渦輪發動機葉輪的制作方法

渦輪發動機葉輪的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種渦輪發動機的葉輪（2），包括：盤（1），在盤（1）的外圓周處形成有至少一個用于安裝葉片（2）的根部（4）的凹槽（3）；墊片（5），被安裝在每個葉片根部（4）和凹槽（3）的底部之間。墊片（5）是雙穩態的并且因此可以在用于安裝或移除而其中該墊片不對葉片根部（4）施加力的第一穩定位置中或者在其中該墊片對葉片根部（4）施加徑向力以便固定葉片（2）并且將其穩定在最后位置中的第二穩定位置中。
【專利說明】渦輪發動機葉輪
[0001]本發明涉及一種渦輪發動機轉子葉輪。
[0002]轉子葉輪通常包括攜帶在其外周邊處的風扇葉片的盤，這些葉片具有根部，該根部接合在該盤的外周邊中的基本軸向的狹槽中。該風扇葉片通過在它們根部的形狀和在盤中的狹槽的形狀之間的協作被徑向地保持在該盤上，該葉片根部例如具有楔形榫的類型。葉片間平臺被安裝在風扇葉片之間的盤上或者它們形成盤的整體部分。這種類型的葉片在以申請者的名義的例如文件FR2881174中被描述。也可以被稱為套筒的狹槽可以是直的或彎曲的，并且，在葉片的根部和狹槽的內壁之間的接觸表面被稱為支承表面。
[0003]葉片被安裝成在它們根部和狹槽壁之間，具有縫隙。為了縮小該縫隙，已經提出了建議，將彈性壓緊部安裝在狹槽的底部和葉片根部之間，以使葉片根部被保持并徑向地擠壓該盤的支承表面。然而，只可以對大尺寸的葉片使用壓緊部，諸如，風扇葉片，因為大的尺寸使其可以制造壓緊部，并且可以使它們具有足夠的硬度，以便能夠通過施加力被安裝，而不會變形。
[0004]壓緊部也必須非常準確，以使葉片被保持，但是，如果沒有完全地被卡在位置中，其就不能夠使葉片根部正常地擠壓狹槽的支承表面。
[0005]那種類型的轉子葉輪存在以下所述的缺點。
[0006]在渦輪發動機運行期間轉子葉輪的轉動導致高水平的徑向力被施加到葉片，從而將它們保持在它們的操作位置或“工作”位置中。舉例來說，重達17克(g)的高壓壓氣機葉片可以承受大約500千克(kg)的離心力，而重達大約4.5kg的風扇葉片可以承受超過60(公)噸(t)的力。
[0007]不存在壓緊部或者當壓緊部沒有被充分地預加應力時，每次轉子葉輪停止，其都會占據不同的角位置，并且葉片在它們自己的重力作用下改變位置。
[0008]平衡轉子葉輪在于消除葉輪中的任何不平衡，并且這在低速下實施，然而，因為葉片的位置和因此轉子葉輪的不平衡在每次該葉輪啟動的情況下都是不相同的，所以，要想足夠精確地實施該平衡是不可能的。
[0009]此外，在葉片的低加載下，在每次渦輪發動機啟動時發生的小幅度移動都造成對用于安裝葉片根部的狹槽的內表面的磨損。這被稱為“微振”磨損，其可以防止通過使用渦電流對盤和葉片的完整性實施檢測，那可能導致盤和/或葉片被廢棄，即使它們仍然正常地是可使用的。
[0010]在變體中，葉片可以具有這樣的類型，所述類型具有錘頭狀附接部，葉片根部然后被安裝在圓周形狹槽中。以與以上相同的方式，葉片通過在它們根部的形狀和在盤中的圓周形狹槽的形狀之間的協作被徑向地保持在該盤上。舉例來說，那種類型的扇葉以申請者的名義在文獻FR2900989中被描述。
[0011]葉片根部通過在盤中的單一凹口被徑向地插入到圓周形狹槽中，葉片然后沿著該狹槽圓周地滑動到它們最后的位置。該葉片由閂件保持，葉片之間的圓周形空隙被維持，以便在渦輪發動機運行期間適應熱膨脹。
[0012]將壓緊部安裝在葉片根部和圓周形狹槽的底部之間是不可能的。[0013]一旦葉片被安裝，它們就在與葉片之間的圓周形空隙的總值相對應的距離內沿著狹槽是可移動的。
[0014]因此，每次葉輪停止時，因為葉輪的角位置不必需是相同的，所以，葉片可以改變位置。葉片然后在可用空隙的極限內、在它們的自重下、以任意方式被重新定位。葉片位置的這些改變對轉子葉輪的平衡及其有效期限有幾種直接的影響。
[0015]在平衡時，葉片位置的改變導致從一個發動機啟動到另外一個的不平衡測量出現離差。該離差使可能實施平衡所使用的精度受到限制，并且其對被傳遞到軸承的力以及所察覺到的振動水平具有極大的影響。
