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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201380039937.3 (22)申请日 2013.07.29 102012213227.9 2012.07.27 DE F01D 5/32(2006.01) (71)申请人 西门子公司 地址 德国慕尼黑 (72)发明人 迪米特里塞尔默 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 张春水 李德山 (54) 发明名称 用于涡轮机的叶片环 (57) 摘要 本发明涉及一种用于轴流式涡轮机的叶片 环 (44)，包括具有多个保持槽 (21) 和相应数量 的叶片 (27) 的叶片承载件 (46)，所述叶片的叶 根装入。
2、保持槽 (21) 中，其中叶片 (27) 在其朝向 保持槽 (21) 的槽底部 (35) 的下侧 (33) 处具有 凹部 (37)，其底面 (59) 至少部分地相对于保持 槽 (21) 的槽底部 (35) 倾斜并且在所述凹部中分 别设置有楔形的夹紧元件 (47) 以将叶根按压到 承载侧 (23) 上。为了能够实现将叶片 (27) 无预 应力地安装在保持槽 (21) 中并且为了提供能够 在不具有螺旋连接部的情况下在运行时使用的叶 片环 (44)，提出，在每个凹部 (37) 中设有弹簧元 件(55)，所述弹簧元件的弹力沿着保持槽(21)作 用到所涉及的楔形的夹紧元件 (47) 上并且设有 下述机构。
3、，借助于所述机构能将楔形的夹紧元件 (47) 为了将叶片 (27) 无预应力地安装在保持槽 (21) 中而暂时移入下述位置中，在所述位置中， 叶根 (31) 以具有间隙的方式安置在保持槽 (21) 中。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2015.01.27 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/EP2013/065885 2013.07.29 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2014/016431 DE 2014.01.30 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (10)申请。
4、公布号 CN 104508248 A (43)申请公布日 2015.04.08 CN 104508248 A 1/1 页 2 1.一种用于轴流式涡轮机的叶片环 (44)，包括叶片承载件 (46)，所述叶片承载件具有 多个用于叶片 (27) 的保持槽 (21) 和相应数量的叶片 (27)，所述保持槽具有承载侧 (23)， 所述叶片的与所述保持槽 (21) 相对应地构成的叶根 (31) 装入所述保持槽 (21) 中， 其中所述叶片(27)中的至少一个，优选所有的叶片(27)，在其朝向所述保持槽(21)的 槽底部 (35) 的叶根下侧 (33) 处具有凹部 (37)，所述凹部的底面 (59) 至少部。
