專利名稱：一種渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子組件。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片主要承受離心力，同時(shí)也承受$由向氣動(dòng)力，而葉根在離心力 作用下與位于每個(gè)槽外開口兩側(cè)上的輪盤部分對(duì)接壓裝。葉根和輪盤相互對(duì)接的表 面通常稱之為"支撐面"。這些支撐面承受壓力，由于作用到所述支撐面上的所述 離心力和氣動(dòng)力所致。按照一級(jí)近似法，據(jù)估計(jì)，該壓力取決于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度的平 方。
因此，人們會(huì)了解到，在渦輪機(jī)工作周期期間轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度的變化從靜止?fàn)?態(tài)到全推油門，經(jīng)過了各種特別中間速度，對(duì)于航空渦輪機(jī)來(lái)講，系指空轉(zhuǎn)、滑行、 巡航、下降等，都會(huì)弓胞作用在上述支撐面上的壓力的變化。這些與接觸部件彈性 變形相關(guān)的壓力變化會(huì)弓l起葉根和輪盤之間的相對(duì)移動(dòng)。當(dāng)這些壓力變化重復(fù)出現(xiàn) 時(shí)，這些相對(duì)運(yùn)動(dòng)一根據(jù)其特性稱之為滑移或分離一則會(huì)造成葉片或輪盤支撐表面 的磨損。另外，對(duì)于葉片按給定旋魏度進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)來(lái)講，葉片對(duì)諧振或瞬間交 替應(yīng)力的反應(yīng)，還會(huì)造成所述支撐表面磨損的現(xiàn)象。這些磨損現(xiàn)象無(wú)疑會(huì)影響到渦 輪機(jī)的使用壽命。
可以采用各種所謂的"抗磨損"解決方案，例如減漫接觸界面處出現(xiàn)磨損的方 案，這些解決方案者P涉及在葉根和輪盤之間插入一個(gè)第三物體，稱之為"襯墊"。特 別是，該襯墊的應(yīng)用可使接觸界面的數(shù)量翻一番，即從單一葉片膽盤接觸界面增加 到兩個(gè)接觸界面，葉片/襯墊和襯,輪盤，并可M^接觸部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從 而降低了使用時(shí)的磨損。
法國(guó)FR2 890 684號(hào)專利文件介紹了上述類型襯墊的一個(gè)已知示例。該種襯墊 是全部用金屬制成的，且它是由一個(gè)金屬薄板經(jīng)過適當(dāng)折疊而成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種就執(zhí)行"抗磨損"功能來(lái)講比上述已知襯墊更 有效的襯墊，從而向葉片和輪盤的支撐表面提供更好的保護(hù)。
所述目的可以通過一種前面所定義的類型的渦f合禾幾轉(zhuǎn)子組件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中襯墊 的每個(gè)側(cè)M用第一材料制成，戶誠(chéng)材料可在襯墊工作纟鵬范圍內(nèi)任何工作纟鵬上
給出第一楊氏模量值E，所述轉(zhuǎn)子組件包括附著于輪盤支撐面和減葉根支撐面上
的墊料，而戶M墊料采用第二材料制成，該材料在所述溫度點(diǎn)時(shí)可給出第二楊氏模
量值，該值在E/20到E/5范圍內(nèi)。
應(yīng)該注意的是， 一種材料的楊氏模量會(huì)隨著該材料^^的不同而變化，因此， E和E'值取決于溫度。
術(shù)語(yǔ)"工作溫度"用來(lái)表示在正常使用割牛下渦輪機(jī)工作時(shí)襯墊所承受的溫度。 在本發(fā)明中，如上定義，對(duì)于襯墊工作溫度范圍內(nèi)的所有^^來(lái)講，都需要滿足所 述第一和第二楊氏模量之間的關(guān)系。
