專利名稱：用于壓縮機(jī)的翼片形狀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的翼片。特別地，本發(fā)明涉及 用于壓縮機(jī)的不同級的壓縮機(jī)翼片型面。特別地，本發(fā)明涉及用于壓縮 機(jī)不同級的進(jìn)口導(dǎo)向輪葉、轉(zhuǎn)子、或者定子的壓縮機(jī)翼片型面。
背景技術(shù)：
在燃?xì)鉁u輪機(jī)中，在燃?xì)鉁u輪機(jī)的流動路徑段的每個級應(yīng)該滿足許 多系統(tǒng)要求以滿足設(shè)計目標(biāo)。這些設(shè)計目標(biāo)包括，但不限于，總體改善 的效率和翼片負(fù)荷能力。例如，且決不作為對本發(fā)明的限制，壓縮機(jī)定 子的葉片應(yīng)該達(dá)到特定級的熱和機(jī)械方面的運(yùn)行要求。此外，例如，且 決不作為對本發(fā)明的限制，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的葉片應(yīng)該達(dá)到特定級的熱和機(jī) 械方面的運(yùn)4于要求。
發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明的一個示范性的方面，制造制品具有大致依照表l中列
出的笛卡兒坐標(biāo)值X、 Y和Z的標(biāo)稱型面。其中X和Y為英寸距離，當(dāng) 通過平滑連續(xù)弧線將它們連接時，其在每個英寸距離Z處限定翼片型面 段。在所述Z距離處的型面段彼此平滑地連接以形成完整的翼片形狀。
依照本發(fā)明的另一示范性的方面，提供了一種包括壓縮機(jī)輪的壓縮 機(jī)。該壓縮機(jī)輪具有多個制造制品。每個制造制品包括具有翼片形狀的 翼片。翼片包括大致依照表1中列出的笛卡兒坐標(biāo)值X、 Y和Z的標(biāo)稱 型面，其中X和Y為英寸距離，當(dāng)通過平滑連續(xù)弧線將它們連接時， 其在每個英寸距離Z處限定翼片型面段。在所述Z距離處的型面段彼此 平滑地連接以形成完整的翼片形狀。
依照本發(fā)明的示范性的又一方面，提供了 一種包括具有多個制造制 品的壓縮機(jī)輪的壓縮機(jī)。每個制造制品包括具有大致依照表1中列出的 笛卡兒坐標(biāo)值X、 Y和Z的未涂敷的標(biāo)稱翼片型面的翼片，其中X和Y 為英寸距離，當(dāng)通過平滑連續(xù)弧線將它們連接時，其在每個英寸距離Z 處限定翼片型面段。在所述Z距離處的型面段彼此平滑地連接以形成完
整的翼片形狀。
圖1為通過燃?xì)鉁u輪機(jī)的多級的壓縮機(jī)流動路徑的示意性示范圖且
示出了依照本發(fā)明的實施例的示范性翼片；
圖2和3分別為依照本發(fā)明的實施例的轉(zhuǎn)子葉片的透視示范圖，其 示出了轉(zhuǎn)子葉片翼片連同其平臺和大致或者接近軸向進(jìn)入的榫接部連 接；
圖4和5為分別以從翼片的壓力側(cè)和吸力側(cè)的大致周向方向觀察的
圖2的轉(zhuǎn)子葉片和相關(guān)平臺及榫接部連接的側(cè)視圖6為大致沿圖5中的線6-6截取的轉(zhuǎn)子葉片翼片的截面圖7為依照本發(fā)明示范性的實施例的轉(zhuǎn)子葉片的透視圖，其上添加
了坐標(biāo)系；和
圖8為依照本發(fā)明示范性的實施例的定子葉片的透^L圖，其上添加 了坐標(biāo)系。
具體實施例方式
現(xiàn)在參見附圖，圖1示出了包括多個壓縮機(jī)級的燃?xì)鉁u輪機(jī)壓縮機(jī) 2的軸向壓縮機(jī)流動路徑1。壓縮才幾級在圖中順序標(biāo)記。壓縮機(jī)流動路 徑可包括任何數(shù)量的轉(zhuǎn)子級和定子級，例如18。然而，轉(zhuǎn)子和定子級的 精確數(shù)量是工程設(shè)計的選擇。如本發(fā)明所實施的，能夠在燃燒室中提供 任何數(shù)量的轉(zhuǎn)子級和定子級。17個轉(zhuǎn)子級僅是一個示范性的渦輪機(jī)設(shè) 計。18個轉(zhuǎn)子級并不意味以任何方式限制本發(fā)明。
壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片將動能傳遞給空氣流且因此獲得流經(jīng)壓縮機(jī)的所 希望的壓力上升。緊接在轉(zhuǎn)子翼片后面的是定子翼片級。轉(zhuǎn)子翼片和定 子翼片都使得空氣流轉(zhuǎn)向，(在各自的翼片參考系中)減緩空氣流速度， 且產(chǎn)生空氣流的靜壓力的上升。在本發(fā)明的其他所希望的方面中，翼片 的構(gòu)造(連同其與周圍的翼片的相互作用)及其周向表面對于級空氣流 效率而言提供了改善的空氣力學(xué)、從級到級的平滑層流、減小的熱應(yīng) 力、改善的級的相互關(guān)系以有效地使得從空氣流在級間流通、以及減小 的機(jī)械應(yīng)力。典型地，多排轉(zhuǎn)子/定子級疊置在軸向流動壓縮機(jī)中以達(dá)到 希望的排出-進(jìn)入的壓力比。轉(zhuǎn)子翼片和定子翼片能夠借助合適的接附構(gòu)
造從而固定到轉(zhuǎn)子輪或者定子殼體上，例如通常已知的"4艮部"、"基
部，，或者"榫接部，，(參見圖2-5)。
壓縮機(jī)2的級在圖1中示范性地圖示。壓縮機(jī)2的級包括多個周向 間隔的安裝在轉(zhuǎn)子輪51上的轉(zhuǎn)子葉片22和多個周向間隔的接附到靜態(tài) 壓縮機(jī)殼體59上的定子葉片23。每個轉(zhuǎn)子輪接附到后驅(qū)動軸58上，其 連接到發(fā)動機(jī)的渦輪機(jī)段上。轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片位于壓縮機(jī)的流動路 徑1中。如本發(fā)明實施的，流經(jīng)壓縮才幾流動路徑1的空氣流的方向由箭 頭60所示(參見圖1 )。壓縮機(jī)2的所述級僅作為本發(fā)明范圍內(nèi)的壓縮 機(jī)2的級的示范。所示的和所述的壓縮才幾2的級并不意"木以任何方式限 制本發(fā)明。
轉(zhuǎn)子葉片22安裝在形成后驅(qū)動軸58的一部分的轉(zhuǎn)子輪51上。如 圖2-6圖示的，每個轉(zhuǎn)子葉片22設(shè)置有平臺61和大致軸向或者接近軸 向進(jìn)入的榫接部62，其用于與轉(zhuǎn)子輪51上的互補(bǔ)形狀的配合榫接部(未 示出的)連接。然而，如本發(fā)明實施的，軸向進(jìn)入的榫接部可以設(shè)置有 翼片型面部分。如圖2-6中圖示的，每個轉(zhuǎn)子葉片22包括轉(zhuǎn)子葉片翼片 63。這樣，在翼片的總體形狀中從平臺61的中點處的翼片根部64到轉(zhuǎn) 子葉片末端65的任何截面處，每個轉(zhuǎn)子葉片22具有轉(zhuǎn)子葉片翼片型面 (airfoil profile) 66 (參見圖6 )。
為了限定轉(zhuǎn)子葉片翼片的翼片形狀，提供了空間中獨特的點的集合 或者軌跡。該獨特的點的集合或者軌跡滿足級的要求，從而使得所述級 能夠制造。獨特的點軌跡也滿足希望的對于級效率和減小的熱和機(jī)械應(yīng) 力的要求。點的軌跡借助使壓縮機(jī)能夠以有效、安全和平穩(wěn)的方式運(yùn)行 的空氣動力負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷之間的迭代得到。
如本發(fā)明實施的，該軌跡限定轉(zhuǎn)子葉片翼片型面，且可包括相對于 發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線的點集合。例如，能夠提供點集合以限定轉(zhuǎn)子葉片翼 片型面。
在下表中給出的笛卡兒坐標(biāo)系X、 Y和Z數(shù)值限定出轉(zhuǎn)子葉片翼片 在沿其長度的不同位置處的型面。如本發(fā)明實施的，發(fā)現(xiàn)該翼片能夠作 為第3級翼片轉(zhuǎn)子葉片得到應(yīng)用。X、 Y和Z坐標(biāo)的坐標(biāo)值以英寸列出， 盡管當(dāng)這些數(shù)值適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換時可以使用其它的尺寸單位。這些值不包括 平臺的圓角區(qū)。笛卡兒坐標(biāo)系具有正交相關(guān)的X、 Y和Z軸線。如用于 轉(zhuǎn)子的圖7和用于定子的圖8中圖示，X軸線平行于壓縮機(jī)葉片的榫接
部軸線，其與發(fā)動機(jī)中心線成一角度。正的x坐標(biāo)值為軸向向后，例如
朝向壓縮機(jī)的排氣端。正的Y坐標(biāo)值定向成垂直于榫接部軸線。正的Z 坐標(biāo)值對于轉(zhuǎn)子葉片定向為徑向向外朝翼片的末端，該末端朝向壓縮機(jī) l 、 口 、 口 口口 、、 -
