專利名稱：工作葉片的軸向固定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按權(quán)利要求1前序部分所述用于軸向通流葉輪機械工作葉片的軸向固定裝置。
在軸向通流葉輪機械的工作葉片上作用有由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力。這些力一般通過在工作葉片和葉片輪緣之間圣誕樹形或燕尾形構(gòu)型由徑向設(shè)置形狀配合連接的槽-彈簧連接來接受。而通過流動介質(zhì)的軸向流動方向產(chǎn)生的軸向力則必須借助于單獨的軸向固定裝置來接受。
背景技術(shù)：
US-A-2,928,651公開了這種軸向固定裝置的例子。用于固定軸向上工作葉片的是由板單件構(gòu)成的固定體，其長度大于燕尾形葉片根部或葉片輪緣反相相同構(gòu)成的徑向槽的軸向延伸部分。此外用于接受軸向力的是板的起到固定件作用的端區(qū)，這些端區(qū)從葉片根部或葉片輪緣的端面軸向凸起，并出于固定目的在徑向上彎曲。兩個凸起端區(qū)的第一個沿板的中心縱軸線分成兩部分。兩個這樣由端區(qū)中產(chǎn)生的連接片出于固定的目的在徑向相反的方向上彎曲，使第一連接片從后面夾住葉片輪緣的端面，而第二連接片從后面夾住葉片根部的第一端面。兩個凸起端區(qū)的第二個在安裝狀態(tài)下彎曲，使它從后面夾住葉片輪緣與第一端面反向的第二端面。在板中心心軸狀由板平面凸起的簧片嵌入葉片根部楔形缺口內(nèi)，作用同樣是接受軸向作用于葉片的力。
葉片根部內(nèi)的缺口非常麻煩且制造費用很高，因為在目前用于制造葉片的現(xiàn)代高效能材料中，例如像鎳基合金或者鈦合金，這種缺口只能更多地通過磨削或者腐蝕制造。此外，若是帶有里面嵌入固定體凸起部的葉片根部的缺口或葉片輪緣徑向槽內(nèi)缺口的軸向固定裝置，安裝和拆卸非常麻煩且費時。例如在US-2,928,651所示的例中，例如為拆卸先得將徑向向外立起的端區(qū)(標號26)矯直。此外，固定體由板單件成型，其端區(qū)以及心軸狀簧片通過該板的相應(yīng)彎曲產(chǎn)生。板的材料為此必須這樣選擇，使其一方面能夠彎曲成所要求的形狀，另一方面卻還要能夠接受出現(xiàn)的力。因此，這種固定體只能局限于可能的推力和剪切力進行設(shè)計，其中，通過彎曲額外降低了材料強度。在正常條件下，所使用的這些公知的材料都幾乎難以滿足所要求的性能，在例如像渦輪增壓器這種高速運轉(zhuǎn)的透平機械中出現(xiàn)的高溫下，幾乎沒有一種材料即使在高溫下仍能保證葉片輪緣中工作葉片所需的軸向固定。此外，在這種固定體中，為使葉片在其位置上精確定位，必須以高精度對固定體的端區(qū)進行彎曲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的因此在于，提供一種上述類型的軸向固定裝置，該裝置制造和安裝簡單且成本低廉，而且確保工作葉片可靠地處于其軸向位置上。
