專利名稱：渦輪機(jī)以及用于渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述的渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子和一種具有轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)。
背景技術(shù)：
US 5,211,407公開了一種將壓縮機(jī)工作葉片固定在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的圓盤上的方法，其中，通過環(huán)形固定段來防止工作葉片軸向移動。圓盤為此在兩個工作葉片固定槽之間的端面上具有沿徑向內(nèi)延伸的鉤子，固定段鉤入到這些鉤子中。固定段構(gòu)成用于固定在固定槽內(nèi)的工作葉片的止擋并因此防止工作葉片軸向移動。
此外，DE 26 06 565介紹了一種用于在圓盤上安裝工作葉片的方法。其中，使工作葉片的葉片平臺的端面區(qū)域這樣變形，即，使得頂壓過程之后面對圓盤外圓周的葉片平臺的材料區(qū)域固定地貼靠在圓盤上，以取得摩擦減振效果。
此外，CH 489 698 A介紹了一種用于將透平的各個形狀連接地保持在軸向槽內(nèi)的工作葉片固定的裝置。在軸環(huán)的端面上這樣設(shè)置具有側(cè)凹的錘形槽，使側(cè)凹從下面與工作葉片固定槽的槽底相切。為了軸向固定工作葉片，在將工作葉片安裝到錘形槽內(nèi)之后可插入固定件，該固定件嵌入到在葉片根部內(nèi)對應(yīng)成形的凹槽內(nèi)。
此外公知，壓縮機(jī)工作葉片的工作葉片根部通過塑性變形防止軸向移動。
圖7為此示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的壓縮機(jī)盤19的一部分。壓縮機(jī)盤19的外圓周23內(nèi)設(shè)有用于容納工作葉片的固定槽21。此外在壓縮機(jī)盤19的兩個端面25上設(shè)置凹槽29，它們分別過渡到徑沿向向外的固定槽21的槽底27內(nèi)。
圖8示出了沿圖7所示的剖面線VIII-VIII剖開表示的壓縮機(jī)盤19的橫截面。凹槽29設(shè)計(jì)為具有45°角度的棱面30。
裝入工作葉片16之后，兩側(cè)通過頂壓過程使工作葉片根部33的材料塑性變形進(jìn)入到棱面30的區(qū)域內(nèi)。這樣在工作葉片根部33上形成的突起然后通過該突起緊貼在與移動方向成45°傾斜的棱面30上而防止工作葉片16軸向移動。
但因?yàn)樵陧攭哼^程中突起在其面向棱面的一側(cè)呈現(xiàn)倒圓的形狀，所以該突起僅部分地緊貼在棱面上，從而會導(dǎo)致固定力不高。
在冷的壓縮機(jī)起動時和斷開熱的壓縮機(jī)之后，由于工作葉片和圓盤不同的熱膨脹在工作葉片固定部位上會產(chǎn)生軸向應(yīng)力，其在反復(fù)出現(xiàn)時會使突起變形。這種也稱為“葉片游移”的公知效應(yīng)會導(dǎo)致壓縮機(jī)工作葉片產(chǎn)生軸向間隙以及該間隙造成壓縮機(jī)內(nèi)的流動損失。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，它無需附加的構(gòu)件在具有簡單的幾何形狀結(jié)構(gòu)的同時可以實(shí)現(xiàn)將工作葉片可靠地固定在轉(zhuǎn)子上。
有關(guān)轉(zhuǎn)子的技術(shù)問題通過權(quán)利要求1的特征部分得以解決。優(yōu)選的擴(kuò)展設(shè)計(jì)在從屬權(quán)利要求中給出。
為了解決上述技術(shù)問題規(guī)定，至少在所述軸環(huán)的一個端面上設(shè)有沿軸向延伸的與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸同軸的環(huán)形槽，該環(huán)形槽與每個固定槽的槽底相切并作為變形而將工作葉片的葉片根部的材料塑性地壓入到所述環(huán)形槽內(nèi)。
在此本發(fā)明是基于這種認(rèn)識，即，處于同軸的環(huán)形槽內(nèi)固定槽底下面并用于容納葉片根部材料的容納區(qū)具有對通過頂壓成型的突起而言更有利的形狀。工作葉片根部在頂壓后塑性變形的材料才更好地緊貼在環(huán)形槽上，從而避免工作葉片產(chǎn)生具有損失的軸向間隙。取消了附加的固定構(gòu)件。在現(xiàn)有技術(shù)中，迄今為止每個棱面均在獨(dú)立的銑削工序中制造而成。而環(huán)形槽可以在制造端面輪廓的車削工序中制成。因此僅在一個制造工序中就在每個固定槽的下面制出了葉片根部材料可壓入其中的容納區(qū)。這降低了轉(zhuǎn)子的制造成本和制造時間。
在一種優(yōu)選的擴(kuò)展設(shè)計(jì)中，環(huán)形槽具有一個槽底和兩個側(cè)面，其中，環(huán)形槽的每個側(cè)面均通過圓弧面過渡到槽底內(nèi)。由此避免軸環(huán)內(nèi)在從側(cè)面以銳角向環(huán)形槽底過渡時可能產(chǎn)生的缺口應(yīng)力。
在由固定槽的槽底和環(huán)形槽的內(nèi)表面形成的相交棱處，形成一個正切角，該正切角處于一個由轉(zhuǎn)子的半徑和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸展開的一個平面上。在此，環(huán)形槽的槽底可以與環(huán)形槽的沿徑向繼續(xù)內(nèi)置的圓弧面相切。其中，正切角可以根據(jù)圓弧面處于50°與90°之間的數(shù)量級內(nèi)，使得容納區(qū)的形狀與突起的形狀在幾何形狀上非常近似。因此可以通過頂壓過程形成具有與固定槽的槽底之間的角度為50°至90°的突起。突起的最有效部分為相對于固定槽的槽底構(gòu)成90°角度的那部分。
