涡轮机转子叶片,涡轮机转子盘,涡轮机转子以及具有不同的根部和槽的接触面角度的燃...的制作方法_3

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具有第二槽接触面的第二槽凸角和具有第三槽接触面的第三槽凸角。第一槽凸角比第二槽凸角更接近槽底部,并且第二槽凸角比第三槽凸角更接近槽底部。第一槽接触面相对于径向槽底部轴线以第一槽角成角度,该径向槽底部轴线由穿过转子轴线和槽底部的线限定,第二槽接触面相对于径向槽底部轴线以第二槽角成角度,并且第三槽接触面相对于径向槽底部轴线以第三槽角成角度。涡轮机转子盘的特征在于第一槽角比第二槽角小,并且第二槽角基本上等于第三槽角。
[0059]在转子盘的径向向外部分中,槽可被定义为狭缝或间隙。除了槽,转子盘可表现出理想化的圆柱形状。必须强调的是,该槽包括在转子盘的径向向外部分的“空的空间”和邻近该“空的空间”的转子盘的表面部分。
[0060]槽凸角的定义类似于根部凸角的定义。槽凸角由贝以下假想线段所包围的假想区域限定:(a)在径向向内局部槽距离最小值和径向向外局部槽距离最小值之间的表面部分,由此槽距离由槽的表面部分和径向根部底部轴线的轴线部分之间的槽距离线段的长度限定,局部槽距离最小值表示槽距离的局部最小值,并且径向向内局部槽距离最小值表示更靠近转子轴,即与另一局部槽距离最小值相比径向更向内的局部槽距离最小值,径向向内局部槽距离最小值和径向向外局部槽距离最小值是两个相邻的局部槽距离最小值,(b)径向向内局部槽距离最小值的槽距离线段,(C)径向向外局部槽距离最小值的槽距离线段,和最后(d)投影槽凸角线段,其是径向向内局部槽距离最小值和径向向外局部槽距离最小值之间的表面部分到径向槽底部轴线的投影。槽线段和槽距离线段分别垂直于径向槽底部轴线。换句话说,槽凸角是槽侧部的表面的两个相邻凹口之间的区域。
[0061]如果槽底部是点,则槽底部和径向向内局部槽距离最小值对于最内槽凸角重合。如果槽底部是线段,即在槽底部的凸盘表面部,它被定义为:对于最内槽凸角,其部分地限定最内槽凸角的表面部分由径向向外局部槽距离最小值,以及径向槽底部轴线和槽底部的交点限制。
[0062]很显然,由于表面粗糙度、微裂纹等,在微观尺度上槽侧部具有多个“微观局部最小值”。但是,当限定槽凸角的限制时,没有微观局部最小值,而只是在宏观尺度上局部最小值应被考虑。
[0063]因此,通过将本发明的构思应用到转子盘内的槽,该槽被类似于叶片中的枞树形根部设计。本发明的同样概念适于:通过考虑某些边界条件选择槽角度,在槽接触面上的应力分布可以被优化,并且因此槽接触面的损坏和/或破裂风险可以被最小化。
[0064]在一个优选的实施例中,槽包括另一槽侧部,该另一槽侧部包括多个另外的槽凸角,并且充当第一槽侧部的槽侧部和充当第二槽侧部的另一槽侧部-彼此周向相对。
[0065]具有与带多个槽凸角的槽侧部周向相对的带多个另外的槽凸角的另一槽侧部的第一个优点是一方面叶片和转子盘之间的接合的增加的稳定性。第二个优点是跨数量增加的槽接触面的应力和机械负载的潜在更好的分布。
[0066]另一个优选实施例包括第一槽形状,其是第二槽形状在径向槽底部轴线翻转的复制。
[0067]类似于根部凸角的镜像对称,镜像对称的槽凸角对也具有重要的优点。此时,每个槽凸角均呈现槽凸角形状,并且第一槽形状是由槽凸角的槽凸角形状构成,而第二槽形状是由另外的槽凸角的槽凸角形状构成。
[0068]再次,优点例如产生于制造该槽的成本降低。
[0069]在进一步的实施例中,第一槽凸角的最大槽距离比第二槽凸角的最大槽距离更小,和/或第二槽凸角的最大槽距离比第三槽凸角的最大槽距离更小。
[0070]这种槽凸角组件具有整个机械负载以优化的方式跨不同的槽凸角分布的优点。[0071 ] 在一个优选实施例中,燃气涡轮发动机包括转子盘。具体地,转子盘可以是燃气涡轮发动机的压缩机部和/或涡轮部的一部分。
[0072]应当强调,针对叶片的根部所描述的细节、优点和结构变形一般也对转子盘的槽有效,反之亦然。