該目的通過具有權(quán)利要求1所述特征的軸向固定裝置得以實現(xiàn)，其中，葉輪的工作葉片借助于軸向固定裝置對應(yīng)的固定體得到固定。固定體具有軸向第一端區(qū)和軸向第二端區(qū)，它們通過連接區(qū)相互連接。在安裝狀態(tài)下，連接區(qū)設(shè)置在葉片根部末端和徑向槽底部之間構(gòu)成的一個間隙內(nèi)。第一端區(qū)這樣構(gòu)成，使它用從后面夾住流動出口側(cè)上葉片根部和葉片輪緣的端面。第二端區(qū)這樣構(gòu)成，使它用從后面夾住對著流動入口側(cè)上葉片輪緣的端面。依據(jù)本發(fā)明，連接區(qū)具有一個彈性件，在裝入狀態(tài)下借助該彈性件在葉片根部和徑向槽底部之間施加一種徑向作用的力，該力足以克服軸向力沿流動入口方向?qū)⒐ぷ魅~片固定在其軸向位置上。通過這種構(gòu)型可以無徑向缺口構(gòu)成葉片根部以及徑向槽，從而顯著降低了制造成本。此外，借助依據(jù)本發(fā)明的軸向固定裝置可以將固定體簡單地裝入徑向槽內(nèi)，隨后將葉片用葉片根部插入徑向槽內(nèi)。拆卸同樣可以簡單地以相反順序進行。無需如彎曲或者扭轉(zhuǎn)固定體或固定體的端區(qū)。這樣減少了安裝和拆卸所需的時間。
彈性件非常簡單地以連接區(qū)內(nèi)波的方式構(gòu)成。該波可以由單整波、由雙波或者多波，或者也可以由向上或者向下的半波構(gòu)成。如果該彈性件以連接區(qū)的波形彎曲方式構(gòu)成，那么固定體可以特別簡單地制造。但是，該波也可以在由材料塊加工出固定體時或者在鑄造時等就設(shè)置在固定體內(nèi)，從而無需事后的彎曲。
特別具有優(yōu)點的是，波形的彎曲在其軸向延伸部分中基本相當于連接區(qū)徑向厚度的兩倍到十倍，因為這樣達到徑向槽底部和葉片根部末端之間的間隙內(nèi)最佳的力比。
如果葉片根部在其至少一半的軸向長度上與固定體的連接區(qū)摩擦接觸，那么還能進一步提高力作用。
如果固定體由耐高溫鋼制成，那么它在高速運轉(zhuǎn)的透平機械上也可以容易地使用。在一特別優(yōu)選的實施方式中，固定體由鎳基合金制成。
制造方面特別簡單的是固定體單件構(gòu)成。
在固定體的第一和第二端區(qū)內(nèi)實心構(gòu)成的凸緣保證在軸向上特別良好的固定，因為這些凸緣不能矯直。但也可以設(shè)想，端區(qū)以可彎曲板端的方式構(gòu)成。固定體的末端如何構(gòu)成無關(guān)緊要，通過從鑄造、腐蝕、板材沖裁和/或者借助激光可以非常簡單地制造固定體。
其他優(yōu)選的實施方式為從屬權(quán)利要求的主題。


下面借助附圖中示出的優(yōu)選實施例對本發(fā)明的主題作詳細說明。其中圖1一部分固定在葉片輪緣上的葉片以及一部分葉片輪緣利用依據(jù)本發(fā)明軸向固定裝置的一優(yōu)選實施方式的沿葉片輪緣徑向槽底部的軸向剖面；圖2以與圖1類似的示意圖示出依據(jù)本發(fā)明軸向固定裝置的第二實施方式；圖3以與圖1和2類似的示意圖示出依據(jù)本發(fā)明軸向固定裝置的第三實施方式；圖4以與圖1-3類似的示意圖示出依據(jù)本發(fā)明軸向固定裝置的另一實施方式。
附圖中使用的附圖符號及其含義匯總列在附圖標記表中。所介紹的實施方式為本發(fā)明主題的舉例，并無限制作用。
具體實施例方式
圖1和2分別示出帶有圣誕樹形葉片根部12的工作葉片10的一部分，葉片根部固定在葉片輪緣16的反向相同圣誕樹形的徑向槽14內(nèi)。在葉片根部12的末端13和徑向槽14的徑向槽底部15之間的間隙18內(nèi)，設(shè)置依據(jù)本發(fā)明軸向固定裝置20的固定體22，該固定體在所示的實施例中為一體結(jié)構(gòu)。向工作葉片10施加工作介質(zhì)的流動方向這里采用箭頭A表示。與該流向A相反-與通過流向A作用的力相比-小得多的軸向力在方向B上作用于工作葉片10。依據(jù)本發(fā)明的軸向固定裝置20克服兩個力A，B保證工作葉片10精確地保持在其軸向位置上。
