叶根、相应的叶片、转子盘和涡轮机组件制造技术

根据本发明专利技术，提供一种叶根，该叶根包括多个凸角和内角以及在这两者之间的侧面，其中，在侧面和内角之间设置肩部，以增大与相应转子盘的相应凸角的距离，具有这种叶根的叶片插入该相应转子盘中。本发明专利技术还涉及具有这种叶根的转子叶片。而且，此特征也可以替代地或另外应用于转子盘的转子盘槽，使得转子盘槽的侧面经由软肩部并入转子盘槽的内角以增大与叶根的相应凸角的距离。此外，本发明专利技术的肩部也可以应用于叶根和转子盘的相应槽两者。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】叶根、相应的叶片、转子盘和涡轮机组件
本专利技术一般地涉及涡轮机叶片设计，并且更具体地涉及叶根和/或转子盘的优化轮廓。
技术介绍
燃气涡轮的涡轮部段通常具有多排固定翼片和旋转叶片。一排叶片通常是彼此相同的，并且包括翼型部、平台部、和根部。另外，一些叶列可包括防止热气体在叶尖上方流出的护罩部。根部是叶片径向上最向内的部分，并且是用于将叶片安装在设置于转子盘中的凹槽或槽中。通常，对于各转子叶片，设置有相应的安装凹槽。具体地，通过将各根部轴向地滑入相应的凹槽中而组装叶片。已知，通过配合揪树轮廓将涡轮叶片安装到涡轮盘上。这种固定方法提供叶片相对于盘的准确位置。揪树轮廓的强度足以承受盘及其附接叶片的旋转期间以及安装叶片的涡轮发动机的运行中施加在叶片上的向外径向离心力。在运行中，叶片的揪树轮廓的侧面(这些侧面以倾斜的方式背向发动机轴线并且与凹槽的相对的揪树轮廓接触)支持叶片防止其径向地向外运动，并且可以被看作是负载侧面。轮廓的相对侧面可以被看作是无负载侧面，因为在运行中它们不支持任何显著的径向力。当从叶根的剖视图中观察时，仅利用直线和圆弧来限定涡轮叶片揪树型叶根的常规形状，剖视图由垂直于涡轮转子轴线的平面限定。针对一些几何约束和机械约束，对上述形状进行优化。利用交替地凸形表面(通常但不总是呈弧形并且被称为内角或颈部)和凹形表面(通常但不总是呈弧形并且被称为角或凸角或齿或凸耳)的过渡区使轮廓的侧面相互连接。内角通常是高应力集中的区域。通常，可在磨削工艺中形成涡轮叶根上的揪树轮廓。基本的揪树型叶根构造包含多条潜在的负载路径，其中所产生应力的值取决于叶根与盘中相应凹槽之间的初始配合精度。在运行期间由作用于叶片的离心力产生这些应力，离心负荷取决于整个叶片的质量，这些应力作为疲劳或应力腐蚀开裂的这种潜在破坏值得特别关注。叶片的使用寿命或者叶片运行循环的数量是有限的。叶根可以是大致镜像对称。叶根包括:一对对称的最高颈部或内角，这对颈部或内角从平台下表面向下延伸并且在圆周方向上形成凹陷；一对最高凸耳或凸角，这对凸耳或凸角从最高颈部向下延伸并且在圆周方向上构成突起。多对对称的颈部和凸角可以以交替的顺序向下延续。根部将结束于一对对称的最低颈部接着是一对对称的最低凸角。在叶根底部，一对最低凸角的表面将会聚，并且通过弧形或平的表面而在最低位置相互连接。专利公开EP0431766、US2, 343，225、EP0478234、JP59113206、DE3236021、EP1048821、GB2380770、EP0889202、US5554005、US2008/0298972 等揭示了不同类型叶根轮廓，基本上所有的叶根轮廓均致力于叶根不同区域中的应力，均涉及优化不同尺寸叶片和/或用于不同运行速度的不同类型机械的叶根。进而，目标是减小在叶片与安装叶片的相应盘之间接触点中的高水平应力。
技术实现思路
本专利技术的目的由独立权利要求实现。从属权利要求描述了本专利技术的有利的发展和修改。根据本专利技术，提供一种由多个凸角和内角以及在前两者之间的侧面所组成的叶根，其中在侧面与内角之间设置软肩部以增加与转子盘相应凸角之间的距离，具有这种叶根的叶片被插入相应凸角中。本专利技术还涉及具有这种叶根的转子叶片。替代地或另外，此特征还可应用于转子盘的转子盘槽，以便转子盘槽的侧面经由软肩部并入转子盘的内角从而增加与叶根的相应凸角之间的距离。这种肩部(该肩部包括彼此相邻的内角的内半径和外半径，运行期间叶片的离心负荷作用于其相邻的内部和外部圆角半径)的作用是在外半径中在接触端产生压缩应力。这有助于消除将会由在此界面中的摩擦所形成的拉伸应力。为了更具体地定义本专利技术，本专利技术的一个方面涉及一种叶根，特别地涉及涡轮叶片的叶根，该叶根包括多对相对的凸角、多对相对的内角、叶根的底部、和多个侧面；其中凸角和内角以交替的顺序布置并且各侧面被布置在凸角之一和内角之一之间。各对凸角被布置成大致镜像对称，并且各凸角包括凸形凸角表面部。各对内角被布置成大致镜像对称，并且各内角包括凹形内角表面部。