用於周向進口式翼型件連接系統的鎖定墊片組件的製作方法

2023-06-11 01:03:01

專利名稱：用於周向進口式翼型件連接系統的鎖定墊片組件的製作方法
技術領域：
本發明主題一般地涉及周向進口式翼型件連接系統，並且更特別地，涉及一種用 於此類系統中的鎖定墊片組件。
背景技術：
傳統的燃氣渦輪機包括轉子，轉子帶有安裝在壓縮機和其渦輪段中的圓盤上的各 種轉子葉片和渦輪輪葉。各個葉片或輪葉包括翼型件和位於翼型件底部的平臺，壓縮的空 氣或流體在翼型件上流動，平臺為空氣流或流體流限定了徑向內邊界。葉片和輪葉典型地 是可拆卸的，並因此包括合適的根部，例如T型根部，構造成與圓盤周邊中互補的連接槽相 接合。根部可以是軸向進口式根部或周向進口式根部，其與圓盤周邊中形成的相對應的軸 向槽或周向槽相接合。典型的根部包括具有最小橫截面積的頸部和從根部延伸到定位在連 接槽中的一對側向凹穴中的凸起物。對於周向根部，在前後連續的周向柱體之間形成單個連接槽，並周向圍繞圓盤的 整個周邊而延伸。周向連接槽的橫截面形狀包括由前後轉子盤柱體限定的側向凹穴，側 向凹穴與根部凸起物協作，從而在渦輪機運行期間抵抗離心力而徑向保持單獨的葉片或輪 葉。在燃氣渦輪機的壓縮機段，例如，轉子葉片(尤其是根部構件)插入到周向槽中並 圍繞該周向槽，且旋轉大約90度，以使根部凸起物與側向凹穴形成接觸，從而圍繞轉子盤 的周邊限定完整的轉子葉片級。葉片包括位於翼型件底部處的平臺，平臺可圍繞槽成鄰接 接合。在其它實施例中，在相鄰的壓縮機葉片平臺之間的周向槽中可安裝墊片。一旦已經 安裝了所有的葉片(和墊片)，槽中最後剩餘的空間典型地用特別設計的墊片組件進行填 充，如本領域中通常已知的那樣。用於促進最終墊片組件插入到周向槽中的常見技術是在轉子盤中包括非軸向對 稱的加載槽。然而，加載槽製造昂貴，並且包括此類槽產生了高應力的位置。目前已經設計 了各種傳統的墊片組件以消除對轉子盤中的加載槽的需求，但包括複雜的多構件裝置。這 些傳統的組件通常難以裝配，並且在渦輪機的運行期間容易裂開，例如，如果裝置的任一側 相對於相鄰的構件(即轉子盤或平臺)形成間隙。因此，需要一種最終的墊片組件，其相對 易於裝配在定位於周向進口式連接槽內的轉子葉片或渦輪輪葉的相鄰翼型件的平臺之間 的最終空間內。

發明內容
在以下描述中將部分地陳述，或者可從描述中明白，或者可通過本發明主題的實 踐獲悉本發明主題的方面和優勢。—方面，本發明主題提供了一種用於在相鄰翼型件的平臺之間的周向連接槽中使 用的獨特的鎖定墊片組件。該組件包括兩個末端件，其構造成裝配到平臺之間的空間中，且 各個末端件均包括外表面和內表面。促動器可在內表面之間移動，並且墊塊構造成插入在內表面之間。墊塊包括構造成容納促動器的空腔。還包括緊固件，且其構造成將墊塊固定 在促動器上。最後，促動器構造成與內表面相接合，使得末端件彼此相向移動，並將組件鎖 定在連接槽內。另一方面，本發明主題包括一種具有帶轉子盤的轉子的轉子組件。盤的前後柱體 構件限定了連續的周向延伸的連接槽。轉子組件還包括多個翼型件，且各個翼型件從平臺 延伸。各個平臺通過向內延伸的根部而固定在連接槽上。鎖定墊片組件安裝在至少其中兩 個平臺之間的空間中。鎖定墊片組件可按照上面所述和本文更詳細地描述的那樣構造。參照以下描述和所附權利要求書，本發明主題的這些以及其它的特徵、方面和優 點將變得更好理解。結合在本說明書中並構成本說明書的一部分的附示了本發明的實 施例，並且與描述一起用於解釋本發明主題的原理。


