涡轮机转子组件和方法.pdf

本发明公开了一种用于涡轮机的转子组件(10)，其包括具有第一轴向面(20)和第二轴向面(22)的盘(12)。盘(12)包括围绕盘(12)的外表面(32)延伸的至少一个周向燕尾榫(30)，以及从第一轴向面(20)延伸至第二轴向面(22)的多个轴向燕尾榫(18)。多个叶片(14)中的各个叶片(14)安装到多个轴向燕尾榫(30)中的轴向燕尾榫(30)中，并且多个台(16)中的各个台(16)通过至少一个周向燕尾榫(30)而安装为与多个叶片(14)中的叶片(14)相邻。本发明还公开了一种用于装配涡轮机的转子的方法。

1.  一种用于涡轮机的转子组件(10)，包括：
包括第一轴向面(20)和第二轴向面(22)的盘(12)，所述盘(12)具有：
围绕所述盘(12)的外表面(32)延伸的至少一个周向燕尾榫(30)；
从所述第一轴向面(20)延伸至所述第二轴向面(22)的多个轴向燕尾榫(18)；
多个叶片(14)，各个叶片(14)安装在所述多个轴向燕尾榫(18)的轴向燕尾榫(18)中；和
多个台(16)，各个台(16)通过所述至少一个周向燕尾榫(30)而安装为与所述多个叶片(14)中的叶片(14)相邻。

2.  根据权利要求1所述的转子组件(10)，其特征在于，所述多个轴向燕尾榫(18)中的各个轴向燕尾榫(18)基本上平行于所述盘(12)的中心轴线(24)而从所述第一轴向面(20)延伸至所述第二轴向面(22)。

3.  根据权利要求1所述的转子组件(10)，其特征在于，所述多个轴向燕尾榫(18)中的各个轴向燕尾榫(18)沿着所述第一轴向面(20)和所述第二轴向面(22)之间的长度弯曲。

4.  根据权利要求1所述的转子组件(10)，其特征在于，各个轴向燕尾榫(18)包括从燕尾榫(18)的槽壁(28)延伸的至少一个轴向燕尾榫柄脚(26)。

5.  根据权利要求4所述的转子组件(10)，其特征在于，所述多个叶片(14)中的各个叶片(14)包括至少一个叶片柄脚(38)，所述至少一个叶片柄脚(38)可与所述至少一个燕尾榫柄脚(26)相接合，从而将所述叶片(14)固定在所述轴向燕尾榫(18)上。

6.  一种用于装配涡轮机的转子的方法，包括：
使得将多个台(16)中的台(16)安装到盘(12)的至少一个周向燕尾榫(30)上以及将多个叶片(14)中的叶片(14)安装到所述盘(12)中的多个燕尾槽(18)中的燕尾槽(18)中交替进行，直至将所述多个台(16)中的最后的台(16)安装到所述盘(12)上；以及
将所述多个叶片(14)中的最后的叶片(14)插入到燕尾槽(18)中而位于第一台(16)和所述最后的台(16)之间，从而锁定所述多个叶片(14)和所述多个台(16)的周向位置。

7.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述交替安装开始于将所述多个台(16)中的第一台(16)安装到所述盘(12)的所述至少一个周向燕尾榫(30)上。

8.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，安装所述多个台(16)中的台(16)包括使所述台(16)在所述周向燕尾榫(30)上以周向方向滑动。

9.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，安装所述多个台(16)中的台(16)包括使所述台(16)的至少一个台(16)柄脚与所述周向燕尾榫(30)的至少一个周向燕尾榫(30)柄脚相啮合。

10.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述交替安装开始于将所述多个叶片(14)中的第一叶片(14)安装到所述盘(12)的所述多个燕尾槽(18)中的燕尾槽(18)中。