5、分地相对于 所述保持槽 (21) 的所述槽底部 (35) 倾斜，并且在所述凹部中分别设置有楔形的夹紧元件 (47) 以将所述叶根 (31) 按压到所述承载侧 (23) 上， 其特征在于， 在每个凹部 (37) 中设有弹簧元件 (55)，所述弹簧元件的弹力沿着所述保持槽 (21) 作 用到所涉及的楔形的夹紧元件 (47) 上， 所述凹部(37)由第一侧壁(39)和与所述第一侧壁(39)相对置的第二侧壁(41)限界， 其中所述弹簧元件(55)一方面支撑在所述第一侧壁(39)上并且另一方面支撑在所述 楔形的夹紧元件 (47) 的钝的端部 (51) 上， 并且设有下述机构，借助于所述机构能将所述楔形的。
6、夹紧元件 (47) 为了将所述叶片 (27) 无预应力地安装在所述保持槽 (21) 中而暂时移入如下位置中，在所述位置中，所述叶 根 (31) 无预应力地安置在所述保持槽 (21) 中。 2.根据权利要求 1 所述的叶片环 (44)， 其中所述弹簧元件 (55) 构成为盘形弹簧组并且在所述第一侧壁 (39) 中设有开口 (57)，两个在所述楔形的夹紧元件 (47) 的钝的端部 (51) 上设置的柱形销 (53) 穿过所述开 口延伸。 3.根据权利要求 1 或 2 所述的叶片环 (44)， 其中所述机构包括设置在所述第二侧壁 (41) 中的螺纹孔 (63)，安装螺钉 (65) 能够从 外侧拧入所。
7、述螺纹孔中以使所述楔形的夹紧元件 (47) 能向所述第一侧壁 (39) 移动。 4.根据权利要求 1 至 3 中任一项所述的叶片环 (44)， 其中所述叶片 (27) 分别借助于在叶根下侧 (33) 和所述保持槽 (21) 的朝向所述叶根 下侧 (33) 的槽底部 (35) 之间设置的板状的锁定元件 (43) 通过使所述锁定元件的端部从 侧面贴靠在所述叶片承载件 (46) 上的方式来锁定，以防止沿着所述保持槽 (21) 的移动。 5.根据权利要求 1 至 4 中任一项所述的叶片环 (44)， 其中所述楔形的夹紧元件 (47) 至少部分空心地构成。 6.一种用于固定式燃气轮机 (10) 的具有至。
8、少一个根据上述权利要求中任一项所述的 叶片环 (44) 的压缩机 (18)。 权 利 要 求 书CN 104508248 A 1/5 页 3 用于涡轮机的叶片环 技术领域 0001 本发明涉及一种用于轴流式涡轮机的叶片环，所述叶片环包括叶片承载件，所述 叶片承载件具有多个带有承载侧的用于叶片的保持槽和相应数量的叶片，所述叶 片的与所述保持槽相对应地构成的叶根装入保持槽中，其中叶片在其朝向保持槽的槽底部 的叶根下侧处具有凹部，所述凹部的底面至少部分地相对于保持槽的槽底部倾斜并且在所 述凹部中分别设置有楔形的夹紧元件以将叶根按压到承载侧上。 背景技术 0002 类似的主题例如从 EP 1 892 。
9、380 A1 中已知。根据其中所提出的压缩机转子叶 片在转子上的固定，对于每个转子叶片设有两个在叶根下侧和保持槽的槽底部之间的楔形 件。在此，两个楔形件的斜度相反。在端侧上张紧螺钉分别拧入楔形件中，借助于所述张紧 螺钉一方面可以将叶根在保持槽的相应的承载侧上径向预紧的定位。另一方面，螺旋机构 也用于沿着保持槽固定转子叶片。转子叶片的有弹性的固定通过能够在楔形件之下设有盘 形弹簧的方式来实现。 0003 然而，在此被认为不利的是，使用螺旋连接机构。由于相对粗糙的运行环境和产生 的运行温度能够侵蚀这种螺旋连接机构，使得不能保证无问题的拆卸。 0004 此外例如从 EP 1 703 078 A1 中。
10、已知的是，位于轴向的保持槽中的转子叶片通过 应用锁定板来锁定以防止沿着保持槽的移动。在此，在叶根和保持槽之间锁定板位于槽底 部。通过在锁定板上的凸起部，所述锁定板接合到根侧所设有的开口中。在叶片借助于锁 定板移入并且周围的端部在根部的入口和出口侧弯曲之后达到形状配合的锁定。为了在运 行时能够保证叶片在槽中足够预紧的安置，也必须在预应力下进行叶片的安装。在预应力 下的安装造成不利的磨损并且磨损承载侧，这提高破裂危险。此外，在轴向穿流的压缩机的 上游的级中，即在需要特别大的预应力的大的叶片中，叶片的在维修情况下的安装和拆卸 是困难的。 发明内容 0005 因此，本发明的目的是提供用于涡轮机的叶片环。
