[发明专利]转子轮组件及其组装方法和对应的涡轮发动机

说明书

本发明提供一种转子轮组件及其组装方法和对应的涡轮发动机。所述转子轮组件包括具有多个鸠尾槽的转子轮，所述多个鸠尾槽围绕转子轮的外周表面周向隔开。所述转子轮还包括形成于所述外周表面内的多个槽口。所述转子轮组件包括至少一轮叶，所述至少一轮叶具有整体围带、翼型、鸠尾榫和平台，所述平台具有第一表面和相对的第二表面。所述平台第一表面包括键槽。所述键槽具有相对于所述平台第一表面以第一角度定向的相对的锥形表面。此外，所述转子轮组件包括楔形键，所述楔形键具有：定向为与所述平台第一表面大体平行的第一表面；以及相对的第二表面，所述第二表面相对于所述第一表面以所述第一角度定向，以使所述第二表面与所述锥形表面大体平行。

技术领域

本发明总体上涉及涡轮发动机，确切地说，涉及用于将轮叶固定到涡轮发动机转子轮组件的系统和方法和对应的涡轮发动机。

背景技术

至少一些已知的涡轮发动机中，例如在燃气涡轮机和蒸汽涡轮机，使用轴向进入轮叶(axial entry buckets)，即，转子叶片，其通过与转子轴大体平行地滑动轮叶以与界定在转子轮上的鸠尾槽接合来连接到转子轮。一些已知的轮叶包括径向向内凸出的鸠尾榫(dovetail)，所述鸠尾榫与形成在转子轮上的鸠尾槽(dovetail slot)接合。所述转子轮鸠尾槽围绕转子轮的周边彼此周向隔开。

一些已知的涡轮发动机还可以在周向相邻的轮叶之间伸展整体围带(integralcover)，以阻尼轮叶的振动响应并且增大轮叶的固有频率(natural frequency)。所述轮叶各自具有在激发(excited)时共振的固有频率。随着轮叶共振，轮叶中的应力可能上升和下降。随着时间的推移，这些振荡应力可能由于材料疲劳而导致轮叶出现故障。通过增大固有频率和/或阻尼这些零件的振动响应，轮叶中的振荡应力的强度可能减小，并且轮叶寿命可能延长。但是，这些轮叶沿周向紧密连接在轮叶平台处，以增大轮叶固有频率、减小鸠尾榫中的动态应力并且准确地收集静置(standing)组装的振动测试数据以进行调谐和频率验证。

在使用整体覆盖轮叶的至少一些已知涡轮发动机中，可以使用位于转子轮外周中的凹槽以及轮叶侧面中的凹槽内的楔将轮叶固定在鸠尾槽中。封闭轮叶(closure bucket)可以使用鸠尾榫段固定到转子轮，所述鸠尾榫段包括鸠尾榫，所述鸠尾榫沿彼此大体相反的方向延伸。所述转子轮可以包括接纳所述鸠尾榫段的传统鸠尾槽。但是，封闭轮叶可以具有接纳鸠尾榫段的鸠尾榫的鸠尾槽，而不是鸠尾榫。但是，由于轮叶使用鸠尾榫系统围绕转子轮连接，第一个和倒数第二个组装的轮叶可以导致无法插入封闭轮叶。因此，在至少一些已知的涡轮发动机中，由于插入封闭轮叶期间需要轴向移动至少一些轮叶，因此无法使用楔。

在所述已知涡轮发动机中，扭锁(twist lock)可用于避免轮叶在组装之后在转子轮上轴向移位。扭锁可以插入形成于鸠尾榫底部内的通道中。插入封闭轮叶之前，可以松开扭锁，以选择性地分开与封闭轮叶相邻的轮叶。封闭轮叶插入转子轮之后，可以重锁所述扭锁，以免轮叶在转子轮上轴向移动。但是，使用扭锁可能增加与所述涡轮发动机相关的成本并且还可以增大转子轮组件上产生的工作应力。此外，所述扭锁无法沿周向紧密地连接在轮叶平台处，以增大轮叶的固有频率并且/或者减小鸠尾榫中的动态应力。

发明内容

一方面，本发明提供一种转子轮组件。所述转子轮组件包括转子轮，所述转子轮具有多个鸠尾槽，所述多个鸠尾槽围绕转子轮的外周表面周向隔开。所述转子轮还包括形成于所述外周表面内的多个槽口。此外，所述转子轮组件包括至少一轮叶，所述至少一轮叶具有整体围带、翼型(airfoil)、鸠尾榫和平台。所述平台具有第一表面和相对的第二表面。所述第一表面包括形成于其中的键槽。所述键槽具有相对的锥形表面，所述锥形表面相对于平台第一表面以第一角度定向。此外，所述转子轮组件包括楔形键，所述楔形键具有：第一表面，所述第一表面定向为与平台第一表面大体平行；以及相对的第二表面，所述第二表面相对于所述第一表面以第一角度定向，以使第二表面与锥形表面大体平行。

其中，所述多个槽口中的每个槽口的轴向长度与所述键槽的轴向长度大致相等。