专利名称：涡轮机以及用于涡轮机的转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的涡轮机的转子和一种具有转子的涡轮机。
背景技术：
US 5,211,407公开了一种将压缩机工作叶片固定在压缩机转子的圆盘上的方法，其中，通过环形固定段来防止工作叶片轴向移动。圆盘为此在两个工作叶片固定槽之间的端面上具有沿径向内延伸的钩子，固定段钩入到这些钩子中。固定段构成用于固定在固定槽内的工作叶片的止挡并因此防止工作叶片轴向移动。
此外，DE 26 06 565介绍了一种用于在圆盘上安装工作叶片的方法。其中，使工作叶片的叶片平台的端面区域这样变形，即，使得顶压过程之后面对圆盘外圆周的叶片平台的材料区域固定地贴靠在圆盘上，以取得摩擦减振效果。
此外，CH 489 698 A介绍了一种用于将透平的各个形状连接地保持在轴向槽内的工作叶片固定的装置。在轴环的端面上这样设置具有侧凹的锤形槽，使侧凹从下面与工作叶片固定槽的槽底相切。为了轴向固定工作叶片，在将工作叶片安装到锤形槽内之后可插入固定件，该固定件嵌入到在叶片根部内对应成形的凹槽内。
此外公知，压缩机工作叶片的工作叶片根部通过塑性变形防止轴向移动。
图7为此示出了按照现有技术的压缩机盘19的一部分。压缩机盘19的外圆周23内设有用于容纳工作叶片的固定槽21。此外在压缩机盘19的两个端面25上设置凹槽29，它们分别过渡到径沿向向外的固定槽21的槽底27内。
图8示出了沿图7所示的剖面线VIII-VIII剖开表示的压缩机盘19的横截面。凹槽29设计为具有45°角度的棱面30。
装入工作叶片16之后，两侧通过顶压过程使工作叶片根部33的材料塑性变形进入到棱面30的区域内。这样在工作叶片根部33上形成的突起然后通过该突起紧贴在与移动方向成45°倾斜的棱面30上而防止工作叶片16轴向移动。
但因为在顶压过程中突起在其面向棱面的一侧呈现倒圆的形状，所以该突起仅部分地紧贴在棱面上，从而会导致固定力不高。
在冷的压缩机起动时和断开热的压缩机之后，由于工作叶片和圆盘不同的热膨胀在工作叶片固定部位上会产生轴向应力，其在反复出现时会使突起变形。这种也称为“叶片游移”的公知效应会导致压缩机工作叶片产生轴向间隙以及该间隙造成压缩机内的流动损失。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种涡轮机的转子，它无需附加的构件在具有简单的几何形状结构的同时可以实现将工作叶片可靠地固定在转子上。
有关转子的技术问题通过权利要求1的特征部分得以解决。优选的扩展设计在从属权利要求中给出。
为了解决上述技术问题规定，至少在所述轴环的一个端面上设有沿轴向延伸的与转子的旋转轴同轴的环形槽，该环形槽与每个固定槽的槽底相切并作为变形而将工作叶片的叶片根部的材料塑性地压入到所述环形槽内。
在此本发明是基于这种认识，即，处于同轴的环形槽内固定槽底下面并用于容纳叶片根部材料的容纳区具有对通过顶压成型的突起而言更有利的形状。工作叶片根部在顶压后塑性变形的材料才更好地紧贴在环形槽上，从而避免工作叶片产生具有损失的轴向间隙。取消了附加的固定构件。在现有技术中，迄今为止每个棱面均在独立的铣削工序中制造而成。而环形槽可以在制造端面轮廓的车削工序中制成。因此仅在一个制造工序中就在每个固定槽的下面制出了叶片根部材料可压入其中的容纳区。这降低了转子的制造成本和制造时间。
在一种优选的扩展设计中，环形槽具有一个槽底和两个侧面，其中，环形槽的每个侧面均通过圆弧面过渡到槽底内。由此避免轴环内在从侧面以锐角向环形槽底过渡时可能产生的缺口应力。