11、，其中能够实现将叶片不借助于 预应力地进而具有间隙地安装到叶片承载件的保持槽中，然而在运行时存在足够大的预应 力，所述预应力可靠地避免例如也通过产生咔嗒声引起的损害材料的磨损。 0006 针对轴流式涡轮机的叶片环的目的通过权利要求 1 的特征来实现。有利的设计方 案在从属权利要求中给出。所述设计方案能够以任意方式进行彼此组合，只要这没有通过 在权利要求中给出的参引而明确排除。 0007 在根据本发明的用于轴流式涡轮机的叶片环中，所述叶片环包括叶片承载件，所 述叶片承载件具有多个用于叶片的保持槽和相应数量的叶片，所述保持槽具有承载侧，所 述叶片的与所述保持槽相对应地构成的叶根装入保持槽中，其中叶。
12、片中的至少一个，优选 所有的叶片在其朝向保持槽的槽底部的叶根下侧处具有凹部，所述凹部的底面至少部分地 说 明 书CN 104508248 A 2/5 页 4 相对于保持槽的槽底部倾斜并且在所述凹部中分别设置有楔形的夹紧元件以将叶根按压 到承载侧上，提出，在每个凹部中设有弹簧元件，所述弹簧元件的弹力沿着保持槽作用到所 涉及的楔形的夹紧元件上，其中凹部由第一侧壁和与所述第一侧壁相对置的第二侧壁限 界，其中弹簧元件一方面支撑在第一侧壁上并且另一方面支撑在楔形的夹紧元件的钝的端 部上，并且设有下述机构，借助于所述机构能将楔形的夹紧元件为了将叶片无预应力地安 装在保持槽中而暂时移入下述位置中，在所述位置。
13、中，叶根无预应力地安置在所述保持槽 中。 0008 在安装状态中，弹簧元件将楔形的夹紧元件朝其尖的端部方向按压由此结合凹 部的倾斜的底面，力沿径向方向(相关于在轴流式涡轮机中的安装位置)作用到叶根上，所 述力将叶根按压到保持槽的承载侧上。由此，造成转子叶片无间隙地并且同时预紧地固定 在保持槽中。弹簧元件一方面支撑在凹部的第一侧壁上并且另一方面支撑在楔形的夹紧 元件的钝的端部上。现在为了能够实现将叶片在保持槽中无预应力的安装或拆卸，需要设 有下述机构，借助于所述机构楔形的夹紧元件能暂时地移入下述位置在所述位置中与在 已安装状态中相比楔形的夹紧元件的钝的端部更靠近第一侧壁。换言之 ：弹簧元件仅在拆。
14、 卸或安装期间比其在已安装状态中更压缩。由于凹部的底面和楔形的夹紧元件的相应的 倾斜，夹紧元件朝向第一侧壁的移动对于转子叶片撑紧在保持槽的承载侧上产生缓和的影 响。由此得到沿着轴线从保持槽的槽底部朝向凹部底面的间隙，所述间隙存在以用于将叶 片安装在保持槽中和从保持槽中拆卸，并且所述间隙能够实现在此期间叶片的期望的无预 应力的操作。因此，也不需要用于将叶片压入槽中或从槽中移除的耗费的设备。 0009 总的来说，由此得到更简单的且更快的安装过程和拆卸过程，这此外保证对于装 配工的高的工作安全性。同时，弹力的大小能够通过不同的弹簧元件的简单的变化来实现。 这尤其当弹簧元件构成为盘形弹簧或盘形弹簧组时。
15、实现。同时，叶片与叶片承载件的连接 的公差能够下降到平均值，这能够实现部件的相对价格便宜的制造。 0010 在运行期间，借助于这样的叶片环构成的轴流式涡轮机实现将所述预紧装置持续 地配合到叶片的径向位置上。在由转子叶片环构成的情况下，在离心力的作用下在运行时， 叶片占有其在保持槽中的最大径向位置。与其并行地，楔形的夹紧元件在弹簧元件的弹力 作用下进一步压入在叶片下方。由此，即使在机器转速降低时保持叶片的特别高的预应力。 这也限制相对大的叶片的相对运动并且减少在保持槽中的磨损。 0011 根据第一有利的设计方案，弹簧元件构成为盘形弹簧或盘形弹簧组。同时，在第一 侧壁中设有开口。同时在楔形的夹紧元。
