专利名称：用于装配涡轮发动机的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及涡轮发动机，更具体地涉及用于固定涡轮发动机中的叶片的方法和装置。
背景技术：
至少某些已知的涡轮转子装置包括连接有多个叶片的转子。这些叶片设置在转子周围的沿周向延伸的轴向间隔的台架中。每个台架包括一组固定叶片或者喷嘴，和一组称为斗式叶片(bucket)的合作旋转叶片。
每个斗式叶片包括燕尾接合(dovetail)，该燕尾接合用于将斗式叶片连接到由转子限定的环槽。更具体地，每个燕尾接合包括称为弯钩的凹陷部分，其由轴向柄脚限定并使得每个叶片可滑动地连接到转子。
每个转子槽由一对大致平行的挡圈限定。在装配过程中，第一斗式叶片的燕尾接合穿过限定在挡圈中的安装槽插入挡圈中。相邻的斗式叶片通过安装槽被同时连接到转子并沿周向滑动至安装位置。最后一片斗式叶片，称为闭合斗式叶片，连接到转子并保留在安装槽中。除了闭合斗式叶片，所有斗式叶片通过挡圈连接到转子上。已知的闭合斗式叶片通过一对沿轴向插入在闭合斗式叶片和周向相邻斗式叶片之间的安全销连接在安装槽中的位置上。但是，某些转子由于闭合的台架而不允许安全销插入到台架的间隔中。
发明内容
一方面，本发明提供一种装配叶轮机的方法。该方法包括连接至少一个斗式叶片装置到转子上，所述斗式叶片装置包括上游侧壁、下游侧壁、叶片和燕尾接合。该方法还包括使用从斗式叶片装置的上游侧壁延伸至下游侧壁的安全销将斗式叶片装置牢固地固定在所述转子上。
另一方面，本发明提供一种涡轮机的转子装置。该转子装置包括多个固定到转子上的斗式叶片装置。每个斗式叶片装置包括上游侧壁、下游侧壁、叶片和燕尾接合。每个叶片自每个燕尾接合延伸。多个斗式叶片装置包括至少一个第一斗式叶片装置和至少一个第二斗式叶片装置。至少一个安全销将至少一个第一斗式叶片装置固定到转子上，使得安全销从斗式叶片装置的上游侧壁延伸至下游侧壁。
又一方面，叶轮机包括至少一个转子装置。该转子装置包括至少一个转子和多个固定到该转子上的斗式叶片装置。每个斗式叶片装置包括上游侧壁、下游侧壁、叶片和燕尾接合。叶片自燕尾接合沿径向延伸。多个斗式叶片装置包括至少一个第一斗式叶片装置和至少一个第二斗式叶片装置。至少一个安全销将至少一个第一斗式叶片装置固定到转子上，使得安全销从斗式叶片装置的上游侧壁延伸至斗式叶片装置的下游侧壁。
图1为转子装置的局部剖视图；图2为连接在图1所示的转子装置内的斗式叶片装置的局部透射图；图3为可以与图1所示的转子装置配合使用的闭合斗式叶片装置的侧剖视图；以及图4为图1所示的转子的正视图，其中包括连接在适当位置的图3所示的闭合斗式叶片装置。
附图标记说明涡轮机10转子装置12轴向间隔的台架14斗式叶片16喷嘴18斗式叶片装置22平台24叶片26燕尾接合28第一波状外形侧壁30第二波状外形侧壁32前缘34
轴向间隔的后缘36上游侧壁38下游侧壁39第一切面40第二切面41侧肩42悬臂44燕尾接合柄脚46上游侧壁槽48侧肩50下游侧壁悬臂52燕尾接合柄脚54下游侧壁槽56环形槽58侧槽壁60、62径向朝内槽壁64挡圈66安装槽68侧槽壁70、72安全销74槽76第一开口78第二槽82第二开口8具体实施方式
图1为包括转子装置12(以下称为转子)的汽轮机10的局部示意性剖视图，该转子装置包括多个用于将斗式叶片16固定到转子装置12上的轴向间隔的台架14。一系列喷嘴18并排地延伸在相邻列的斗式叶片16之间。喷嘴18与斗式叶片16配合起来形成台架，并定义如箭头所示的沿涡轮机10延伸的蒸汽流动通路的一部分。
