殼和下游輪盤的上游凸緣之間形成環(huán)形空間，該空間在上游提供有冷卻空氣，冷卻空氣被引向下游輪盤的槽內(nèi)以便對這些槽進(jìn)行通風(fēng)。
[0007]特別是，冷卻空氣抵達(dá)位于槽的底部、葉根和輪盤之間的空腔內(nèi)。
[0008]申請人所進(jìn)行的研宄說明，輪盤齒頂(peaks)處會出現(xiàn)高溫。目前，受到高應(yīng)力的這些區(qū)域的高溫會造成蠕變。事實上，在運行時和在離心力的作用下，葉根會施加相當(dāng)大的剪應(yīng)力，特別是在接觸面區(qū)域。
[0009]這種蠕變會大大縮短渦輪盤的使用壽命，并會影響渦輪機(jī)的性能。
[0010]為了避免這種現(xiàn)象，一般都是在槽的底部提供相當(dāng)大的冷卻流量，以便對輪盤齒進(jìn)行充分冷卻。然而，這種冷卻流量是來自壓縮機(jī)的空氣，而且，這會影響渦輪機(jī)的性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]本發(fā)明的具體目的是提供一種針對這些問題的簡單、有效、成本低廉的解決方案。
[0012]為此，本發(fā)明提出了一種渦輪機(jī)的渦輪轉(zhuǎn)子，包括帶有安裝葉片根部的槽，每個槽由輪盤的兩個鄰近齒構(gòu)成，葉根包括支撐在輪盤的齒的接觸面上的接觸面，其特征在于，葉型(foils)安裝在輪盤的齒上，每個葉型為大體U形，包括插在葉根和輪盤的齒的相應(yīng)接觸面之間的橫向支撐部件，以及面向輪盤的相應(yīng)齒的齒頂并在所述齒頂和葉型之間形成腔室的中央部分，渦輪轉(zhuǎn)子包括向所述腔室提供冷卻空氣的裝置。
[0013]為此，在輪盤的齒的齒頂處提供冷卻空氣，而不是在槽的本底區(qū)。然后，由于空氣流量較低且能更好控制，從而可以有效冷卻可能會被蠕變影響的區(qū)域。這可以提高發(fā)動機(jī)的性能，因為冷卻空氣引出流量比現(xiàn)有技術(shù)要小。本發(fā)明還可大大提高輪盤的使用壽命，因為不再暴露于蠕變現(xiàn)象中。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，至少每個葉型的中央部分包括至少一個導(dǎo)氣孔(orifice)，用于冷卻空氣流過，在進(jìn)入相應(yīng)齒和葉型之間的腔室并對齒頂進(jìn)行沖擊前，適合徑向向外提供冷卻空氣的冷卻空氣供氣裝置，穿過葉型的所述導(dǎo)氣孔。
[0015]沖擊冷卻比較有效，而且要求的冷卻空氣流量較低。
[0016]葉片優(yōu)選每個都包括帶有輪葉的平臺，輪葉與葉根通過柄腳(tang)連接，柄腳之間形成空間，該空間可容納減振器，以便在葉片平臺徑向內(nèi)表面上接觸，以消除葉片平臺的振動，減振器形成沿上游方向張開并且徑向向內(nèi)張開的腔室，并與空氣流過葉型的導(dǎo)氣孔相對，來自上游的冷卻空氣流入減振器形成的腔室，以及，通過葉型的導(dǎo)氣孔，流入葉型與輪盤的齒之間形成的腔室。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，輪盤包括由環(huán)形外殼包圍的上游凸緣，環(huán)形外殼與該凸緣一起形成環(huán)形空間，供冷卻空氣循環(huán)，環(huán)形外殼的下游部分抵靠在輪盤的上游端面上并形成固定葉根的止動部分(Stop)，所述下游部分包括提供冷卻空氣的通道，將上游凸緣和環(huán)形外殼之間形成的環(huán)形空間與由減振器形成的腔室相連通。
[0018]在這種情況下，上游凸緣可在上游封閉由減振器所形成的腔室，而凸緣下游部分的供氣通道僅在減振器所形成的腔室的上游張開。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個特性，渦輪轉(zhuǎn)子包括壓抵在輪盤下游端面上的下游凸緣，以便在下游封閉輪盤的齒和葉型之間的腔室，所述下游凸緣帶有標(biāo)定的導(dǎo)氣孔，用來將空氣排出所述腔室。
[0020]標(biāo)定的導(dǎo)氣孔可以更好地控制冷卻空氣流量。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，輪盤包括由上游環(huán)形外殼包圍的上游凸緣，環(huán)形外殼與該凸緣一起形成環(huán)形空間，供冷卻空氣循環(huán)，環(huán)形外殼帶有下游部分，其支撐在輪盤的上游端面上并形成固定葉根的止動部分，所述下游部分包括冷卻空氣供氣通道，該通道將上游凸緣和環(huán)形外殼之間形成的環(huán)形空間與葉型和輪盤的齒之間形成的腔室相連通。
[0022]在這個實施方式中，空氣并不會徑向流過葉型的導(dǎo)氣孔，但卻會經(jīng)由環(huán)形外殼內(nèi)形成的通道直接流入葉型和輪盤的相應(yīng)齒之間形成的腔室。
[0023]在這種情況下，輪盤還可包括冷卻空氣供氣通道，該通道將凸緣下游部分的通道與葉型和輪盤的齒之間的形成的腔室連通起來。
