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 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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】
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]第一根角可以比第二根角或第三根角小或大大约2°。
[0016]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。
[0017]在本发明的另一方面中，提供了一种具有枞树形槽的涡轮机转子盘，转子盘可在垂直于转子轴线的平面内绕该转子轴线可旋转。该槽包括槽底部和槽侧部。该槽侧部包括多个槽凸角，每个槽凸角均包括槽接触面，其被设置成与涡轮机转子叶片的根部接触面物理接触。该多个槽凸角包括具有第一槽接触面的第一槽凸角，具有第二槽接触面的第二槽凸角和具有第三槽接触面的第三槽凸角，第一槽凸角比第二槽凸角更靠近槽底部，并且第二槽凸角比第三槽凸角更靠近槽底部。第一槽接触面相对于径向槽底部轴线以第一槽角成角度，径向槽底部轴线由穿过转子轴线和槽底部的线限定。第二槽接触面相对于径向槽底部轴线以第二槽角成角度；并且第三槽接触面相对于径向槽底部轴线以第三槽角成角度。第一槽角或第二槽角或第三槽角的任何一个或多个在任何其它槽角的1°到15°的范围内。
[0018]优选地，第一槽角或第二槽角或第三槽角的任何一个或多个在任何其他槽角的1°至5°的范围内。
[0019]第一槽角可以小于或大于第二槽角，并且第二槽角可以基本上等于第三槽角。
[0020]第一槽角可以比第二槽角或第三槽角小或大大约2°。
[0021]第一槽角可以比第二槽角小或大大约2°，并且第二槽角等于第三槽角。
[0022]本发明的一个方面是涡轮机转子叶片，特别是燃气涡轮机转子叶片，在下文中，为了简单起见，涡轮机转子叶片也被表示为叶片。该叶片包括枞树形根部并且被布置为固定在转子盘内。转子盘围绕转子轴线可旋转，该转子轴线特别用作盘的旋转轴线。在垂直于转子轴线的平面内，根部包含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。此外，根部具有径向根部底部轴线-它是假想的-并且由穿过转子轴线和根部底部的线限定。
[0023]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，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。根据本发明，涡轮机转子叶片的特征在于，第一根角比第二根角小，并且第二根角基本上等于第三根角。
[0024]涡轮机是在转子和流体之间传递能量的机器。更具体地，它在转子的旋转运动和流体的横向流动之间传递能量。涡轮机的第一种类型是涡轮，例如燃气涡轮发动机的涡轮部分。涡轮将能量从流体传递到转子。涡轮机的第二种类型是压缩机，例如燃气涡轮发动机的压缩机部分。压缩机将能量从转子传递到流体。
[0025]涡轮机包括转子，其为绕旋转轴线旋转的旋转机械装置。涡轮机可以另外包括定子和壳体。
[0026]涡轮机转子可以包括多个叶片，转子轴线和转子盘。叶片可包括若干个叶片组件，例如翼面、平台和根部。叶片可以制成为单件或由相互连接的叶片组件组成。
[0027]显然，叶片是一个三维物体。当叶片被布置成被紧固或固定在转子盘内时，其围绕转子轴线旋转，垂直于转子轴线并与叶片相交的平面可以被建立。因此，可进行叶片的二维分析。再次显然确实存在许多这样的平面。但是，只有一些平面满足关于上述它们的接触面的角度的要求。根据本发明，叶片不得不展示垂直于转子轴线的至少一个平面，其中这些要求得到满足。
[0028]叶片的根部底部被定义为当根部被安装在转子盘内时，最接近于转子轴线的根部的部分。
[0029]尽管本发明的概念将在剖视图内进行说明，但是应当强调的是一般来说叶片具有轴向膨胀。这种轴向膨胀，其中轴向与转子轴线有关，可以使得在轴向方向上的叶片的投影与在垂直于转子轴线的平面内的叶片的横截面是相同的。叶片的轴向膨胀另选地也可以使得叶片，特别是它的根部，关于轴向方向是弯曲的或弯的，从而在轴向方向上的叶片的投影不同于在垂直于转子轴线的平面内的叶片的横截面。在