在操作过程中，蒸气进入涡轮机10的入口端(未示出)，并平行于转子12流过涡轮机10。蒸气撞击一排喷嘴18并被导向斗式叶片16。蒸气接着流过余下的台架，因而驱动斗式叶片16和转子12旋转。
图2为连接到转子12的斗式叶片装置22的透视图，图3为可以与图1所示的转子装置配合使用的闭合斗式叶片装置的侧剖视图。斗式叶片装置22包括平台24、从平台24沿径向朝外延伸的叶片26和从平台24沿径向朝内延伸的燕尾接合28。叶片26包括第一波状外形侧壁30和第二波状外形侧壁32。第一侧壁30为凸形的并定义叶片26的吸入侧，而第二侧壁32为凹形的并定义叶片26的压力侧。侧壁30和32在叶片26的前缘34和轴向间隔的后缘36处接合。
平台24包括上游侧壁38和相对的下游侧壁39。在示例性的实施例中，上游侧壁38和下游侧壁39大致平行。斗式叶片装置22具有在上游侧壁38和下游侧壁39之间延伸的第一切面40和相对的第二切面41。在一实施例中，上游侧壁38包括称为外柄脚的侧肩42，其基本上垂直上游侧壁38延伸并限定了悬臂44。燕尾接合柄脚46也基本上垂直上游侧壁38延伸并且基本上平行于侧肩42，使得上游侧壁槽48限定在柄脚46和肩42之间。
斗式叶片装置的下游侧壁39包括基本上垂直下游侧壁39延伸的侧肩50。在示例性的实施例中，肩50基本上相对上游肩42共轴排列。侧肩50限定了下游侧壁悬臂52。燕尾接合柄脚54也基本上垂直下游侧壁39延伸并且基本上平行于侧肩50，使得上游侧壁槽56限定在柄脚54和肩50之间。在该示意性实施例中，柄脚54基本上相对燕尾接合柄脚46共轴排列。
转子12包括至少一个环形槽58，其有助于将每个斗式叶片装置的燕尾接合28连接到转子12上。槽58由侧槽壁60和62以及沿径向朝内的槽壁64定出。基本上环形挡圈66从每个侧槽壁60和62处延伸，以将每个燕尾接合28夹持在燕尾接合槽58中。燕尾接合槽58包括用来使斗式叶片装置22可以沿径向进入燕尾接合槽58中的安装槽68。安装槽68具有侧槽壁70和72，侧槽壁70和72不包括挡圈66，使得每个斗式叶片装置的燕尾接合28可以滑动地连接到燕尾接合槽58中，而燕尾接合柄脚46或54不与挡圈66接触。
在利用安装槽68插入每个斗式叶片装置22后，各个斗式叶片装置22沿周向滑入燕尾接合槽58，使得挡图66设置在每个斗式叶片装置的上游和下游侧壁槽48和56中。随后另外的斗式叶片装置22以相似的方式滑动地连接到转子12上。斗式叶片装置公知为闭合斗式叶片装置，进而被插入安装槽68中以有助于将所有闭合斗式叶片装置22固定到转子12上。所述闭合斗式叶片装置在本领域是公知的，并且包括不包括燕尾接合柄脚46和54的燕尾接合，但当闭合斗式叶片插入安装槽68中时，采用基本上平面的上游侧壁和基本上平面的下游侧壁抵靠在槽壁70和72上。因而，闭合斗式叶片装置的第一切面与相邻的第一周向间隔的斗式叶片装置22接触，而闭合斗式叶片装置的第二切面与相对设置的相邻的第二周向间隔的斗式叶片装置22接触。
在操作过程中，叶片26被在径向方向上由于自身的旋转而作用在叶片上的离心力和在切向方向上由于流体流动而作用在叶片上的气动力推动。然而，斗式叶片装置22的燕尾接合柄脚46、54与转子的燕尾接合槽58的挡圈66在尺寸和形状上紧密配合，防止了斗式叶片装置22在径向和切向方向上的移动。在操作过程中，叶片26同时被由于垂直排列方向的压力降而作用在叶片上的相对小的力轴向向后推动。但是，闭合斗式叶片装置(位于安装槽68中)必须固定在径向方向上。因而，需要在径向方向上夹持住闭合斗式叶片装置，以防止闭合斗式叶片22从安装槽68中脱离。