例如，當(dāng)襯墊用于一個(gè)雙路式雙轉(zhuǎn)子航空渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇或低壓壓縮機(jī) 時(shí)，其工作溫度在20。C到150。C的范圍內(nèi)。當(dāng)襯墊用于一個(gè)雙路式雙轉(zhuǎn)子航空渦 輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓縮機(jī)時(shí)，其工作溫度在150。C到500。C的范圍內(nèi)。當(dāng)襯墊用 于一個(gè)雙路式雙轉(zhuǎn)子航空渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪時(shí)，其工作溫度在400°C到 700°C的范圍內(nèi)。
為此，本發(fā)明涉及到采用戶腿多層結(jié)構(gòu)，其中，在所要求的工作 鵬范圍內(nèi)， 第二材料的(均質(zhì)或異質(zhì))彈性特性要優(yōu)于第一材料的(均質(zhì)或異質(zhì))彈性特性。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一材料是一種金屬合金或有機(jī)基復(fù)合材料，而所述第 二材料為非金屬材料。例如，第二材料可以采用橡膠、硅、聚酰亞胺、玻璃、環(huán)氧 樹脂制成，但并不僅限于這些材料。
本發(fā)明具有如下作用
由于第二材料的彈性作用，采用墊料后可以均勻分布接觸壓力； 在旋,度發(fā)生變化期間，由于戶，墊料的"靜態(tài)"剪切力，可以限制部件之
間因離心力產(chǎn)生的相對(duì)位移；
由于所述墊料的"動(dòng)態(tài)"剪切力，可以阻尼葉片的任何動(dòng)態(tài)位移。 這些作用的一個(gè)突出特點(diǎn)是，可以防止或限制支撐表面的磨損現(xiàn)象，從而提高
了葉根和輪盤的4頓壽命。
在襯墊的工作溫度范圍內(nèi)，如果第二材料具有粘彈性特性時(shí)，這些作用還會(huì)增
強(qiáng)，特別是可以阻尼葉片的任何動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)。
另外，本發(fā)明還提供了一種渦輪機(jī)，其包括上述轉(zhuǎn)子組件。 戶腿轉(zhuǎn)子組件類型包括 一個(gè)沿其外緣設(shè)置葉根槽的轉(zhuǎn)子輪盤；通過其根部固
定到所述槽內(nèi)的葉片；以及安裝在葉根和輪盤之間的襯墊，每個(gè)襯墊由兩個(gè)側(cè)壁和
一個(gè)連接兩個(gè)偵幢的底部組成，每個(gè)側(cè)壁位于葉根支撐面和輪盤相應(yīng)支撐面之間。 本發(fā)明可適用于ftf可類型的渦輪機(jī)，不論是地面還是航空渦輪機(jī)(渦輪噴氣發(fā)
動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、地面脆輪機(jī)等)。在雙路式雙轉(zhuǎn)子航空渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)
的具體示例中，本發(fā)明可應(yīng)用于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的，、低壓壓縮機(jī)(或稱"增壓
器")、高壓壓縮機(jī)、高壓渦輪、或低壓渦輪。
通過閱讀如下詳細(xì)說明，可以更好地了解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)。


圖1為渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子組件的局部分解示意圖，圖示轉(zhuǎn)子組件包括一個(gè)轉(zhuǎn)子輪盤、 本發(fā)明所述一種襯墊，以及一個(gè)葉根；
圖2為圖1所示轉(zhuǎn)子組件裝配狀態(tài)下IHI平面的(局部)徑向剖面圖3為類似圖2所示組件的(局部)剖面圖，圖示了本發(fā)明轉(zhuǎn)子組件的另一個(gè) 示例。
具體實(shí)施例方式
如圖1和圖2所示，轉(zhuǎn)子輪盤2沿其外緣設(shè)有若干個(gè)凹槽或"槽"4，這些槽形 成了腔室，每個(gè)腔室可以安裝葉片14的葉根16，葉根16周圍加裝襯墊20。葉根 16和風(fēng)扇輪盤2采用—例如一鈦合金制成。
應(yīng)該注意的是，這些組件還帶有一個(gè)隔片(圖中未示)，位于葉根16和槽4的 底部之間。