背向底部的多个侧面的第一侧面具有第一平坦表面部(即平的表面，甚至在零负荷下)并且没有突起或凹槽。根据本专利技术，该第一平坦表面部与凸形表面部相邻和/或变化到凸形表面部。第一平坦表面部是在运行期间由于离心负荷因而将与相应盘槽侧面接触的叶根的部分。第一平面表面部位于(虚拟的)第一平面中。凸形凸角表面部与第一平坦表面部相邻和/或变化到第一平坦表面部。凹形内角表面部与凸形表面部相邻和/或变化到凸形表面部。根据本专利技术，凸形表面部和与凸形表面部邻接的凹形内角表面部的区域形成相对于第一平面的局部凹陷，即缺口、凹部。换句话说，凸形表面部和与凸形表面部邻接的凹形内角表面部的区域形成底切。该底切被布置成使得当组装在一起时与转子盘的相应相对表面之间的距离由于凸形表面部而快速增加。在叶根内角的区域在叶根和转子盘的两个所述表面之间形成间隙。术语两个凸角的“相对”对的凸角表示彼此为镜像对称并且限定在直径方向上相互面对的表面。因此，这同样适用于相对对的内角、侧面等。如上所述，侧面特别是第一侧面可以是倾斜的表面，各表面基本上背向叶根的底部并且可限定支承或接触表面区，在装备有具有叶根的叶片的旋转机械的运行期间，转子盘(特别是涡轮盘)的相应表面在该表面区接触。具体地，如果将叶根插入可围绕轴线旋转的转子盘中，那么相对于旋转轴线这些侧面可以是径向的外侧面。在第一实施例中，对于更接近叶根底部的侧面，支承表面的扩展区可增加。这是有利的，因为负荷被分布，从而可减小在运行期间在叶根与装备有叶片的盘之间的接触区的应力水平。叶根的使用寿命将增加，特别是增加低循环疲劳寿命。本专利技术可以优选地涉及一种具有三对凸角、三对内角以及前两者之间的三对侧面的布置。如果第二侧面被看作是中间侧面和最接近底部的第三侧面，那么第二侧面和第三侧面的平坦扩展区可以是相同的。替代地，第三侧面的第三平坦扩展区可以大于第二侧面的第二平坦扩展区。具体地，第二平坦扩展区可以比第一平坦扩展区大25%-50%。在一个非常优选的实施例，第二平坦扩展区可以大致地比第一平坦扩展区大33%。内角的表面可以大致为圆柱体的部分，甚至是椭圆形的圆柱体。该圆柱体的半径可被称为内角半径。一个内角可由一个圆柱体的部分所限定。替代地，更复杂的表面结构是可能的，其中可以限定表面的若干部分，其中表面的各部分由内角半径限定。根据本专利技术的一个优选实施例，多个内角的第一内角的第一内角半径可被布置在最远离叶根底部的位置，多个内角的第二内角的第二内角半径可被布置在较接近叶根底部的位置，例如中间部或底部，并且第一内角半径可以大致等于第二内角半径。优选地，内角的所有内角半径可以是相同的，因为这样可以减少应力点。本专利技术的局部凹陷可具体地形成为使得凸形表面部在从其第一端到其第二端的方向上增大与第一平面的垂直距离(即与虚拟平面之间的距离，假如该距离是在垂直于第一平面的方向上测量)，在第一端处，凸形表面部并入第一平坦表面部，在第二端处，凸形表面部并入凹形内角表面部。因此，在叶根相应表面与转子盘之间形成间隙，并且利用特定的鞍状的凸形表面部与凹形内角表面部的相邻部分的组合的构造使该间隙变宽。在另一个实施例中，凸形表面部可以以平滑过渡(特别是通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叶根(1)，特别是涡轮叶片(2)的叶根(1)，包括：多对相对的凸角(11、11“、12、12“、13、13“)，各对凸角(11、11“、12、12“、13、13“)被布置成大致镜像对称，并且各凸角(11、11“、12、12“、13、13“)包括凸形凸角表面部(65、65“、66、66“、67、67“)；多对相对的内角(21、21“、22、22“、23、23“)，各对内角(21、21“、22、22“、23、23“)被布置成大致镜像对称，并且各内角(21、21“、22、22“、23、23“)包括凹形内角表面部(75、75“、76、76“、77、77“)；多个侧面(31、31“、32、32“、33、33“)，其中，凸角(11、11“、12、12“、13、13“)和内角(21、21“、22、22“、23、23“)以交替的顺序布置并且每个侧面(31、31“、32、32“、33、33“)被布置在凸角(11、11“、12、12“、13、13“)之一和内角(21、21“、22、22“、23、23“)之一之间；叶根(1)的底部(10)；其中，背向底部(10)的多个侧面(31、31“、32、32“、33、33“)的第一侧面(31)具有第一平坦表面部(PS1)，所述第一平坦表面部(PS1)与凸形表面部(CS1)相邻，第一平坦表面部(PS1)位于第一平面(PL1)中；并且其中，凸形凸角表面部(65、65“、66、66“、67、67“)与第一平坦表面部(PS1)相邻；并且其中，凹形内角表面部(75、75“、76、76“、77、77“)与凸形表面部(CS1)相邻；并且其中，凸形表面部(CS1)和与凸形表面部(CS1)邻接的凹形内角表面部(75、75“、76、76“、77、77“)的区域形成相对于第一平面(PL1)的局部凹陷(UC)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.14 EP 11174019.71.