技术领域
[0001] 本
发明涉及用于
转子叶片的保持系统及方法，且更特定而言，涉及用于安装于转子盘中的周向凹槽中的转子叶片的低
应力附连构造。
背景技术
[0002] 常规燃气
涡轮机包括带有安装到其鼓
风机段、
压缩机段及涡轮段中的转子盘上的各种转子叶片的转子。各个叶片包括
翼型部和在翼型部根部的平台，加压空气流过翼型部，且平台限定了空气流的径向内部边界。叶片通常是可移除的，且因此包括合适的
燕尾榫，燕尾榫构造成以便接合转子盘周边中的互补的燕尾
榫槽。燕尾榫可或者为轴向进入燕尾榫或者为周向进入燕尾榫，其接合形成于盘周边中的相对应的轴向或周向槽。典型燕尾榫包括具有最小截面积的、自叶片平台底部沿径向向内延伸的颈部。颈部向外发散成一对相对的燕尾榫凸
角。
[0003] 例如在图1中示出了常规燃气
涡轮机的构件，其中转子12包括与涡轮机的中心
线轴线18同轴地设置的多个转子盘20。多个沿周向间隔开的转子叶片22可移除地固定到该盘上且自该盘沿径向向
外延伸。各个叶片22具有纵向中心线轴线24且包括翼型段26，翼型段26具有前缘26a和
后缘26b(在经过叶片22的空气流的方向上)。各个叶片22具有平台28和一体式燕尾榫30，平台28提供经过翼型部26的空气流的径向内部边界的一部分，一体式燕尾榫30自平台28沿径向向内延伸且构造成用于沿轴向进入到在转子盘20中限定于相对应的盘柱之间的沿周向间隔开且沿轴向延伸的燕尾榫槽内。轴向槽和盘柱基本上延伸盘的轴向前面与后面之间的该盘的整个轴向厚度。
[0004] 对于周向燕尾榫，单个燕尾榫槽形成于前连续周向柱或“箍”与后连续周向柱或“箍”之间，且绕盘的整个周边沿周向延伸。这种类型的构造的一个实例在美国
专利No.6,033,185中示出。周向槽可在一个
位置处局部地扩大，以允许单独的周向燕尾榫最初插入于其中且然后沿着燕尾榫槽沿周向重新
定位，直到整个槽装填了整排的叶片。在一种备选的常规构造中，周向槽设有沿周向间隔开的负载
锁定槽，如本
申请的图2中所描绘。参看图2，转子盘20具有限定于连续箍20、22之间的连续周向槽18。提供加载槽14，以用于最初插入单独的转子叶片燕尾榫且旋转该单独的转子叶片燕尾榫。提供锁定槽16，以用于插入 锁以将叶片保持在槽18中。
[0005] 在周向燕尾榫槽中，前箍与后箍包括互补的凸角，该凸角与燕尾榫凸角合作，以在涡轮机运行期间克服
离心力在径向上保持单独的叶片。各个燕尾榫凸角包括沿径向朝外的外部压力表面或面，其接合相应盘柱的相对应的沿径向朝内的压力表面或面。由叶片在旋转期间所产生的离心负载自燕尾榫凸角沿径向向外传递且在相接合的外部(燕尾榫凸角)压力面和内部(盘柱)压力面处传递到相应的盘柱上。
[0006] 对于叶片燕尾榫，在颈部处经历最大离心应力，必须通过设计来限制该应力以确保叶片寿命。典型的压缩机叶片针对无限寿命来设计，这需要合适地较大的燕尾榫和颈部，以便保持离心应力合适地低于叶片材料的强度极限。对于转子盘，主要在燕尾榫箍处经历由叶片的离心负载和轴向负载赋予的最大应力。如本领域中普遍认可的，关于负载锁定槽构造的箍应力比关于连续槽构造的箍应力更有限制性，因为锁定和加载槽形成易受机械和
热应力以及疲劳影响的不连续。
[0007] 用于减小燕尾榫构造中的应力的各种提议的实例可见例如在上文所引用的美国专利No.6,033,185；美国专利No.5,310,318；美国专利No.5,100,292；美国专利No.5,271,718；美国专利No.5,584,658；美国专利No.4,451,203；以及美国专利申请公开2007／0014667。
[0008] 该技术不断地寻求这样的改进的燕尾榫设计：该设计会减小应力且延长转子构件的使用寿命，特别是当燃气涡轮机的大小和对燃气涡轮机所提出的需求以及所产生的应力增长时。
发明内容
