本發(fā)明涉及一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)部件，并且尤其涉及在其周緣上包括齒的環(huán)形列的部件，這些齒在它們之間限定出用于保持轉(zhuǎn)子葉片根部的凹槽。該類(lèi)型的部件例如是轉(zhuǎn)子盤(pán)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)包括文件EP-A2-2 549 061、FR-A-485 943、US-A-4 093 399、US-A-2 920 864、US-A1-2007/020102和US-A-5 474 421。

渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子盤(pán)在其周緣上包括枝狀凹槽的環(huán)形的列，轉(zhuǎn)子葉片根部緊固地裝配在該枝狀凹槽中。每個(gè)葉片通常均包括由平臺(tái)部連接到根部的輪葉。所述根部包括兩個(gè)部分，被稱(chēng)為球狀部的徑向內(nèi)部部分和被稱(chēng)為支柱部的徑向外部部分。根部的球狀部由該根部的支柱部連接到葉片的平臺(tái)部。

葉片的根部的形狀可以被設(shè)置為類(lèi)似于杉樹(shù)或者楔形榫。在楔形榫的葉片根部的情況下，該根部的球狀部包括一個(gè)凸瓣，以及在杉樹(shù)形的葉片根部的情況下，該根部的球狀部包括兩個(gè)或三個(gè)凸瓣。每個(gè)凸瓣均由頸部(換言之，具有較小的橫截面或厚度的部分)連接到另一個(gè)凸瓣或者連接到根部的支柱部。

該類(lèi)型的具有枝狀的緊固件的盤(pán)可被用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)中或渦輪中。

傳統(tǒng)地，枝狀的杉樹(shù)形的緊固件用于相對(duì)高負(fù)載的渦輪，換言之，用于高速渦輪或具有大的管道橫截面的渦輪，因?yàn)橛捎诟鼜?qiáng)的離心力而有更大的應(yīng)力。

在所述緊固件中必須遵守若干個(gè)機(jī)械準(zhǔn)則：

-絕對(duì)準(zhǔn)則，換言之，是葉片的和盤(pán)的齒的在彈性范圍內(nèi)的強(qiáng)度，以及在所有的常規(guī)飛行情況下對(duì)振動(dòng)疲勞、低頻(oligocyclic)疲勞和蠕變的耐受性；

-相對(duì)準(zhǔn)則，其對(duì)應(yīng)于整個(gè)轉(zhuǎn)子的斷裂層級(jí)(breakage hierarchy)。這是因?yàn)樵谌~片和盤(pán)中必須遵守應(yīng)力的層級(jí)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，具有最大的張拉應(yīng)力的橫截面是最易于斷裂的橫截面。包圍渦輪的外殼必須留存住任何可能從渦輪射出的碎片，這就是為什么葉片碎片的數(shù)量越大，外殼的體積將越大，是為了能夠容納所述碎片。此外，在盤(pán)的齒中一定不能有斷裂，因?yàn)樗鰯嗔芽赡芤饘?dǎo)致大比例的葉片松脫的連鎖反應(yīng)?？傊瑓⒄?qǐng)D3，具有最大的應(yīng)力的橫截面應(yīng)當(dāng)位于葉片10的輪葉中，球狀部16的下頸部12和上頸部14的橫截面應(yīng)當(dāng)具有低于輪葉的應(yīng)力(σbi＜σbs＜σbp(低輪葉應(yīng)力))，并且齒22的下頸部18和上頸部20的橫截面比葉片10應(yīng)當(dāng)具有相對(duì)較小的應(yīng)力，所述橫截面被減小到盤(pán)24的材料在緊固件的溫度下的的彈性極限(盤(pán)的σdi,s/σe(盤(pán)的材料的彈性極限)＜葉片的σbp/σe(葉片的材料的彈性極限))。

在某些渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，遵守絕對(duì)準(zhǔn)則而非斷裂層級(jí)，因?yàn)榍驙畈?6中的而非齒22中的橫截面是足夠大的，或者齒22中的而非球狀部16中的橫截面是足夠大的。

該問(wèn)題的解決方案可能在于增加球狀部16的頸部12、14中的橫截面的尺寸，同時(shí)增加齒22中的頸部的尺寸。然而，緊固件(齒加上球狀部)的寬度或總體圓周尺寸直接由管道的形狀以及葉片10的數(shù)量決定。修改管道將引起渦輪性能的損失，這將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能的損失。

