用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置和第二装置及转子的制作方法

1.本发明涉及动力涡轮领域，尤其涉及一种动平衡的第一装置，还涉及对应的第二装置和包含所述第一装置和所述第二装置的发动机涡轮转子。


背景技术：

2.发动机涡轮转子动平衡通常包括的步骤：轴类和盘类零件动平衡，通常由去除材料实现；装配涡轮盘和叶片后动平衡，通过调整不同重量叶片的位置实现；转子动平衡，通常是最终动平衡。转子动平衡的实现通常通过在指定位置去除材料或增加重量。因此，动力涡轮转子动平衡的方法非常有限。最常用的方法之一是，在涡轮盘和叶冠位上加平衡带，加工平衡带以达到平衡精度的要求，装配后需进行修正以使组件达到平衡值。涡轮装配阶段后，无法对零件进行加工，最常用的方法是增加配重对平衡进行补偿。
3.转子动平衡可使轴承避免过载和疲劳断裂，进而提高机械装置的使用寿命。转子不平衡通常来自于质量分布不均匀，既而造成转子振动。平衡的目的是降低振幅至可接受的水平。当转子尺寸越大或是柔性转子时，了解其模态行为变得尤为重要，平衡能使其在各个速度范转内平稳运行。因此，降低平衡配重部件装卸难度，对于成本和整个寿命周期具有重要的意义。
4.目前最常用的转子动平衡方法之一是在某些位置上用螺栓或螺丝连接的方法增加配重。所有的配重平衡方法都已申请专利保护。因此有必要找到一种可以进行规避的专利保护外的方法，以及尽量简化平衡块的设计。