在參照附圖的說明書中為本領域中的普通技術人員闡述了本發明主題的完整且 能夠實現的公開，包括其最佳模式，其中圖1提供了傳統燃氣渦輪機構造的壓縮機段中的構件的局部截面圖；圖2提供了用於周向進口式轉子葉片的根部和連接槽構造的一個實施例的局部 截面圖；圖3是在相鄰的轉子葉片平臺之間具有最終空間的轉子盤的局部透視圖，鎖定墊 片組件可插入到最終空間內；圖4是根據本發明主題方面的鎖定墊片組件的一個實施例的構件的分解圖；圖5、圖6、圖7和圖8是根據本發明主題的方面的鎖定墊片組件的一個實施例的 順序裝配圖；和圖9是根據本發明主題的方面的鎖定墊片組件的裝配實施例的截面圖，指示了旋 轉負載的位置。部件列表
12轉子
18中心軸線
20轉子盤
22轉子葉片
24中心軸線(葉片)
26翼型件
26a前緣
26b後緣
W平臺
30根部
32凸起物
34柱體構件
36連接槽
38側向凹穴
40 墊片42最終空間50鎖定墊片組件52第一末端件52a內表面52b外表面54角度面56 溝57矩形凹穴58第二末端件58a內表面58b夕卜表面60角度面62 溝63矩形凹穴64促動器66凸起物68成角度的表面70成角度的表面72 墊塊74 空腔76 頂面77矩形軸環78 開口80 底面82矩形通道84緊固件88柱體位置90凸起位置92公差位置100轉子組件
具體實施例方式現在將詳細參考本發明主題的實施例，圖中顯示了其一個或多個示例。各個示例 是作為本發明主題的解釋而提供的，而非限制。實際上，對本領域中的技術人員將會明顯的 是，在不脫離本發明主題的範圍或精神的條件下可在本發明主題中做出各種修改和變化。 例如，作為一個實施例的一部分而被顯示或描述的特徵可與另一實施例一起使用，以產生 又另一實施例。因而，當落入所附權利要求及其等效物範圍內時，本發明意圖覆蓋這種修改 和變化。
例如，在圖1中圖示了傳統燃氣渦輪機的壓縮機段中的若干構件，其中轉子12包 括與渦輪機的中心軸線18同軸設置的多個轉子盤20。多個周向間隔開的轉子葉片22可拆 卸地固定在圓盤上，並從圓盤徑向向外延伸。各個葉片22具有縱向中心軸線M，並包括翼 形件段26，翼形件段沈具有前緣26a和後緣26b (在葉片22上的氣流方向上)。另外，各 個葉片22均具有平臺觀和一體的根部30，平臺為翼型件沈上的氣流提供了徑向內邊界的 一部分，一體的根部30從平臺觀徑向向內延伸。如本領域中通常已知的那樣，根部30滑 入由轉子盤20的前後柱體構件34(圖2)所限定的周向延伸的連接槽中並沿著其滑動。圖2是T型根部和連接槽構造的一個實施例的更詳細的視圖。轉子葉片22包括 平臺觀，且一體形成的根部30從該平臺延伸到由轉子盤20的前後柱體34的相向壁所限定 的連接槽36中。根部30包括容納在側向凹穴38中的凸起物32，側向凹穴在由柱體壁的凹 穴部分所限定的連接槽30中。應該容易懂得圖2中的根部30和連接槽36的構造僅用於 圖示的目的，並且在本發明主題的範圍和精神內可廣泛地改變根部和槽構造。圖3是轉子12的一部分的局部透視圖，並且特別圖示了配置在轉子盤20的前後 柱體構件34之間的連接槽中的多個轉子葉片22。各個轉子葉片22均包括平臺觀。如本 領域中通常所知的那樣，在相鄰葉片22的平臺觀之間可設置傳統的墊片40。在轉子葉片 平臺觀之間具有水平寬度W的最終空間42可由鎖定墊片組件50的一個實施例進行填充， 其在下文中進行了更詳細地描述。