16、件的钝的端部上设置有柱形销，所述柱形销不仅延 伸穿过盘形弹簧或盘形弹簧组而且延伸到在侧壁中的开口中或延伸穿过开口。柱形销例如 能够钉入设置在夹紧元件的孔中或在那固定地粘住。柱形销与设置在侧壁中的开口相结合 地具有弹簧元件的引导功能和同时楔形的夹紧元件的锁定功能，由此能够使所述柱形销在 安装期间不从凹部中不期望地跳出。 0012 根据另一有利的改进方案，机构包括设置在第二侧壁中的螺纹孔，安装螺钉能从 外部拧入所述螺纹孔中以将楔形的夹紧元件朝向第一侧壁移动。因此，在安装叶片之前首 先将弹簧元件套在楔形的夹紧元件的柱形销上，随后紧接着将柱形销引入设置在第一侧壁 中的开口中。同时，将楔形的夹紧元件置入。
17、设置在叶根下侧的凹部中。紧接着穿过在第二 侧壁中存在的螺纹孔从外部暂时地拧入具有相应长度的螺纹杆的安装螺钉，借助于所述安 说 明 书CN 104508248 A 3/5 页 5 装螺钉能够将楔形的夹紧元件朝第一侧壁的方向移动。在此移动必须是如此大的，使得楔 形的夹紧元件完全地沉入凹部中进而能够实现将叶片借助于夹紧元件具有间隙地安装。紧 接着，将这样制造的组件移入保持槽中。在组件进而叶片占用在保持槽中的预设的位置中 之后，拧入第二侧壁中的安装螺钉能够再松开，由此楔形的夹紧元件通过弹簧元件朝第二 侧壁方向按压。由于楔形的夹紧元件的倾斜的面和凹部的与其相关联的底面的倾斜的面， 楔形的夹紧元件压入在槽。
18、底部和底面之间的变得更窄的空间中并且使楔形的夹紧元件贴 靠两个面槽底部和底面。然后，由此实现将叶根夹紧在保持槽的承载侧上。 0013 代替在第二侧壁中的螺纹连接例如也能够设有卡扣式连接。 0014 根据另一优选的设计方案，叶片分别借助于在叶根下侧和保持槽的与叶根下侧相 对置的槽底部之间设置的板状的锁定元件通过下述方式锁定以防止沿着保持槽移动 ：使板 状的锁定元件的端部从侧面贴靠在叶片承载件上。在应用这种轴向锁定方式时板状的锁定 元件安置在槽底部和楔形的夹紧元件之间。 0015 还优选的是，楔形的夹紧元件至少部分空心地构成。由此，沿预紧方向的叶片固定 变得更有弹性并且附加地能够实现摩擦阻尼。 0。
19、016 还特别优选地，叶片环是转子叶片环，使得叶片承载件构成为转子盘或轴并且叶 片构成为转子叶片。然而，叶片环也适合于固定导向叶片。 0017 特别优选的是，在轴向穿流的固定式燃气轮机的压缩机中应用所述叶片环。 附图说明 0018 借助于其他实施例详细地阐述本发明的其他优点和特征。在此，在附图说明中给 出其他的特征和优点。附图示出 ： 0019 图 1 示出固定式燃气轮机的部分纵剖面 ； 0020 图 2 示出贯穿根据第一实施例的在保持槽的区域中的叶片环连同装入其中的叶 片的纵剖面 ； 0021 图 3 示出根据图 2 的局部的侧视图 ； 0022 图 4 示出保持槽连同装入其中的叶片的另一侧。
20、视图 ；以及 0023 图 5 示出叶片环的第二实施例的类似于图 2 的纵剖面。 0024 在所有附图中，相同的特征设有相同的附图标记。虽然，在下文中借助于燃气轮机 压缩机的转子叶片环详细描述本发明，本发明也能够在其他涡轮机中使用。 具体实施方式 0025 图 1 示出固定式燃气轮机 10 的部分纵剖面。燃气轮机 10 在内部具有围绕旋转轴 线 12 转动地支承的转子 14，所述转子也称作涡轮机转子。沿着转子 14 相继设有吸入壳体 16、压缩机 18、具有多个彼此旋转对称设置的燃烧器 22 的环面状的环形燃烧室 20、涡轮机 单元 24 和涡轮机输出壳体 26。 0026 压缩机 18 包括。
