专利名称：动叶片以及带有动叶片的流体机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于流体机械、尤其蒸汽涡轮的动叶片(Laufschaufel)，该动叶 片带有具有多个凸起(Lappen)的插脚(Steckfu β )，这些凸起具有径向地位于外部的第一 区段和径向地位于内部的第二区段，该第二区段的轴向的长度小于位于外部的区段的轴向 的长度，本发明还涉及一种带有这种动叶片的流体机械、尤其蒸汽涡轮。
背景技术：
当前，尤其地在蒸汽涡轮中，除了与流体机械的转子固定地相连接、例如焊接的动 叶片外，带有杉树形脚和插脚的动叶片也是常见的。因此，用于机械制造的DiAbel手册在 其第20版的R67页上显示了带有三凸起的(dreilappig)插脚的用于蒸汽涡轮的动叶片， 其中，单个的凸起在其两个轴向侧上如此地具有凸肩部，即，凸起具有径向地位于外部的第 一区段以及径向地位于内部的第二区段，该第二区段的轴向的长度小于位于外部的第一区 段的轴向的长度。在工作中，这种插脚必须承受高的应力。一方面，尤其地在更高的转子转速时出 现在径向方向上作用的很大的离心力。附加地，围绕动叶片流动且通过动叶片转向的介质 (例如做功的蒸汽，该蒸汽在蒸汽涡轮中膨胀)在轴向方向和周向上对动叶片施加力，在插 脚中必须承受这些力。
发明内容
本发明的目的为，借助于插脚改进流体机械的动叶片的固定。为了实现该目的，根据权利要求1的前序部分的动叶片通过权利要求1的特征部 分的特征而改进。权利要求10保护了带有一个或多个这种动叶片的流体机械。从属权利 要求涉及本发明的有利的改进方案。根据本发明的动叶片的插脚具有第一凸起以及两个在轴向方向上布置在该第一 凸起两侧的第二凸起。尤其地，该插脚可构造成具有三个凸起，那么其中，第一凸起形成中 间凸起，并且两个第二凸起形成边缘凸起。然而，同样可在第一或第二凸起的一个或两个轴 向的侧边上设置其它凸起，那么，优选地，该其它凸起在其基本的几何尺寸上构造成与第一 或第二凸起相同。根据本发明，第一和第二凸起的面对彼此的轴向侧具有凸肩部，该凸肩部在轴向 方向上如此地延伸，即，凸起具有径向上外部的第一区段和与该区段通过凸肩部相连接的 径向上内部的第二区段，该第二区段在轴向方向上的长度小于第一外部的区段在轴向方向 上的长度。优选地，第二凸起的彼此背离的轴向侧不具有凸肩部，而是形成连续的、优选地 平的轴向的端面。由此，在三凸起的插脚中，中间凸起在其两个轴向侧上具有凸肩部，两个 边缘凸起仅仅在其内部的面向中间凸起的轴向侧上具有凸肩部。因此，本发明的知识点在于，通过相对于插脚的轴向的总宽度合适地选择第一和 第二区段的径向的高度，可显著地提高这种插脚可承受的力。
在此，将两个第二凸起的轴向地位于外部的端面的间距表示成轴向的总宽度。如 果该两个轴向的端面不平行，则尤其地可将在轴向的方向上最小的、最大的或平均的间距 作为轴向的总宽度。在此，方向说明(Richtimgsangabe) “轴向地”、“径向地”或“在周向上” 针对用于流体机械中的转子的方向说明，当根据本发明的动叶片固定在这种转子处的话。根据本发明建议，第一径向的外部的区段的径向的高度相对于轴向的总宽度的比 在0. 39和0. 45之间、优选地在0. 40和0. 44之间的范围内，而第二径向的内部的区段的径 向的高度相对于轴向的总宽度的比在0. 40和0. 46之间、优选地在0. 41和0. 45之间的范围 内。在此，尤其地将凸肩部和桥接部之间的径向的长度表示为第一径向的外部的区段的径 向的高度，该桥接部在轴向方向上使第一和第二凸起相互连接。