最好由例如像尼莫尼克鎳基合金90這樣的鎳基合金制成的固定體22具有兩個端區(qū)26，26′和28，固定體22利用這些端區(qū)凸出葉片輪緣16徑向槽14的軸向延伸部分或葉片根部12的軸向延伸部分。固定體22的第一端區(qū)26，26′為實心雙凸緣。徑向內(nèi)凸緣26在這里所示的實施例中形狀配合連接用從后面夾住流動出口側(cè)上的葉片輪緣端面30，徑向外凸緣26′同樣形狀配合連接地用從后面夾住流動出口側(cè)上的葉片根部端面32。與第一端區(qū)26，26′軸向上隔開地設(shè)置有第二端區(qū)28，它在安裝狀態(tài)下徑向內(nèi)部用從后面夾住流動入口側(cè)上葉片輪緣12的端面34。兩個端區(qū)26，26′和28通過連接區(qū)36軸向相互連接。連接區(qū)36具有矩形橫截面，它在其整個軸向長度上尺寸基本不變。這樣可以非常簡單地制造固定體22以及簡單地加工葉片輪緣16和葉片根部12。但也可以設(shè)想其他任何類型的橫截面，如半圓形、多邊形等等。
圖1中的連接區(qū)36在流動出口側(cè)具有連接區(qū)36的單波40形式的彈性件38。該單波40與連接區(qū)36徑向厚度相比，大致具有兩倍半的軸向延伸部分(未按比例示出)。波40可以在鑄造時或者在沖裁、銑削或利用激光切割時由一塊材料制成，或者在使用允許彎曲或深沖材料的情況下，通過連接區(qū)的相應(yīng)變形制成。在后兩種方法中，波40區(qū)域內(nèi)的橫截面與連接區(qū)36的其他基本不變的橫截面相比略有減小。
圖2所示固定體22的連接區(qū)36同樣具有作為彈性件38的波，它由半波42構(gòu)成并與圖1中的波40相反設(shè)置在流動入口側(cè)上。如在所有圖中那樣，這里為便于觀察，間隙18、固定體22和彈性件38同樣未按比例示出。但葉片根部末端13和徑向槽底部15之間間隙18的徑向延伸部分基本相當于連接區(qū)36的徑向厚度。
圖3和4的實施方式與前面實施方式的區(qū)別在于，葉片根部12′和徑向槽14′為燕尾形。彈性件38也是在流動出口側(cè)由波構(gòu)成，其中，圖3中為一倍半波44，而圖4中則為雙波45。圖3和4中葉片根部12′和徑向槽14′的燕尾形狀不同并舉例示出，只要葉片根部12和徑向槽14以在徑向和切線方向上保證固定葉片10的方式形成槽-彈簧連接，依據(jù)本發(fā)明的軸向固定裝置20就可以在所有可設(shè)想的葉片根部形狀和徑向槽形狀中使用。
圖5所示的依據(jù)本發(fā)明的軸向固定裝置20原則上相當于圖1所示的裝置。但在該實施方式中，端區(qū)26，26′和28以公知的方式通過彎曲產(chǎn)生，并取代單波或者雙波，在基本軸向上連接區(qū)36的中心設(shè)置多波48。
如從圖1和2可清楚看到的那樣，葉片根部12在由單波40、雙波45或者多波48構(gòu)成的彈性件38上在波40，45，48的兩側(cè)與固定體22的連接區(qū)36摩擦接觸。這樣做特別具有優(yōu)點，因為在工作期間與借助于葉片根部末端13和徑向槽底部15之間的彈性件38施加的徑向力附加離心力作用于固定體22和葉片10，該離心力在彈性件38由波40，45，48構(gòu)成時加強了作用在彈性件兩側(cè)的摩擦力。