21、环形地构成的压缩机通道连同其中串联地相继设置的由转子叶片 环和导向叶片环 44 构成的压缩机级。设置在转子 14 上的转子叶片 17 由转子盘承载并且 以其自由终止的叶片尖部 29 与压缩机通道的外部的通道壁 42 相对置。压缩机通道经由压 缩机输出扩散器36通到集气室(Plenum)38中。在所述集气室中设有具有与涡轮机单元24 说 明 书CN 104508248 A 4/5 页 6 的环形的热气通道 30 连通的燃烧腔 28 的环形燃烧室 20。在涡轮机单元 24 中设置有四个 相继连接的涡轮机级 32。在转子 14 上耦联有发电机或做功机器 ( 未分别示出 )。 0027 在燃机轮机 1。
22、0 运行时，压缩机 18 通过吸入壳体 16 吸入环境空气 34 作为待压缩 的介质并且将其压缩。压缩的空气通过压缩机输出扩散器 36 引入集气室 38 中，从所述集 气室中流入燃烧器 22 中。经由燃烧器 22，燃料也到达燃烧腔 28 中。在此，燃料在添加压缩 的空气的情况下燃烧为热气 M。热气 M 紧接着流入热气通道 30 中，在此做功地在涡轮机单 元 24 的涡轮机叶片上降低压力。在此期间释放的能量由转子 14 接收并且一方面用于驱动 压缩机 18 并且另一方面用于驱动做功机器或发电机。 0028 图 2 示出贯穿燃机轮机 10 的在轴向方向上延伸的保持槽 21 的区域中的转子 14 的。
23、转子盘 19 的剖面。由此，转子盘 19 是叶片承载件 46，其中保持槽 21 沿着叶片承载件环 周均匀地分布并且在此沿燃气轮机的轴向方向延伸。保持槽 21 的横截面 ( 图 3、图 4) 燕尾 状地构成进而分别包括两个承载侧 23，在所述承载侧上贴靠有叶片 27 的叶根 31 的相应地 构成的贴靠面 25。叶片 27 构成为转子叶片。 0029 在叶根 31 的朝向保持槽 21 的槽底部 35 的下侧 33 上设有凹部 37。凹部 37 由第 一侧壁 39 和与第一侧壁 39 相对置的第二侧壁 41 限界。沿穿流压缩机 18 的介质的流动方 向，第一侧壁 39 设置在流入侧上并且第二侧壁 4。
24、1 设置在流出侧上。 0030 在下侧 33 和槽底部 35 之间，板状的锁定元件 43 装入保持槽 21 中，所述锁定元件 的端部纵向开槽。在由此在两侧上得到的连接板对中，在各个端部上不仅连接板 45 向外弯 曲，还有连接板 45( 图 3 和 4) 向内弯曲，由此阻止在保持槽 21 中装入的叶片 27 移动。 0031 在凹部 37 中设有具有尖的端部 49 和钝的端部 51 的楔形的夹紧元件 47。在钝的 端部 51 上设置有柱形销 53，在示出的实施例中在所述柱形销上总共串联有四个盘形弹簧 作为弹簧元件 55。柱形销 53 延伸到设置在第一侧壁 39 中的开口 57 中。凹部 37 的。
25、底面 59 对应于楔形的夹紧元件 47 的在图 2 中示出的上面 61 的斜度相对于保持槽 21 的槽底部 35 倾斜。 0032 此外，在第二侧壁41中设有螺纹孔63，所述螺纹孔与开口57相同地平行 于保持槽 21 延伸。安装叶片 27 所需的安装螺钉 65 能够拧入螺纹孔 63 中，在图 2 中，借助 于所述安装螺钉能够将楔形的夹紧元件 47 向左移动远至，使得其钝的端部 51 相对靠近第 一侧壁 39 地定位。由此，楔形的夹紧元件 47 能够完全地沉入凹部 37 中。 0033 此外，叶片 27 在保持槽 21 中的安装如下进行 ：首先使预制的板状的锁定元件 43 嵌入保持槽中。板状的锁。
