用于涡轮机的涡轮转子的制作方法

本发明位于涡轮机领域，特别是用于飞行器的涡轮机领域。更确切地，本发明涉及涡轮转子、包括这种转子的涡轮、以及配备有这种涡轮的涡轮机。优选地，涡轮为低压涡轮。

背景技术：

1、用于双转子飞行器的燃气涡轮机从上游至下游连续包括低压压缩机、高压压缩机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮。在说明书的其余部分和权利要求中，上游和下游相对于气体在涡轮机内部并因此在涡轮内部(从上游到下游)流动的大致方向来定义。

2、涡轮包括数个连续的级，每一级包括转子和定子，定子包括设置有固定叶片的喷嘴。涡轮沿着对应于转子的旋转轴线的纵向轴线延伸。

3、转子包括转子盘，转子盘在其外周处支承多个叶片，该多个叶片从该盘径向地或基本上径向地延伸。径向方向是垂直于涡轮的轴线并与该轴线相交的方向。

4、每个叶片包括成型翼型件，成型翼型件在其远端(即，与旋转轴线相距最远的端部)处由径向外跟部延伸。该径向外跟部包括平台，该平台界定在涡轮中在翼型件之间流通的气体的流动路径的外表面，而且该平台还包括上游唇部和下游唇部，该上游唇部和下游唇部从所述平台径向地向外延伸且周向地从该平台的两个侧向边缘中的一个侧向边缘延伸到另一个侧向边缘。

5、在转子旋转期间，上游唇部和下游唇部通过与在涡轮的外壳的径向内表面上相对地组装的固定可磨耗元件摩擦而相互作用，以确保密封。这些不同的可磨耗元件周向地首尾相连地组装，以形成可磨耗材料环。

6、因此，形成迷宫类型的密封，迷宫类型的密封能够限制轴向地穿过位于定子和转子的径向外端部之间的空间(更确切地，位于可磨耗材料环和转子的径向外端部之间的空间)的空气的流动。

7、转子/定子间隙在低压涡轮的合适效率方面发挥重要作用。限制该间隙则能够最大化转子中的工作流并降低泄漏流量。密封还能够最小化在径向外跟部和定子之间流动的泄漏空气与穿过空气路径流通的空气之间的切变，该切变产生所谓的"混合"损失。

8、然而，在唇部和可磨耗材料环之间保持小的间隙，可通过差异化的热膨胀而导致这些唇部与可磨耗材料之间接触的情况。这种情况甚至可以在一些情况下导致转子锁定。

9、在现有技术中，具有直边缘的唇部是已知的。在本发明中，设想在唇部的顶部形成切口，使得唇部以最小切割力穿透可磨耗材料，以避免转子锁定现象。然而，使用这些切口的风险在于在转子和定子之间形成额外的间隙，因此导致不规则的泄漏流量。

10、此外，平台的上游部分和下游部分可具有各种形状并包括凹口，特别是以便减小平台的重量并限制由该平台经历的离心力所产生的力。根据本发明，目的在于在涉及到这些设计的地方进一步减轻重量。

11、从文献us 2018/010467中还已知一种围绕纵向轴线延伸的涡轮转子，该转子包括叶片装置，叶片装置在其外周处支承至少一个叶片，叶片的翼型件在其径向外端部处设置有跟部，该跟部包括配备有上游唇部和下游唇部的平台。

12、平台具有相对于转子围绕纵向轴线的正常旋转方向的前侧向边缘和后侧向边缘，以及从所述前侧向边缘延伸到翼型件的吸力面的吸力面部分。

13、然而，这些唇部不具有锯齿形状，从而限定三角形或者截断矩形形状的齿，该齿配备有垂直于平台的前边缘和径向外端部，径向外端部为直线形且沿着平台的方向从前边缘的顶部向后倾斜。

14、因此，在唇部的顶部处的泄漏流量不受限制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于限制在唇部的顶部处的泄漏流量。