相应地，尤其地将凸肩部和 凸起的径向的内部的端侧之间的径向的长度表示为第二径向的内部的区段的径向的高度。 在此，如果在轴向方向上径向的长度变化(例如，由于在轴向方向上径向的端侧、凸肩部和 /或连接两个相邻的凸起的桥接部不平行于轴向方向延伸)，则尤其地可将最小的、最大的 或平均的径向的长度作为径向的高度。优选地，凸起的径向的总高度相对于轴向的总宽度的比在0. 88和0. 94之间、优选 地在0. 89和0. 93之间的范围内。尤其地，将第一和第二区段的上述定义的径向的高度加上 凸肩部的径向的高度的总和表示为径向的总高度。该凸肩部可为纯粹的径向的凸肩部，从 而在第一和第二区域之间凸起的轴向的长度跳跃式地变化或在很短的径向的区段中变化， 也就是说，凸肩部具有这样的径向的高度，该高度基本上为零。在这种情况中，径向的总高 度相应于第一和第二区段的径向的高度的总和。然而，凸肩部可同样具有斜面，从而在第一 和第二区段之间凸起的轴向的宽度线性地逐渐减小。同样其它的、尤其凸地或凹地弯曲的 凸肩部也是可能的。相应于以上提及的第一和第二区段的径向的高度和径向的总高度相对于轴向的 总宽度的优选的范围，对于凸肩部来说径向的高度相对于轴向的总宽度的优选的比为在 0. 00和0. 14之间、优选地在0. 00和0. 12之间的范围内。优选地，第一凸起的第一径向的外部的区段相对于轴向的总宽度具有在0.21至 0. 27之间、优选地在0. 22和0.沈之间的范围内的比，并且第一凸起的第二径向的内部的区 段相对于轴向的总宽度具有在0. 11和0. 17之间、优选地在0. 12和0. 16之间的范围内的 比。优选地，第二凸起的第一区段的轴向的长度相对于轴向的总宽度处于从0. 16至0.22、 优选地在0. 17和0.21之间的比例，并且第二凸起的第二区段的轴向的长度相对于轴向的 总宽度处于在0. 11和0. 17之间、优选地在0. 12和0. 16之间的比例。优选地，凸起的两个轴向侧构造成彼此平行。如果不是这种情况，则尤其地可将在 两个轴向侧之间的最小的、最大的或平均的间距作为轴向的长度。为了将插脚固定在为此设置的流体机械的转子的槽组件(Nutanordmmg)中，优 选地，第一和第二凸起具有一个、优选地两个或更多径向地间隔开的孔，该孔相互对准，以 使得可将优选的圆锥的销分别钉入该孔中。为了避免制造和装配公差，也可在将插脚插入 槽组件中之后钻出和/或铰出(reiben)该孔。优选地，以这种方式选择该孔的位置，S卩，离心力载荷在孔平面的上断裂横截面 (Rissquerschnitt)中仅仅引起小的或不引起弯曲载荷。优选地，径向的外部的孔的中心 点相对于第一区段的径向的外部的端部(例如连接第一和第二凸起的桥接部的径向的内部的端侧)具有径向的间距，该间距与轴向的总宽度具有0. 24到0. 30、优选地在0. 25和 0.四之间的范围内的比，而径向的内部的孔的中心点具有相应的在0. 60和0. 66、优选地在 0.61和0. 65之间的范围内的比。如以上解释的那样，第一凸起和第二凸起优选地通过径向地位于外部的桥接部相 互连接，凸起的第一区段径向上结束在该桥接部中。在此，第一凸起、第二凸起和/或桥接 部可相互构造成整体，尤其地成形(urformen)和/或以无切削的方式或以切削加工的方式 变形(umformen)，或可构造成多件式的并相互连接，例如焊接。优选地，径向地位于外部的 桥接部具有这样的径向的高度，即其相对于轴向的总宽度的比在0. 12和0. 18之间、优选地 在0. 13和0. 17之间的范围内。