相对于现有的安全销或者径向取向的平头螺钉，本发明具备优势，前者需要在斗式叶片装置的安装平台上钻孔和攻丝，并随后在螺钉上敲入材料。平头螺钉孔的钻孔和攻丝通常要求大的机械加工台，例如水平钻床，并且在所述转子中造成局部应力。对于台架间隔，轴向取向的安全销的插入要求大的台架，由此需要相对大的上游和下游侧壁肩。
对于台架间隔很小的斗式叶片装置22和相对小的上游和下游侧壁肩42和50，为轴向取向的销钉实施钻孔是困难和费时的。此外，拆卸闭合斗式叶片装置是费时的，其要求去除敲入在螺钉上的材料，抽出螺钉，随后为了使用不同的更大直径的平头螺钉来再次固定闭合斗式叶片，而以较大的直径再次为销钉钻孔。
斗式叶片装置22通过插入安全销74而固定到转子12上，如图3所示。具有弓形截面轮廓的安全销74设置在槽76中。在一实施例中，槽76形成为大体上从上游侧壁38向下游侧壁39延伸。在另一实施例中，槽76形成为从具有第一开口78的上游侧壁38向具有第二开口84的下游侧壁39延伸，如图3所示。
在一实施例中，具有弓形截面轮廓的多个槽从斗式叶片装置22的上游侧壁38向下游侧壁39延伸。如图4所示，第一槽76形成在闭合斗式叶片装置的第一切面40与相邻斗式叶片装置的燕尾接合28的界面处。第二槽82形成在闭合斗式叶片装置的第二切面41和相邻斗式叶片装置的燕尾接合28的界面处。因而，槽76、82部分地加工在闭合斗式叶片装置的燕尾接合28中，部分地加工在相邻斗式叶片装置的燕尾接合28中。通过将安全销插入槽76、82，由此安全销将斗式叶片装置22固定到相邻斗式叶片装置上。由于闭合斗式叶片装置固定到相邻的斗式叶片装置，所以闭合斗式叶片装置的离心负载被两个相邻斗式叶片装置的燕尾接合柄脚消除。
在另一实施例中，具有弓形截面轮廓的槽76穿过燕尾接合槽58的安装槽壁，从斗式叶片装置22的上游侧壁38延伸到下游侧壁39，并从燕尾接合槽58的相对的安装槽壁穿出。在另一实施例中，槽76通过挡圈66的一部分延伸。
在又一实施例中，至少一个槽从安装槽壁延伸穿过闭合斗式叶片装置的燕尾接合的轴向表面与相邻斗式叶片装置的燕尾接合的界面，并从相对的安装槽壁穿出。
如果需要卸掉闭合斗式叶片，只需简单地在第一开口78一端上轻敲弓形安全销74，由此将安全销的另一端推出槽76的第二开口80。随后去除弓形安全销74，由此使得闭合斗式叶片装置从安装槽68中释放出来。当将闭合斗式叶片装置再次插入安装槽68时，相同的弓形安全销74置于相同的槽76中，以便再一次将闭合斗式叶片装置固定到转子12上。
如上所述的转子装置是节约成本和省时的。转子装置包括有助于将斗式叶片装置固定到转子装置上的弓形安全销，因而减少了拆卸和替换斗式叶片装置的时间。因为安全销可以具有弓形截面轮廓，所以安全销容易从槽中去除，并且比公知的安全销更容易连接到闭合斗式叶片上。结果，安全销以节约成本和省时的方式有助于延长斗式叶片装置的使用寿命。
以上详细描述了斗式叶片装置的示例性实施例。所述系统不局限于这里所描述的具体实施例，而是相反，每个装置的构件可以相对这里描述的其他构件独立和单独地使用。每个斗式叶片装置的构件也可以与其他斗式叶片装置和转子构件结合起来使用。
尽管本发明已根据各种特定的实施例加以描述，但本领域技术人员将认识到在本发明权利要求书的精神和范围内可以通过多种变型来实施。
权利要求
