[发明专利]一种涡轮机转子组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮机转子组件。 

背景技术

转子转动时，叶片主要承受离心力，同时也承受轴向气动力，而叶根在离心力作用下与位于每个槽外开口两侧上的轮盘部分对接压装。叶根和轮盘相互对接的表面通常称之为“支撑面”。这些支撑面承受压力，由于作用到所述支撑面上的所述离心力和气动力所致。按照一级近似法，据估计，该压力取决于转子转动速度的平方。 

因此，人们会了解到，在涡轮机工作周期期间转子转动速度的变化：从静止状态到全推油门，经过了各种特别中间速度，对于航空涡轮机来讲，系指空转、滑行、巡航、下降等，都会引起作用在上述支撑面上的压力的变化。这些与接触部件弹性变形相关的压力变化会引起叶根和轮盘之间的相对移动。当这些压力变化重复出现时，这些相对运动-根据其特性称之为滑移或分离-则会造成叶片或轮盘支撑表面的磨损。另外，对于叶片按给定旋转速度进行动态运动来讲，叶片对谐振或瞬间交替应力的反应，还会造成所述支撑表面磨损的现象。这些磨损现象无疑会影响到涡轮机的使用寿命。 

可以采用各种所谓的“抗磨损”解决方案，例如减慢接触界面处出现磨损的方案，这些解决方案都涉及在叶根和轮盘之间插入一个第三物体，称之为“衬垫”。特别是，该衬垫的应用可使接触界面的数量翻一番，即从单一叶片/轮盘接触界面增加到两个接触界面，叶片/衬垫和衬垫/轮盘，并可减少接触部件之间的相对运动，从而降低了使用时的磨损。 

法国FR 2890684号专利文件介绍了上述类型衬垫的一个已知示例。该种衬垫是全部用金属制成的，且它是由一个金属薄板经过适当折叠而成。 

发明内容

本发明的一个目的是，提供一种就执行“抗磨损”功能来讲比上述已知衬垫更有效的衬垫，从而向叶片和轮盘的支撑表面提供更好的保护。 

所述目的可以通过一种前面所定义的类型的涡轮机转子组件来实现，其中衬垫的每个侧壁采用第一材料制成，所述材料可在衬垫工作温度范围内任何工作温度上 给出第一杨氏模量值E，所述转子组件包括附着于轮盘支撑面和/或叶根支撑面上的垫料，而所述垫料采用第二材料制成，该材料在所述温度点时可给出第二杨氏模量值，该值在E/20到E/5范围内。 

应该注意的是，一种材料的杨氏模量会随着该材料温度的不同而变化，因此，E和E′值取决于温度。 

术语“工作温度”用来表示在正常使用条件下涡轮机工作时衬垫所承受的温度。在本发明中，如上定义，对于衬垫工作温度范围内的所有温度来讲，都需要满足所述第一和第二杨氏模量之间的关系。 

例如，当衬垫用于一个双路式双转子航空涡轮喷气发动机的风扇或低压压缩机时，其工作温度在20℃到150℃的范围内。当衬垫用于一个双路式双转子航空涡轮喷气发动机的高压压缩机时，其工作温度在150℃到500℃的范围内。当衬垫用于一个双路式双转子航空涡轮喷气发动机的高压涡轮时，其工作温度在400℃到700℃的范围内。 

为此，本发明涉及到采用所述多层结构，其中，在所要求的工作温度范围内，第二材料的(均质或异质)弹性特性要优于第一材料的(均质或异质)弹性特性。 

在一个实施例中，所述第一材料是一种金属合金或有机基复合材料，而所述第二材料为非金属材料。例如，第二材料可以采用橡胶、硅、聚酰亚胺、玻璃、环氧树脂制成，但并不仅限于这些材料。 

本发明具有如下作用： 

由于第二材料的弹性作用，采用垫料后可以均匀分布接触压力； 

在旋转速度发生变化期间，由于所述垫料的“静态”剪切力，可以限制部件之间因离心力产生的相对位移； 

由于所述垫料的“动态”剪切力，可以阻尼叶片的任何动态位移。 

这些作用的一个突出特点是，可以防止或限制支撑表面的磨损现象，从而提高了叶根和轮盘的使用寿命。 

在衬垫的工作温度范围内，如果第二材料具有粘弹性特性时，这些作用还会增强，特别是可以阻尼叶片的任何动态运动。 

另外，本发明还提供了一种涡轮机，其包括上述转子组件。 

所述转子组件类型包括：一个沿其外缘设置叶根槽的转子轮盘；通过其根部固定到所述槽内的叶片；以及安装在叶根和轮盘之间的衬垫，每个衬垫由两个侧壁和一个连接两个侧壁的底部组成，每个侧壁位于叶根支撑面和轮盘相应支撑面之间。