专利名称：轴流式压缩机的减轻转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及涡轮机领域中由转鼓和机械固定在转鼓上的叶片组成的压缩机转子。
背景技术：
轴流式压缩机是本领域公知的并且特别是被使用在涡轮机中。这些低压或高压压缩机包括多级又被称为转子叶片的转动叶片，这些叶片级通过旨在于将从前一级中流出的流体向下一级输送之前重新调整该流体的速度向量的整流器级分隔开。整流器级基本由固定叶片构成，固定叶片又被称为定子叶片，其将外环连接至内环，这两个环全都是同心的并且界定气动射流段(veine aerodynamique)或空气流动区域。转子叶片级与转鼓相连接。一般性地，压缩机的转鼓是相对于对应涡轮机轴线的其转轴呈回转对称的中空主体。根据流动形式，中空主体具有椭圆形或尖拱形的总体形状。现今，转鼓和转子叶片通常以钛合金(TA6V)制成，并且转鼓包括周沿隔室，叶片的支脚通过锁闭系统被固定在周沿隔室中。这种结构在文献EP1111M6B1的图1上示出。然而传统的隔室结构具有多种弊端，其中可列举如下-为避免隔室的打开和因此保证叶片保持和支脚稳定在隔室内，这些隔室需要属于转鼓的厚重区域；-容置在这些隔室中的叶片支脚也是厚重的(为叶片质量的40%到50%)；因此产生较大的离心质量，从而引发转鼓中更大的应力；-隔室的存在会在引入槽的边缘引起应力集中。因此使得传统的隔室设计需要大量材料，而其中仅有较少一部分材料对于机械强度是“有用的”；-叶片的支脚具有在隔室内的定位的范围，这尤其产生消耗轴向和径向游隙的摆动现象(英语术语rocking)。文献GB1，163，752提出在轴流式机的转子中与隔室的连接系统的一种可选择的解决方案。叶片包括导叶，导叶配有螺纹构件，螺纹构件嵌接在转子轮毂中，以允许叶片固定于轮毂。
发明内容
本发明旨在提供一种允许消除现有技术的所述弊端的解决方案。本发明更为特别地旨在提供一种新型的转鼓结构和一种新颖的使叶片与转鼓相连接的连接系统。本发明的目的还在于提供消除其隔室的转鼓，和因此旨在提供一种新型的转子构造，从而允许减小对径向和轴向游隙的消耗。本发明的目的还在于实施一种新型的转子结构，其允许优化不同元件(转鼓、叶片)的材料的选择和因此允许非常显著地减轻重量。本发明涉及用于轴流式涡轮机的压缩机的转鼓的转子级，其包括一列各个配有一缘板的转子叶片、和壁，所述壁总体上相对于涡轮机转轴回转对称并形成中空主体，所述壁包括隔板(voile)和支撑区域，支撑区域在朝向中空主体外部的方向上相对于隔板抬高， 所述支撑区域包括一中心部分和一些侧壁，这些侧壁将该中心部分与转鼓隔板相连接，每个所述叶片的所述缘板通过一个或多个固定元件与所述中心部分装配在一起。根据本发明的一些特别实施方式，转子级包括至少一个以下特征或以下特征的适当组合-中心部分在中空主体外的其表面上配有槽座，槽座用于接纳每个所述转子叶片的缘板；-所述缘板覆盖整个中心部分；-所述缘板包括至少一个固定元件和/或包括至少一个孔口，孔口允许固定元件的通过；-中心部分在中空主体内的其表面上包括也称为部件(secteur)的附加构件的安置区；-中心部分和部件包括各允许固定元件通过的至少一个孔口；-中心部分与侧壁通过圆形边缘相连接，圆形边缘的顶部界定气动射流段，并且侧壁通过圆形段部与转鼓的隔板相连接；-侧壁相对于垂直于转轴的垂线倾斜；-安置区布置在向支撑区域内部凸出的凸出部分上；-部件和安置区是平坦的；-中心部分的槽座是平坦的并与叶片缘板的平表面相互配合；-缘板的形状与中心部分的形状相互补；-固定元件是螺栓紧固件、锁紧螺栓或铆钉；-每个螺栓紧固件的杆或者每个锁紧螺栓或铆钉的杆是转子叶片的缘板的整体组成部分；-部件将夹置在中心部分和螺栓紧固件的螺母之间或夹置在中心部分和锁紧螺栓的挡圈之间或夹置在中心部分和铆钉的变形部分之间；-转子叶片以MMC铝基复合材料制成，MMC指MetalMatrix Composite即金属基复合材料，或者转子叶片以钛合金制成，并且转鼓以金属材料或以有机基质复合材料制成。本发明还涉及包括至少一个如上所述的转子级的用于轴流式涡轮机的压缩机的转鼓。