[0016]另外一個影響是平臺的側向磨損，所述平臺隨著每次啟動時的相對移動而彼此擠壓。該磨損進一步地擴大了葉片之間的切向空隙，從而導致更大的不平衡以及盤的支承表面和葉片根部的磨損。
[0017]以與以上相同的方式，葉片的移動也可能造成葉片根部安裝狹槽的內壁的微振磨損，從而使其難以通過使用渦電流針對裂縫檢測它們。
[0018]最后，存在使用被制成為單件的葉片盤的可能，其中，該葉片和該盤通過加工被制成為單件。
[0019]然而，尤其因為熱應力、機械應力和重應力的作用，因此該技術并不能總是被應用到所有的轉子葉輪，并且，該技術在制造和維護方面存在非常高的成本。
[0020]如果可能，也難以在單件葉片盤或“整體葉盤”的葉片中加工冷卻回路。
[0021]文獻JP2007-120460、DE3236021、JP1-237304 和 JP61-129405 描述了使用形狀記憶的壓緊部，其適合用于根據溫度在兩個位置之間變形。
[0022]實施和控制那些壓緊部的冷卻和加熱是相對困難的。
[0023]本發明的目的特別是為了提供以上所述問題的簡單、有效和廉價的解決方案。
[0024]為了這個目的，本發明提供了一種渦輪發動機轉子葉輪，該轉子葉輪包括:盤，該盤具有形成在其外周邊中用于安裝葉片根部的至少一個狹槽；以及，壓緊部，該壓緊部被安裝在每個葉片根部和狹槽的底部之間，該壓緊部具有在適當位置處是雙穩態的類型，其能夠占據用于裝配和拆卸而其中不會對該葉片根部施加力的第一穩定位置以及其中其對該葉片根部施加徑向力以便保持該葉片靜止并且以便將其穩定在最后位置中的第二穩定位置，該葉輪的特征在于，該壓緊部的形狀和重量被確定，這樣例如，通過以超過2000轉/分鐘(rpm)的速度旋轉該葉輪，通過離心作用實施從第一穩定位置到第二穩定位置的通過。
[0025]以這種方法，可以將壓緊部和在盤的狹槽中的葉片一起安裝在第一位置中，并且可以隨后以足夠的速度旋轉該盤，以便使該壓緊部和葉片占據它們的最后位置，同時每個壓緊部以這種方式變形，以便從其第一位置通過到達其第二位置，該葉片隨后被壓緊部保持在其最后位置，甚至當該盤已經停止或以低速旋轉時。該轉子葉輪然后可以以低速以精確的方式被平衡。
[0026]如果壓緊部對該盤施加小的應力或力，則就不需要對該盤的尺寸進行任何特定的再設計。
[0027]根據本發明的特征，壓緊部包括在上述兩個位置之間可變形的彈性葉片。
[0028]有利地，該彈性葉片在其端部處抵靠該狹槽的底部并且包括在適當位置處是雙穩態的可變形中心區。[0029]彈性葉片的端部可以具有彎曲邊緣，該彎曲邊緣朝向中心區被折疊，以這種方式以便避免損壞狹槽的底部。
[0030]在本發明的另外一個特征中，彈性葉片的中心區包括離心配重。
[0031]該離心配重因此可以被設計尺寸，以便準確地調整旋轉速度，超過該旋轉速度，發生從第一穩定位置到第二穩定位置的通過。
[0032]在本發明的一個實施方式中，該盤包括圓周形狹槽，在所述圓周形狹槽中，葉片根部和壓緊部接合。
[0033]優選地，每個壓緊部的至少一個圓周形端部包括至少一個用于抵靠相應葉片根部的舌部。
[0034]該舌部用于將壓緊部準確地定位在葉片根部的下方。
[0035]該壓緊部可以由具有形狀記憶的材料制成，該材料在機械應力、熱應力或電應力下是可變形的。
[0036]該壓緊部然后可以通過施加適當的應力從一個穩定位置到另外一個穩定位置被變形。
[0037]本發明還提供了一種裝配和平衡上述類型的葉輪的方法，所述方法的特征在于，其包括由以下步驟組成的步驟:
[0038]將葉片和壓緊部安裝在盤的狹槽中安裝位置中；
[0039]使葉輪以足夠快的速度旋轉，以便通過離心作用將葉片移動進正常操作位置中，并且，以便使每個壓緊部進入其第二穩定位置中從而將葉片穩定在它們的操作位置中；以及
[0040]平衡葉輪以便消除任何失衡。
[0041]因此可以以非常準確和可靠的方式來實施平衡，即使萬一渦輪發動機實施連續的停止和重啟，葉片也總是維持在相同的位置中，并且與轉子葉輪的角位置無關。
