专利名称：工作叶片的锁定装置及流体机械和装拆其工作叶片的方法
技术领域：
本发明涉及一种锁定装置，用于锁定一流体机械的装在可旋转的转子叶轮上的工作叶片。此外，本发明涉及一种包括转子叶轮和装在转子叶轮上的工作叶片的流体机械，以及一种借助上述锁定装置安装和拆卸流体机械的工作叶片的方法。
背景技术：
由DE 3341871 C2已知一种用于轴流式压气机导向叶片环的锁定装置。锁定装置包括一个在固定槽槽底中的孔，在固定槽内一个支承环段支承导向叶片。在孔内设一弹簧支承的固定销。固定销插入一个设在支承环段内的第二孔中，并由此防止以承环段沿固定槽移动。此外，在导向叶片叶根沿径向的端面内设两个沿径向延伸的盲孔，盲孔中装螺旋弹簧，它们支承在支承环段上并因而沿径向向内压导向叶片。
DE 10120532 A1公开了一种类似的装置，用于沿一个在轴流式涡轮机械的转子内部延伸的周向槽固定工作叶片。
但是，在压气机的运输过程中产生的振动会解除对叶片的锁定。通过在这种情况下出现的脉冲式冲击，固定销可能克服弹簧的预紧力，从而可使叶片移动。此外，在运行时压气机内可产生高的温度，它们影响弹簧的弹性。在经久的作用下这会导致弹簧失效。尤其是，若此锁定装置设在转子中，则在运行时产生另一些由离心力引起的负荷，它们会对弹簧的寿命带来不良影响。
同样已知工作叶片的叶根通过撑顶过程塑性变形，由此形成的凸起可作为轴向锁定装置与转子叶轮互相钩住。
在这里突出的缺点是，工作叶片只是能有条件拆卸地与转子叶轮连接。虽然可以通过去除凸块(例如通过磨削)重新拆卸工作叶片，然而此工作叶片不能再次使用。同时，在磨削工作叶片时应当注意，不可将任何切屑掉落在流体机械内。
此外，已知工作叶片借助一次性锁定片夹紧在固定槽内。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于，创造一种更可靠、寿命更长和可以重新拆卸的锁定装置，它能耐受流体机械运行时产生的热和机械负荷。本发明的另一想要解决的技术问题是，提供一种具有这种锁定装置的流体机械，以及提供一种在具有这种锁定装置的流体机械上安装和拆卸工作叶片的方法。
上述第一个技术问题通过这样一种锁定装置来解决，该锁定装置用于锁定一流体机械的装在可旋转的一转子叶轮上的工作叶片，其中，转子叶轮为了安装每个工作叶片的叶根，在其外圆周上分别有一个与叶根对应成形的固定槽，在各槽底分别设一个带有一锁定元件的盲孔，该锁定元件为了工作叶片的锁定伸入一个设在叶根内与盲孔对置的定心孔中，按照本发明在所述盲孔内设计有一螺纹，以及所述锁定元件设计为一个可下沉到该盲孔内的锁定螺钉；以及，在该盲孔的区域内设有一缺口，作为旋转所述锁定螺钉的一工具用的轴向进入口。
上述第二个技术问题通过一种流体机械，尤其是一燃气轮机的压气机来解决，它包括一个转子叶轮和装在该转子叶轮上的工作叶片，在此，所述工作叶片借助上述本发明的锁定装置锁定。
上述第三个技术问题通过一种利用按照本发明所述的锁定装置将工作叶片安装在一流体机械的转子叶轮上和从其上拆卸下的方法来解决，按照本发明，首先通过工作步骤a)至c)将工作叶片固定在转子叶轮上并锁定a)将锁定螺钉旋入盲孔内；b)将工作叶片插入固定槽，直至其定心孔与盲孔对齐；c)借助用于旋转所述锁定螺钉的工具，将锁定螺钉从盲孔中旋出并旋入所述定心孔内；在拆卸时，则按相反的顺序和相反的方向指示实施工作步骤a)至c)。
在这里本发明基于下述思想取代弹簧，使用一个锁定螺钉作为可拆卸的元件用于工作叶片的锁定。因此，与弹性的弹簧不同，弹簧使用其弹力将固定销保持插入定心孔内。锁定螺钉基于其实心的设计可以比弹性的弹簧更便于耐受热和机械负荷。此外，带螺纹的锁定螺钉导致减少零件，因为锁定螺钉同时承担弹簧的定位任务以及固定销的锁止作用。