图1表示与根据本发明的第一优选实施方式的轴流式压缩机的转鼓(灰色形廓) 的局部剖视图相叠置的轴流式压缩机的转鼓的传统结构的局部剖视图。图2表示装配螺母和根据本发明的转子叶片的一优选变型的三维视图。图3表示图2的转子叶片在根据本发明的第一优选实施方式的转鼓上的固定的侧视图。图例1.根据现有技术的转鼓
2.根据本发明的转鼓
3.转鼓的壁
4.根据现有技术的转鼓的隔室
5.支撑区域
6.密封元件
7.支撑区域的侧壁
8.连接支撑区域的侧壁的中心部分
9.转子叶片
10中心部分中的凹陷部分
11围绕凹陷部分的圆形边缘
12固定缘板
13界定气动射流段的线
14凸出部分
15附加构件，也称为部件
16部件的安置区
17叶片的导叶
18螺杆
19螺母
具体实施例方式在图1上叠置有根据现有技术的压缩机的转鼓1和根据本发明的压缩机的转鼓 2(以灰色表示)的相应的两个局部(上半部)轴向剖视图。在示例中，各转鼓用于固定三级转子叶片(未显示)。转鼓1、2包括壁3，壁3通常呈围绕转轴的转动对称性，壁3因而形成椭圆形或尖拱形的中空主体。壁3包括确定转鼓的总体形状的隔板。根据传统结构，壁3此外包括用于接纳转子叶片的支脚的隔室4。根据本发明，壁3包括支撑区域5，用以替代隔室4。通常，转鼓1、2还包括密封元件(I6chette)6，密封元件布置在转子叶片级之间并且用于相对内环的可磨损件(abradable)(未显示)定位。根据本发明和如图3局部地表示的转子结构产生自四个主要元件的装配，下文中将描述这四个主要元件-转鼓的壁3，其包括支撑区域5，-转子叶片9，每个转子叶片包括一个固定于支撑区域5的缘板12，-固定元件，其保证缘板12和支撑区域5之间的固定，-和构件15，也被称为部件，其保证在对固定元件施加力时对力的承接。在图1和图3上可见的壁3的支撑区域5包括两侧壁7和一中心部分8，中心部分将两侧壁7相连接和用于被固定至转子叶片9。因此，支撑区域5形成向中空主体内部开放并相对于形成隔板的相邻壁3抬高的环形空腔。根据本发明，支撑区域5的侧壁7优选相对于垂直于转轴的垂线(径向方向)倾斜并且通过圆形段部与隔板相连接。根据本发明的第一优选实施方式，中心部分8在中空主体外的其表面上包括凹陷部分10和圆形边缘11，圆形边缘将凹陷部分连接于侧壁7。如在下文中将描述的，凹陷部分10用作转子叶片9的缘板12的槽座，并且优选地设有平底。围绕凹陷部分10的圆形边缘11位于界定气动射流段的线13的高度上(参见图1)。在其内表面上，即在与中空主体相对的其表面上，中心部分8同样包括将该中心部分与侧壁7相连接的圆形边缘、和凸出部分14，凸出部分朝向由支撑区域5形成的环形空腔的内部。根据本发明的该第一实施方式， 凸出部分14的形状可基本对应于凹陷部分10的形状。优选地，凸出部分14包括也被称为部件的附加构件15的安置区16。依旧优选地，安置区16和部件15是平坦的。根据本发明的第二实施方式(未显示)，中心部分8未设有槽座并且叶片的缘板覆盖整个中心部分。根据该实施方式，中心部分的内表面可包括凸出部分或者未设有凸出部分。优选地，中心部分的内表面配有所述部件的安置区。仍优选地，安置区是平坦的并且与同样地是平坦的部件相配合。根据本发明的该第二实施方式，中心部分可在其外表面和内表面上包括将所述中心部分与侧壁相连接的圆形边缘。根据本发明的第一和第二实施方式，穿过中心部分8的厚度设置有一个或多个孔口，用以允许将每个缘板12固定于中心部分8。根据本发明的第一实施方式，穿过中心部分 8的凹陷部分10的厚度设置所述的一个或多个孔口。根据本发明的转子叶片9包括导叶17和固定缘板12，固定缘板位于基本垂直于导叶平面的平面中。