渦輪盤、具有該渦輪盤的渦輪轉子及燃氣輪機的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種渦輪盤、具有該渦輪盤的渦輪轉子及燃氣輪機，該渦輪盤用于安裝渦輪葉片并承受渦輪葉片的離心力，渦輪盤包括盤體及設于盤體上用于安裝渦輪葉片的榫槽，榫槽上成對設有至少兩個榫齒，成對的至少兩個榫齒形成與渦輪葉片上的榫頭相配合的連接部，榫齒包括靠近榫槽的壁面的齒根部及遠離榫槽的壁面的齒頂部，齒根部為圓滑型面，齒頂部為折線型面。本實用新型一方面保持渦輪盤上榫齒的齒根部的圓滑型面不變，避免在齒根部出現突變點，另一方面，將渦輪盤上榫齒的齒頂部更改為折線型面，使得齒頂部受熱膨脹變形時，通過塑性形變減少其與葉片間的接觸應力，進而提高渦輪盤工作能力及壽命，進一步提高發動機壽命。
【專利說明】
渦輪盤、具有該渦輪盤的渦輪轉子及燃氣輪機
技術領域
[0001]本實用新型涉及燃氣輪機領域，特別地，涉及一種渦輪盤。此外，本實用新型還涉及一種包括上述渦輪盤的渦輪轉子及具有該渦輪轉子的燃氣輪機。
【背景技術】
[0002]盤類零件，如風扇、壓氣機、渦輪盤等，是發動機的主要受力零件。輪盤的結構復雜，轉速高，渦輪盤和高增壓比壓氣機后幾級輪盤的工作溫度比較高，輪緣和輪心之間的溫差很大，工作條件惡劣。輪盤一旦破壞，其后果往往是災難性的。據統計，美國民用燃氣渦輪發動機在1962?1972年的^^一年間，共發生轉子非包容破裂故障239起，平均每月達1.81起。
[0003]經統計分析，所有輪盤和絕大多數輪緣的破裂均屬于非包容性的。盤件的破裂碎片打穿發動機機匣后，便可能切斷油路或操縱系統，穿透油箱與座艙，對駕駛員構成嚴重威脅。因此設計輪盤時，需從結構、強度、振動、工藝和材料等多方面采取積極措施，極力減少輪盤與轉子發生故障，并設計出安全可靠而重量輕的輪盤。
[0004]燃氣輪渦輪盤，是發動機最為重要的渦輪轉子部件，其承受著復雜的循環熱載荷及機械載荷，為了保證發動機在服役期間的穩定性和可靠性，迫切需要對渦輪盤的性能進行分析，結構進行優化。現有技術中，渦輪盤上榫齒的齒頂和齒根都是圓弧型的，即與葉片裝配時，與葉片榫齒的齒頂和齒根不接觸，存在小間隙，雖然裝配葉片時很輕松，但考慮到工作狀態時，葉片和渦輪盤均受到高溫高壓燃氣作用會產生膨脹變形，榫齒的齒頂和齒根處就可能產生擠壓接觸力，而且該力會隨著燃氣溫度的升高而顯著增大，甚至會因為強度不夠而導致齒面破壞。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型提供了一種渦輪盤、具有該渦輪盤的渦輪轉子及燃氣輪機，以解決現有的燃氣輪機工作時由于渦輪盤、葉片受到高溫高壓燃氣作用產生膨脹變形導致齒面破壞、可靠性不高的技術問題。
[0006]本實用新型采用的技術方案如下:
[0007]根據本實用新型的一個方面，提供一種渦輪盤，用于安裝渦輪葉片并承受渦輪葉片的離心力，渦輪盤包括盤體及設于盤體上用于安裝渦輪葉片的榫槽，榫槽上成對設有至少兩個榫齒，成對的至少兩個榫齒形成與渦輪葉片上的榫頭相配合的連接部，榫齒包括靠近榫槽的壁面的齒根部及遠離榫槽的壁面的齒頂部，齒根部為圓滑型面，齒頂部為折線型面。
[0008]進一步地，齒頂部包括兩個銜接至榫槽的壁面第一直線段，及設于兩個第一直線段之間構成折線型面的第二直線段。
[0009]進一步地，第一直線段與榫槽的壁面之間的夾角、第一直線段與第二直線段之間的夾角相等。
[0010]進一步地，榫槽為樅樹型榫槽。
[0011]進一步地，渦輪盤采用GH4698合金制成。
[0012]進一步地，榫槽上成對設置的榫齒數目為兩個、四個或者六個。
[0013]根據本實用新型的另一方面，還提供一種渦輪轉子，包括渦輪葉片及如上述的渦輪盤，渦輪葉片經榫頭與渦輪盤上的榫槽配合連接。