相宜地，軸環(huán)通過圓盤、特別是通過壓縮機(jī)盤構(gòu)成。環(huán)形槽可以在車削壓縮機(jī)盤時制成，從而不必逐一銑削每個棱面。
在一項(xiàng)優(yōu)選的擴(kuò)展設(shè)計(jì)中，工作葉片以其與固定槽互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的葉片根部安置在各自的固定槽內(nèi)，其中，葉片根部的材料突伸到環(huán)形槽內(nèi)。在將工作葉片裝入到固定槽中后，葉片根部的材料通過頂壓變形進(jìn)入到環(huán)形槽內(nèi)并因此產(chǎn)生防止軸向移動的機(jī)械固定作用。固定槽在橫截面上可以是燕尾形或者樅樹形。
為了防止工作葉片沿兩個方向軸向移動，圓盤的每個端面均具有環(huán)形槽。因此朝向端面的葉片根部的每一側(cè)通過頂壓過程而變形以及防止工作葉片兩面在兩個方向上軸向移動。
有關(guān)渦輪機(jī)的技術(shù)問題通過一種具有按權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)得以解決。在此，對于轉(zhuǎn)子所列舉的優(yōu)點(diǎn)同樣也適用于渦輪機(jī)，特別是在該渦輪機(jī)為壓縮機(jī)的情況下。


現(xiàn)借助附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。附圖中圖1以透視圖表示出依據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)盤；圖2表示出按照圖1的壓縮機(jī)盤的剖面圖；圖3以剖面圖表示出圖1所示壓縮機(jī)盤和工作葉片的塑性變形的葉片根部；圖4示出了圖3所示的壓縮機(jī)盤的局部側(cè)視圖；圖5、6示出了帶有環(huán)形槽的壓縮機(jī)盤的剖面詳圖；
圖7以透視圖示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的帶有固定槽的壓縮機(jī)盤；以及圖8示出了按照圖7的壓縮機(jī)盤的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
燃?xì)廨啓C(jī)及其工作原理均是已公知的。燃?xì)廨啓C(jī)基本上沿轉(zhuǎn)子具有壓縮機(jī)、燃燒室和透平單元。經(jīng)壓縮機(jī)吸入和壓縮的空氣與燃料進(jìn)行混合并在燃燒室內(nèi)燃燒成熱燃?xì)?，熱燃?xì)饨又谕钙絾卧獌?nèi)在燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子上膨脹作功。燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子與此同時驅(qū)動壓縮機(jī)和工作機(jī)械、例如發(fā)電機(jī)。
在壓縮機(jī)內(nèi)每兩個葉片圈構(gòu)成一個壓縮機(jī)級，其中沿流動方向看，每個由工作葉片組成的固定在轉(zhuǎn)子上的可旋轉(zhuǎn)的葉片圈之后是固定的導(dǎo)向葉片圈。同樣地，各兩個葉片圈構(gòu)成一個透平級，其中沿流動方向看，每個固定的導(dǎo)向葉片圈之后是一個固定在轉(zhuǎn)子上的可旋轉(zhuǎn)的工作葉片圈。燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子為每個工作葉片圈均有一個圓盤或者軸環(huán)，其上固定各圈的工作葉片。
圖1示出了依據(jù)本發(fā)明作為壓縮機(jī)盤19的這種圓盤的一段。壓縮機(jī)盤形成軸環(huán)22，在其外圓周23上具有橫向延伸的固定槽21用于容納工作葉片16。在固定槽21的槽底27區(qū)域內(nèi)設(shè)有與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心同軸地布設(shè)并在沿軸向A延伸的環(huán)形槽31。環(huán)形槽31可以在制造壓縮機(jī)盤19期間在車削端面25時并因此在迄今為止的工序內(nèi)制造。環(huán)形槽31與每個固定槽21在槽底27的區(qū)域內(nèi)相切。因此提供一個容納區(qū)34，葉片根部33的材料例如通過頂壓可以塑性變形壓入到該容納區(qū)內(nèi)。
圖2示出了按照圖1的壓縮機(jī)盤19的橫截面的一部分。通過壓縮機(jī)盤19構(gòu)成的軸環(huán)22在每個端面25上具有橫截面形狀為U形的環(huán)形槽31。每個環(huán)形槽31以深度T沿軸向延伸，從而固定槽21的槽底27的軸向長度與圓盤厚度D(參見圖1)相比縮短了。
環(huán)形槽31在橫截面圖中分別具有作為側(cè)壁的一個側(cè)面37，其通過可以設(shè)計(jì)為半徑、橢圓、凹面或者類似形狀的圓弧面41過渡到環(huán)形槽底39內(nèi)。
在壓縮機(jī)盤19的兩個端面25上具有環(huán)形槽31，從而每個工作葉片16可以通過兩次頂壓過程軸向固定。
圖3示出了帶有工作葉片16的壓縮機(jī)盤19的剖面圖，其葉片根部33已經(jīng)塑性變形。葉片根部33的材料作為突起35沿徑向向內(nèi)伸入到環(huán)形槽31內(nèi)。環(huán)形槽底39用于作為突起35的支座，其防止工作葉片16軸向移動。
圖4示出了按照圖3的壓縮機(jī)盤19的一部分側(cè)視圖。工作葉片16的葉片根部33通過頂壓過程變形。其中頂壓部位36設(shè)置在葉片根部33的下部區(qū)域內(nèi)并覆蓋葉片根部33約三分之一的寬度。
