专利名称：涡轮转子的固位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃气涡轮发动机，更具体地涉及涡轮转子盘的轮缘结构和叶片，密封装置及阻尼器的固位装置。
随着装有现代发动机的高速飞机的出现，为了提高零部件，尤其是涡轮转子叶片的高频疲劳寿命，有必要与阻尼技术相结合，以减小由于较高速度引起的振动应力。对于采用枞树型榫齿连接方式将叶片固定在涡轮盘上的涡轮转子，这类阻尼器已经被组装在叶片根部和涡轮盘连接部分的各叶片之间的空隙内。这类阻尼器的例子公开在1980年1月8日授于C.J.纳尔逊(C.J.Nelson)题目为“涡轮叶片阻尼器”的美国专利No.4，182，589和1978年7月18日授于J.R.海斯和H.F.爱斯普郎德(J.R.Hess和H.F.Asplund)题目为“涡轮机转子的叶片间阻尼器和密封装置”的美国专利No.4，101，245和1984年6月19日授于R.A.斯瓦兹曼和H.J.里利布里奇(R.A.Schwarzmann和H.J.Lillibridge)题目为“叶片对叶片的振动阻尼器”的美国专利No.4，455，122以及1975年6月3日授于J.R.海斯和J.R.柯兹林(J.R.Hess和J.R.Kozlin)题目为“密封涡轮叶片阻尼器空腔的装置”的美国专利No.3，887，298中。所有这些专利都转让给本专利申请的受让人联合技术有限公司。
为了实现减振目的，上述专利所公开装置中例举的那些实施例，它们都在不同程度上要有为安装和拆卸多于一个叶片所需的复杂工具，以便在涡轮盘和叶片组装件上更换另一叶片或零件，或者安装一叶片、阻尼器和/或密封装置。
我们已发现可以通过结合一个能利用一开口环将叶片固定在涡轮盘上的独特轮缘结构来提供一种改进的涡轮转子零件的固位装置。
为达到此目的，叶片的后端是通过一个由与涡轮盘后端整体构成的钩形部件支承住的开口环进行固定的。而叶片前端是通过由一与涡轮盘前端整体构成的突缘支撑的反向开口环进行固定的。在这种结构中，叶片的轴向固定是由这种开口环提供的，而不是由至今还习惯采用的切向气流喷射式TOBI(TangentialOnBoardInjector)转子密封装置提供的。结合现有的设计经验已设计的固定装置增加了能承受这些轴向载荷的过大重量，目的就是承受这些轴向载荷。这种反向开口环带来的优点包括(1)改进了开口环槽的可加工性，(2)比现有已知的固定装置具有更轻的重量，(3)开口环的整轮缘支撑，增加了它的耐用性，控制泄漏和寿命。
本发明还设想一种易于使用的阻尼器和级间平台密封装置，该装置使有关构件便于安装和拆卸，而无需拆卸超过一个叶片。因此，单个叶片可以安装和拆卸，而不会损坏转子或改变转子的动态特性。根据本发明，在涡轮的维修性和安装方面的一个重要改进是显而易见的，与此同时，减少了加工工作量和轮缘部分组装的复杂性。
本发明的目的是提供一种用以将叶片固定在燃气涡轮发动机的涡轮转子盘上改进的固位装置。
本发明的一个特点是通过一完全支撑在涡轮盘凸缘上并能承受叶片上的任何轴向振动载荷的反向开口环，在相对发动机的燃气流通方向将叶片固定在燃气的前方，这样就改进开口环槽的可加工性，减轻了转子的重量，并提高了固位装置的耐用性和寿命。
本发明的另一特点是通过将一自由浮动的阻尼器按放在两相邻叶片颈部上的铸造凹坑之间和每一叶片前面的伸出突缘和TOBI密封转子外缘的涡轮盘轮缘空腔内固定的。
本发明的又一特点是提供一种在靠近平台的下表面，延伸并横过平台之间的间隙，用于支撑着平台之间密封件的装置。铸造在平台下侧的凸块和平台后面的支肋是一种既可以从涡轮盘的前端又可以从涡轮盘后端安装或拆卸密封件所提供的固位和定向装置。这种阻尼器和密封件的固位装置使得这些部件易于进出，从而实现了单个叶片的拆卸和安装。