优选地，第二凸起的在装配的动叶片中在转子的旋转方向上前面的轴向的端面布 置成平行于孔的径向平面，以使得插脚的在旋转方向上后面的轴向的端面相应地旋转了叶 凸起距(Schaufelteilung)0桥接部(在该桥接部上动叶片异型部布置在与插脚相对的侧边上)优选地位于 这样的平面内，即，该平面基本上垂直于穿过孔的径向平面。为此，桥接部的径向的内部和 /或外部的端侧可构造成基本上垂直于孔的径向平面，即，在径向方向上穿过孔的两个中心 点延伸的平面。根据本发明的流体机械为了固定每个根据本发明的动叶片具有相应的槽组件，该 槽组件带有用于容纳第一凸起的第一槽和两个用于容纳第二凸起的第二槽，该第二槽分别 通过桥接部与第一槽分离。优选地，槽构造成基本上与由其待容纳的凸起互补，从而与其相关的方面参考上 述实施例。尤其地，优选地在两个第二槽的彼此背离的轴向侧之间的轴向的总宽度基本上 相应于在两个第二凸起的彼此背离的轴向侧之间的轴向的总宽度。尤其地为了平衡制造和/或装配公差，在此轻微的区别可为有利的。如以上相对 于凸起解释的那样，可将在径向或轴向方向上在平行的或不平行的面之间的最大的、最小 的或平均的间距作为径向的高度或轴向的长度。因此，例如优选地，第一径向的外部的桥接区段或第一径向的外部的槽区段的径 向的高度相对于轴向的总宽度的比在0. 40和0. 46之间、优选地在0. 41和0. 45之间的范 围内，而第二径向的内部的桥接区段或相应的径向的内部的槽区段的径向的高度相对于轴 向的总宽度的相应的比在0. 44和0. 50之间、优选地在0. 45和0. 49之间的范围内。
从从属权利要求和实施例中得到其它优点和特征。为此以部分示意性的方式图1以透视的总体视图显示了根据本发明的实施方案的动叶片；图2以周向上的俯视图显示了根据图1的动叶片的插脚；图3以相应于图2的视图显示了用于容纳根据图2的插脚的槽组件；图4显示了容纳在根据图3的槽组件中的根据图2的插脚；以及图5以轴向方向上的俯视图显示了根据图4的插脚。
具体实施例方式图1以透视的视图显示了根据本发明的实施方案的带有三凸起的插脚2的动叶片 1。如尤其地可在图2 (其显示了在(未示出的)蒸汽涡轮的转子(可在径向方向上从外部 将插脚2插入该转子中)的周向上所观察的插脚2的俯视图)中看出的那样，三凸起的插 脚具有第一中间凸起3和两个在轴向a上布置在该中间凸起3两侧的第二边缘凸起4。中 间凸起3和边缘凸起4的面向彼此的内部的轴向侧3. i和轴向侧4. i分别具有倾斜的凸肩 部5，而两个边缘凸起的轴向地位于外部的端面及其它构造成平的且彼此平行。在桥接部 7(中间凸起和边缘凸起3，4与该桥接部7构造成整体)和倾斜的凸肩部5之间，中间凸起 3具有带有轴向的长度bF2的第一区段3. 1，并且两个边缘凸起4分别具有带有轴向的长度 bF1的第一区段4.1。从桥接部7的径向的内部的端面(在图2中下方)起测量到凸肩部 5(即，到这样的部位，轴向的长度在该部位处减小)，该第一区段具有径向的高度hF1。在凸 起3，4的径向的外部的端部和相对的径向的外部的端侧之间，桥接部7具有径向的高度hp。中间凸起和边缘凸起3，4分别具有通过凸肩部5与第一区段分离的第二区段3. 2 和4. 2，该第二区段具有轴向的长度bF3，并且在凸起的径向的内部的端侧和凸肩部5(即，这 样的区域，轴向的长度在该区域中改变)之间该第二区段具有径向高度hF2。除倾斜的凸肩部5以外，凸起3，4的面对彼此的、位于内部的轴向侧3. i，4. i构造 成平行于两个边缘凸起的平的、无凸肩部的轴向的端面4. a。在两个边缘凸起4的两个轴向的端面4. a之间，插脚2在轴向方向a上具有轴向 的宽度b。