本發(fā)明對(duì)該問(wèn)題提出了一種簡(jiǎn)單、有效以及經(jīng)濟(jì)的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種諸如盤(pán)之類(lèi)的用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)部件，該部件具有旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)并且在其周緣上包括齒的環(huán)形的列，所述齒在它們之間限定出用于保持杉樹(shù)形的轉(zhuǎn)子葉片根部的凹槽。每個(gè)齒均包括第一側(cè)面和第二側(cè)面，該第一側(cè)面包括至少兩個(gè)凸出部分，該至少兩個(gè)凸出部分用于保持葉片根部并且通過(guò)凹陷部分彼此分隔開(kāi)，該第二側(cè)面包括至少兩個(gè)凸出部分，該至少兩個(gè)凸出部分用于保持相鄰的葉片根部并且通過(guò)凹陷部分彼此分隔開(kāi)。第一側(cè)面的所述至少兩個(gè)凸出部分位于以旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)部件的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)為中心的圓周上，第二側(cè)面的所述至少兩個(gè)凸出部分位于以所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)為中心的圓周上。所述部件的特征在于，每個(gè)齒大體在其整個(gè)的縱向尺寸上關(guān)于大體的徑向中間縱向平面均不對(duì)稱(chēng)。每個(gè)齒的第二側(cè)面的凸出部分的所述圓周中的至少一個(gè)位于第一側(cè)面的凸出部分的圓周之間，并且從所述圓周徑向地偏移。

在本申請(qǐng)中，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)部件的元件(諸如齒或凹槽)的“大體的徑向中間縱向平面”被理解為是沿著元件的縱向軸線(xiàn)延伸并且大體經(jīng)過(guò)所述元件的中點(diǎn)的平面。所述平面相對(duì)于部件的縱向軸線(xiàn)或旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)具有大體徑向的定向。元件的縱向軸線(xiàn)可以大體平行于部件的縱向軸線(xiàn)或旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)。在該情況下，前述的平面沿著部件的縱向軸線(xiàn)延伸。

在現(xiàn)有技術(shù)中，諸如盤(pán)之類(lèi)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)子部件的齒中的每個(gè)關(guān)于大體的徑向中間縱向平面對(duì)稱(chēng)。相反，根據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)子部件的每個(gè)齒相對(duì)于大體的徑向中間縱向平面是非對(duì)稱(chēng)的。這樣就通過(guò)有助于將部件的齒中的應(yīng)力的集中度進(jìn)行更好地分布而使得能夠解決前述的問(wèn)題。這例如使得在盤(pán)的齒的頸部處能夠具有更大的寬度或圓周尺寸。盤(pán)的齒的橫截面可以增大而葉片根部的球狀部的橫截面不減小。

本發(fā)明尤其使得能夠設(shè)計(jì)一種負(fù)載遠(yuǎn)比現(xiàn)有技術(shù)高的渦輪。本發(fā)明進(jìn)一步使得具有相似的根部(杉樹(shù)形的)但具有尺寸差異的葉片能夠被裝配和保持。

在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)同一轉(zhuǎn)子盤(pán)的具有有著大的徑向尺寸的支柱部的葉片和具有有著較小的徑向尺寸的支柱部的葉片做出了規(guī)定，不同于現(xiàn)有技術(shù)，在該情況下支柱部可具有相似的徑向尺寸。對(duì)最大的支柱部而言，在不同的高度處設(shè)置緊固件是不利的，因?yàn)樵斐闪祟~外的質(zhì)量，因此該額外的質(zhì)量必須由更大的緊固件來(lái)抵消。這就是為什么限制偏移(shift)是尤其有利的：以實(shí)現(xiàn)對(duì)盤(pán)的齒進(jìn)行更大程度的增大，而不使具有最大的支柱部的葉片過(guò)大程度地出現(xiàn)重量增長(zhǎng)的不利后果。通過(guò)將齒如主權(quán)項(xiàng)中所描述的進(jìn)行布置，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。