[0014]進一步地，渦輪葉片的榫頭上設有圓弧型榫齒，且渦輪葉片的榫頭為樅樹型榫頭。
[0015]進一步地，渦輪葉片采用K403合金制成。
[0016]根據本實用新型的另一方面，還提供一種燃氣輪機，其特征在于，包括如上述的渦輪轉子。
[0017]本實用新型具有以下有益效果:
[0018]本實用新型渦輪盤、具有該渦輪盤的渦輪轉子及燃氣輪機，一方面保持渦輪盤上榫齒的齒根部的圓滑型面不變，避免在齒根部出現突變點，另一方面，將渦輪盤上榫齒的齒頂部更改為折線型面，使得齒頂部受熱膨脹變形時，通過塑性形變減少其與葉片間的接觸應力，進而提尚禍輪盤工作能力及壽命，進一步提尚發動機壽命。
[0019]除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本實用新型還有其它的目的、特征和優點。下面將參照附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0020]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0021 ]圖1是本實用新型優選實施例渦輪盤的結構示意圖；
[0022]圖2是圖1中A處的局部放大示意圖。
[0023]附圖標記說明:
[0024]10、盤體；
[0025]20、榫槽；
[0026]30、榫齒；
[0027]31、齒根部;
[0028]32、齒頂部；
[0029]321、第一直線段；
[0030]322、第二直線段；
[0031]40、渦輪葉片。
【具體實施方式】
[0032]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本實用新型。
[0033]參照圖1，本實用新型的優選實施例提供了一種渦輪盤，用于安裝渦輪葉片40并承受渦輪葉片40的離心力，渦輪盤包括盤體10及設于盤體10上用于安裝渦輪葉片40的榫槽20，榫槽20上成對設有至少兩個榫齒30，成對的至少兩個榫齒30形成與渦輪葉片40上的榫頭相配合的連接部，榫齒30包括靠近榫槽20的壁面的齒根部31及遠離榫槽20的壁面的齒頂部32，本實施例中，齒根部31為圓滑型面，齒頂部32為折線型面。
[0034]本實施例渦輪盤，一方面保持渦輪盤上榫齒的齒根部的圓滑型面不變，由強度計算可知，渦輪盤的最薄弱處位于齒根部31處，為了避免在齒根部31出現突變點，保持該處的圓滑型面，且該處與葉片的間隙已滿足設計要求;另一方面，將渦輪盤上榫齒的齒頂部32更改為折線型面，使得齒頂部32受熱膨脹變形時，通過塑性形變減少其與葉片間的接觸應力，進而提尚禍輪盤工作能力及壽命，進一步提尚發動機壽命。
[0035]參照圖2，本實施例中，將齒頂部32原有的圓弧段更改為三個直線段，即包括兩個銜接至榫槽20的壁面第一直線段321，及設于兩個第一直線段321之間構成折線型面的第二直線段322。該結構保證了原有的榫槽20的直線段長度不變，所受的離心應力基本不變，且減少了部分材料，一定程度上減小了渦輪盤自身的離心應力。優選地，第一直線段321與榫槽20的壁面之間的夾角、第一直線段321與第二直線段322之間的夾角相等，即圖2中所示的Θ1 = Θ2 = Θ3 = Θ4，且都取最大角度，四個結點作為結構上的突變點，均攤了由于渦輪盤和葉片受熱膨脹引起的擠壓應力。本實施例之所以不分成更多個直線段，原因在于:直線段越多，需要的拉刀數量就越多，成本越高，定位次數越多導致超差概率越大;而不設計成I段直線或2段直線，是因為此時產生的夾角Θ較小，產生的尖點容易破壞。經試驗驗證，本實施例的三段折線型面的渦輪盤結構可靠、使用壽命長。且在渦輪盤與葉片工作中受熱產生膨脹變形時，原有結構的整個圓弧段都有接觸，且接觸應力較大;而本實施例結構的渦輪盤，在齒頂部32處僅有兩個點與葉片接觸，可以通過塑性形變減少其與葉片間的接觸應力，進而提高渦輪盤工作能力及壽命，進一步提高發動機壽命。