在由固定槽的槽底和环形槽的内表面形成的相交棱处，形成一个正切角，该正切角处于一个由转子的半径和转子的旋转轴展开的一个平面上。在此，环形槽的槽底可以与环形槽的沿径向继续内置的圆弧面相切。其中，正切角可以根据圆弧面处于50°与90°之间的数量级内，使得容纳区的形状与突起的形状在几何形状上非常近似。因此可以通过顶压过程形成具有与固定槽的槽底之间的角度为50°至90°的突起。突起的最有效部分为相对于固定槽的槽底构成90°角度的那部分。
相宜地，轴环通过圆盘、特别是通过压缩机盘构成。环形槽可以在车削压缩机盘时制成，从而不必逐一铣削每个棱面。
在一项优选的扩展设计中，工作叶片以其与固定槽互补结构的叶片根部安置在各自的固定槽内，其中，叶片根部的材料突伸到环形槽内。在将工作叶片装入到固定槽中后，叶片根部的材料通过顶压变形进入到环形槽内并因此产生防止轴向移动的机械固定作用。固定槽在横截面上可以是燕尾形或者枞树形。
为了防止工作叶片沿两个方向轴向移动，圆盘的每个端面均具有环形槽。因此朝向端面的叶片根部的每一侧通过顶压过程而变形以及防止工作叶片两面在两个方向上轴向移动。
有关涡轮机的技术问题通过一种具有按权利要求1至7中任一项所述的转子的涡轮机得以解决。在此，对于转子所列举的优点同样也适用于涡轮机，特别是在该涡轮机为压缩机的情况下。
现借助附图对本发明进行说明。附图中图1以透视图表示出依据本发明的压缩机盘；图2表示出按照图1的压缩机盘的剖面图；图3以剖面图表示出图1所示压缩机盘和工作叶片的塑性变形的叶片根部；图4示出了图3所示的压缩机盘的局部侧视图；图5、6示出了带有环形槽的压缩机盘的剖面详图；
图7以透视图示出了按照现有技术的带有固定槽的压缩机盘；以及图8示出了按照图7的压缩机盘的剖面图。
具体实施例方式
燃气轮机及其工作原理均是已公知的。燃气轮机基本上沿转子具有压缩机、燃烧室和透平单元。经压缩机吸入和压缩的空气与燃料进行混合并在燃烧室内燃烧成热燃气，热燃气接着在透平单元内在燃气轮机的转子上膨胀作功。燃气轮机的转子与此同时驱动压缩机和工作机械、例如发电机。
在压缩机内每两个叶片圈构成一个压缩机级，其中沿流动方向看，每个由工作叶片组成的固定在转子上的可旋转的叶片圈之后是固定的导向叶片圈。同样地，各两个叶片圈构成一个透平级，其中沿流动方向看，每个固定的导向叶片圈之后是一个固定在转子上的可旋转的工作叶片圈。燃气轮机的转子为每个工作叶片圈均有一个圆盘或者轴环，其上固定各圈的工作叶片。
图1示出了依据本发明作为压缩机盘19的这种圆盘的一段。压缩机盘形成轴环22，在其外圆周23上具有横向延伸的固定槽21用于容纳工作叶片16。在固定槽21的槽底27区域内设有与转子的旋转中心同轴地布设并在沿轴向A延伸的环形槽31。环形槽31可以在制造压缩机盘19期间在车削端面25时并因此在迄今为止的工序内制造。环形槽31与每个固定槽21在槽底27的区域内相切。因此提供一个容纳区34，叶片根部33的材料例如通过顶压可以塑性变形压入到该容纳区内。
图2示出了按照图1的压缩机盘19的横截面的一部分。通过压缩机盘19构成的轴环22在每个端面25上具有横截面形状为U形的环形槽31。每个环形槽31以深度T沿轴向延伸，从而固定槽21的槽底27的轴向长度与圆盘厚度D(参见图1)相比缩短了。
环形槽31在横截面图中分别具有作为侧壁的一个侧面37，其通过可以设计为半径、椭圆、凹面或者类似形状的圆弧面41过渡到环形槽底39内。
在压缩机盘19的两个端面25上具有环形槽31，从而每个工作叶片16可以通过两次顶压过程轴向固定。
图3示出了带有工作叶片16的压缩机盘19的剖面图，其叶片根部33已经塑性变形。叶片根部33的材料作为突起35沿径向向内伸入到环形槽31内。环形槽底39用于作为突起35的支座，其防止工作叶片16轴向移动。