相对于该轴向的总宽度b，插脚的径向的总高度h(该总高度h在桥接部7的径 向的内部的端侧和凸起3，4的径向的内部的端侧之间延伸)的比为h/b = 0. 91ο第一和第二凸起的上述定义的径向的高度的比类似地(einheitlich)为hF1/b = 0. 42 以及hF2/b = 0.43。对于中间凸起3的轴向的长度为bF2/b = 0. 24 以及bF3/b = 0. 14以及对于边缘凸起4:bF1/b = 0. 19 以及如在中间凸起中bF3/b = 0. 14。为了容纳该插脚2，在蒸气涡轮的转子中构造有在图3中显示的槽组件，该槽组件 带有用于容纳中间凸起3的中间槽30以及用于容纳边缘凸起4的两个边缘槽40。如尤其地可从根据图4的装配示图中看出的那样，凸起3，4和槽30，40构造成基 本上彼此互补。为此，槽组件具有两个相同的桥接部80，该桥接部80从径向地位于内部的 槽底起分别具有带有轴向的长度bN2的第二区段82，该第二区段82在倾斜的凸肩部50中 过渡到带有轴向的长度bN1的第一区段。相对于在两个边缘槽40的平的平行的外部的轴向 侧之间的轴向的总宽度b (该总宽度b相应于在边缘凸起4的两个轴向的端侧4. a之间的 轴向的总宽度b)，第一和第二区段的径向的高度tN1，tN2以及轴向的长度bN1，bN2为
bN1/b = 0. 19，bN2/b = 0· 29，tN1/b = 0. 43 以及tN2/b = 0. 47 ο作为第一和第二区段的径向的高度tN1，tN2以及凸肩部50的径向的高度的总和的 径向的总高度t相对于轴向的总宽度b的比为t/b = 0. 95如尤其地可从图3，4中看出的那样，槽30，40在其径向地位于内部的槽底中具有 成圆形的倒角，而桥接部40在其径向地位于外部的端侧处具有倾斜的倒角。一旦将插脚2插入槽组件中，则通过两个在轴向方向上钉入的圆锥销(未示出)将 插脚2固定。为此，设置有两个可在图1，5中看出的孔6. 1，6. 2，该孔6. 1，6. 2贯穿凸起3，4。如尤其地可从图4 (在其中以点划线绘出了两个销的中心线)中看出的那样，径向 的上方的孔的中心点相对于桥接部80的径向的外部的端侧或桥接部7的径向的内部的端 侧具有间距ΙιΒ1，同样在图4中以点划线绘出的径向的内部的孔6. 2的中心线具有径向的间 距liB2。其相对于轴向的总宽度b的比为hB1/b = 0. 27，hB2/b = 0. 63 ο如此外可在图5中看出的那样，凸起3，4在旋转方向(在图5中在逆时针方向上) 上的前面的端侧平行于穿过孔6. 1，6. 2的中心点的径向平面取向，而在旋转方向上的后面 的端侧在周向上相应地旋转了叶凸起距。
参考标号列表
1动叶片
2插脚
3第一或中间凸起 3.1,4.1第一区段
3. 2,4. 2第二区段
3.i轴向侧
4第二或边缘凸起
4.i内部的轴向侧 4. a轴向的端面
5凸肩部 6. 1,6. 2孔
7桥接部
30第一或中间槽
40第二或边缘槽
40a轴向的槽端面
50凸肩部
80桥接部
80. i内部的视图侧
81第一区段82第二区段
权利要求
1.一种用于流体机械、尤其蒸汽涡轮的动叶片(1)，所述动叶片(1)带有插脚O)，所述 插脚( 带有第一凸起(3)以及两个在轴向方向(a)上布置在所述第一凸起两侧的第二凸 起G)，其中，所述第一和第二凸起在面对彼此的轴向侧(3. i,4. i)上在轴向方向上如此地 具有凸肩部(5)，S卩，所述凸起具有径向地位于内部的第一区段(3. 1,4. 1)和径向地位于外 部的第二区段(3. 2，4. 2)，所述第二区段(3. 2，4. 2)的轴向的长度(bF3)小于位于外部的第 一区段的轴向的长度(bF1，bF2)，其特征在于，相对于在两个第二凸起(4)的彼此背离的轴向 侧(4. a)之间的轴向的总宽度(b)，第一径向地位于外部的区段的径向的高度(hF1/b)位于 在0. 39和0. 45之间、尤其地在0. 40和0. 44之间的范围内，并且第二径向地位于内部的区 段的径向的高度(hF2/b)位于在0. 40和0. 46之间、尤其地在0. 41和0. 45之间的范围内。