技术实现要素：

5.本发明通过涡轮盘后沿的花边和凹槽和折弯的金属板的结构，优化了平衡配重块的安装方法，从而简化了平衡块的设计，简便了装卸方式，降低了成本。另外，平衡带位置选择在最后一级涡轮上，使其可能装配静子模组后调整平衡量，从而最大程度上降低模组的不平衡度。
6.本发明提出了如下解决方案：
7.一种在具有足够空间的涡轮盘上设置的用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置， 包括在所述涡轮盘的边沿上设置的花边和凹槽，所述凹槽的开口朝向所述涡轮盘的圆心，所述花边具有开口平行于所述涡轮盘的轴线的凹口。
8.根据本发明的一个优选实施例，所述涡轮盘为最后一级涡轮盘，所述边沿为该最后一级涡轮盘的后边沿。
9.根据本发明的一个优选实施例， 所述花边为沿所述最后一级涡轮盘的圆周间隔设置的独立结构，所述凹口为篮子形状。
10.本发明还涉及一种用于发动机涡轮转子动平衡的第二装置，与上述的在具有足够空间的涡轮盘上设置的用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置配合。
11.根据本发明的一个优选实施例，包括分别插入所述涡轮盘的凹槽和所述花边的凹
口中的销和凸台。
12.根据本发明的一个优选实施例，所述销和所述凸台彼此垂直连成一整体，其中所述销为梯形柱体，所述凸台通过金属板弯曲而成。
13.根据本发明的一个优选实施例，所述金属板除形成凸台的中间部分外，与所述销连接的第一端部和与所述第一端部相对的自由的第二端部也朝向所述涡轮盘弯曲以便卡接在所述花边的对应的端面上。
14.根据本发明的一个优选实施例，所述第二装置根据动平衡的要求改变所述销和金属板的重量。
15.本发明还涉及一种动平衡的发动机涡轮转子，包括上述的在具有足够空间的涡轮盘上设置的用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置和根据上述的用于发动机涡轮转子动平衡的第二装置。
16.根据本发明的一个优选实施例，包括第一次动平衡和第二次动平衡，所述第二次动平衡是指对上述的在具有足够空间的涡轮盘上设置的用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置和根据上述的用于发动机涡轮转子动平衡的第二装置进行装配。
17.从而实现了一种可实现涡轮转子动平衡的方法，以及一种可以简化设计和制造，方便装卸，易于维护保养，降低成本的转子动平衡部件。
附图说明
18.图1为示出了本发明的第一装置所在涡轮盘的位置及示意轮廓的主视图；
19.图2为示出了涡轮盘上设置的本发明的第一装置的花边的布置视图和凹口的局部视图；
20.图3为示出了涡轮盘上第一装置的布置视图和示出所包括的花边和凹槽的涡轮盘的主视图；
21.图4为示出了本发明的第二装置的主视图和与第一装置装配的视图。
22.100第一装置
23.101花边
24.102凹槽
25.200第二装置
26.201销
27.202凸台
28.203第一端部
29.204第二端部
30.205金属板
31.1011花边的凹口
32.300组装的第一装置和第二装置
33.500涡轮盘
34.501涡轮盘的边沿
35.503涡轮盘的第二端面
36.504涡轮盘的第一端面
具体实施方式
37.如图1和2所示，一种在具有足够空间的涡轮盘500上设置的用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置100， 包括在所述涡轮盘500的边沿501上设置的花边101和凹槽102，所述凹槽102的开口朝向所述涡轮盘500的圆心，所述花边101具有开口平行于所述涡轮盘500的轴线的凹口1011。图2还示出了凹口的详细视图。
38.如图1所示，示范性示出了3级涡轮盘的发动机涡轮转子根据本发明的一个优选实施例，所述涡轮盘500为最后一级涡轮盘，所述边沿501为该最后一级涡轮盘的后边沿。
39.如图2所示，根据本发明的一个优选实施例， 所述花边101为沿所述最后一级涡轮盘500的圆周间隔设置的独立结构，所述凹口1011为篮子形状。
40.图4示出了一种用于发动机涡轮转子动平衡的第二装置200，与上述的在具有足够空间的涡轮盘上设置的用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置100配合。
41.如图4所示，在该第二装置200上包括分别插入所述涡轮盘500的凹槽102和所述花边101的凹口1011中的销201和凸台202。
42.如图4所示，根据本发明的一个优选实施例，所述销201和所述凸台202彼此垂直连成一整体，其中所述销201为梯形柱体，所述凸台202通过金属板弯曲而成。
43.如图4所示，根据本发明的一个优选实施例，所述金属板除形成凸台202的中间部分外，与所述销201连接的第一端部203和与所述第一端部相对的自由的第二端部204也朝向所述涡轮盘弯曲以便卡接在所述花边的对应的端面上。如图4所示，可以看到第一端面504和第二端面503。
44.在实际进行动平衡处理时，根据本发明的一个优选实施例，所述第二装置200根据动平衡的要求改变所述销201和金属板205的重量。
45.图中未示出，但本领域技术人员容易知道本发明的一种动平衡的发动机涡轮转子，包括上述的在具有足够空间的涡轮盘上设置的用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置和根据上述的用于发动机涡轮转子动平衡的第二装置。
46.根据本发明的一个优选实施例，包括第一次动平衡和第二次动平衡，所述第二次动平衡是指对上述的在具有足够空间的涡轮盘上设置的用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置和根据上述的用于发动机涡轮转子动平衡的第二装置进行装配。涡轮盘转子动平衡最常用的方法之一是，对于独立零件，在涡轮盘上设计平衡带，通过车削或铣削的方式去除材料以达到所要求的平衡值，这一阶段可以称为第一次动平衡。涡轮装配后，需调整以使组件达到平衡值，但是此时零件无法进行加工，只能通过增加配重的方式对转子平衡进行补偿，这一阶段可以称为第二次动平衡。所有的配重平衡方法都已申请专利保护。因此有必要找到一种专利保护外的方法，以及尽量简化平衡块的设计。
47.在实际进行动平衡时，利用了这种平衡配重块部件，该部件可以应用于转子动平衡，简化了原有的平衡方式。选择最后一级涡轮盘增加配重块（如图1所示），因为涡轮转子装配后，甚至中间支承模组装配后，仍具有足够空间对该级涡轮盘增加配重块。在涡轮盘后沿加工出花边和凹槽，用于装配配重块。涡轮盘后沿一圈36个花边（如图2所示）。花边外形类似篮子形状，底部的安全圆角以避免应力集中。与传统的棱柱形外形相比，该结构能减少60%的裂纹风险。在平衡块装配后，花边也起到防转的作用。
48.进一步地，涡轮盘上的凹槽（如图3所示）是锐角形状。配重块和凹槽具有相配合的
角度以保证两个部件间的最小间隙。由于该外形结构的存在，当涡轮运行时，配重块在离心力的作用下将固定在凹槽内。
49.该配重块能使涡轮转子实现动平衡，且无需螺栓，螺丝等固定的复杂的配重块装配，从而极大地降低了设计验证度和制造难度，降低了零件成本，极大地降低了装配难度，并且在日后维护和拆卸时也更为方便。
50.本发明的轴向平衡配重块（如图4所示）具有一个进入圆盘凹槽的销(1)和一个在圆盘末端弯曲的金属板(2)。销(1)为梯形柱体，尺寸大小与锐角凹槽配合，与涡轮盘无相对位移和旋转。金属板(2)的中间和两端均向内弯曲，卡在涡轮盘后沿的花边和侧面上。
51.由于该平衡配重块的存在，转子装配后，甚至装配中间支承模组后，如需调整修正平衡值时，动平衡可轻松实现，其降低了动平衡的复杂程度，便于转子维护，降低了成本。另外，从装配的角度来看，平衡配重部件和装配步骤得到优化，由原来的螺栓螺丝连接装配，改为将配重块卡入涡轮盘内。