本发明的上述的和其它一些特点及优点通过下文结合附图的描述将会更加清楚。
图1是叶片的正视图。
图2是阻尼器的透视图。
图3是表示涡轮盘、叶片、TOBI密封转子和固位装置的部分剖视图局部正视图。
图4是大致沿图3中4-4线，详细表示该阻尼器的剖视图。
图5是级间密封装置的透视图。
图6是轮缘和组装的转子的局部后端视图。
为了理解本发明，请参考图1至图6。众所周知，燃气涡轮发动机的涡轮是由支撑在发动机轴上的涡轮盘和支撑在该盘上的许多径向伸出的涡轮叶片组成的，这些叶片均匀地安装在涡轮盘的圆周上，并固定在该涡轮盘上加工的枞树形榫槽内。如图1所示，叶片10本身包括一个大体上以标号12表示的根部，该根部具有一个由叶片10的颈部16径向伸出的，而其外形适合于安装在涡轮盘枞树形榫槽内的枞树形槽头部分14。在靠近涡轮盘轮缘处叶片10颈部16上的凹陷处18形成一个紧邻着凸缘平台20下面的空腔。该凸缘平台20从叶片10的叶身22周向和轴向地伸出，并覆盖在物料盘的轮缘上。下一个相邻的叶片凸缘平台邻接它相邻叶片的凸缘平台侧表面，并留下一横向伸出的间隙，该间隙被下文将描述的密封装置密封住。
从图1中可以注意到，本发明的叶片10上具有一适合容纳阻尼器26(图2)外径的铸造凹坑24。每个叶片都在其颈部的前、后表面上铸出相同的凹坑内，这些凹坑对阻尼器26外径提供了轴向和周向定位(见图3和图4)。阻尼器26的内支柱32约束在环形TOBI(切向气流喷射式)密封转子34之间，该转子34按任何已知的方法固定在涡轮盘36上，或用花键配合涡轮盘36安装在其上的相同轴上。也就是说TOBI密封转子34和涡轮盘36以相同的转速旋转，TOBI密封转子34的外径带有一具有后端面42的凸缘44，平面42紧靠在涡轮盘36的侧端面上，而且设计成不承受由叶片产生载荷的结构。径向伸出的环形凸缘44从轮缘伸出，但与后端面42隔开一段距离，它与涡轮盘36的端面46和在叶片10的枞树形榫头14的凸缘50的侧表面上形成的延伸部分48一起构成一个容纳阻尼器26内支柱32的空腔。由TOBI转子密封装置和伸出的叶片突缘所构成的这一空腔为阻尼器26内径部分提供了轴向和周向定位。这种固位方法使该阻尼器自由地置于空腔底部77上，不受约束地有效地实现阻尼作用，这样就可消除叶片振动的能量，而且，还能防止阻尼器从转子上脱离或锁住。该阻尼器26的形状包括中央伸出部分27，它在适当位置要提供足够的质量，以获得所要求的离心载荷，该离心载荷和构件所引起的摩擦力一起，将叶片产生的振动应力阻尼掉。
如上所述，凸缘平台20之间的间隙由较薄的，基本上是平的构件52密封，构件52通过采用从平台向下径向伸出的铸造密封脂状块53、前缘凸块54和后缘凸块56都安装并限制在凸缘平台20下面。密封件52(见图3)通过密封脂状块53和平台20之间形成的间隙从涡轮盘36的前面装入，并沿平台滑动，直到它碰到后缘凸块56为止。该后缘凸块56防止密封件52由叶片的后端脱出。由于平台密封件52紧靠在后缘凸块上，一个向外作用在密封件52前缘的安装压力就把密封件52紧贴在平台20的平表面上。同样地，前缘凸块54防止密封件52由平台20前方滑出。
密封件52的拆卸过程是相当简单的。它要求用一工具在叶片平台之间滑动，将密封件52的前缘挠过前缘凸块54的前缘。接着，该密封件52可以由操作者容易地抓住和拆下来。
由上面的叙述很明显地看出，用上述方法固位的密封件52和阻尼器26能够实现单个叶片的安装和拆卸，而且由于加工工作量减少了，轮缘组装件比在此之前公知的结构更为简单，因此，涡轮维护所需工作量大大地减少了。