[0009] 本发明提供了一种独特的燕尾榫保持系统，认为该保持系统显著地减小了连续的周向进入槽构造中的燕尾榫颈部和槽箍处的应力。本发明的额外方面和优点可在下文的描述中部分地阐述，或可通过描述显而易见，或者可通过实践本发明而习得。 [0010] 提供了一种用于周向进入转子燕尾榫的保持系统，其中转子具有转子盘，转子盘具有前箍与后箍，前箍与后箍限定了连续的沿周向延伸的燕尾榫槽。箍中的各个在燕尾榫槽内限定了径向向内压力面。多个转子叶片安装于转子盘上，且各个转子叶片具有平台和自平台延伸的燕尾榫。燕尾榫具有颈部和一对相对地定向的凸角，其中各个凸角限定了向外压力面。燕尾榫可滑动到燕尾榫槽内且沿着燕尾榫槽滑动，使得多个转子叶片在燕尾榫槽内绕转子盘沿周向间隔开。具有独特截面形状和弧长的多个轨节段滑动到燕尾榫凸角与箍之间的燕尾榫槽中的通道中。各个轨节段限定第一压力面和第二压力面，第一压力面接靠在燕尾榫凸角的相应的向外压力面上，且第二压力面接靠在箍向内压力面上。可提供至少一对锁定轨节 段，且各个锁定轨节段具有比其它的轨节段更小的截面形状，以便装配到燕尾榫槽通道内，但仍提供用于随后将最后一个燕尾榫沿径向插入到锁定轨节段之间的槽内的入口(access)。锁定机构构造成以便将锁定轨节段沿径向向外拉到与燕尾榫凸角的向外压力面和箍的向内压力面接合。
[0011] 本发明还涵盖与转子盘分开的燕尾榫保持系统，该系统构造成以便将周向进入转子燕尾榫保持于转子中，转子具有转子盘，转子盘带有前箍与后箍，前箍与后箍限定了连续的沿周向延伸的燕尾榫槽。燕尾榫保持系统包括多个转子叶片，转子叶片中的各个具有平台和自该平台延伸的燕尾榫。燕尾榫具有颈部和一对相对地定向的凸角，其中凸角中的各个限定向外压力面。燕尾榫构造成以便沿周向滑动到转子盘中的燕尾榫槽内且沿着该燕尾榫槽滑动，使得该多个转子叶片在燕尾榫槽内绕着转子盘沿周向间隔开。该系统包括多个轨节段，其中轨节段中的各个具有一定的截面形状和弧长，使得一对轨节段沿周向滑动到燕尾榫凸角与转子盘箍之间的燕尾榫槽中的通道中。所述轨节段中的各个限定第一压力面和第二压力面，第一压力面接靠在凸角向外压力面上，且第二压力面构造成以便接靠在向内箍压力面上。
[0012] 本发明还包括用于将周向进入转子燕尾榫保持在限定于转子盘箍的径向向内面之间的沿周向延伸的燕尾榫槽中的独特方法，其中燕尾榫自转子叶片平台延伸且具有颈部和一对相对地定向的凸角。在特定
实施例中，该方法包括将燕尾榫沿径向插入到燕尾榫槽内且然后使轨节段沿周向滑动到限定于燕尾榫凸角与箍向内面之间的燕尾榫槽中的通道内。轨节段接合凸角的向外压力面和箍的向内压力面，以将转子叶片的离心负载传递并分配到转子盘。该方法还可包括在将燕尾榫中的最后一个沿径向插入到燕尾榫槽内之前使锁定轨节段滑动到通道中，且之后在通道内沿径向向外拉锁定轨节段，以便接合凸角的向外压力面与箍的向内压力面。这个拉的过程可例如通过经由转子叶片平台中的入口开口接合为各个锁定轨节段提供的锁定机构来实现。
附图说明
[0013] 在结合附图得到的以下详细描述中更特定地描述了根据优选和示范性实施例的本发明以及其另外的方面和优点，在附图中：
[0014] 图1是常规燃气涡轮机构造的构件的局部截面图；
[0015] 图2是用于周向进入转子叶片的常规转子盘构造的局部截面图； [0016] 图3是根据本发明的方面用于周向进入转子叶片的燕尾榫保持系统的一个实施例的截面图；
[0017] 图4是图3的实施例的截面图，其示出在燕尾榫槽通道中的轨节段和保持轨节段；
[0018] 图5是示出了锁定轨节段的一个实施例的截面透视图；
[0019] 图6是图5的实施例的备选截面透视图；
[0020] 图7是图3中所示的实施例的端部透视图；
[0021] 图8是图3所示的实施例的顶部透视图，特别地示出在转子叶片平台中通向锁定机构的入口开口；
[0022] 图9是特别地示出扇贝状燕尾榫底部和燕尾榫凹口的侧截面图；以及 [0023] 图10是示出扇贝状燕尾榫底部和燕尾榫凹口的端视图。
[0024] 部件列表：
[0025]。
具体实施方式
[0026] 现在对本发明的特定实施例进行参照，在附图中示出了其一个或多个实例。各个实施例以阐述本发明的方面的方式给出，且不应认为是对本发明的限制。举例而言，关于一个实施例所图示或描述的特征可用于另一实施例，以得到其它的另外的实施例。预期本发明包括对本文所述的实施例做出的这些和其它
修改或变型。