圖5和6詳細(xì)地示出了具有同軸的環(huán)形槽31的壓縮機(jī)盤19的剖面圖。
在從環(huán)形槽31向槽底27的過渡區(qū)域內(nèi)的環(huán)形槽31的曲面上有一條切線，它與固定槽21的槽底27圍成一個正切角α。該正切角處于一個假想的平面上，該平面從轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸并從轉(zhuǎn)子通過固定槽21延伸的徑向展開。根據(jù)槽底27到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸的距離，正切角α具有一個界于50°至90°之間的大小。如果環(huán)形槽底39與固定槽21的槽底27相切，那么正切角α為90°。但如果環(huán)形槽21沿徑向繼續(xù)向外設(shè)置，從而沿徑向在靠內(nèi)側(cè)的圓弧面41與固定槽21的槽底27相切，那么正切角α對應(yīng)于所選擇的圓弧面41相應(yīng)變小。
正切角α越大，突起35防止工作葉片16軸向移動的作用就越好，因?yàn)橥黄鹬С性诃h(huán)形槽底39上。
與按照圖7的通過棱面30形成45°正切角的現(xiàn)有技術(shù)相比，采用按照本發(fā)明的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以達(dá)到更有效地使工作葉片16軸向固定。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，特別是燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子，其上設(shè)置至少一個具有外圓周(23)和兩個徑向延伸的端面(25)的軸環(huán)(22)，具有大量設(shè)置在外圓周(23)上的橫向于切向延伸的用于工作葉片(16)的固定槽(21)，在這些固定槽內(nèi)分別安置一個具有與固定槽(21)對應(yīng)成形的工作葉片(16)的葉片根部(33)，該工作葉片各自通過端面變形沿軸向固定，其特征在于，至少在所述軸環(huán)(22)的一個端面(25)上設(shè)有沿軸向延伸的與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸同軸的環(huán)形槽(31)，該環(huán)形槽與每個固定槽(21)的槽底(27)相切并作為變形而將工作葉片(16)的葉片根部(33)的材料塑性地壓入到所述環(huán)形槽(31)內(nèi)。
2.按權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述環(huán)形槽(31)具有環(huán)形槽底(39)和兩個側(cè)面(37)，其中，環(huán)形槽(31)的每個側(cè)面(37)通過圓弧面(41)過渡到環(huán)形槽底(39)內(nèi)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述軸環(huán)(22)通過圓盤，特別是借助于壓縮機(jī)盤(19)構(gòu)成。
4.按權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，每個固定槽(21)在橫截面上為燕尾形。
5.按權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，每個固定槽(21)在橫截面上為樅樹形。
6.按權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，圓盤的每個端面(25)具有環(huán)形槽(31)。
7.一種具有按權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)。
8.按權(quán)利要求7所述的渦輪機(jī)，其特征在于，該渦輪機(jī)設(shè)計(jì)為壓縮機(jī)，特別是設(shè)計(jì)為燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子、特別是燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其上設(shè)置至少一個具有外圓周(23)和兩個徑向延伸的端面(25)的軸環(huán)(22)，具有大量設(shè)置在外圓周(23)上的橫向于切向延伸的用于工作葉片(16)的固定槽(21)，其中，每個固定槽(21)均具有槽底(27)。為了能夠提供一種在具有幾何形狀簡單的用于工作葉片固定的結(jié)構(gòu)的同時實(shí)現(xiàn)減小流動損失的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，建議，至少在所述軸環(huán)(22)的一個端面(25)上設(shè)有沿軸向延伸的與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸同軸的環(huán)形槽(31)，該環(huán)形槽與所述固定槽(21)的槽底(27)這樣相連接，即，使得工作葉片(16)的葉片根部(33)的材料塑性地壓入到所述環(huán)形槽(31)內(nèi)。
文檔編號F01D5/30GK1950590SQ200580010891
公開日2007年4月18日 申請日期2005年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月7日
發(fā)明者伯納德·貝克 申請人:西門子公司