为安装和锁定叶片所需的锁定元件在安装与工作位置之间的移动，不再通过弹簧的压紧和放松实现，而是通过旋转锁定螺钉完成。因此，如在先有技术中那样的无意中打开锁定装置，如果说不是绝不可能，但也只是很难能发生。
由于取消弹簧，创造了一种更可靠和更能承载的工作叶片锁定装置。此外，本发明介绍了一种可拆式锁定装置，其中，装入的工作叶片以及装入的锁定元件都可以重新使用。
尽管已安装了工作叶片，在这里锁定螺钉仍可以通过设在盲孔区内用于工具的缺口被接触到。为此，工具通过缺口可横向于锁定螺钉的纵向长度地作用在锁定螺钉上，所以工作叶片的锁定可以简单和快速地建立和取消。
按一项有利的设计，盲孔设计为螺纹孔，它可以通过切削过程简单而廉价地制成。
按另一项设计，在盲孔中装一个带螺纹的插入件，它防旋转地固定在盲孔中。采用螺纹插件，可以避免转子叶轮内切口和切口应力集中，这对于转子叶轮的寿命不造成负面的影响。即使在可能出现螺纹损坏时，还可以更换插入件。这提高了维护时的可维修性。
允许从转子叶轮端侧出发进出的缺口，可以有利地或设在转子叶轮内和/或设在叶根内。通过侧向，亦即轴向进出或进入，不需要对流体机械作任何附加的结构性改变。
按一项有利的设计，锁定螺钉有一些在其圆周上分布的沿径向延伸的钻孔，其中可以插入作为旋转用的工具的杆棒。因此锁定螺钉可以旋入盲孔中，以及在装上工作叶片后借助该杆棒将锁定螺钉从盲孔旋出并旋入定心孔内。
按另一项设计，锁定螺钉在可通过缺口接近的区域内在其外圆周上有一个六边形，用于一个用作旋转锁定螺钉的工具的六角扳手。因此，取代所述杆棒可以使用传统的用于旋转所述锁定螺钉的工具。
若锁定螺钉按无头螺钉的方式设计，则在需要将锁定螺钉旋入盲孔中时，它可以用相符的螺丝改锥特别迅速地旋入。
优选地，除了沿轴向的锁定作用外同时还能强制规定工作叶片期望的轴向位置，为此，定心孔的直径朝其底部的方向呈圆锥状收缩，以及锁定螺钉有一个与之对应地成形的螺钉头。采用锥形定心孔和螺钉头，在锁定螺钉旋出并进入定心孔的过程中，工作叶片被校正到期望和规定的轴向位置上。
为了将工作叶片安装在流体机械的转子叶轮上，将锁定螺钉旋入盲孔中，直至它的螺钉头沿径向比固定槽的槽底处于更靠里的位置。接着将工作叶片插入固定槽内，直至它的定心孔与盲孔对齐，从而接着可以借助用于旋转锁定螺钉的工具将它从盲孔旋出并旋入定心孔内。为了拆卸，按相反的顺序和相反的方向指示实施这些步骤。
下面借助
本发明。其中图1示意表示燃气轮机剖视图；图2表示转子叶轮局部透视图；图3表示图2所示转子叶轮的剖视图；图4表示有锁定螺钉和工作叶片的转子叶轮；图5表示转子叶轮和已通过锁定螺钉锁定的工作叶片；图6表示有沿径向延伸的孔的锁定螺钉；图7表示有六角形的锁定螺钉；图8表示有一个带螺纹的插入件的转子叶轮；图9表示带螺纹和有防旋转装置的插入件；以及图10表示已装入转子叶轮内的插入件。
具体实施例方式
流体机械如燃气轮机和压气机及其工作方式是众所周知的。图1表示流体机械11，它设计为燃气轮机13。燃气轮机13有压气机15、燃烧室17和透平单元19。此外，燃气轮机13还包括转子21。不仅在压气机15内而且在透平单元19内，转子21均由多个沿轴向相邻的转子叶轮23组成，在转子叶轮的外圆周上分别装一圈工作叶片25。
