[发明专利]涡轮机的涡轮转子

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮机的涡轮转子，特别是低压涡轮转子。

背景技术

在传统的涡轮发动机上，涡轮转子包括轮盘，轮盘周缘带有安装叶根的槽，每个槽均由轮盘的两个相邻齿所形成。叶根包括接触面，在离心力作用下，这些接触面在运行时会支撑在轮盘的齿的接触面上。

轮盘以涡轮机的轴线为中心，并通过凸缘连接到一起并连接到涡轮轴上。

上游轮盘可以包括下游环形凸缘，用来通过螺栓螺母式装置固定到下游轮盘的上游环形凸缘上。环形外壳(shroud)安装在上游轮盘和下游轮盘之间，并至少包围着下游轮盘的上游凸缘，从而通过用其下游端部支撑在叶根上而将叶片轴向固定在下游轮盘上。这种环形外壳另外还带有密封装置，该密封装置可与由耐磨材料制成的垫块(blocks)相配合，所述垫块安装在分配器的固定叶片上，所述分配器轴向位于上述上游和下游盘之间。密封构件和垫块构成迷宫式密封装置。

当上游和下游轮盘通过其凸缘而固定到一起时，环形外壳包括轴向插在盘的凸缘之间的环形凸缘。

在环形外壳和下游轮盘的上游凸缘之间形成环形空间，该空间在上游提供有冷却空气，冷却空气被引向下游轮盘的槽内以便对这些槽进行通风。

特别是，冷却空气抵达位于槽的底部、叶根和轮盘之间的空腔内。

申请人所进行的研究说明，轮盘齿顶(peaks)处会出现高温。目前，受到高应力的这些区域的高温会造成蠕变。事实上，在运行时和在离心力的作用下，叶根会施加相当大的剪应力，特别是在接触面区域。

这种蠕变会大大缩短涡轮盘的使用寿命，并会影响涡轮机的性能。

为了避免这种现象，一般都是在槽的底部提供相当大的冷却流量，以便对轮盘齿进行充分冷却。然而，这种冷却流量是来自压缩机的空气，而且，这会影响涡轮机的性能。

发明内容

本发明的具体目的是提供一种针对这些问题的简单、有效、成本低廉的解决方案。

为此，本发明提出了一种涡轮机的涡轮转子，包括带有安装叶片根部的槽，每个槽由轮盘的两个邻近齿构成，叶根包括支撑在轮盘的齿的接触面上的接触面，其特征在于，叶型(foils)安装在轮盘的齿上，每个叶型为大体U形，包括插在叶根和轮盘的齿的相应接触面之间的横向支撑部件，以及面向轮盘的相应齿的齿顶并在所述齿顶和叶型之间形成腔室的中央部分，涡轮转子包括向所述腔室提供冷却空气的装置。

为此，在轮盘的齿的齿顶处提供冷却空气，而不是在槽的本底区。然后，由于空气流量较低且能更好控制，从而可以有效冷却可能会被蠕变影响的区域。这可以提高发动机的性能，因为冷却空气引出流量比现有技术要小。本发明还可大大提高轮盘的使用寿命，因为不再暴露于蠕变现象中。

根据本发明的一个实施方式，至少每个叶型的中央部分包括至少一个导气孔(orifice)，用于冷却空气流过，在进入相应齿和叶型之间的腔室并对齿顶进行冲击前，适合径向向外提供冷却空气的冷却空气供气装置，穿过叶型的所述导气孔。

冲击冷却比较有效，而且要求的冷却空气流量较低。

叶片优选每个都包括带有轮叶的平台，轮叶与叶根通过柄脚(tang)连接，柄脚之间形成空间，该空间可容纳减振器，以便在叶片平台径向内表面上接触，以消除叶片平台的振动，减振器形成沿上游方向张开并且径向向内张开的腔室，并与空气流过叶型的导气孔相对，来自上游的冷却空气流入减振器形成的腔室，以及，通过叶型的导气孔，流入叶型与轮盘的齿之间形成的腔室。

根据本发明的另一个实施方式，轮盘包括由环形外壳包围的上游凸缘，环形外壳与该凸缘一起形成环形空间，供冷却空气循环，环形外壳的下游部分抵靠在轮盘的上游端面上并形成固定叶根的止动部分(stop)，所述下游部分包括提供冷却空气的通道，将上游凸缘和环形外壳之间形成的环形空间与由减振器形成的腔室相连通。

在这种情况下，上游凸缘可在上游封闭由减振器所形成的腔室，而凸缘下游部分的供气通道仅在减振器所形成的腔室的上游张开。

根据本发明的一个特性，涡轮转子包括压抵在轮盘下游端面上的下游凸缘，以便在下游封闭轮盘的齿和叶型之间的腔室，所述下游凸缘带有标定的导气孔，用来将空气排出所述腔室。

标定的导气孔可以更好地控制冷却空气流量。

根据本发明的另一个实施方式，轮盘包括由上游环形外壳包围的上游凸缘，环形外壳与该凸缘一起形成环形空间，供冷却空气循环，环形外壳带有下游部分，其支撑在轮盘的上游端面上并形成固定叶根的止动部分，所述下游部分包括冷却空气供气通道，该通道将上游凸缘和环形外壳之间形成的环形空间与叶型和轮盘的齿之间形成的腔室相连通。