然而，應該懂得鎖定墊片組件50還可用於填充相鄰渦輪 輪葉的平臺之間的最終空間，渦輪輪葉定位在傳統燃氣渦輪機的渦輪段中。因此，鎖定墊片 組件將通常在以下描述為安裝在相鄰翼型件26的平臺觀之間，其中平臺觀和翼型件沈 可以是轉子葉片或渦輪輪葉的一部分，從而完全包括這兩種應用。參看圖4，其以分解示了鎖定墊片組件50的一個實施例。組件50包括第一 末端件52和第二末端件58，其構造成裝配在相鄰翼型件沈的平臺觀之間的最終空間42 中。因而，末端件52，58具有任何尺寸構造，使得寬度、長度、厚度或任何其它特徵使末端件 52，58能夠插入在平臺28之間。例如，末端件52，58可通常具有水平寬度W (圖幻，從而緊 密地裝配在相鄰翼型件的平臺觀之間。第一末端件52包括內表面5 和外表面52b。類似地，第二末端件58包括內表 面58a和外表面58b。如大致在圖5中所示，外表面52b，58b具有通常適合於突入到連接槽 36中的輪廓。例如，外表面52b，58b的輪廓可具有頂部部分，其大體上是彎曲的，以與柱體 構件34的曲線構成鏡像。此外，該輪廓可具有底部部分，其在形成於箍環構件34和側向凹 穴38之間的拐角處向外延伸，從而突入到所示的T型連接槽36中。然而，應該容易懂得， 外表面52b，58b可具有任何所需輪廓，並且不需要具有圖4和圖5中所示的特殊輪廓。外 表面52b，58b的輪廓將大部分依賴於連接槽36的特殊的形狀和構造。在外表面52^5 上還可能需要分別提供弓形溝56，62。例如，可包括弓形溝56， 62，從而在末端件52，58上提供低應力點或用於釋放應力的位置。如圖所示，在形成於箍環 構件34和側向凹穴38之間的拐角處，弓形溝56，62定位在外表面52b，58b上。在所示的實施例中，如圖6中大致所示，當末端件52，58插入到連接槽36中時，內 表面52a，58a通常彼此相向。平面M，60優選地分別形成內表面52a，58a中的凹口的一部 分，並由相對於徑向的角度限定。應該懂得，平面M，60在內表面52a，58a上的角度和位置 可根據促動器64的構造而變化。平面54，60的角度通常可在5°至85°之間的範圍內，例如20°至70°，或者更具體地30°至50°。另外，在內表面52a，58a上可分別形成矩形的凹穴57，63。如圖4中所示，在末端 件52，58的頂部處的內表面52a，58a中形成了矩形的凹穴57，63。矩形的凹穴57，63可構 造成容納墊塊的互補的矩形軸環77，如將在下文所述。因而，應該懂得矩形凹穴57，63的形 狀、深度和位置可根據互補的矩形軸環77的構造而變化。鎖定墊片組件50還包括促動器64，該促動器64可在內表面52a，58a之間移動，並 且構造成與此類內表面52a，58a相接合。促動器64優選地包括構造成與內表面52a，58a 相接合的凸起物66。在所示的實施例中，凸起物66從促動器64的底部沿相反的方向向外 延伸，使得促動器成為T形。凸起物66可包括由相對於徑向的角度所限定的成角度的表面 68，70。成角度的表面68，70通常可具有與平面M，60的形狀和角度相符的形狀和角度，平 面M，60形成內表面52a，58a中的凹口的一部分。參看圖4、圖8和圖9，鎖定墊片組件還包括墊塊72和緊固件84。如圖所示，墊塊 72構造成插入在內表面52a，58a之間，並包括構造成容納促動器64的空腔74 (如圖4和圖 8中的虛線所示)。