涡轮机转子组件和方法
技术领域
本文公开的主题涉及涡轮机。更具体地说，本发明公开涉及将涡轮机叶片和台连接到涡轮机上。
背景技术
在典型的涡轮机(燃气轮机、蒸汽涡轮等等)中，通过一排或多排叶片或桨叶(后文中统称为叶片)将功添加至工作流体中，或从中提取功。这几排叶片可定位在涡轮机的压缩机段或涡轮段或这两部分中，其通常固定在可围绕涡轮机的中心轴线旋转的叶轮上。通过将配置成燕尾榫形状的各个叶片的底座部分插入到叶轮中的相对应的燕尾槽中，从而可将叶片定位并固定在叶轮上。
典型涡轮机的叶片包括从叶片底座中延伸的整体台。当叶片安装在叶轮上时，台限定了涡轮机的内部流动路径。叶片和台的设计受到在涡轮机操作期间作用于翼型形状上的应力的约束，并且选择用于叶片铸造的材料以承受那些应力。结果，遵循低应力水平的台区域时常由于所选择的材料而过于坚固，并导致比所需更为昂贵且更为沉重。此外，翼型遵循不同于台的热边界条件，并且由于整体式翼型和台结构而导致热作用，因而增加了构件上的应力。
发明内容
根据本发明的一个方面，用于涡轮机的转子组件包括具有第一轴向面和第二轴向面的盘。该盘包括围绕盘的外表面延伸的至少一个周向燕尾榫和从第一轴向面延伸至第二轴向面的多个轴向燕尾榫。多个叶片中的各个叶片安装到多个轴向燕尾榫中的轴向燕尾榫中，并且多个台中的各个台通过至少一个周向燕尾榫而安装为与多个叶片中的叶片相邻。
根据本发明的另一方面，用于装配涡轮机的转子的方法包括使得将多个台中的台安装到盘的至少一个周向燕尾榫上以及将多个叶片中的叶片安装到盘中的多个燕尾槽中的燕尾槽中交替进行，直至将多个台中的最后的台安装到盘上。多个叶片中的最后的叶片插入到燕尾槽中而位于第一台和最后的台之间，从而锁定多个叶片和多个台的周向位置。
从以下结合附图所做的描述中将使这些以及其它优势和特征更为清楚。
附图说明
在说明书的结论部分的权利要求中特别指出并明确申明了与本发明相关的主题。从以下结合附图所作的详细说明中将明晰本发明的前述及其它特征和优势，其中：
图1是用于涡轮机的转子组件的一个实施例的透视图；
图2是图1的转子组件的叶轮的一个实施例的透视图；
图3是图2的叶轮的局部图；
图4是图1的转子组件的叶片的一个实施例的透视图；
图5是图1的转子组件的台的一个实施例的透视图；
图6是图1的转子组件的透视图，其只有一个台安装在叶轮上；
图7是部分装配的图1的转子组件的透视图；
图8是部分装配的图1的转子组件的另一透视图；以及
图9是图1的转子组件的透视图。
以下详细说明将参照附图通过示例解释本发明的实施例以及优势和特征。
标号列表
10转子组件；12叶轮；14叶片；16台；18燕尾槽；20第一面；22第二面；24中心轴线；26轴向柄脚；28槽壁；30周向燕尾榫；32外表面；34周向柄脚；36叶片燕尾榫；38叶片柄脚；40台燕尾榫；42台柄脚；
具体实施方式
图1中所示为用于涡轮机的转子组件10。所示的转子组件10是涡轮转子组件，但应该懂得，以下描述还可应用于压缩机转子组件或相似的结构。转子组件10包括叶轮12，并且多个叶片14设置在叶轮12的周边，并固定在它上面。转子组件10还包括多个台16，其中一个台16安装在多个叶片14的相邻的叶片14之间。
现在参看图2，叶轮12包括多个燕尾槽18。各个燕尾槽18从叶轮12的第一面20至第二面22而延伸通过叶轮12。在某些实施例中，如图2中所示，燕尾槽18基本上在与叶轮12的中心轴线24相平行的方向上从第一面20延伸至第二面22。但是应该懂得，本公开还可设想燕尾槽18的其它结构。例如，燕尾槽18可侧斜于中心轴线24，和/或沿着燕尾槽18的长度从第一面20弯曲至第二面22。此外，如图3中最佳所示，各个燕尾槽18包括至少一个轴向柄脚26，其从槽壁28延伸到燕尾槽18中。图3中所示的实施例包括两个轴向柄脚26，从各个槽壁28中延伸出一个柄脚，但是应该懂得，可利用其它数量的轴向柄脚26，例如四个或六个轴向柄脚26。