[0073]本发明的另一方面涉及涡轮机转子,其包括涡轮机转子叶片和涡轮机转子盘。叶片的根部和转子盘的槽分别呈现相互对应的根部形状和槽形状。两者的形状可以是几乎相同的。另选地,两个形状也可以在某些方面故意地彼此偏离。尤其是,在涡轮机转子的运转过程中,根部和槽的相应接触面紧密接触,而相应的剩余表面部分在它们之间展示至少部分的间隙,可能是有益的。从而,例如由于不同的热膨胀系数或由于根部和槽的不同温度,根部和槽的不同热膨胀能够得到补偿。
[0074]在一个优选实施例中,根部凸角的接触面和槽凸角的接触面之间的物理接触在涡轮机转子的运行过程中被建立。
[0075]在空闲状态,即当涡轮机转子静止不动且没有径向力-即离心力-被施加在诸如根部和槽之类的部件上时,根部凸角的接触面和槽凸角的接触面之间的间隙可以存在。当涡轮机转子开始旋转时,离心力径向向外朝向槽接触面推动或按压具有包括其根部凸角的其根部的叶片。凸角经受的离心力的大小,除其他因素外,取决于凸角的形状,特别是接触面的角度。当接触面角度与等于相邻凸角的接触面角度的接触面角度相比减小时,施加在径向最内凸角上的离心力的大小被降低。
[0076]本发明的最后方面涉及一种燃气涡轮发动机,其包括具有上述特征的涡轮机转子。燃气涡轮发动机可以例如在航空、载客车辆、船舶中被用作机械驱动器,并与发电机连接。
[0077]本发明涉及将旨在绕轴线旋转的部件安装到承载安装的部件的部件上。这适用于例如蒸汽轮机或燃气轮机的转子叶片。本发明原则上也可以用于其他旋转机械,例如电机或压缩机。此外,本发明的叶片根部也可用于安装非旋转定子叶片,即使关于离心力的问题对于非旋转装置不存在。
[0078]本发明的上述限定的方面和进一步的各方面从在下文将要描述的实施例的示例中是显而易见的,并将参照实施例的示例进行解释。
【附图说明】
[0079]现在仅通过示例参照附图描述本发明的实施例,附图中:
[0080]图1:以透视图示出了现有技术的转子盘的一部分;
[0081]图2:以透视图示出了现有技术的叶片;
[0082]图3:以剖面图分别示出了枞树形根部和枞树形槽的部件,其着重示出了相对于径向根部和槽底部轴线的接触面角度;
[0083]图4:以剖面图分别示出了枞树形根部和枞树形槽的部件,其着重示出了根和槽的距离。
[0084]附图中的图示是示意性的。应该注意的是,对于在不同的附图中的相似或相同的元件,将使用相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0085]参照图1,两种现有技术的转子盘,转子盘11和另一转子盘11’的部分在透视图中被示出。在盘11的径向外部区域,多个槽12被示出。每个枞树形槽均被设计为使得枞树形根部(未示出)装配到其中。
[0086]图2示出了现有技术的叶片20,其包括翼面21、平台22和根部23。应当重复的是,附图不是按比例的:具体地,翼面21在其它示例性实施例中可以实质上更大。根部23包括根部底部24、第一根部凸角25、第二根部凸角26和第三根部凸角27。每个根部凸角25,26,27均包括在其表面部分的接触面。第一根部25包括第一根部接触面251,第二根部26包括第二根部接触面261,并且第三根部27包括第三根部接触面271。
[0087]图3描绘了根部23和槽12的部分。此时,在垂直于转子轴线31的平面中的剖面图被示出。根部23包括根部底部36并展示出径向根部底部轴线32,与转子轴线31和根部底部36相交。根部23也包括具有约45°的第一根角331的第一根部接触面33,具有约55°的第二根角341的第二根部接触面34和具有约55°的第三根角351的第三根部接触面35。给定根角331,341,351是示例性的,仅适用于所描述的示例性实施例。
[0088]槽12包括具有约45°的第一槽角331’的第一槽接触面33’,具有约55°的第二槽角341’的第二槽接触面34’,和具有约55°的第三槽角351’的第三槽接触面35’。在图3的示例性实施例中,根部23和槽12分别包括相同的根角331,341,351和槽角331’,341’,351’。这一事实以及给定的槽角
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