[0024]向凸緣和/或輪盤提供冷卻空氣的通道優(yōu)選經(jīng)過標(biāo)定，以便控制冷卻空氣流量。
[0025]本發(fā)明還涉及一種渦輪機(jī)，諸如飛機(jī)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)或渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)，其特征在于，其包括上述類型的渦輪轉(zhuǎn)子。
【附圖說明】
[0026]通過參照附圖閱讀以非限定性示例給出的如下說明，可以更好地理解本發(fā)明，本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、特性和優(yōu)點會顯現(xiàn)出來，附圖如下:
[0027]圖1為現(xiàn)有技術(shù)渦輪轉(zhuǎn)子縱向剖面的半視圖；
[0028]圖2為現(xiàn)有技術(shù)渦輪轉(zhuǎn)子沿徑向平面的剖面圖，
[0029]圖3為根據(jù)本發(fā)明第一個實施方式的渦輪轉(zhuǎn)子局部沿徑向平面的剖面圖；
[0030]圖4為圖3所示渦輪轉(zhuǎn)子的局部的縱向剖面圖；
[0031]圖5所示為本發(fā)明的第二個實施方式的對應(yīng)于圖4的示意圖；
[0032]圖6所示為本發(fā)明的第三個實施方式的對應(yīng)于圖4的示意圖；
[0033]圖7為圖6所示轉(zhuǎn)子局部透視圖；
[0034]圖8為外殼屬于圖6和圖7的轉(zhuǎn)子的環(huán)形外殼的局部透視圖；
[0035]圖9所示為本發(fā)明的第四個實施方式的對應(yīng)于圖4的示意圖。
【具體實施方式】
[0036]首先參照圖1和圖2，這些圖示出了現(xiàn)有技術(shù)的低壓渦輪轉(zhuǎn)子，所示轉(zhuǎn)子均帶有多個輪盤1，2，在輪盤周緣，形成有安裝葉根4的槽3。每個槽由兩個鄰近的齒5形成。輪盤1，2以渦輪機(jī)軸線A為中心，通過環(huán)形外殼6，7連接到一起并連接到渦輪軸上。葉根4的頂部覆蓋著平臺8，平臺彼此相鄰，以便形成燃?xì)庋h(huán)管路的內(nèi)壁。齒9自平臺8處徑向向內(nèi)伸出。
[0037]圖1僅示出了兩個輪盤，分別是上游輪盤I和下游輪盤2。上游輪盤I包括下游環(huán)形凸緣7，用來將下游輪盤6固定到上游環(huán)形凸緣2上。連接形式為螺栓。
[0038]安裝葉根4的環(huán)形外殼10安裝在凸緣6周圍，并在輪盤1，2之間軸向地延伸到下游輪盤2的槽3處，以便形成該輪盤2葉根4的軸向止動部分。
[0039]環(huán)形外殼10在其上游端帶有內(nèi)環(huán)形凸緣11，其軸向插入凸緣6，7之間，并通過螺栓固定在其上面。凸緣11包括徑向?qū)饪?2，用于冷卻空氣流過。
[0040]外殼的徑向外周緣包括齒13，齒13與平臺8的齒9相配合，從而將環(huán)形外殼10固定到位。另外，分別在環(huán)形外殼10和盤2上還提供有附加連接齒14，15。
[0041]環(huán)形外殼10還帶有密封構(gòu)件16，與耐磨材料17制成的墊塊相配合，墊塊安裝在軸向位于輪盤1，2之間的分配器的靜止葉片18上。密封構(gòu)件16和墊塊17形成了迷宮式密封裝置。
[0042]環(huán)形外殼10與凸緣6 —起形成環(huán)形空間19，供通風(fēng)空氣循環(huán)。環(huán)形外殼10的下游端面支撐在輪盤2的上游端面上，從而對環(huán)形空間19實現(xiàn)密封。
[0043]在運轉(zhuǎn)時，通風(fēng)空氣經(jīng)由凸緣11的導(dǎo)氣孔12而流入外殼10和凸緣6之間形成的環(huán)形空間19，并由外殼10引向葉根4下方位于下游輪盤2的槽3底部處的腔室。
[0044]如上所述，這些腔室的冷卻并不能有效地對齒5和暴露于高剪應(yīng)力下的葉根4的區(qū)域進(jìn)行冷卻，以及這些區(qū)域都位于接觸面20處。為此，在這些區(qū)域，存在著蠕變的風(fēng)險，這種風(fēng)險會引起輪盤2的性能下降。為避免這種情況，在槽3的底部應(yīng)該提供相當(dāng)大的冷卻空氣流量，而這會影響渦輪機(jī)的性能。
[0045]圖3和圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第一個實施方式的低壓渦輪轉(zhuǎn)子，低壓渦輪轉(zhuǎn)子包括帶有用來安裝葉根4的槽3的輪盤21，每個槽3都由輪盤21的兩個相鄰齒5形成，葉根4帶有接觸面22，其抵靠在輪盤5的齒21的接觸面23上。
[0046]葉型24安裝在輪盤5的齒21上，每個葉型24呈大體的倒U字形，包括:橫向支撐部分，這些支撐部分插到葉根和輪盤齒的相應(yīng)接觸面之間；和中央部分26，其面向輪盤相應(yīng)齒5的齒頂并在所述齒頂和葉型24之間形