與此相反，彈性件38由半波42或者一倍半波44的構(gòu)成導(dǎo)致葉片根部12僅在波42，44的一側(cè)上與固定體22的連接區(qū)36摩擦接觸，而且在多個波弧線情況下最多與一個或者多個波弧線46摩擦接觸，這一點正如圖3中借助一倍半波44所示的那樣。除半波和一倍半波外，也可以具有兩倍半、三倍半等等的波。波的軸向延伸部分與它們是否為半波、單波直至多波的具體構(gòu)成無關(guān)，可以處于連接區(qū)36徑向厚度大致兩倍至十倍的區(qū)域內(nèi)。具有優(yōu)點的是，單件上葉片根部12在至少大致一半的軸向延伸部分上與固定體22摩擦接觸，然后那里可以更好地充分利用離心力的作用。彈性件38作為半波、單波等的構(gòu)成，其軸向延伸部分以及其與連接區(qū)36軸向延伸部分相比在間隙18內(nèi)的設(shè)置，取決于轉(zhuǎn)子、葉片10和葉片輪緣16的作用力和幾何形狀。
與固定裝置20的具體構(gòu)成無關(guān)緊要，安裝和拆卸始終同樣簡單和迅速安裝時將固定體22裝入徑向槽14內(nèi)，使端區(qū)26′和28用從后面夾住葉片輪緣16的兩個端面30，34。然后將工作葉片10徑向在固定體22上插入徑向槽14內(nèi)，其中，必須克服通過彈性件38施加的可視為摩擦阻力的徑向作用力。將工作葉片繼續(xù)插入徑向槽14內(nèi)，直至它利用其流動出口側(cè)的端面32與第一端區(qū)26，26′的徑向外凸緣26′接觸。拆卸時按相反順序進行。在流動方向A上作用的較大的軸向力由端區(qū)26，26′和28接受，而在反向B上作用小得多的軸向力，與由借助于彈性件38在徑向槽14內(nèi)施加的徑向夾緊葉片根部12產(chǎn)生的摩擦力反作用。
附圖符號表A 來自流動入口側(cè)流動的方向B 來自流動出口側(cè)力的方向10 工作葉片12 葉片根部13 葉片根部末端14 徑向槽15 徑向槽底部16 葉片輪緣18 徑向間隙20 軸向固定裝置22 固定體26，26′ 第一端區(qū)28 第二端區(qū)30 葉片輪緣流動出口側(cè)端面32 葉片根部流動出口側(cè)端面34 葉片輪緣流動入口側(cè)端面36 連接區(qū)38 彈性件40 單波42 半波44 一倍半波45 雙波46 波弧線48 多波
權(quán)利要求
1.軸向通流的透平機械工作葉片(10)的軸向固定裝置，其中，工作葉片(10)徑向和切線方向上借助于軸向插入一個葉片輪緣(16)的一個徑向槽(14)內(nèi)的一個葉片根部(12)固定，其中，軸向固定裝置(20)包括一個固定體(22)，該固定體包括逆流動方向相對葉片輪緣(16)固定固定體(22)的裝置，在流動方向上相對固定體(22)固定工作葉片(10)的裝置，在流動方向上相對葉片輪緣(16)固定固定體(22)的裝置，以及逆流動方向相對固定體(22)固定工作葉片(10)的裝置，其特征在于，至少用于固定的裝置之一由固定體(22)和工作葉片(10)或固定體(22)和葉片輪緣(16)之間摩擦配合連接構(gòu)成，而且摩擦配合的連接被施加徑向彈力。
2.按權(quán)利要求1所述的軸向固定裝置，其特征在于，固定體(22)包括一個軸向第一端區(qū)(26，26′)和一個軸向第二端區(qū)(28)，它們借助于連接區(qū)(36)相互連接，其中，連接區(qū)(36)在固定體(22)的安裝狀態(tài)下設(shè)置在葉片根部末端(12)和徑向槽底部(15)之間構(gòu)成的一個間隙(18)內(nèi)，作為用于相對葉片輪緣(16)逆流動方向固定固定體(22)的裝置第一端區(qū)(26，26′)從后面夾住流動出