根据本发明的第一实施方式，叶片的缘板及导叶的尺寸使得缘板12被容置在凹陷部分10中，而叶片导叶的支脚部分地靠置于围绕槽座的圆形边缘11上(参见图2和幻。优选地，缘板12包括与凹陷部分10的平底相配合的平表面。不过缘板可具有其它的形状，并且插置在形状互补的槽座中。根据本发明的第二实施方式，缘板覆盖整个中心部分并且优选地，缘板的形状与中心部分的形状相互补。为保证缘板12在支撑区域5上的固定，不同的变型是可能的。根据一优选的变型，缘板12配有用于分别地被插置在穿过中心部分8厚度设置的所述一个或多个孔口中的一个或多个杆，其允许通过一个或多个螺栓紧固件、一个或多个锁紧螺栓或者一个或多个铆钉将支撑区域5固定在叶片的缘板12上。优选地和如图2及图3所示的，缘板12在其中心包括螺杆18，并且通过螺栓紧固件被连接到支撑区域5。根据另一变型，缘板12包括用于以后分别地接纳一个或多个固定元件(未显示)的一个或多个孔口。依旧根据另一变型，缘板包括一个或多个孔口和一个或多个杆(未显示)。如上所述并且优选地，中心部分8的内表面包括也被称为部件的附加构件15的安置区16。该构件配有用于与穿过中心部分厚度设置的所述的一个或多个孔口相对布置的一个或多个孔口。所述部件允许在对所述固定元件施加装配应力时不损坏支撑区域的中心部分。在图3的示例中，当将螺母19拧紧在螺杆18上时部件15用于承接压缩应力。在锁紧螺栓的情形中，所述部件布置在螺杆和锁紧螺栓的挡圈之间，在铆钉的情形中，所述部件布置在螺杆和铆钉的变形部分之间。根据本发明，转子叶片例如以钛合金(TA6V)或MMC (用于指Metal Matrix Composite即金属基复合材料)铝基复合材料制成。根据本发明的转鼓以有机基质复合材料或以例如常规的钛合金(TA6V)的金属材料制成。本发明的优点根据本发明的转子由于其结构而更轻，从而允许减轻叶片支脚的质量和消除隔室。这种新型的结构此外允许引入本来与传统设计不相兼容的新材料(复合材料制的转鼓、MMC铝基复合材料制的叶片)，并且因此允许更为显著的质量减轻。转鼓的形廓允许使转鼓隔板最靠近内部射流段，因此如上所述使叶片质量减轻到最低程度，所述质量是转鼓因而不需要再支撑的质量。转鼓的形廓此外允许释出用于定子叶片的支脚和内环的空间。该连接系统允许在包括低转速运行甚至停机的各种运行情形中保证叶片定位，这与传统的设计相反，在传统的设计中，叶片具有定位范围，从而尤其产生消耗轴向和径向游隙的摆动现象(rocking)。叶片摆动的消除和因此轴向游隙的消耗的减小允许改善增压机的紧凑性和因此改善马达的总质量。由于部分质量体的消失，根据本发明的结构也允许减小径向游隙的消耗，这些部分质量体是在带隔室的传统结构中使用并引起转鼓椭圆化的锁销和锁销平衡块。转子椭圆化的减小允许通过径向游隙的减小以及在同一级上径向游隙变化的减小来改善气动性能。根据本发明的结构还允许通过更易于实施和稳定的叶片固定来方便装配和游隙的控制。根据本发明的结构还允许提高系统本身的频率，这限制有害的振动现象的风险 (转鼓模式、转子-定子相互作用)。对于压缩机转子的转鼓使用复合材料允许优化纤维的朝向，以最大化周向刚度。 因而带来寿命性能的增加以及径向游隙消耗的减小(借助于刚度的最大化，比金属材料而言，转鼓的隆胀更小)。用于转鼓的复合材料的使用此外允许最小化转鼓的转动质量，和因此减少对于转鼓所必需的材料(厚度)的数量。用于转鼓的复合材料的使用还允许借助于材料需求的极大减少来降低制造成本， 在出自大锻件并与复合材料构件相反地需要大量机加工的钛制转鼓的情形中，所购买的材料/构件的质量比是特别不利的。装配的简易性还允许减少装配和控制的时间。最后，根据本发明的结构还提供这样的可能性借助于低压转子的减轻，来减轻鼓风机系统和主要地鼓风机盘，这是由于源自转鼓的对其力的减小。
权利要求