當(dāng)輪盤2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片14承受離心力，葉根16上的支撐面16A就會(huì)緊緊壓在 輪盤2的支撐面22A上。在所述示例中，支撐面16A構(gòu)成了葉根16的兩翼，而支 撐面22A構(gòu)成了輪盤唇形部分22的底面，后者在每個(gè)槽4的外開口的兩側(cè)延伸。
襯墊20包括兩個(gè)側(cè)壁20A,用來(lái)與葉根16的支撐面16A接觸，還包括一個(gè)底 部20B—此處為一個(gè)底板—將兩個(gè)側(cè)壁相互連接并在葉根16的下方延伸。每個(gè)側(cè)壁 20A是由第一材料制成，該材料在襯墊工作溫度范圍內(nèi)〗if可纟顯度時(shí)都可給出一個(gè)相 應(yīng)的第一楊氏模量值E。襯墊20屬于一種磨損件，其主要作用就是限制葉根16和 風(fēng)扇轉(zhuǎn)子輪盤2的磨損。襯墊20需要具有一定的剛性，以便具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度并 能完成其抗磨損功能。這樣，對(duì)于金屬襯墊來(lái)講，E值,大于或等于110,000兆 帕(MPa)(例如，如果襯墊是用鎳基超合誠(chéng)喊，其E值為210,000兆帕，如市場(chǎng) 銷售的此類合金牌號(hào)為"Incond")，而對(duì)于有機(jī)基復(fù)合材料襯墊來(lái)講，E.值大于或 等于70,000MPa。
根據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)子組件包括附著于輪盤的支撐表面22A上的墊料40，這些墊料 40采用第二材料制成，可在戶皿,時(shí)給出第二楊氏模量值，該值在E/20到E/5范 圍內(nèi)。
在其它實(shí)施例中(圖中未示)，墊料可以固定到葉根的支撐面16A上，或輪盤 支撐面22A上和葉根支撐面16A上。就材料的選擇來(lái)講，很顯然，其取決于襯墊的工作溫度。
當(dāng)轉(zhuǎn)子組件用于一個(gè)雙路式雙轉(zhuǎn)子航空渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇或低壓壓縮機(jī)
時(shí)，其承受的工作，應(yīng)在20。C到150。C的范圍內(nèi)。在這種情況下，舉例來(lái)說， 對(duì)于第一材料來(lái)講，可以選擇鎳基超合金，按重量計(jì)算，鐵和鉻都大于15%，諸如 市場(chǎng)上銷售的名稱為"Inconel 718"的超合金；而第二材料可以是橡膠(天然或合 i^象膠)。在這些情況下,第一材料還可以是一種i柳了環(huán)氧樹脂基的復(fù)合材料制成， 采用增強(qiáng)纖維，例如碳帝喊；那么，第二材料可以是其自身的環(huán)氧樹脂(而第一和 第二材料之間的楊氏模量差與纖維的使用有關(guān))。
當(dāng)轉(zhuǎn)子組件用于一個(gè)雙路式雙轉(zhuǎn)子航空渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓縮機(jī)時(shí)，其承 受的工作溫度應(yīng)在150。C到500。C的范圍內(nèi)。在這種情況下，舉例來(lái)說，對(duì)于第一 材料來(lái)講，可以選擇鎳基超合金，按重量計(jì)算，鐵和鉻都大于15%，諸如市場(chǎng)上銷 售的名稱為"lncond718"的超合金；而第二材料可以是硅或聚酰亞胺。
當(dāng)轉(zhuǎn)子組件用于一個(gè)雙路式雙轉(zhuǎn)子f/i:空渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪時(shí)，其承受
的工作*鵬應(yīng)在400°C到700。C的范圍內(nèi)。在這種情況下，舉例來(lái)說，對(duì)于第一材 料來(lái)講，可以選擇鎳基超合金，按重量計(jì)算，鐵和鉻者P大于15X，諸如市場(chǎng)上銷售 的名稱為"Incond 718"的超合金；而第二材料可以是玻璃(在該工作鵬范圍內(nèi) 時(shí)，其可具有粘彈性特性)。
總而言之，人們應(yīng)該看到，所述墊料40可采用多種方式固定到輪盤的支撐面 22A上，而且特別是采用如下方式
通過自然粘合方式；
在墊料的聚合期間(如果是橡膠制成時(shí)，在其硫化過程期間)；
或者，通過粘結(jié)劑；
或者，通過上述技術(shù)的結(jié)合方式。