部件的每個(gè)凹槽大體在其整個(gè)的縱向尺寸上可以關(guān)于大體的徑向中間縱向平面對(duì)稱(chēng)。

在本發(fā)明的特殊實(shí)施例中，第二側(cè)面的所述凸出部分中的至少一個(gè)的圓周大體經(jīng)過(guò)第一側(cè)面的凹陷部分。每個(gè)齒的第二側(cè)面的兩個(gè)相鄰的凸出部分的圓周可大體經(jīng)過(guò)所述齒的第一側(cè)面的兩個(gè)相應(yīng)的凹陷部分。

凹槽可具有不同的深度或徑向尺寸。

優(yōu)選地，凹槽包括圍繞部件的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)均勻地分布的第一系列的相同的凹槽，以及在該第一系列的相同的凹槽之間的第二系列的相同的凹槽，該第二系列的相同的凹槽不同于第一系列的凹槽并且圍繞部件的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)均勻地分布，每個(gè)第一系列的凹槽位于兩個(gè)第二系列的凹槽之間，并且每個(gè)第二系列的凹槽位于兩個(gè)第一系列的凹槽之間。

本發(fā)明還涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括如上文所描述的環(huán)形部件和葉片的環(huán)形的列，每個(gè)該葉片包括連接到杉樹(shù)形的根部的輪葉，該根部緊固地裝配在部件的凹槽中，每個(gè)根部包括徑向外部支柱部和徑向內(nèi)部球狀部，該轉(zhuǎn)子的特征在于，葉片的列包括具有徑向尺寸為D5的支柱部的第一系列的葉片和具有徑向尺寸為D6的支柱部的第二系列的葉片，該徑向尺寸D6大于D5，每個(gè)第一系列的葉片位于兩個(gè)第二系列的葉片之間，并且每個(gè)第二系列的葉片位于兩個(gè)第一系列的葉片之間。

本發(fā)明還涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)模塊，所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)模塊例如為壓縮機(jī)或渦輪，該模塊包括至少一個(gè)如上文所描述的環(huán)形部件或轉(zhuǎn)子。

本發(fā)明最后涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)如上文所描述的環(huán)形部件或轉(zhuǎn)子。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參照附圖閱讀以下作為非限制性示例給出的說(shuō)明，本發(fā)明將被更好地理解，并且本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚地顯現(xiàn)，在附圖中：

圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的示意性透視圖，并且尤其為轉(zhuǎn)子輪的示意性透視圖；

圖2為圖1的轉(zhuǎn)子輪的盤(pán)的更大比例的局部示意性透視圖；

圖3為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子盤(pán)的齒的示意性視圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子盤(pán)的齒的示意性視圖；以及

圖5為與圖4的視圖類(lèi)似的示意性視圖并且示出了本發(fā)明的變型。

具體實(shí)施方式

首先參照示出了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子輪26的圖1和圖2，所述輪包括盤(pán)24，所述盤(pán)在其周緣上帶有葉片10的環(huán)形列。

每個(gè)葉片10均包括通過(guò)平臺(tái)30連接到根部32的輪葉28，該根部緊固地裝配在盤(pán)24的周緣上的凹槽34中。

盤(pán)24在其周緣上包括齒22的環(huán)形列，這些齒在它們之間限定出用于接納葉片10的根部32的凹槽34。因此，盤(pán)24的凹槽34的數(shù)量或齒22的數(shù)量等于該盤(pán)能夠帶有的葉片10的數(shù)量。

通過(guò)對(duì)盤(pán)24的外周緣進(jìn)行拉削來(lái)得到凹槽34，并且在該情況下，該凹槽被定向?yàn)榇篌w平行于盤(pán)24的縱向軸線(xiàn)或旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)A。

如在圖3中更清楚可見(jiàn)的，在該情況下葉片根部32呈杉樹(shù)的形狀，具有兩個(gè)凸瓣(lobe)36。葉片根部32包括徑向外部的支柱部38和徑向內(nèi)部的球狀部16，該球狀部由支柱部38連接到葉片10的平臺(tái)。

每個(gè)葉片根部32均包括兩個(gè)頸部12、14(或具有較小的厚度或橫截面的部分)：位于球狀部16的兩個(gè)凸瓣36之間的下頸部12，和位于上凸瓣與支柱部38之間的上頸部14。每個(gè)根部32關(guān)于大體的徑向中間縱向平面P1對(duì)稱(chēng)。