1.用于轴流式涡轮机的压缩机的转鼓( 的转子级，其包括一列各配有一缘板(12)的转子叶片(9)、和总体上相对于涡轮机转轴回转对称并形成中空主体的壁(3)，所述壁(3) 包括隔板和支撑区域(5)，所述支撑区域在朝所述中空主体的外部的方向上相对于所述隔板抬高，所述支撑区域(5)包括中心部分⑶和侧壁(7)，所述侧壁将所述中心部分⑶连接至所述转鼓的隔板，每个所述转子叶片(9)的所述缘板(1 通过一个或多个固定元件与所述中心部分(8)装配在一起。
2.根据权利要求1所述的转子级，其特征在于，所述中心部分(8)在所述中空主体外的其外表面上配有槽座，所述槽座用于接纳每个所述转子叶片(9)的缘板(12)。
3.根据权利要求1所述的转子级，其特征在于，所述缘板(1 覆盖整个中心部分(8)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的转子级，其特征在于，所述缘板(1 包括至少一个固定元件和/或包括允许所述固定元件通过的至少一个孔口。
5.根据前述权利要求中任一项所述的转子级，其特征在于，所述中心部分(8)在所述中空主体内的其内表面上包括也称为部件的附加构件(15)的安置区(16)。
6.根据权利要求5所述的转子级，其特征在于，所述中心部分(8)和所述部件(15)包括至少一个各允许所述固定元件通过的孔口。
7.根据前述权利要求中任一项所述的转子级，其特征在于，所述中心部分(8)通过圆形边缘(11)连接于所述侧壁(7)，所述圆形边缘(11)的顶部界定气动射流段且，所述侧壁(7)通过圆形段部与所述转鼓O)的隔板相连接。
8.根据前述权利要求中任一项所述的转子级，其特征在于，所述侧壁(7)相对于垂直于所述转轴的垂线倾斜。
9.根据权利要求5所述的转子级，其特征在于，所述安置区(16)布置在向所述支撑区域(5)的内部凸出的凸出部分(14)上。
10.根据权利要求5所述的转子级，其特征在于，所述部件(15)和所述安置区(16)是平坦的。
11.根据权利要求2所述的转子级，其特征在于，所述中心部分(8)的槽座是平坦的并与所述转子叶片的缘板(1 的平表面相配合。
12.根据权利要求3所述的转子级，其特征在于，所述缘板(1 的形状与所述中心部分 (8)的形状相互补。
13.根据前述权利要求中任一项所述的转子级，其特征在于，所述固定元件是螺栓紧固件、锁紧螺栓或铆钉。
14.根据权利要求13所述的转子级，其特征在于，每个螺栓紧固件或每个锁紧螺栓或铆钉的杆是所述转子叶片的缘板(1 的整体组成部分。
15.根据权利要求13所述的转子级，其特征在于，所述部件(1 夹置在所述中心部分 (8)和所述螺栓紧固件的螺母(19)之间或夹置在所述中心部分(8)和所述锁紧螺栓的挡圈之间或夹置在所述中心部分(8)和所述铆钉的变形部分之间。
16.根据前述权利要求中任一项所述的转子级，其特征在于，所述转子叶片(9)以MMC 铝基复合材料制成，或以钛合金制成，其中MMC指Metal Matrix Composite即金属基复合材料；并且，所述转鼓O)以金属材料或以有机基质复合材料制成。
17.用于轴流式涡轮机的压缩机的转鼓，其包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的转子级。
全文摘要
轴流式涡轮机的减轻转子本发明涉及用于轴流式涡轮机的压缩机的转鼓(2)的转子级，其包括一列各配有一缘板(12)的转子叶片(9)、和总体相对于涡轮机转轴回转对称并形成中空主体的壁(3)，所述壁(3)包括隔板和支撑区域(5)，所述支撑区域在朝所述中空主体的外部的方向上相对于所述隔板抬高，所述支撑区域(5)包括中心部分(8)和侧壁(7)，所述侧壁将所述中心部分(8)连接至所述转鼓的隔板，每个所述转子叶片(9)的所述缘板(12)通过一个或多个固定元件与所述中心部分(8)装配在一起。
文档编号F04D29/32GK102297158SQ201110170449
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者X·韦里 申请人:高科技空间航空股份有限公司