如上所述，为了将叶片10固定在涡轮盘36上，该固位装置要设计成由叶片施加的任何载荷不会由TOBI式(切向气流喷射式)转子密封装置34承受，而是由以标号70表示的开口环组件承受。在这种组件中，一有完整槽横截面74的断开的环突缘72与每个涡轮盘突缘99的前端面形成整体。一完整环76装在这种相互啮合的槽74内，并贴靠在叶片10的枞树形榫头14的侧表面上。该完整的环由覆盖着槽74的TOBI或转子密封装置34的轮缘40径向支承着，并被设计成能承受转动叶片10施加载荷的结构。从图中可以明显地看到，槽74背离燃气涡轮机中心线，然而由于通常开口和槽的方向是面对着发动机的中心线，所以被看成是反向的。这样，由于该槽便于加工这就改进了槽的可加工性。由于该环支撑着整个圆周上的叶片，从而减轻了重量，提高了该组件的寿命。
根据本发明，靠近叶片根部和涡轮盘轮缘连接处的固定空腔的密封是通过采用支撑在涡轮盘36的后端面上的许多单个的密封板80(图3和图6)实现的。每块板80的外形都适于安装在靠近叶片10的根部空隙内，并且，与涡轮盘36的突块99整体形成的钩形部件82夹持住。该钩形部件的槽口支撑着贴靠在每块密封板80上的全开口卡环86。这一装置承受着叶片的气动轴向载荷，同时密封住固定的轮缘空腔。如要拆卸阻尼器26，就不需拆卸开口环86和密封板80。
另一方面，在最佳实施例中，例如为了调整动平衡操作的需要，可以通过拆卸开口环86和密封板80就能观察到固定轮缘空腔或冷却空气供给槽100内部，而无需拆卸阻尼器26或TOBI式密封转子34，这是很有利的。由于该密封板80是根据最轻重量设计的，这种密封板在枞树形榫槽的拉削角为0°时，即，枞树形榫槽垂直于涡轮盘端面46时进行安装具有很大的好处。然而，对熟悉本技术的人员来说，显而易见，本发明也可使用大于0°的榫槽拉削角。
上述描述很明显，所述的轮缘结构适合于对单个叶片进行安装和拆卸、叶片与叶片之间的阻尼，以及具有延伸颈部叶片的凸缘平台密封。而且不受限制，本发明提高了高频下的疲劳寿命，与此同时，与迄今为止公知的其它涡轮盘轮缘结构相比，减轻了重量。
尽管本发明已结合具体的实施例进行描述和公开，不言而喻，对本领域的普通技术人员在形式和实施例方面可以做出各种变化，这些变化并没有偏离本发明所要求的实质精神和范围。
权利要求
1.一种燃气涡轮发动机，其涡轮包括一涡轮盘和许多从涡轮盘轮缘径向伸出，并在周向支撑涡轮盘轮缘上的叶片，和用于吸收由涡轮旋转所引起的过量振动的装置，其特征在于所述的装置包括由一受力的元件形成的阻尼器，该受力元件在它的安装位置和相对的两侧壁有一内径和外径，在每个所述的叶片颈部上形成具有一定尺寸的两个相对凹坑，以便容纳上述阻尼器外径处的侧壁；在靠近所述涡轮盘，并在靠近所述叶片颈部径向伸出一个TOBI式(切向气流喷射式)转子密封装置，并形成一空腔，所述阻尼器的内径部分被夹在该空腔内，叶片的突缘(50)朝着所述TOBI式转子密封装置轴向伸出，并覆盖着所述阻尼器的内径一部分，由此，所述阻尼器被夹在组装状态下的两相邻叶片之间，而且是可动的，以便吸收由所述涡轮旋转所产生的振动能量。
2.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于所述的阻尼器包括一前端面和后端面，在上述阻尼器的中央部位设置一轴向伸出部分，用以对该阻尼器的给定位置上增加确定的重量，以便吸收上述旋转涡轮所产生的振动能量。
3.如权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于所述的凹坑是铸造在上述叶片上的。
4.如权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其特征在于它包括在所述涡轮盘轮缘的前端面上伸出一带槽口的环形反向突缘，以便容纳着一完整环，该完整环的前端面紧压在靠近所述组装的叶片根部的前端面，完整环的后端面紧压在上述突缘，以便承受所述涡轮轴向载荷的一部分。