2、为此目的，本发明涉及一种围绕纵向轴线延伸的涡轮的转子，该转子包括至少一个叶片装置，至少一个叶片装置在其外周处支承至少一个叶片，每个叶片包括翼型件，翼型件在其径向外端部处设置有跟部，该跟部包括平台，平台配备有从该平台径向向外延伸的上游唇部和下游唇部，平台具有相对于转子围绕纵向轴线的正常旋转方向的前侧向边缘和后侧向边缘，以及从所述前侧向边缘延伸到翼型件的吸力面的吸力面部分。

3、根据本发明，上游唇部和下游唇部各自包括锯齿形切口，以便形成相对于转子围绕纵向轴线的正常旋转方向的前齿和后齿；每个唇部的前齿和后齿具有三角形或截断矩形形状；每个唇部的前齿和后齿邻接；唇部的前齿具有垂直于平台的前边缘和径向外边缘，径向外边缘为直线形且沿着平台的方向从前边缘的顶部向后倾斜；唇部的后齿具有垂直于平台的切割边缘和径向外边缘，径向外边缘为直线形且沿着平台的方向从切割边缘的顶部向后倾斜；每个唇部的前齿设置在平台的吸力面部分上。

4、由于本发明的这些特征，特别是由于以下事实：在每个唇部上，前齿和后齿邻接，且前齿设置在平台的吸力面部分上，这使得位于前齿的径向外边缘与后齿的切割边缘之间的空的空间由此变成了位于泄漏流量密度低的位置，因为唇部的边界处的压力由在空气路径中流通的空气指定。叶片的吸力面侧上的压力小于压力面侧上的压力。

5、相反，由于本发明的上述特征，后齿反而由此变成了位于泄漏流量密度高的位置。

6、因此，降低泄漏流量。

7、根据本发明的单独或组合地采用的其它有利和非限制性的特征：

8、-下游唇部的后齿的切割边缘设置成比靠近前侧向边缘更靠近吸力面；

9、-上游唇部的后齿的切割边缘设置成与翼型件的吸力面对齐；

10、-上游唇部的后齿的切割边缘的高度大于同一上游唇部的前齿的前边缘的高度，和/或，下游唇部的后齿的切割边缘的高度大于同一下游唇部的前齿的前边缘的高度；

11、-平台包括从上游唇部向上游延伸的上游平台部分，该上游平台部分具有截断平行六面体形状，上游唇部限定截断平行六面体形状的一侧；

12、-平台包括从所述下游唇部向下游延伸的下游平台部分，该下游平台部分具有截断平行六面体形状，下游唇部限定截断平行六面体形状的一侧。

13、本发明还涉及一种围绕纵向轴线延伸的涡轮，该涡轮包括外壳，外壳在径向内面上配备有可磨耗材料环。根据本发明，该涡轮包括如上所述的转子，该转子设置成使得上游唇部和下游唇部的后齿的顶部与可磨耗材料环相对地设置，使得对于每个上游唇部和每个下游唇部，由可磨耗材料环、前齿和后齿的切割边缘界定的空间定位成与可磨耗材料环垂直。

14、最后，本发明涉及一种涡轮机，该涡轮机特别是用于飞行器，该涡轮机包括如上所述的涡轮。

技术特征：

1.一种围绕纵向轴线(x-x')延伸的涡轮(1)的转子(2)，所述转子包括至少一个叶片装置，所述至少一个叶片装置在其外周处支承至少一个叶片(20)，每个叶片(20)包括翼型件(22)，所述翼型件(22)在其径向外端部处设置有跟部(25)，该跟部(25)包括平台(26)，所述平台(26)配备有从该平台(26)径向向外延伸的上游唇部(27)和下游唇部(28)，所述平台(26)具有相对于所述转子(2)围绕所述纵向轴线(x-x')的正常旋转方向的前侧向边缘(260)和后侧向边缘(261)，以及从所述前侧向边缘(260)延伸到所述翼型件(22)的吸力面的吸力面部分(264)，其特征在于，所述上游唇部(27)和所述下游唇部(28)各自包括锯齿形切口，以便形成相对于所述转子(2)围绕所述纵向轴线(x-x')的正常旋转方向的前齿(271，281)和后齿(272，282)；每个唇部(27，28)的前齿(271，281)和后齿(272，282)具有三角形或截断矩形形状；每个唇部(27，28)的前齿(271，281)和后齿(272，282)邻接；所述唇部(27，28)的前齿(271，281)具有垂直于所述平台(26)的前边缘(2710，2810)和径向外边缘(2711，2811)，所述径向外边缘(2711，2811)为直线形且沿着所述平台(26)的方向从所述前边缘(2710，2810)的顶部向后倾斜；所述唇部(27，28)的后齿(272，282)具有垂直于所述平台(26)的切割边缘(2720，2820)和如下径向外边缘(2721，2821)，所述径向外边缘(2721，2821)为直线形且沿着所述平台(26)的方向从所述切割边缘(2720，2820)的顶部向后倾斜；每个唇部(27，28)的前齿(271，281)设置在所述平台(26)的吸力面部分(264)上。