在燃气轮机13运行时，空气4被压气机15吸入并压缩。压缩空气供入燃烧室17，与燃料B混合和在此位置燃烧成燃气。热燃气流入透平单元19并在透平单元19的工作叶片25上膨胀做功。在此过程中驱动燃气轮机13的转子21。图2透视表示转子叶轮23的局部。在转子叶轮23的外圆周上表示了横向延伸的固定槽29，工作叶片25可将一个与固定槽29对应设计的叶根插入固定槽29内。为了看得清楚起见，在转子叶轮23内只表示了用于一圈工作叶片25的沿圆周分布的固定槽29中一个。在每个固定槽29的槽底31内设一缺口23，从这里出发延伸一个沿径向向内进入转子叶轮23的盲孔35。
图3表示通过转子叶轮23的剖面III-III。沿径向在槽底31的内部设缺口33，盲孔35从这里出发沿径向延伸。在这里盲孔35至少部分带有螺纹37。
图4表示通过转子叶轮23的剖面，转子叶轮23有已经旋入盲孔35中的锁定元件39和装入的叶片25。其中，锁定元件39还没有旋入工作叶片25设在叶根44内的定心孔45中。
设在叶根44内的盲孔状定心孔45的直径起先保持恒定，接着朝孔底的方向圆锥形缩小。
与之类似，锁定螺钉41有对应的圆锥形螺钉头43。
为了安装工作叶片25，首先将设计为锁定螺钉41的锁定元件39旋入盲孔35内，直至锁定螺钉41的螺钉头43沿径向处于比固定槽29的槽底3 1更靠里的位置，或沿径向处于比工作叶片25插入时定心孔45的口更靠里的位置。为此，锁定螺钉41在其端侧按无头螺钉的形式有一槽42，以便借助螺丝改锥能特别方便和迅速地将锁定螺钉41旋入螺纹37中。
接着工作叶片25通过其叶根44插入固定槽29中，直至沿径向延伸的定心孔45与盲孔35对齐地彼此对置。接着，用可以侧向通过沿径向位于盲孔35与定心孔45之间的缺口33置入的工具，将锁定螺钉41从盲孔35旋出进入定心孔45内，直至锁定装置50的最终装配好的位置，此时，或其螺钉头43处于定心孔45的底部，或定心孔45和螺钉头43的圆锥面互相贴靠(图5)。在此工作位置，工作叶片25被防止其轴向移动地实现锁定。与此同时，锁定螺钉41将工作叶片25沿径向向外压至规定的径向位置。
通过定心孔45和螺钉头43彼此相符的圆锥形，迫使工作叶片25处于期望的确定的轴向位置。
图6表示一种设有径向孔51的锁定螺钉41，径向孔在上部区沿圆周分布。在此孔51中可以插入作为工具的杆棒53，通过杆棒53可以将锁定螺钉41在螺纹37内旋转。在锁定螺钉41的下部区内设螺纹38，它可与螺纹37旋接。
图7表示锁定螺钉41的另一种设计方案，它在上部区取代径向钻孔51有一六边形55，在六边形55上可作用一把对应的六角扳手57用于旋转锁定螺钉41。
替代图示的设计，为了用工具从端侧接近锁定螺钉41所需要的缺口33，也可以部分或全部设在工作叶片25的叶根44中。
图8表示另一种设计，其中，示出具有用于工作叶片25的固定槽29的转子叶轮3的圆周面59以及盲孔35。该盲孔35取代螺纹在其外周有至少一个沿该盲孔的方向延伸的锁定槽61。
在此盲孔35中可以装入一个图9所示的插入件63。插入件63按基本上圆形套筒的形式设计为与盲孔35一致并有一个内螺纹65，锁定螺钉41可旋入其中。此外，插入件63在其外圆周上有至少一个沿其轴向延伸的凸块67，它设计为与锁定槽61一致。
图10表示已装入盲孔35内的插入件63，其中，凸块67啮合在锁定槽61中，它们因而构成防止插入件63在盲孔35内旋转的装置。按不同的方案也可以分别设两个或多个凸块67和锁定槽61。
权利要求