盤(pán)24的每個(gè)齒22均包括兩個(gè)側(cè)面40，這兩個(gè)側(cè)面被成形為與相鄰的葉片10的根部32配合并將該根部徑向地保持在凹槽34中。

在此情況下，齒22的每個(gè)側(cè)面40包括兩個(gè)表面42，這兩個(gè)表面分別為上表面和下表面。上表面42構(gòu)成了用于葉片根部的上凸瓣的側(cè)面的支承面，下表面42構(gòu)成了用于所述葉片根部的下凸瓣的側(cè)面的支撐面。

如在圖1中可見(jiàn)的，側(cè)面40的表面42由凸出部分構(gòu)成，該凸出部分大體延伸經(jīng)過(guò)齒22的整個(gè)縱向尺寸。側(cè)面40的表面42被凹陷部分彼此分隔開(kāi)，該凹陷部分也大體延伸經(jīng)過(guò)齒22的整個(gè)縱向尺寸。

在現(xiàn)有技術(shù)中，如在圖3中可見(jiàn)的，每個(gè)齒22關(guān)于大體的徑向中間縱向平面P2對(duì)稱(chēng)。由于所述對(duì)稱(chēng)，一個(gè)齒22的側(cè)面40的凹陷部分大體位于以軸線(xiàn)A為中心的同一圓周C1上。所述凹陷部分限定齒22的上頸部20。齒22包括下頸部18，所述下頸部位于齒的下表面42與凹槽34的底部之間。

應(yīng)當(dāng)理解的是，不能在增加齒22中的頸部18、20的尺寸的同時(shí)增加球狀部16的頸部12、14中的橫截面的尺寸。還應(yīng)當(dāng)理解的是，在齒的凹陷部分的區(qū)域中(圓周C1)，齒的寬度較小，這趨于使得齒是易損壞的。

如在圖4中可見(jiàn)的，本發(fā)明通過(guò)下述事實(shí)克服該問(wèn)題：盤(pán)24'的每個(gè)齒22'大體在其整個(gè)的縱向尺寸上關(guān)于大體的徑向中間縱向平面P2不對(duì)稱(chēng)。

如先前所描述的，每個(gè)齒22'均包括兩個(gè)側(cè)面40'、40”，這兩個(gè)側(cè)面的形狀被成形為與相鄰的葉片10'、10”的根部32配合并將所述根部徑向地保持在凹槽34'、34”中。

齒22'的每個(gè)側(cè)面40'、40”均包括兩個(gè)表面42，這兩個(gè)表面分別為上表面和下表面。上表面42構(gòu)成了用于葉片根部的上凸瓣的側(cè)面的支撐面，下表面42構(gòu)成了用于所述葉片根部的下凸瓣的側(cè)面的支撐面。

如在圖1中可見(jiàn)的，齒側(cè)面40'、40”的表面42由凸出部分構(gòu)成，該凸出部分大體延伸經(jīng)過(guò)齒的整個(gè)縱向尺寸。側(cè)面40'、40”的表面42被凹陷部分彼此分隔開(kāi)，該凹陷部分也大體延伸經(jīng)過(guò)齒的整個(gè)縱向尺寸。側(cè)面40'、40”的下表面42與相應(yīng)的凹槽34'、34”的底部通過(guò)另一個(gè)凹陷部分來(lái)分隔開(kāi)，該凹陷部分也大體延伸經(jīng)過(guò)齒的整個(gè)縱向尺寸。

如在圖中可見(jiàn)的，一個(gè)齒22'的側(cè)面40'、40”的上部凸出部分不位于同一個(gè)圓周上。對(duì)該側(cè)面的凸出的下部部分、上部凹陷部分和下部凹陷部分而言，也是這樣的情況。相反，在示出的示例中，第一側(cè)面40”(在該情況下為齒22'的左側(cè)面)的上部凸出部分位于圓周C3上，該圓周具有大于經(jīng)過(guò)第二側(cè)面40”(齒22'的右側(cè)面)的上部凸出部分的圓周C4的直徑。所述圓周C4具有大于經(jīng)過(guò)第一側(cè)面40”的上部凹陷部分的圓周C5的直徑，該圓周C5自身具有大于經(jīng)過(guò)第二側(cè)面40'的上部凹陷部分的圓周C6的直徑。所述圓周C6具有大于經(jīng)過(guò)第一側(cè)面40”的下部凸出部分的圓周C7的直徑，該圓周C7自身具有大于經(jīng)過(guò)第二側(cè)面40'的下部凸出部分的圓周C8的直徑。所述圓周C8大體經(jīng)過(guò)第一側(cè)面40”的下部凹陷部分，并且具有大于經(jīng)過(guò)第二側(cè)面40'的下部凹陷部分的圓周C9的直徑。