2.根据权利要求1所述的转子(2)，其特征在于，所述下游唇部(28)的后齿(282)的切割边缘(2820)设置成比靠近所述前侧向边缘(260)更靠近所述翼型件(22)的吸力面(221)。

3.根据权利要求1或2所述的转子(2)，其特征在于，所述上游唇部(27)的后齿(272)的切割边缘(2720)设置成与所述翼型件(22)的吸力面(221)对齐。

4.根据前述权利要求中任一项所述的转子(2)，其特征在于，所述上游唇部(27)的后齿(272)的切割边缘(2720)的高度(h1)大于同一上游唇部(27)的前齿(271)的前边缘(2710)的高度(h2)，和/或，所述下游唇部(28)的后齿(282)的切割边缘(2820)的高度(h4)大于同一下游唇部(28)的前齿(281)的前边缘(2810)的高度(h3)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的转子(2)，其特征在于，所述平台(26)包括从所述上游唇部(27)向上游延伸的上游平台部分(263)，该上游平台部分(263)具有截断平行六面体形状，所述上游唇部(27)限定所述截断平行六面体形状的一侧。

6.根据前述权利要求中任一项所述的转子(2)，其特征在于，所述平台(26)包括从所述下游唇部(28)向下游延伸的下游平台部分(262)，该下游平台部分(262)具有截断平行六面体形状，所述下游唇部(28)限定所述截断平行六面体形状的一侧。

7.一种围绕纵向轴线(x-x')延伸的涡轮(1)，包括外壳(10)，所述外壳在径向内面上配备有可磨耗材料环(4)，其特征在于，所述涡轮包括根据前述权利要求中任一项所述的转子(2)；该转子(2)设置成使得所述上游唇部(27)和下游唇部(28)的后齿(272，282)的顶部与所述可磨耗材料环(4)相对地设置，使得对于每个上游唇部(27)和每个下游唇部(28)，由所述可磨耗材料环(4)、所述前齿(271，281)和所述后齿(272，282)的切割边缘(2720，2820)界定的空间(e1，e3)定位成与所述可磨耗材料环(4)垂直。

8.一种涡轮机，特别是用于飞行器，其特征在于，所述涡轮机包括根据权利要求7所述的涡轮(1)。

技术总结
本发明涉及一种围绕纵向轴线(X‑X')延伸的涡轮的转子(2)，该转子包括至少一个转子盘(21)，至少一个转子盘在其外周处支承至少一个转子叶片(20)，每个叶片(20)包括翼型件(22)，翼型件在其径向外端部处设置有平台(26)，平台配备有上游唇部(27)和下游唇部(28)，平台(26)具有相对于转子(2)围绕纵向轴线(X‑X')的正常旋转方向的前侧向边缘(260)和后侧向边缘(261)，以及从所述前侧向边缘(260)延伸到翼型件(22)的吸力面的吸力面部分(264)。该叶片值得注意的地方是：上游唇部(27)和下游唇部(28)各自包括锯齿形切口，以便形成邻接的前齿(271，281)和后齿(272，282)；后齿(272，282)具有切割边缘；每个唇部(27，28)的前齿(271，281)设置在平台(26)的吸力面部分(264)上。

技术研发人员：朱利安·尼库拉斯·吉拉尔多,伯诺伊特·古伊劳姆·西莱特
受保护的技术使用者：赛峰飞机发动机公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15