1.一种锁定装置(50)，用于一流体机械(11)的装在可旋转的一转子叶轮(23)上的工作叶片(25)，其中，转子叶轮(23)为了安装每个工作叶片(25)的叶根(44)，在其外圆周上分别有一个与叶根(44)对应成形的固定槽(29)，在各槽底(31)分别设一个带有一锁定元件(39)的盲孔(35)，该锁定元件(39)为了工作叶片(25)的锁定伸入一个设在叶根(44)内与盲孔(35)对置的定心孔(45)中，其特征为在所述盲孔(35)内设计有一螺纹(37)，以及所述锁定元件(39)设计为一个可下沉到该盲孔内的锁定螺钉(41)；以及，在该盲孔(35)的区域内设有一缺口(33)，作为旋转所述锁定螺钉的一工具用的轴向进入口。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征为所述盲孔(35)设计为螺纹钻孔。
3.按照权利要求1所述的装置，其特征为在所述盲孔(35)内设置有一个带有螺纹(37)的插入件，它防旋转地锁定在盲孔(35)内。
4.按照权利要求1、2或3所述的装置(50)，其特征为所述缺口(33)设在转子叶轮(23)内和/或叶根(44)内。
5.按照权利要求1至4之一所述的装置(50)，其特征为所述锁定螺钉(41)具有在其圆周上分布的沿径向延伸的钻孔(51)，其中可以插入作为旋转所述锁定螺钉用的工具的杆棒(53)。
6.按照权利要求1至5之一所述的装置(50)，其特征为所述锁定螺钉(41)在可通过缺口(33)接近的区域内在其外圆周上有一个六边形(55)，用于一个用作旋转所述锁定螺钉(41)的工具的六角扳手(57)。
7.按照权利要求1至6之一所述的装置(50)，其特征为所述锁定螺钉(41)按无头螺钉的方式设计。
8.按照权利要求1至7之一所述的装置(50)，其特征为所述定心孔(45)的直径朝其底部的方向呈圆锥状收缩，以及所述锁定螺钉(41)有一个与之对应地成形的螺钉头(43)。
9.一种流体机械(11)，尤其是一燃气轮机(13)的压气机(15)，它包括一个转子叶轮(23)和装在该转子叶轮上的工作叶片(25)，其特征为所述工作叶片(25)借助按照权利要求1至8之一所述的锁定装置(50)锁定。
10.一种利用按照权利要求1至8之一所述的锁定装置(50)将工作叶片(25)安装在一流体机械(11)的转子叶轮(23)上的方法，其特征为通过工作步骤a)至c)将工作叶片(25)固定在转子叶轮(23)上并锁定a)将锁定螺钉(41)旋入盲孔(35)内；b)将工作叶片(25)插入固定槽(29)，直至其定心孔(45)与盲孔(35)对齐；c)借助用于旋转所述锁定螺钉(41)的工具，将锁定螺钉从盲孔(35)中旋出并旋入所述定心孔(45)内。
11.一种从具有按照权利要求1至8所述锁定装置(50)的流体机械(11)转子叶轮(23)上拆卸工作叶片(25)的方法，其特征为按相反的顺序和相反的方向指示实施权利要求10所述的工作步骤a)至c)。
全文摘要
本发明涉及一种锁定装置(50)，用于流体机械(11)装在可旋转的转子叶轮(23)上的工作叶片(25)，其中，转子叶轮(23)为了安装每个工作叶片(25)的叶根(44)，在其外圆周上分别有一个横向延伸的与叶根(44)对应成形的固定槽(29)，在其槽底(31)设一个有一锁定元件(39)的盲孔(35)，该锁定元件(39)可进入一个设在叶根(44)内与盲孔(35)对置的定心孔(45)中。为了提供寿命更长和可重新拆卸的锁定装置(50)，在流体机械运行时它能耐受产生的热和机械负荷，建议，盲孔(35)带有螺纹(37)，其中可旋入设计为锁定螺钉(41)的锁定元件(39)；以及，转子叶轮(23)在一个端侧有一个缺口(33)，它有这样的大小和方向，即，通过此缺口可以置入用于旋转该带螺纹(37)的锁定螺钉(41)的工具。
文档编号F01D5/30GK1724850SQ200510084760
公开日2006年1月25日 申请日期2005年7月20日 优先权日2004年7月22日
发明者彼得·施罗德 申请人:西门子公司