口側(cè)上葉片輪緣(16)的一個端面(30)，作為用于相對固定體(22)在流動方向上固定工作葉片(10)的裝置第一端區(qū)(26，26′)從后面夾住流動出口側(cè)上葉片根部(12)的一個端面(32)，作為用于相對葉片輪緣(16)在流動方向上固定固定體(22)的裝置第二端區(qū)(28)從后面夾住流動入口側(cè)上葉片輪緣(16)的一個端面(34)，作為用于相對固定體(22)逆流動方向固定工作葉片(10)的裝置固定體(22)在連接區(qū)(36)內(nèi)包括一徑向作用的彈性件(38)，該彈性件與葉片根部(12)形成摩擦配合連接。
3.按權(quán)利要求2所述的軸向固定裝置，其特征在于，彈性件(38)以連接區(qū)(36)的波(40，42，44，45，48)的方式構(gòu)成。
4.按權(quán)利要求3所述的軸向固定裝置，其特征在于，波(40，42，44，45，48)在其軸向延伸部分中基本相當于連接區(qū)(36)徑向厚度的兩倍到十倍。
5.按權(quán)利要求2-4之一所述的軸向固定裝置，其特征在于，葉片根部末端(13)和徑向槽底部(15)之間間隙(18)的徑向延伸部分基本相當于連接區(qū)(36)的徑向厚度。
6.按權(quán)利要求2-5之一所述的軸向固定裝置，其特征在于，葉片根部(12)在安裝狀態(tài)下約其至少一半的軸向長度上與固定體(22)的連接區(qū)(36)摩擦接觸。
7.按權(quán)利要求2-6之一所述的軸向固定裝置，其特征在于，固定體(22)的材料為耐高溫鋼，特別是鎳基合金。
8.按權(quán)利要求2-7之一所述的軸向固定裝置，其特征在于，固定體(22)單件構(gòu)成。
9.按權(quán)利要求2-8之一所述的軸向固定裝置，其特征在于，第一端區(qū)(26，26′)和第二端區(qū)(28)以實心凸緣的方式構(gòu)成。
10.按權(quán)利要求2-9之一所述的軸向固定裝置，其特征在于，固定體(22)通過由板材沖裁、腐蝕、銑削和/或者借助激光制造。
全文摘要
提供一種軸向通流透平機械工作葉片(10)的軸向固定裝置，其中，工作葉片(10)徑向和在切線方向上借助于軸向插入葉片輪緣(16)徑向槽(14)內(nèi)的葉片根部(12)固定。軸向固定裝置(20)具有固定體(22)，該固定體帶有軸向第一端區(qū)(26，26′)和軸向第二端區(qū)(28)，它們借助于連接區(qū)(36)相互連接，其中，第一端區(qū)(26，26′)從后面夾住葉片根部(12)的端面(32)和流動出口側(cè)上葉片輪緣(16)的端面(30)，第二端區(qū)(28)從后面夾住流動入口側(cè)上葉片輪緣(16)的端面(34)。借助端區(qū)(26，26′，28)相對于由流動從流動入口側(cè)在箭頭(A)方向上作用產(chǎn)生的軸向力對葉片(10)進行固定。在連接區(qū)(36)內(nèi)構(gòu)成一個彈性件(38)，在安裝狀態(tài)下借助該彈性件在葉片根部(12)和徑向槽底部(15)之間施加一種徑向作用的力，該力足以逆流動入口(B)方向上的軸向力將工作葉片(10)固定在其軸向位置上。
文檔編號F01D5/30GK1656303SQ03811846
公開日2005年8月17日 申請日期2003年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月24日
發(fā)明者D·凱斯特利, J·貝蒂 申請人:Abb渦輪系統(tǒng)有限公司