[0027] 参看图5和图6的透视图，图3和图4的图解视图，多个沿周向邻接的转子叶片114可移除地安装于在转子100的转子盘104中限定的燕尾榫槽110中。各个叶片114包括翼型段115，在燃气涡轮机运行期间，空气被导送经过该翼型段115。平台116一体地结合到翼型部115的根部且限定了用于移动经过转子叶片114的空气的径向内部流动路径边界。
[0028] 各个叶片114包括周向进入燕尾榫118，其一体地结合到平台116的底部且从那里沿径向向内延伸。各个燕尾榫118包括颈部120和一对燕尾榫凸角122。如在图3和图4中特别地示出的，在一个实施例中，燕尾榫118相对于穿过该燕尾榫118的径向(相对于转子的旋
转轴线)轴线具有对称截面轮廓。
[0029] 如在图3和图4中特别地示出，形成于转子盘104中的燕尾榫槽110由沿周向连续的前环或“箍”106和沿周向连续的后箍108限定。这些箍106、108在它们之间限定燕尾榫槽110。箍106、108中的各个限定向内压力面112和相应的通道132，相应的通道132进一步限定凸角凹口134。在图示的实施例中，燕尾榫槽110相对于径向中心线轴线具有对称的截面轮廓。
[0030] 转子燕尾榫118的凸角122中的各个限定向外压力面124，向外压力面124朝向相应的箍106或108的向内压力面112定向，如在图3和图4中特别地示出。
[0031] 在图示实施例中，燕尾榫槽110在底部或径向最内部的点处包括凸脊156。燕尾榫118包括燕尾榫底部150，燕尾榫底部150接靠在凸脊156的表面上。
[0032] 如关于周向进入燕尾榫通常理解的那样，多个转子叶片114插入于沿周向延伸的燕尾榫槽110内，并且绕着槽滑动，直到多个转子叶片114绕转子的周边成邻靠关系，如由图6的局部截面图特别地示出。
[0033] 大体上参看图3至图6，多个轨节段126在燕尾榫118的相对侧上沿着通道132插入于燕尾榫槽110内且在燕尾榫槽110内沿周向移动。这些保持轨节段126可沿着通道132具有大体上对应于凸角凹口134的截面轮廓，以便确定地承座于通道132内。举例而言，在图示实施例中，轨节段136具有弓形凸角表面125，其形状和尺寸大体上对应于限定凸角凹口134的弓形表面135。这种轮廓确保轨节段126在燕尾榫槽110内适当地定向及牢固地定位。
[0034] 在图4中以虚线示出了保持轨节段126。在图10中进一步示出了轨节段126。轨节段126包括第一压力面128，第一压力面128接靠在相对应的箍106、108的向内压力面112上。轨节段126包括第二压力面130，第二压力面130接靠在相应的凸角122的向外压力面124上。以此方式，在转子运行中由燕尾榫118产生的离心力自燕尾榫凸角122传递通过压力面124和130的交接处，通过轨节段126且经由压力面128和112的交接处而到达箍106、108中。
[0035] 如在图4和图10的实施例中所示，保持轨节段126可包括弓形径向向内表面123，该表面具有以便大体上绕燕尾榫118的凸角122包裹的形状和尺寸。
[0036] 轨节段126的数目和弧长将取决于转子周长、转子叶片数目和任何其它多个设计变量而不同。一般而言，轨节段126将具有以便跨越至少两个相邻的转子叶片114的弧长，如例如在图6的透视图中所示。
[0037] 应了解，在附图中所示的保持轨节段126和相对应的通道132及相关联的凸角凹口134的形状和构造并不限制本发明。在本发明的范围和精神内，这些构件的形状和构造可有很大变化。
[0038] 一旦整个燕尾榫槽110装填了整个周向排的转子叶片114，且相应的保持轨节段126已在燕尾榫槽110的周边周围定位于前与后通道132内，则在沿径向插入燕尾榫118中的最后一些之前，将锁定轨节段136沿径向放置于燕尾榫槽110内。以图4的实线和图7的透视图示出了锁定轨节段136的一个实施例。这些锁定轨节段136具有减小的大小和构造，使得它们最初装配到通道132的凸角凹口134内且在它们之间留有充分的间距，以用于其余燕尾榫118的径向插入。锁定轨节段限定第一压力面138和第二压力面140，第一压力面138接靠在相应的凸角122的向外压力面124上，第二压力面140接靠在相应的箍106、