每個(gè)齒的側(cè)面的凹陷部分之間的徑向偏移使得能夠在所述凹陷部分的區(qū)域內(nèi)增大齒的寬度，并且因此能夠改善齒的機(jī)械強(qiáng)度。

此外，如在圖中可見(jiàn)的，盤(pán)24'的凹槽34'、34”不是完全相同。盤(pán)24包括具有深度或徑向尺寸D1的凹槽34”和具有大于D1的深度或徑向尺寸D2的凹槽34'。

凹槽34'圍繞盤(pán)24'的縱向軸線(xiàn)均勻地分布，并且每個(gè)凹槽34'位于兩個(gè)凹槽34”之間。相似地，凹槽34”圍繞盤(pán)24'的縱向軸線(xiàn)均勻地分布，并且每個(gè)凹槽34”位于兩個(gè)凹槽34'之間。

如同在現(xiàn)有技術(shù)中，盤(pán)24'的每個(gè)凹槽34'、34”大體在其整個(gè)的縱向尺寸上關(guān)于其大體的徑向中間縱向平面P1對(duì)稱(chēng)。

與盤(pán)24'共同構(gòu)成轉(zhuǎn)子輪的葉片10'、10”不是完全相同的。輪包括葉片10'和葉片10”，該葉片10'的每個(gè)根部具有徑向尺寸D3，該葉片10”的每個(gè)根部具有大于D3的徑向尺寸D4。

葉片10'圍繞盤(pán)24'的縱向軸線(xiàn)均勻地分布，并且每個(gè)葉片10'位于兩個(gè)葉片10”之間。相似地，葉片10”圍繞盤(pán)24'的縱向軸線(xiàn)均勻地分布，并且每個(gè)葉片10”位于兩個(gè)葉片10'之間。

葉片10'的球狀部16'與葉片10”的球狀部大體相同。因此，葉片10'的根部與葉片10”的根部的不同之處在于支柱部38'、38”，并且尤其在于支柱部38'、38”的徑向尺寸。葉片10'的支柱部38'具有小于葉片10”的支柱部38”的徑向尺寸D6的徑向尺寸D5。

如同在現(xiàn)有技術(shù)中，以如下方式通過(guò)將葉片的根部緊固地裝配在盤(pán)22'的凹槽34'、34”中來(lái)將葉片10'、10”安裝在盤(pán)24'上：根部具有最大的徑向尺寸D4的葉片10”被裝配在具有最大的徑向尺寸D2的凹槽34'中，并且因此使得根部具有最小的徑向尺寸D3的葉片10'被裝配在具有最小的徑向尺寸D1的凹槽34”中。

圖5示出了本發(fā)明的與圖4的實(shí)施例相似的變型。若先前的參照?qǐng)D4進(jìn)行的說(shuō)明不與下述內(nèi)容矛盾，則可將該說(shuō)明應(yīng)用于圖5。

在示出的示例中，每個(gè)齒的側(cè)面40'、40”中的一個(gè)的凸出部分與所述齒的另一個(gè)側(cè)面的凹陷部分大體沿圓周的方向?qū)R，并且該一個(gè)側(cè)面的凹陷部分也與另一個(gè)側(cè)面的凸出部分大體沿圓周的方向?qū)R。

第二側(cè)面40'的上部凸出部分位于經(jīng)過(guò)第一側(cè)面40”的上部凹陷部分的圓周上。第一側(cè)面40”的下部凸出部分位于經(jīng)過(guò)第二側(cè)面40'的凹陷部分的圓周上。第二側(cè)面40'的下部凸出部分位于經(jīng)過(guò)第一側(cè)面40”的下部凹陷部分的圓周上。

該構(gòu)型使得每個(gè)齒均能夠在該齒的整個(gè)的徑向范圍內(nèi)具有相對(duì)恒定的寬度或圓周尺寸，這在齒的機(jī)械強(qiáng)度方面是有利的。