1.一种装配涡轮机(10)的方法，所述方法包括连接至少一个斗式叶片装置(22)，所述斗式叶片装置包括上游侧壁(38)、下游侧壁(39)、在所述两个侧壁间延伸的叶片(26)和沿径向从叶片至转子(12)朝内延伸的燕尾接合(28)；以及利用从斗式叶片装置的上游侧壁延伸至斗式叶片装置的下游侧壁的安全销(74)来牢固地将至少一个斗式叶片装置固定到转子上。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括形成槽(76)，其从斗式叶片装置的上游侧壁(38)延伸至斗式叶片装置的下游侧壁(39)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述牢固地将至少一个斗式叶片装置(22)固定到转子(12)上包括将具有弓形截面轮廓的安全销(74)插入所述槽(76)。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括形成多个槽(76，82)，每个槽从斗式叶片装置的上游侧壁(38)延伸至斗式叶片装置的下游侧壁(39)。
5.一种用于涡轮机(10)的转子装置(12)，所述转子装置包括多个固定到转子上的斗式叶片装置(22)，所述多个斗式叶片装置的每个包括上游侧壁(38)、下游侧壁(39)、叶片(26)和燕尾接合(28)，每个所述叶片自每个燕尾接合沿径向延伸，所述多个斗式叶片装置包括至少一个第一斗式叶片装置和至少一个第二斗式叶片装置；以及至少一个安全销(74)，用于将所述第一斗式叶片装置固定到所述转子上，使得所述安全销从所述斗式叶片装置的上游侧壁延伸至所述斗式叶片装置的下游侧壁。
6.根据权利要求5所述的转子装置(12)，其中所述安全销(74)具有弓形截面轮廓。
7.根据权利要求6所述的转子装置(12)，其中所述第二斗式叶片装置(22)通过所述燕尾接合(28)固定到所述转子上。
8.一种涡轮机(10)，包括至少一个转子装置(12)，其包括至少一个转子；多个固定到所述转子上的斗式叶片装置(22)，所述多个斗式叶片装置的每个包括上游侧壁(38)、下游侧壁(39)、叶片(26)和燕尾接合(28)，每个所述叶片自所述燕尾接合沿径向延伸，所述多个斗式叶片装置包括至少一个第一斗式叶片装置和至少一个第二斗式叶片装置；以及至少一个安全销(74)，用于将所述至少一个第一斗式叶片装置固定到所述转子上，使得所述安全销从所述斗式叶片装置的上游侧壁延伸至所述斗式叶片装置的下游侧壁。
9.根据权利要求8所述的涡轮机(10)，其中所述至少一个安全销(74)具有弓形截面轮廓。
10.根据权利要求8所述的涡轮机(10)，其中所述至少一个第二斗式叶片装置(22)通过所述斗式叶片装置的燕尾接合(28)固定到所述转子(12)的弯钩(66)上。
全文摘要
本发明提供用于装配涡轮发动机的方法和装置。用于装配涡轮机(10)的方法包括连接至少一个斗式叶片装置(22)。所述斗式叶片装置包括上游侧壁(38)、下游侧壁(39)、延伸在两侧壁间的叶片(26)和沿径向从叶片至转子(12)朝内延伸的燕尾接合(28)。该方法还包括利用从斗式叶片装置的上游侧壁延伸至斗式叶片装置的下游侧壁的安全销(74)来牢固地将至少一个斗式叶片装置固定到转子上。
文档编号F01D5/32GK1512037SQ20031012040
公开日2004年7月14日 申请日期2003年12月11日 优先权日2002年12月11日
发明者约翰·T·墨菲, 约翰 T 墨菲 申请人:通用电气公司