2.根据权利要求1所述的动叶片，其特征在于，两个第二凸起(4)的彼此背离的轴向侧 (4. a)构造成不带凸肩部。
3.根据以上权利要求中任一项所述的动叶片，其特征在于，相对于在两个第二凸起 ⑷的彼此背离的轴向侧(4. a)之间的轴向的总宽度(b)，所述凸起的径向的总高度(h/b) 位于在0. 88和0. 94之间、尤其地在0. 89和0. 93之间的范围内。
4.根据以上权利要求中任一项所述的动叶片，其特征在于，相对于在两个第二凸起 ⑷的彼此背离的轴向侧(4. a)之间的轴向的总宽度(b)，所述凸肩部(5)具有在0.00和 0. 14之间、尤其地在0. 00和0. 12之间的范围内的径向的高度。
5.根据以上权利要求中任一项所述的动叶片，其特征在于，从所述第一区段到所述第 二区段，所述凸肩部(5)的轴向的宽度连续地、尤其线性地逐渐减小。
6.根据以上权利要求中任一项所述的动叶片，其特征在于，相对于在两个第二凸起 ⑷的彼此背离的轴向侧(4. a)之间的轴向的总宽度(b)，所述第一凸起(3)的第一径向地 位于外部的区段(3. 1)具有在0.21和0. 27之间、尤其地在0. 22和0.沈之间的范围内的 轴向的长度(bF2/b)；和/或所述第一凸起(3)的第二径向地位于内部的区段(3.2)具有在 0. 11和0. 17之间、尤其地在0. 12和0. 16之间的范围内的轴向的长度(bF3/b)。
7.根据以上权利要求中任一项所述的动叶片，其特征在于，相对于在两个第二凸起 ⑷的彼此背离的轴向侧(4. a)之间的轴向的总宽度(b)，所述第二凸起(4)的第一径向地 位于外部的区段(4. 1)具有在0. 16和0. 22之间、尤其地在0. 17和0.21之间的范围内的 轴向的长度(bF1/b)；和/或所述第二凸起(4)的第二径向地位于内部的区段(4.2)具有在 0. 11和0. 17之间、尤其地在0. 12和0. 16之间的范围内的轴向的长度(bF3/b)。
8.根据以上权利要求中任一项所述的动叶片，其特征在于，所述第一和第二凸起具有 两个径向地间隔开的、彼此对准的孔(6. 1，6.2)以用于固定销的贯穿，其中，相对于在两个 第二凸起的彼此背离的轴向侧(4. a)之间的轴向的总宽度(b)，径向地位于外部的孔 (6. 1)的中心点相对于所述第一区段(3. 1,4. 1)的径向地位于外部的端部具有在0. M和 0. 30之间、尤其地在0. 25和0. 29之间的范围内的间距(hB1/b)，和/或径向地位于内部的 孔(6.2)的中心点相对于所述第一区段(3. 1,4. 1)的径向地位于外部的端部具有在0.60 和0. 66之间、尤其地在0. 61和0. 65之间的范围内的间距(hB2/b)。
9.根据以上权利要求中任一项所述的动叶片，其特征在于，第一和第二凸起(3，4)通 过径向地位于外部的桥接部(7)相互连接，相对于在两个第二凸起的彼此背离的轴向 侧(4. a)之间的轴向的总宽度(b)，所述桥接部(7)的径向的高度(hF1/b)位于在0. 12和.0. 18之间、尤其地在0. 13和0. 17之间的范围内。