[0042]優選地，例如，在定位葉片的端部的操作期間，通過以比2000rpm更快的速度旋轉以使壓緊部進入它們的第二穩定位置中。
[0043]此外，在葉片被壓緊部保持之前，墊片可以被圓周地安裝在至少一些葉片之間，墊片在葉片被塾片保持之后被移除。
[0044]葉片的分隔可以在扇區中實施，即，墊片可以被布置在僅僅一些葉片之間，該墊片限定在彼此之間的角扇區。
[0045]這使其可以當渦輪發動機被啟動時并且在葉片被壓緊部保持成靜態之前限定在圓周形狹槽內側的葉片根部的移動。
[0046]借助非限制性的實施例和參考附圖，以及通過閱讀以下描述，本發明可以更好地被理解并且本發明的其他細節、特征和優點將顯而易見，其中:
[0047]圖1是本發明的轉子葉輪的截面局部視圖，其中，壓緊部是在第一穩定位置中；
[0048]圖2是相應于圖1的視圖，示出了從其第一穩定位置通過到達其第二穩定位置的壓緊部；
[0049]圖3是相應于圖1的視圖，示出了在其第二穩定位置中的壓緊部；以及
[0050]圖4是壓緊部的透視圖。
[0051]圖1至3示出了渦輪發動機的轉子葉輪2，所述轉子葉輪包括具有外周邊的盤1，該外周邊由多個基本軸向的狹槽形成或由圓周形凹槽或狹槽3形成。
[0052]各葉片2包括翼面和楔形榫形葉片根部4，所述葉片根部接合在盤I中的互補形狀的狹槽3中，目的在于徑向地將葉片2保留在盤I上。葉片2也具有限定流體流動通道的內表面的連續平臺，該連續平臺徑向地被定位在葉片根部4和翼面之間。
[0053]壓緊部5被安裝在每個葉片根部4和狹槽3的底部之間。壓緊部5具有在適當位置處是雙穩態的類型，其能夠占據用于裝配和拆卸而其中不會對葉片根部4施加任何力的第一穩定位置(圖1)以及其中其對葉片根部4施加徑向力以便保持葉片2靜止并且以便將其穩定在最后位置中的第二穩定位置(圖3)。更特別地并且如可以在圖4中所看到的，壓緊部5是以彈性葉片的形式，所述彈性葉片在上述兩個位置之間是可變形的。彈性葉片5經由其端部6抵靠狹槽3的底部，其端部包括朝向中心區7延伸的彎曲邊緣。離心配重8例如借助于螺絲釘或通過壓接被固定到彈性葉片5的中心區7。
[0054]彈性葉片5和離心配重8的形狀和重量被確定，以當該葉輪以超過2000rpm的速度旋轉時，通過離心作用使其自動地從第一穩定位置(圖1)通過到達第二穩定位置(圖3)。
[0055]當安裝在圓周形狹槽3中時，壓緊部5的每個圓周端部具有一個或兩個用于抵靠葉片根部的舌部10 (圖4)，以便確保該壓緊部相對于相應的葉片根部被適當地定位。
[0056]壓緊部5可以由具有機械特性的金屬材料制成，所述機械特性是充分的且與有關區域所達到的溫度兼容。該壓緊部5也可以由形狀記憶材料制成，該材料在機械應力、熱應力或電應力下變形。
[0057]以下詳細地描述安裝和平衡本發明的轉子葉輪的方法。
[0058]首先，葉片2和壓緊部5通過在盤I中的單一凹口被接連地安裝在圓周形狹槽3中，并且，它們然后沿著狹槽3圓周地被移動到它們的最后位置。在該移動發生的同時，舌部10使壓緊部5能夠被保持在葉片2下方的適當位置中。閂件然后被安裝在圓周形狹槽3中，以便防止任何葉片2飛脫，維持葉片2之間的圓周形空隙，以便在渦輪發動機運行時適應熱膨脹。
[0059]在該裝配期間，壓緊部5在它們的第一位置中，如圖1所示，在壓緊部5的邊緣和葉片根部4之間設置有徑向空隙j。
[0060]臨時墊片被圓周地安裝在一些葉片2的平臺之間，以便在角扇區中組織葉片2，例如，取決于尤其在葉片2之間的切向空隙的幅度、盤I的直徑和葉片2的數量，是兩個、三個或四個扇區。
[0061]其后，使葉輪以足夠的速度旋轉，以便通過離心作用將葉片2帶進它們的最后操作位置，并且以便使每個壓緊部5進入到它的第二穩定位置。舉例來說，該旋轉速度可以具有3000rpm或4000rpm的數量級。
[0062]葉輪的該初始旋轉可以例如相對應于在它們尖端(即它們的徑向外端部)處的葉片2的定位操作。
[0063]在該旋轉期間，邊緣擠壓葉片根部4 (圖2)，并且然后壓緊部5變形，以便從第一穩定形狀通過到達第二穩定形狀(圖3)。