108的向内压力面112上。锁定轨节段136可具有相同或不同的弧长，且合乎需要地沿着至少两个相邻的转子叶片延伸。
[0039] 在插入燕尾榫118中的最后一些之后，将锁定轨节段136沿径向向外拉到与凸角122 接合。锁定轨节段136还可具有以便绕凸角122包裹的形状和构造，如图4所示。在如图4所示的锁定轨节段136的最终位置，离心力自燕尾榫凸角122通过锁定轨节段136分配且分配到转子盘箍106、108内，如上文关于保持轨节段126所述。
[0040] 为了将锁定轨节段136沿径向向外拉到其操作位置且将节段136锁定于这个位置上，为保持系统提供锁定机构，大体上为142。在图示实施例中，该锁定机构142包括
螺纹杆144，其与锁定轨节段136中的螺纹内孔或
套管接合。螺纹杆144具有基部146，基部146或者抵靠通道132的弓形表面135承座或者承座于燕尾榫槽110内的特别地设计的凹槽或凹口内。使得可通过转子叶片114中的最后一个或一些的平台116中的入口开口143接近螺纹杆144的相对端，如在图8中特别地示出。参看图7和图8，在已将最后的转子叶片114插入于燕尾榫槽110内之后，通过开口143接合螺纹杆且使螺纹杆旋转，使得锁定轨节段136沿径向向外前进到与燕尾榫凸角122接合，直到锁定轨节段136达到其最终锁定构造，如图6和图7所示。
[0041] 应容易地了解，在插入燕尾榫118的最后一个或一些之后，可利用任何样式的备选锁定或定位机构来将锁定轨节段136定位成与凸角122接合。举例而言，这种机构可包括
棘轮装置、
弹簧促动装置等。
[0042] 为了平衡的目的，可能希望如上文所述的另一锁定轨节段构造或者等效平衡结构在转子上、在与锁定轨节段136以180°相对的位置处成镜像。
[0043] 参看图9和图10，作为防止燕尾榫118在燕尾榫槽110内旋转或滑移的手段，燕尾榫底部150可具有在周向方向上延伸的扇贝状表面152。类似地，燕尾榫槽的底部可包括在周向方向上延伸的一系列单独的扇贝状凹口154。这些凹口154可限定于凸脊156中，如在图10中特别地示出。在这种构造中，各个单独的燕尾榫118具有承座于所限定的扇贝状凹口154内的扇贝状底部152。这种构造将减小燕尾榫118沿着燕尾榫槽110旋转或滑移的可能性。应了解，在本文中使用术语“扇贝状”来涵盖任何样式的凹入或凸出的形状。举例而言，扇贝状凹口可限定于燕尾榫118中，且扇贝状突起限定于凸脊156中。 [0044] 认为本发明的独特的燕尾榫保持系统显著地减小了与常规的沿周向带有叶片的燃气涡轮机转子-特别是压缩机转子的传统负载／锁定槽几何结构相关联的高机械应力，同时保持了完整或接近完整桨距(pitch)叶柄。该构造还将减小在燕尾榫颈部和凸角中、以及在转子盘箍中所产生的限制应力。本文所述的独特构造允许在燕尾榫凸角与转子盘箍之间插入不同材料，以减小构件交接处的磨损和／或磨耗。认为根据本发明各方面的独特构造将提供完整或接近完整桨距燕尾榫，其会减小平均和峰值应力，提供增加的剪切区域，并改进叶片空气 力学。分析表明本发明的独特设计将在
剪切应力减小、弯曲应力减小、平均P／A应力减小和HCF边界方面做出显著的改进，所有这些都将导致更长的总转子寿命。本设计可证明在压缩机后端(其中金属
温度最高且材料性质会受到不利地影响)特别有益。
[0045] 本设计还提供了优于
现有技术扭入式叶片和用于将转子燕尾榫插入于燕尾榫槽内的负载锁定槽的优点，因为这些现有系统需要燕尾榫相对于周边长度远小于完整桨距。本设计允许完整桨距或接近完整桨距设计，这会显著地消除在转子外径处的平均和峰值应力。
[0046] 虽然已关于本主题的具体示范性实施例和方法详细地描述了本主题，但将了解的是，本领域技术人员在获得了对前文的理解后可容易地做出这些实施例的替代、变型和等效物。因此，本公开内容的范围以举例的方式而非限制的方式(给出)，且主题公开内容并不排除包括对于本领域普通技术人员将容易地显而易见的对本主题的这些修改、变型和／或添加。