類似於末端件52，58，墊塊72還構造成裝配在相鄰翼型件沈的平臺觀 之間。因而，墊塊72可具有任何尺寸結構，使得當設置在內表面52a，58a之間時，寬度、長 度、厚度或任何其它特徵使墊塊72能夠插入在平臺觀之間。例如，墊塊72可通常具有水 平寬度W (圖3)，從而緊密裝配在平臺觀之間。墊塊72還可包括從墊塊72的頂部側向延伸的矩形軸環77。矩形軸環77可構造 成容納在形成於內表面52a，58a中的矩形凹穴57，63中。如圖8中所示，當墊塊72插入在 內表面52a，58a之間時，矩形軸環77滑動到矩形凹穴57，63，這可防止墊塊72徑向跌落在 連接槽36中。墊塊72還可包括開口 78和矩形通道82。開口 78限定在墊塊72的頂面76中，並 構造成容納緊固件84。例如，緊固件84可裝配到開口 78中，使得當鎖定墊片組件50被鎖 定在連接槽36內時，緊固件84定位成大致與平臺觀齊平。矩形通道82限定在墊塊72的 底面80中，並且構造成容納促動器64的一部分。具體地說，如圖8中所示，在裝配鎖定墊 片組件50時，矩形通道82在凸起物66的一部分上滑動。然而，應該懂得，開口 78和矩形 通道82不需要具有通常所示的特殊的形狀、深度或寬度。開口和矩形通道的形狀、寬度和 深度可變化，以適應緊固件和促動器的變化的形狀和尺寸。緊固件84構造成將墊塊72固定在促動器64上。因而，緊固件84可用於防止促 動器64徑向跌落到連接槽36中。本領域中的普通技術人員應該懂得，緊固件84通常可包 括可用於將墊塊72固定到促動器64上的任何鎖定機構。在所示的實施例中，緊固件84具 有帶螺紋的母端，其可擰緊到帶螺紋的促動器64的公端上。圖5、圖6、圖7和圖8圖了鎖定墊片組件50的一個實施例的順序裝配圖。最初 可將末端件52，58插入到連接槽36中，並間隔開，使得促動器64可插入在內表面52a，58a 之間。一旦插入在內表面52a，58a之間，就將促動器64旋轉90度，使得凸起物66的成角 度的表面68，70通常面向內表面52a，58a的角度面M，60。然後可將墊塊72插入在內表 面52a，58a之間，且墊塊72的矩形軸環77容納在內表面52a，58a的互補的矩形凹穴57， 63中。然後用手徑向向外(沿方向Y)拉動促動器64，直至成角度的表面68，70與角度面 M，60相接合，促使末端件52，58彼此相向移動，並將組件50—起鎖定在連接槽36內。然後可應用緊固件84，以將促動器64固定在墊塊74上，並防止促動器64徑向跌落。在安裝緊固件84後，雖然處於略微鬆弛的狀態下，但鎖定墊片組件50仍保持一起 鎖定在連接槽36內。然而，隨著轉子盤20在渦輪發動機運行期間的旋轉，裝配構件上的旋 轉負載造成組件50 —起緊密地鎖定在連接槽36內。具體地說，由於轉子盤20的旋轉所造 成的促動器64上的徑向負載通過末端件52，58而傳送到轉子盤20上，從而將組件緊緊地 鎖定在連接槽36內。圖9圖示了鎖定墊片組件50的各種構件在傳統燃氣渦輪機的運行期間的旋轉負 載的位置。在轉子盤20旋轉時，在柱體位置88處，末端件52，58徑向地(沿方向Y)加載 到圓盤20的柱體構件34上。同時，轉子盤20的旋轉造成墊塊72上的旋轉負載，其通過緊 固件84而傳遞至促動器64。由於由離心力造成的旋轉負載，促動器64徑向向外移動，並 在凸起物位置90處與末端件52，58相接合。