5.如权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其特征在于它包括从所述涡轮盘的每个突缘后端面伸出的钩形部件，从而形成一槽道，许多具有一定轮廓形状的板件安装在上述涡轮盘的突缘之间互相啮合的轮廓形状内，为了密封涡轮盘轮缘空腔的后端面，固定在上述槽道内的开口环装置，用以支撑着所述的板件，从而堵住通过所述轮缘前端面进入上述轮缘空腔内的冷却空气流。
6.一种用于燃气涡轮发动机的阻尼器和叶片的凸缘平台间密封装置的组合结构，该涡轮包括一涡轮盘和许多从涡轮盘轮缘径向伸出并周向支撑在涡轮盘轮缘上的叶片;一个用以吸收由涡轮旋转引起的过量振动的装置，其特征在于所述的装置包括由一受力元件形成的阻尼器，该受力元件在它的组装位置和相对的两侧壁处有一内径和外径，在每个上述叶片颈部上形成具有一定尺寸的相对的凹坑，用以容纳上述阻尼器在其外径部位的侧壁;还包括靠近所述涡轮盘，并靠近所述叶片颈部径向伸出TOBI式转子密封装置，形成一空腔，上述阻尼器的内径部分被约束在上述的空腔内，所述叶片上的突缘朝着所述TOBI式转子密封装置径向伸出，并覆盖着所述阻尼器的内径一部分，由此，该阻尼器被约束在其组装位置，并在两相邻叶片之间可动，以便吸收由所述涡轮旋转所产生的振动能量，并且，所述的每个叶片具有一伸过所述涡轮盘轮缘表面的凸缘平台，所述的凸缘平台间密封装置包括一较平的矩形平板件，该板件在装入两相邻平台的下面时，两个端部是弯曲的，以便将两相邻平台间形成的侧向间隙密封住，在所述平台下侧表面前，后端形成的凸块用以容纳和夹持所述的板件，所述凹坑的顶壁形成的搁板构成一空隙，以便允许上述板件滑过上述阻尼器的顶部表面。
7.如权利要求6所述的燃气涡轮发动机，其特征在于所述的阻尼器包括一前端面和后端面，在所述阻尼器上中央部位设置一轴向伸出部分，用于对该阻尼器的给定部位增加给定的重量，以便吸收上述旋转涡轮所产生的振动能量。
8.如权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于所述的凹坑是铸造在上述叶片上的。
9.如权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于它包括在所述涡轮盘轮缘的前端面上伸出的一带开口的环形反向突缘，以便容纳着一完整环，该完整环的前端面紧贴着靠近上述组装的叶片根部的前端面，完整环的后端面紧贴上述突缘，以便承受所述涡轮的轴向载荷的一部分。
10.如权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于它包括从所述涡轮盘的每个突缘后端面伸出的用以形成一槽道的钩形部分，许多具有一定轮廓的板件安装在上述涡轮盘的突缘之间的互相啮合轮廓内，以便密封涡轮盘轮缘空腔的后面，固定在上述槽道内的开口环装置，紧贴着该板件，从而堵住通过所述轮缘前端面进入上述轮缘空腔内的冷却空气流。
全文摘要
涡轮转子的阻尼是通过一个以其一端约束在两相邻叶片(10)颈部形成的凹坑(24)之间，以其另一端约束在涡轮盘(36)和转子密封装置(34)和向前伸出的叶片突缘(50)之间的空隙内的受力件(26)来实现的。这种组装件便于单个叶片拆卸，并且可以通过拆卸单个轮缘空腔盖从后面观察，不会损坏该组装件的其余零件。完整环(76)承受着轴向载荷，减轻了在此之前由TOBI式转子密封装置(34)承受的载荷，从而使结构重量减轻。
文档编号F01D5/30GK1043540SQ8910937
公开日1990年7月4日 申请日期1989年12月13日 优先权日1988年12月14日
发明者韦斯理·戴维·布朗, 爱德华·克拉伦斯·希尔, 彼得·托马斯·韦尔切洛内 申请人:联合工艺公司