10.一种流体机械、尤其蒸汽涡轮，带有用于容纳根据以上权利要求中任一项所述的动 叶片(1)的插脚( 的槽组件，其中，所述槽组件具有用于容纳所述第一凸起C3)的第一槽 (30)和两个用于容纳所述第二凸起的、通过桥接部(80)与所述第一槽(30)分离的第 二槽(40)，其中，所述桥接部在面对彼此的轴向侧(80. i)上在轴向方向上如此地具有凸肩 部(50)，S卩，所述桥接部具有径向地位于外部的第一桥接区段(81)和径向地位于内部的第 二桥接区段(82)，所述第二桥接区段(8 的轴向的长度(bN2)大于位于外部的第一桥接区 段(81)的轴向的长度(bN1)，其特征在于，相对于在两个第二槽的彼此背离的轴向侧GO. a) 之间的轴向的总宽度(b)，第一径向地位于外部的桥接区段(81)的径向的高度(tN1/b)位 于在0. 40和0. 46之间、尤其地在0. 41和0. 45之间的范围内，并且第二径向地位于内部的 桥接区段(8 的径向的高度(tN2/b)位于在0. 44和0. 50之间、尤其地在0. 45和0. 49之 间的范围内。
11.根据权利要求10所述的流体机械，其特征在于，相对于在两个第二槽00)的彼此 背离的轴向侧GO. a)之间的轴向的总宽度(b)，所述桥接部(80)的径向的总高度(t/b)位 于在0. 92和0. 98之间、尤其地0. 93和0. 97之间的范围内。
12.根据以上权利要求10至11中任一项所述的流体机械，其特征在于，所述桥接部 (80)在其径向地位于外部的端侧和/或其径向地位于内部的端部上具有倒角。
13.根据以上权利要求10至12中任一项所述的流体机械，其特征在于，相对于在两个 第二槽的彼此背离的轴向侧GO. a)之间的轴向的总宽度(b)，桥接部(80)的第一径向地 位于外部的区段(81)具有在0. 16和0. 22之间、尤其地在0. 17和0.21之间的范围内的轴 向的长度(bN1/b)；和/或桥接部(80)的第二径向地位于内部的区段(82)具有在0. 和 0. 32之间、尤其地在0. 27和0. 31之间的范围内的轴向的长度(bN2/b)。
14.根据以上权利要求10至13中任一项所述的流体机械，其特征在于，所述槽(30， 40)构造成基本上与所述第一和第二凸起(3，4)互补。
全文摘要
在一种用于流体机械、尤其蒸汽涡轮的动叶片(1)中，该动叶片(1)带有插脚(2)，该插脚(2)带有第一凸起(3)以及两个在轴向方向(a)上布置在第一凸起两侧的第二凸起(4)，其中，第一和第二凸起在面对彼此的轴向侧(3.i，4.i)上在轴向方向上如此地具有凸肩部(5)，即，凸起具有径向地位于内部的第一区段(3.1，4.1)和径向地位于外部的第二区段(3.2，4.2)，第二区段(3.2，4.2)的轴向的长度(bF3)小于位于外部的第一区段的轴向的长度(bF1，bF2)，相对于在两个第二凸起(4)的彼此背离的轴向侧(4.a)之间的轴向的总宽度(b)，第一径向地位于外部的区段的径向的高度(hF1/b)位于在0.39和0.45之间、尤其地在0.40和0.44之间的范围内，并且第二径向地位于内部的区段的径向的高度(hF2/b)位于在0.40和0.46之间、尤其地在0.41和0.45之间的范围内。
文档编号F01D5/30GK102084091SQ200980127003
公开日2011年6月1日 申请日期2009年6月24日 优先权日2008年7月4日
发明者E·格茨弗里德, G·诺伊曼, J·加茨克, M·A·施瓦茨, U·哈贝克 申请人:曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司