[0064]在它們的第二穩定位置中，壓緊部5使用力擠壓葉片根部4，所述力徑向地向外傳遞并且足夠將葉片2保持在它們的操作位置中。該力被確定以便補償葉片2的重量并且也補償當啟動渦輪發動機時發生的慣性效應。[0065]其后，葉輪的旋轉被停止或減緩，葉片2被壓緊部5保持和穩定在它們的操作位置中。墊片然后可以被移除，而不具有移動葉片2的風險。
[0066]其后，轉子葉輪2可以以低速和以準確的方式被平衡，因為壓緊部5防止了葉片2的任何圓周移動或任何傾斜。
[0067]例如，對于重量為17g的葉片2，用于改變壓緊部5位置的速度可以選擇是大約2500rpm或實際上是大約3500rpm，被施加在第二穩定位置中的葉片根部4的殘余力然后是0.5牛頓(N)。如果相應于位置改變的旋轉速度是2500rpm，則離心配重8可以重達約
0.15g ;或者，如果該旋轉速度是3500rpm，則該離心配重8可以重達大約0.075g。
[0068]在變體中，葉片根部4可以被容置在基本地軸向的狹槽中，如文獻FR2881174中所描述的。在這種情況下，壓緊部5不需要必須具有舌部10。本發明操作所根據的原理仍然保持與以上所描述的類似。
【權利要求】
1.一種渦輪發動機轉子葉輪(2)，包括:盤(1)，所述盤(I)具有形成在其外周邊中用于安裝葉片(2)的根部(4)的至少一個狹槽(3);壓緊部(5)，所述壓緊部(5)被安裝在每個葉片根部(4)和狹槽(3)的底部之間，壓緊部(5)具有在適當位置處是雙穩態的類型，其能夠占據用于裝配和拆卸而其中不會對葉片根部(4)施加力的第一穩定位置以及其中它對葉片根部(4)施加徑向力以便保持葉片(2)靜止并且以便將它穩定在最后位置中的第二穩定位置，葉輪的特征在于:壓緊部(5)的形狀和重量被確定，以通過離心作用實施從第一穩定位置到第二穩定位置的通過。
2.根據權利要求1所述的葉輪，其特征在于:壓緊部(5)包括彈性葉片，所述彈性葉片在兩個上述位置之間可變形。
3.根據權利要求2所述的葉輪，其特征在于:彈性葉片(5)在其端部(6)處抵靠狹槽(3)的底部并且包括在適當位置處是雙穩態的可變形中心區(7)。
4.根據權利要求3所述的葉輪，其特征在于:彈性葉片(5)的端部(6)具有朝向中心區(7)被折疊的彎曲邊緣。
5.根據權利要求3或4所述的葉輪，其特征在于:彈性葉片(5)的中心區(7)包括離心配重(8)。
6.根據權利要求2至5中任何一項所述的葉輪，其特征在于:盤(I)包括圓周形狹槽(3)，在所述圓周形狹槽(3)中，葉片根部(4)和壓緊部(5)接合。
7.根據權利要求6所述的葉輪，其特征在于:每個壓緊部(5)的至少一個圓周形端部包括至少一個用于抵靠相應的葉片根部(4)的舌部(10)。
8.根據權利要求1至7中任何一項所述的葉輪，其特征在于:壓緊部(5)由具有形狀記憶的材料制成，所述材料在機械應力、熱應力或電應力下是可變形的。
9.一種根據權利要求1至8中任何一項所述的用于裝配和平衡葉輪的方法，所述方法的特征在于:其包括由以下步驟組成的步驟: 將葉片(2 )和壓緊部(5 )安裝在盤(I)的狹槽(3 )中的安裝位置中； 使所述葉輪以足夠快的速度旋轉，以便通過離心作用將葉片(2)移動進正常操作位置，并且以便使每個壓緊部(5)進入它們的第二穩定位置中，從而將葉片(2)穩定在它們的操作位置中；以及 平衡葉輪以便消除任何失衡。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于:例如，在定位葉片(2)的端部的操作期間，通過以比2000rpm更快的速度旋轉使壓緊部(5)進入它們的第二穩定位置。
11.根據權利要求9或10所述的方法，其特征在于:在葉片(2)被壓緊部(5)保持之前，墊片被圓周地安裝在至少一些葉片(2)之間，墊片在葉片(2)被墊片(5)保持之后被移除。
【文檔編號】F04D29/02GK103534443SQ201280023263
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年5月14日 優先權日:2011年5月17日
【發明者】盧克·亨利·查特奈特, 約翰·勒凱萊克 申請人:斯奈克瑪