图4示出了按照图3的压缩机盘19的一部分侧视图。工作叶片16的叶片根部33通过顶压过程变形。其中顶压部位36设置在叶片根部33的下部区域内并覆盖叶片根部33约三分之一的宽度。
图5和6详细地示出了具有同轴的环形槽31的压缩机盘19的剖面图。
在从环形槽31向槽底27的过渡区域内的环形槽31的曲面上有一条切线，它与固定槽21的槽底27围成一个正切角α。该正切角处于一个假想的平面上，该平面从转子的旋转轴并从转子通过固定槽21延伸的径向展开。根据槽底27到转子旋转轴的距离，正切角α具有一个界于50°至90°之间的大小。如果环形槽底39与固定槽21的槽底27相切，那么正切角α为90°。但如果环形槽21沿径向继续向外设置，从而沿径向在靠内侧的圆弧面41与固定槽21的槽底27相切，那么正切角α对应于所选择的圆弧面41相应变小。
正切角α越大，突起35防止工作叶片16轴向移动的作用就越好，因为突起支承在环形槽底39上。
与按照图7的通过棱面30形成45°正切角的现有技术相比，采用按照本发明的设计结构可以达到更有效地使工作叶片16轴向固定。
权利要求
1.一种涡轮机的转子，特别是燃气轮机压缩机的转子，其上设置至少一个具有外圆周(23)和两个径向延伸的端面(25)的轴环(22)，具有大量设置在外圆周(23)上的横向于切向延伸的用于工作叶片(16)的固定槽(21)，在这些固定槽内分别安置一个具有与固定槽(21)对应成形的工作叶片(16)的叶片根部(33)，该工作叶片各自通过端面变形沿轴向固定，其特征在于，至少在所述轴环(22)的一个端面(25)上设有沿轴向延伸的与转子的旋转轴同轴的环形槽(31)，该环形槽与每个固定槽(21)的槽底(27)相切并作为变形而将工作叶片(16)的叶片根部(33)的材料塑性地压入到所述环形槽(31)内。
2.按权利要求1所述的转子，其特征在于，所述环形槽(31)具有环形槽底(39)和两个侧面(37)，其中，环形槽(31)的每个侧面(37)通过圆弧面(41)过渡到环形槽底(39)内。
3.按权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述轴环(22)通过圆盘，特别是借助于压缩机盘(19)构成。
4.按权利要求1至3中任一项所述的转子，其特征在于，每个固定槽(21)在横截面上为燕尾形。
5.按权利要求1至4中任一项所述的转子，其特征在于，每个固定槽(21)在横截面上为枞树形。
6.按权利要求3至5中任一项所述的转子，其特征在于，圆盘的每个端面(25)具有环形槽(31)。
7.一种具有按权利要求1至6中任一项所述转子的涡轮机。
8.按权利要求7所述的涡轮机，其特征在于，该涡轮机设计为压缩机，特别是设计为燃气轮机的压缩机构成。
全文摘要
本发明涉及一种涡轮机的转子、特别是燃气轮机的压缩机转子，其上设置至少一个具有外圆周(23)和两个径向延伸的端面(25)的轴环(22)，具有大量设置在外圆周(23)上的横向于切向延伸的用于工作叶片(16)的固定槽(21)，其中，每个固定槽(21)均具有槽底(27)。为了能够提供一种在具有几何形状简单的用于工作叶片固定的结构的同时实现减小流动损失的涡轮机转子，建议，至少在所述轴环(22)的一个端面(25)上设有沿轴向延伸的与转子的旋转轴同轴的环形槽(31)，该环形槽与所述固定槽(21)的槽底(27)这样相连接，即，使得工作叶片(16)的叶片根部(33)的材料塑性地压入到所述环形槽(31)内。
文档编号F01D5/30GK1950590SQ200580010891
公开日2007年4月18日 申请日期2005年3月14日 优先权日2004年4月7日
发明者伯纳德·贝克 申请人:西门子公司