因為凸起物位置90相對於徑向成角度，所以 存在徑向負載分量，其造成末端件52，58彼此相向移動，將組件50緊密地鎖定在連接槽36 中。如圖9中所示，一旦裝配，鎖定墊片組件50的構件可能具有公差。然而，需要使各 個構件緊密地裝配在連接槽36中，使得鎖定墊片組件50的構件基本上填充了柱體構件34 之間的連接槽36的寬度。例如，在公差位置92處導致滑動配合的緊密公差將確保對於末 端件52，58隻需要最少量的平移來將鎖定墊片組件50 —起鎖定在連接槽36中。另外，緊 密公差可防止鎖定墊片組件50的顯著旋轉，從而產生反旋轉特徵。應該懂得本發明主題還包括轉子組件100(圖幻，其結合如本文所述和體現的鎖 定墊片組件50。轉子組件100包括具有轉子盤20的轉子12，且前後柱體34限定了連續的 周向延伸的連接槽36。轉子組件還包括多個翼型件沈，且各個翼型件沈從平臺28延伸。 平臺觀通過向內延伸的根部30而固定在連接槽36內。根據本文所示或所述的任何實施 例的至少一個鎖定墊片組件50設置在其中兩個平臺觀之間的空間中。應該很容易懂得， 如上文所示，可將轉子組件100設置在壓縮機或燃氣渦輪機的渦輪段中，且平臺觀和翼型 件沈為完整的轉子葉片級或渦輪輪葉級的一部分。此書面說明書使用示例來公開本發明，包括最佳模式，並且還使本領域中的技術 人員能夠實踐本發明，包括製造和利用任何裝置或系統，並執行任何結合的方法。本發明可 取得專利的範圍由權利要求限定，並且可包括本領域中的技術人員想到的其它示例。如果 此類其它示例包括並非不同於權利要求字面語言的結構元件，或者如果其包括與權利要求 字面語言無實質差異的等效的結構元件，那麼這些其它示例都屬於權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種用於插入到相鄰翼型件06)的平臺08)之間的周向連接槽(36)中的鎖定墊 片組件(50)，包括第一末端件(52)，其構造成裝配到相鄰翼型件06)的平臺08)之間的空間中，所述第 一末端件(5 包括外表面(52b)和內表面(5 )，所述外表面(52b)具有適合於突入到連 接槽(36)中的輪廓；第二末端件(58)，其構造成裝配到所述平臺08)之間的空間中，所述第二末端件(58) 包括外表面(58b)和內表面(58a)，所述外表面(58b)具有適合於突入到所述連接槽(36) 中的輪廓，其中所述第一末端件(5 和第二末端件(58)的所述內表面(52a，58a)通常彼 此相向；可在所述內表面(52a，58a)之間移動的促動器(64)，所述促動器(64)構造成與所述內 表面(52a, 58a)相接合；墊塊(72)，其構造成插入在所述內表面(52a，58a)之間，所述墊塊(7 限定構造成容 納所述促動器(64)的空腔(74)；緊固件(84)，其構造成將所述墊塊(7 固定在所述促動器(64)上；且其中所述促動器(64)與所述內表面(52a，58a)相接合，使得所述第一末端件(52)和 第二末端件(58)彼此相向移動，並將所述組件(50)鎖定在所述連接槽(36)內。
2.根據權利要求1所述的鎖定墊片組件(50)，其特徵在於，所述促動器(64)包括構造 成與所述內表面(52a，58a)相接合的凸起物(66)。
3.根據權利要求2所述的鎖定墊片組件(50)，其特徵在於，所述鎖定墊片組件(50)還 包括形成於所述凸起物(66)上的第一成角度的表面(68)和第二成角度的表面(70)，所述 成角度的表面(68，70)由相對於徑向的角度限定。