再次参看图2，叶轮12包括多个周向燕尾榫30。周向燕尾榫30围绕叶轮12的周边而设置在叶轮12的外表面32上。图2的多个周向燕尾榫30从外表面32径向向外延伸，并包括一个或多个周向柄脚34。虽然在图2的各个周向燕尾榫30中显示了单个周向柄脚34，但是应该懂得，可利用额外数量的周向柄脚34，例如两个或三个周向柄脚34。此外，虽然图2的实施例显示了周向燕尾榫30从外表面32径向向外延伸，但是周向燕尾榫30可构造成径向向内延伸，导致一种槽型结构。
如图4中所示，多个叶片14中的各个叶片14包括叶片燕尾榫36。叶片燕尾榫36包括至少一个叶片柄脚38，并且构造成可插入到多个燕尾槽18的某一燕尾槽18中。这样就将各个叶片14周向和径向定位在叶轮12中。现在参看图5，多个台16的各个台16包括具有至少一个台柄脚42的台燕尾榫40。至少一个台柄脚42构造成与周向燕尾榫30的周向柄脚34互补，使得各个台16将轴向和径向定位在叶轮12中。
在图6-9中显示了转子组件10的装配方法的一个实施例。参看图6，最初将台16安装在叶轮12上。台16以轴向方向插入到燕尾槽18中，直至台燕尾榫40与周向燕尾榫30对准。然后使台16周向移动，使得至少一个台柄脚42与至少一个周向柄脚34相接合。然后通过将叶片燕尾榫36插入到燕尾槽18中与之前安装的台16相邻，从而将叶片14安装到叶轮12上。叶片14以轴向方向插入，使得至少一个叶片柄脚38与至少一个轴向柄脚26相接合，并将叶片14定位在叶轮12中。然后将另一台16安装在叶轮中，与之前安装的叶片14相邻。如图7和图8中所示，围绕着叶轮12的周边通过交替安装叶片14和台16而继续转子组件10的装配。最后，参看图9，通过将叶片14安装在燕尾槽18中在两个之前安装的台16之间，从而完成转子组件10。最后的叶片14安装在燕尾槽18中，其锁定了叶片14和台16的周向位置。为了在轴向方向上锁定叶片14，可将传统措施例如锁线和/或定位片结合到组件中。此外，可利用传统的密封措施，例如金属片密封和/或密封销，以便在转子组件10中相邻的叶片14和台16之间的轴向连接中提供密封。
作为备选，可通过最初将叶片14安装在叶轮12中来完成转子组件10的装配。在这种方法中，通过交替安装台16和叶片14，直至将最后两个台16安装在叶轮12上，并在叶轮12中留出用于安装最后叶片14的开口而进行装配。然后如上安装最后的叶片14，以锁定叶片14和台16的周向位置。
将叶片14和台16分成转子组件10的分开的构件，其具有减少在传统叶片/台组件中所发生的热作用的好处。另外，这种解决方案容许叶片14和台由不同的材料制成，从而可对其分别进行设计和制造，以承受各构件的应力水平。此外，将台16与叶片14分开容许为叶片14和/或台16引入冷却机制，这在整体式叶片/台中是不可行的。此外，可对台16进行小型化，以减少台16的重量。
虽然已经结合仅仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应该懂得，本发明并不局限于这种公开的实施例。相反，可修改本发明以包含至此还未描述过的但与本发明的精神和范围相称的许多变体、改型、替代装置或等效装置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应该懂得本发明的某些方面可只包括某些所述实施例。因此，本发明不应被视为局限于前面的描述，而仅受到权利要求的范围的限制。