當(dāng)然，獲得的緊固，號(hào)必須非常堅(jiān)固，防止墊料40在^頓過程中與支撐面22A 脫離。
圖3為類似于圖2所示組件的剖面圖，(局部)示出了本發(fā)明的轉(zhuǎn)子組件120 的另一種示例。圖2和圖3之間相似部件或部分都采用相同參考號(hào)加上100識(shí)別。
圖3戶飛合示例與圖2不同之處是，襯墊120的底部120B在兩個(gè)相鄰槽204之 間延伸過轉(zhuǎn)子輪盤120的外緣，襯墊的針側(cè)壁120A插入相應(yīng)槽204內(nèi)并置放在 葉根216支撐面216A和輪盤202相應(yīng)支撐面222A之間。墊料140的位置始終保持相同。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子組件，其包括一個(gè)沿其外緣設(shè)有葉根槽(4)的轉(zhuǎn)子輪盤(2)；通過其葉根(16)固定到所述槽(4)內(nèi)的葉片(14)；以及安裝在葉根(16)和輪盤(2)之間的襯墊(20)，每個(gè)襯墊(20)由兩個(gè)側(cè)壁(20A)和一個(gè)連接兩個(gè)側(cè)壁的底部(20B)組成，每個(gè)側(cè)壁(20A)位于葉根(16)支撐面(16A)和輪盤(2)相應(yīng)支撐面(22A)之間；每個(gè)側(cè)壁(20A)采用第一材料制成，該材料在襯墊(20)工作溫度范圍內(nèi)任何工作溫度時(shí)可給出第一楊氏模量值E，所述轉(zhuǎn)子組件的特征在于，它包括附著于輪盤支撐面(22A)和/或葉根支撐面(16A)上的墊料(40)，所述墊料(40)采用第二材料制成，可在所述工作溫度時(shí)給出第二楊氏模量值，該值在E/20到E/5范圍內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)子組件，其特征在于，所述第一 材料為一種金屬合 金或有機(jī)基復(fù)合材料，而所述第二材料為非金屬材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)子組件，其特征在于，所述第二材料在襯墊的工作 溫度范圍內(nèi)具有粘彈性特性。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)子組件，其特征在于，每個(gè)襯墊(20)的底部(20B)在相應(yīng)葉根(16)的下方延伸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1戶腿的一種轉(zhuǎn)子組件，其特征在于，每個(gè)襯墊(120)的底部(120B) 在兩個(gè)相鄰槽(104)之間的輪盤(102)的外緣上延伸。
6. —種渦輪機(jī)，其包括了根據(jù)權(quán)利要求1到5中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的轉(zhuǎn)子組件。
全文摘要
一種渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子組件，其包括一個(gè)沿其外緣設(shè)有葉根槽(4)的轉(zhuǎn)子輪盤(2)；通過其葉根(16)固定到所述槽(4)內(nèi)的葉片(14)；以及安裝在葉根(16)和輪盤(2)之間的襯墊(20)，每個(gè)襯墊(20)由兩個(gè)側(cè)壁(20A)和一個(gè)連接兩個(gè)側(cè)壁的底部(20B)組成，每個(gè)側(cè)壁(20A)位于葉根(16)支撐面(16A)和輪盤(2)相應(yīng)支撐面(22A)之間；每個(gè)側(cè)壁(20A)采用第一材料制成，該材料在襯墊(20)工作溫度范圍內(nèi)任何工作溫度時(shí)可給出第一楊氏模量值E。轉(zhuǎn)子組件包括附著于輪盤支撐面(22A)和/或葉根支撐面(16A)上的墊料(40)，所述墊料(40)采用第二材料制成，可在所述工作溫度時(shí)給出第二楊氏模量值，該值在E/20到E/5范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)F01D5/28GK101344013SQ20081013796
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者克里斯托弗·雅克, 查爾斯·杜蓋, 讓-皮埃爾·隆巴德 申請(qǐng)人:斯奈克瑪