26、定元件 43 在保持槽 21 的整个长度上延伸，其中在流入侧上或在 流出侧上连接板 45 中的两个已经横向于其纵向延伸弯曲。在将叶片 27 移入保持槽 21 中 时，向外弯曲的连接板 45 用作止挡。在板状的锁定元件 43 的另一端部上，暂且两个连接板 45 中的仅一个沿径向方向朝向机器轴线弯曲。接着将弹簧元件 55 放置到楔形的夹紧元件 47 的柱形销 53 上，并且共同装入开口 57 和凹部 37 中。然后，柱形销 53 接合到构成为长孔 的开口 57 中。在楔形的夹紧元件 47 的倾斜的面 61 邻接于倾斜的底面 59 之后，紧接着将 安装螺钉 65 拧入螺纹孔 63 中深至，使得将楔形。
27、的夹紧元件 47 朝相对置的侧、即沿朝第一 侧壁 39 的方向按压，更确切地说按压远至，楔形底部 67 位于凹部之内。由此，能够保证无 预应力地插入叶片 27。紧接着，将叶片 27 借助于预紧的楔形的夹紧元件 47 移入保持槽 21 中。在将叶片 27 在保持槽 21 中对准之后，松开安装螺钉 65 并且取出组件。由此，楔形的 说 明 书CN 104508248 A 5/5 页 7 夹紧元件47卸除安装螺钉的力负荷并且能够通过弹簧元件55的轴向力的作用将在保持槽 21 中的叶片 27 相对于保持槽的承载侧 23 按压进而预紧。最终，将板状的锁定元件 43 的至 今为止不弯曲的连接板 45 沿远。
28、离机器轴线的径向方向弯曲，那么这锁定叶片 27 以防止从 保持槽 21 中移出。对于必须将这样固定的叶片从保持槽 21 中取出的情况，以相反的顺序 执行工作步骤。在弯曲连接板 45 之后，可将安装螺钉 65 拧入螺纹孔 63 中。由此，松开预 紧机构并且使叶片 27 卸除负荷，据此所述叶片能够容易地从保持槽 21 中移出。 0034 根据在图 5 中示出的第二实施方式，楔形的夹紧元件 47 能够至少部分空心地构 成。空腔 69 造成弹性的预应力进而附加地造成摩擦阻尼。 0035 总的来说，本发明涉及一种用于轴流式涡轮机的叶片环 44，包括叶片承载件 46， 所述叶片承载件具有多个保持槽 21 。
29、和相应数量的叶片 27，所述叶片的叶根 31 装入保持槽 21 中，其中叶片 27 在其朝向保持槽 21 的槽底部 35 的下侧 33 处分别具有凹部 37，所述凹 部的底面 59 至少部分地相对于保持槽 21 的槽底部 35 倾斜并且在所述凹部中分别设置有 楔形的夹紧元件 47 以将叶根 31 按压到承载侧 23 上。为了能够实现将叶片 27 无预应力 地安装在保持槽 21 中并且为了提供在运行中能够不借助于螺钉连接机构而使用的叶片环 44，提出，在每个凹部 37 中设有弹簧元件 55，所述弹簧元件的弹力沿着保持槽 21 作用到所 涉及的楔形的夹紧元件 47 上，并且设有下述机构，借助于所述机构能将楔形的夹紧元件 47 为了将叶片27无预应力地安装在保持槽21中而暂时移入到如下位置中，在所述位置中，叶 根 31 无预应力地安置在保持槽 21 中。 说 明 书CN 104508248 A 1/4 页 8 图1 说 明 书 附 图CN 104508248 A 2/4 页 9 图2 说 明 书 附 图CN 104508248 A 3/4 页 10 图3 图4 说 明 书 附 图CN 104508248 A 4/4 页 11 图5 说 明 书 附 图CN 104508248 A 。