技术特征：
1.一种在具有足够空间的涡轮盘上设置的用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置， 包括在所述涡轮盘的边沿上设置的花边和凹槽，其特征在于，所述凹槽的开口朝向所述涡轮盘的圆心，所述花边具有开口平行于所述涡轮盘的轴线的凹口。2.根据权利要求1所述的在具有足够空间的涡轮盘上设置的用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置，其特征在于，所述涡轮盘为最后一级涡轮盘，所述边沿为该最后一级涡轮盘的后边沿。3.根据权利要求2所述的在具有足够空间的涡轮盘上设置的用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置，其特征在于， 所述花边为沿所述最后一级涡轮盘的圆周间隔设置的独立结构，所述凹口为篮子形状。4.一种用于发动机涡轮转子动平衡的第二装置，其特征在于，与根据权利要求1-3中任一项所述的在具有足够空间的涡轮盘上设置的用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置配合。5.根据权利要求4所述的用于发动机涡轮转子动平衡的第二装置，其特征在于，包括分别插入所述涡轮盘的凹槽和所述花边的凹口中的销和凸台。6.根据权利要求5所述的用于发动机涡轮转子动平衡的第二装置，其特征在于，所述销和所述凸台彼此垂直连成一整体，其中所述销为梯形柱体，所述凸台通过金属板弯曲而成。7.根据权利要求6所述的用于发动机涡轮转子动平衡的第二装置，其特征在于，所述金属板除形成凸台的中间部分外，与所述销连接的第一端部和与所述第一端部相对的自由的第二端部也朝向所述涡轮盘弯曲以便卡接在所述花边的对应的端面上。8.根据权利要求7所述的用于发动机涡轮转子动平衡的第二装置，其特征在于，所述第二装置根据动平衡的要求改变所述销和金属板的重量。9.一种动平衡的发动机涡轮转子，其特征在于，包括根据权利要求1-3中任一项所述的在具有足够空间的涡轮盘上设置的用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置和根据权利要求4-8中任一项所述的用于发动机涡轮转子动平衡的第二装置。10.根据权利要求9所述的动平衡的发动机涡轮转子，其特征在于，包括第一次动平衡和第二次动平衡，所述第二次动平衡是指对根据权利要求1-3中任一项所述的在具有足够空间的涡轮盘上设置的用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置和根据权利要求4-8中任一项所述的用于发动机涡轮转子动平衡的第二装置进行装配。

技术总结
一种在具有足够空间的涡轮盘上设置的用于发动机涡轮转子动平衡的第一装置，包括在所述涡轮盘的边沿上设置的花边和凹槽，其特征在于，所述凹槽的开口朝向所述涡轮盘的圆心，所述花边具有开口平行于所述涡轮盘的轴线的凹口。口。口。


技术研发人员：李敏 濮睿德 李坤廷
受保护的技术使用者：北京南方斯奈克玛涡轮技术有限公司
技术研发日：2023.03.02
技术公布日：2023/7/4