[0036]本實施例中，渦輪盤上的榫槽20為樅樹型榫槽。優選地，榫槽20上成對設置的榫齒30數目為兩個、四個或者六個。圖1所示的開設有為六個榫齒30的結構。優選地，渦輪盤采用GH4698合金制成，從而提尚其承受循環熱載荷的能力。
[0037]根據本實用新型的另一方面，還提供一種渦輪轉子，包括渦輪葉片40及如上述實施例的渦輪盤，渦輪葉片40經榫頭與渦輪盤上的榫槽20配合連接。
[0038]本實施例中，渦輪葉片40的榫頭上設有圓弧型榫齒，且渦輪葉片40的榫頭為樅樹型榫頭。優選地，渦輪葉片40采用Κ403合金制成。Κ403是指國標牌號，具體參見GB/T 14992-2005高溫合金和高溫材料的分類和牌號。
[0039]根據本實用新型的另一方面，還提供一種燃氣輪機，其特征在于，包括如上述實施例的渦輪轉子。
[0040]從以上的描述可以得知，本實施例一方面保持渦輪盤上榫齒的齒根部的圓滑型面不變，避免在齒根部出現突變點，另一方面，將渦輪盤上榫齒的齒頂部更改為折線型面，使得齒頂部受熱膨脹變形時，通過塑性形變減少其與葉片間的接觸應力，進而提高渦輪盤工作能力及壽命，進一步提高發動機壽命。
[0041]以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種渦輪盤，用于安裝渦輪葉片(40)并承受所述渦輪葉片(40)的離心力，所述渦輪盤包括盤體(10)及設于所述盤體(10)上用于安裝所述渦輪葉片(40)的榫槽(20)，其特征在于， 所述榫槽(20)上成對設有至少兩個榫齒(30)，成對的至少兩個榫齒(30)形成與所述渦輪葉片(40)上的榫頭相配合的連接部，所述榫齒(30)包括靠近所述榫槽(20)的壁面的齒根部(31)及遠離所述榫槽(20)的壁面的齒頂部(32)，所述齒根部(31)為圓滑型面，所述齒頂部(32)為折線型面。2.根據權利要求1所述的渦輪盤，其特征在于， 所述齒頂部(32)包括兩個銜接至所述榫槽(20)的壁面第一直線段(321)，及設于兩個所述第一直線段(321)之間構成折線型面的第二直線段(322)。3.根據權利要求2所述的渦輪盤，其特征在于， 所述第一直線段(321)與所述榫槽(20)的壁面之間的夾角、所述第一直線段(321)與所述第二直線段(322)之間的夾角相等。4.根據權利要求1至3任一所述的渦輪盤，其特征在于， 所述榫槽(20)為樅樹型榫槽。5.根據權利要求4所述的渦輪盤，其特征在于， 所述渦輪盤采用GH4698合金制成。6.根據權利要求5所述的渦輪盤，其特征在于， 所述榫槽(20)上成對設置的榫齒(30)數目為兩個、四個或者六個。7.—種渦輪轉子，其特征在于，包括渦輪葉片(40)及如權利要求1至6任一所述的渦輪盤，所述渦輪葉片(40)經榫頭與所述渦輪盤上的榫槽(20)配合連接。8.根據權利要求7所述的渦輪盤，其特征在于， 所述渦輪葉片(40)的榫頭上設有圓弧型榫齒，且所述渦輪葉片(40)的榫頭為樅樹型榫頭。9.根據權利要求8所述的渦輪盤，其特征在于， 所述渦輪葉片(40)采用K403合金制成。10.一種燃氣輪機，其特征在于，包括如權利要求7至9任一所述的渦輪轉子。
【文檔編號】F01D5/02GK205532724SQ201620279615
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月6日
【發明人】萬俊斌, 李水姣, 姜玫竹, 黃譚喜, 趙林
【申請人】中國南方航空工業(集團)有限公司