一种叶根(I)，特别是涡轮叶片(2)的叶根(1)，包括: 多对相对的凸角(11、11’、12、12’、13、13’)，各对凸角(11、11’、12、12’、13、13’)被布置成大致镜像对称，并且各凸角(11、11’、12、12’、13、13’)包括凸形凸角表面部(65、65’、66,66' 、67、67’)； 多对相对的内角(21、21’、22、22’、23、23’)，各对内角(21、21’、22、22’、23、23’)被布置成大致镜像对称，并且各内角(21、21’、22、22’、23、23’)包括凹形内角表面部(75、75’、76,76' 、77、77’)； 多个侧面(31、31’、32、32’、33、33’)，其中，凸角(11、11’、12、12’、13、13’)和内角(21、21’、22、22’、23、23’)以交替的顺序布置并且每个侧面(31、31’、32、32’、33、33’)被布置在凸角(11、11’、12、12’、13、13’)之一和内角(21、21’、22、22’、23、23’)之一之间； 叶根⑴的底部(10)； 其中，背向底部(10)的多个侧面(31、31’、32、32’、33、33’)的第一侧面(31)具有第一平坦表面部(PSl)，所述第一平坦表面部(PSl)与凸形表面部(CSl)相邻，第一平坦表面部(PSl)位于第一平面(PLl)中；并且 其中，凸形凸角表面部(65、65’、66、66’、67、67’)与第一平坦表面部(PSl)相邻；并且 其中，凹形内角表面部(75,75'、76、76’、77、77’)与凸形表面部(CSl)相邻；并且 其中，凸形表面部(CSl)和与凸形表面部(CSl)邻接的凹形内角表面部(75、75’、76、76’、77、77’)的区域形成相对于第一平面(PLl)的局部凹陷(UC)。2.根据权利要求1的叶根(I)，其特征在于: 局部凹陷(UC)被形成为使得凸形表面部(CSl)在从其第一端(El)到其第二端(E2)的方向上增加与第一平面(PLl)的垂直距离，在第一端(El)处，凸形表面部(CSl)并入第一平坦表面部(PSl)，在第二端(E2)处，凸形表面部(CSl)并入凹形内角表面部(75、75’、76,76' 、77、77’)。3.根据前述权利要求之一的叶根(I)，其特征在于: 凸形表面部(CSl)以平滑过渡并入第一平坦表面部(PSl)和/或凸形表面部(CSl)以平滑过渡并入凹形内角表面部(75,75'、76、76’、77、77’)。4.根据前述权利要求之一的叶根(I)，其特征在于: 各对凸角(11、11’、12、12’、13、13’)包括限定该对凸角(11、11’、12、12’、13、13’)的相对表面之间的最宽距离(dl、d2)的最远表面部(40、43、44)，以及 一对凸角(11、11’、12、12’、13、13’)的相对表面之间的最宽距离(dl、d2)对于最接近底部(10)的那一对凸角(11、11’、12、12’、13、13’)而言是最短的，并且对于与底部(10)的距离更大的各对凸角(11、11’、12、12’、13、13’)而言增大。5.根据前述权利要求之一的叶根(I)，其特征在于: 各对内角(21、21’、22、22’、23、23’)包括限定该对内角(21、21’、22、22’、23、23’)的相对表面之间的最窄距离的最小距离表面部(41)，以及 一对内角(21、21’、22、22’、23、23’)的相对表面之间的最窄距离对于最接近底部(10)的那一对内角(21、21’、22、22’、23、23’)而言是最短的，并且对于与底部(10)的距离更大的各对内角(21、21’、22、22’、23、23’)而言增大。6.根据前述权利要求之一的叶根(I)，其特征在于:多个内角(21,21'、22、22’、23、23’)的第一内角(...

【专利技术属性】
技术研发人员：R布卢克，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：
国别省市：