4.根據權利要求3所述的鎖定墊片組件(50)，其特徵在於，所述鎖定墊片組件(50)還 包括形成於所述第一末端件(5 的所述內表面(52a)上的第一角度面(54)和形成於所述 第二末端件(58)的所述內表面(58a)上的第二角度面(60)，其中所述促動器(64)的所述 第一成角度的表面(68)構造成與所述第一角度面(54)相接合，並且所述促動器(64)的所 述第二成角度的表面(70)構造成與所述第二角度面(60)相接合。
5.根據任一前述權利要求所述的鎖定墊片組件(50)，其特徵在於，所述鎖定墊片組件 (50)還包括形成於所述第一末端件(5 和第二末端件(58)的所述內表面(52a，58a)上的 矩形凹穴(57，63)。
6.根據權利要求5所述的鎖定墊片組件(50)，其特徵在於，所述墊塊(7 還包括矩形 軸環(77)，其中所述矩形軸環(77)構造成當所述墊塊(7 插入在所述內表面(52a，58a) 之間時容納在所述矩形凹穴(57，63)中。
7.根據任一前述權利要求所述的鎖定墊片組件(50)，其特徵在於，所述鎖定墊片組件 (50)還包括限定在所述墊塊(72)的頂面(76)中的開口(78)，其中所述開口(78)構造成 容納所述緊固件(84)。
8.根據任一前述權利要求所述的鎖定墊片組件(50)，其特徵在於，所述鎖定墊片組件 (50)還包括限定在所述墊塊(7 的底面(80)中的通道(82)，其中所述通道(8 構造成 容納所述促動器(64)的一部分。
9.根據任一前述權利要求所述的鎖定墊片組件(50)，其特徵在於，所述鎖定墊片組件(50)還包括限定在所述第一末端件(5 和第二末端件(58)的所述外表面(52b，58b)上的 溝(56，62)。
10. 一種轉子組件(100)，包括:轉子(12)，其具有帶前後柱體(34)的轉子盤(20)，前後柱體(34)限定連續的周向延 伸的連接槽(36)；多個翼型件(26)，所述多個翼型件06)的每一個從多個平臺08)的其中一個平臺 延伸，其中所述多個平臺08)的每一個通過向內延伸的根部(30)固定在所述連接槽(36) 上；鎖定墊片組件(50)，其設置在所述多個平臺08)的至少其中兩個平臺之間的空間中， 所述鎖定墊片組件(50)根據權利要求1至9中的任一項所述。
全文摘要
本發明涉及用於周向進口式翼型件連接系統的鎖定墊片組件，具體而言，用於插入在周向連接槽(36)中的鎖定墊片組件(50)包括第一末端件(52)和第二末端件(58)。第一末端件(52)和第二末端件(58)各包括外表面(52b，58b)和內表面(52a，58a)，當末端件(52，58)插入到連接槽(36)中時，內表面(52a，58a)通常彼此相向。促動器(64)可在內表面(52a，58a)之間移動，並且墊塊(72)構造成插入在內表面(52a，58a)之間。緊固件(84)構造成將墊塊(72)固定在促動器(64)上。促動器(64)構造成與內表面(52a，58a)相接合，使得末端件(52，58)彼此相向移動，並將組件(50)鎖定在連接槽(36)內。
文檔編號F16B1/02GK102062114SQ201010554149
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月11日 優先權日2009年11月11日
發明者R·A·布裡廷厄姆 申請人:通用電氣公司