如圖5中圖示，僅用于參考目的，穿過沿疊置軸線的翼片和平臺的 交叉處建立點-0。在翼片的示范性的實施例中，點-0定義為參考段，其 中上表的Z坐標(biāo)為0.000英寸，其為離開發(fā)動機(jī)或者轉(zhuǎn)子中心線的設(shè)定
的事先確定的距離。
通過在垂直于X、 Y平面的Z方向上的選定位置處定義X和Y坐 標(biāo)值，能夠確定在沿翼片長度的每個Z距離處轉(zhuǎn)子葉片翼片的型面段， 例如但不限于圖6中的型面段66。通過用平滑連續(xù)弧線連接X和Y值， 能夠固定在每個距離Z處的每個型面段66。在距離Z之間的不同表面 位置的翼片型面通過平滑地彼此連接相鄰的型面^殳66來決定，從而形 成翼片型面。這些數(shù)值代表在周圍環(huán)境中的、未運(yùn)行的、或者非熱條件 下的翼片型面并且用于未涂敷的翼片。
表格數(shù)值產(chǎn)生且顯示到3個小數(shù)位以便確定翼片的型面。存在典型 的制造公差以及涂層，這在實際翼片型面中需要考慮。因此，對于型面 給定的邀:值是對于標(biāo)稱翼片(nominal akfoil)而言的。因此可以理解， +/-典型制造公差例如+/-值以及任何涂層厚度可添加到X和Y值中。因 此，在垂直于沿翼片型面的任何表面位置的方向上的大約+/-0.160英寸
的距離限定出用于轉(zhuǎn)子葉片翼片結(jié)構(gòu)和壓縮機(jī)的翼片型面包絡(luò)線。換句 話說，如本發(fā)明實施的，在垂直于沿翼片型面的任何表面位置的方向上 大約+/-0.160英寸的距離限定出在標(biāo)稱的冷的或者室溫的實際翼片表面 上的測量點和在相同溫度下這些點的理想位置的變化范圍。如本發(fā)明實 施的，轉(zhuǎn)子葉片翼片結(jié)構(gòu)對此變化范圍是穩(wěn)定的，而不損害機(jī)械和空氣 動力功能。
下表l中給出的坐標(biāo)值提供了用于示范性的第3級翼片轉(zhuǎn)子葉片的 標(biāo)稱的型面包絡(luò)線。
表1
X丄OC Y-1X)C Z丄OC
2.6680.2550..122
2.6680.2470.,122
2.6660.2360.122
2.6590.2250.122
2.6470,2150,,122
2.6260.2090■ 122
2.5990.2020,]22
2.5650.1930.,122
2.5240.1820.122
2.4760.1690.122
2.4190.1540.122
2.3510.1360.122
2.2730.1160.122
2.1850.0930.122
2遷0.0670.122
1.9770.0390.122
1.8570.0070.122
1.733-0.0250.122
1.603-0.0590.122
1.467-0.0940.122
1.327-0.130.122
1.181-O掘0.122
1.03-0.2010.122
0.873-0.2360.122
0.716-0.2670.122
0.558-0.2960.122
0.399-0.320.122
0.24-0.3410.122
0.081-0.3560.122
-0.08-0.3670.122
-0.241-0.3730.122
-0.403-0.3740.122
-0.565-0.3670.122
-0.726-0.3550.122
-0.887-0.3360.122
-1.042-0.3 U0.m
-1.191-0.2810.122
-1.333-0.2470.122
X-LOC Y-LOC Z^LOC
-1.467-0.210,.122
-1.595-0.1690.,122
-1.716-0.1250,,122
-1.831-0.080.122
-1.939-0.0310,.122
-2.0360.0160.,122
-2.1220.0620.122
-2.1980.1050.,m
-2.2670.1480.122
-2.3250.1890.m
-2.3680.2210.122
-2.4010.250.122
-2.4240.2730.122
-2.4390.2920.122
-2.4450.3050.122
-2,4460.3130.122
-2.4460.3170.122
-2.4450.3190.122
-2.4450.3210.122
-2,4440.3210.122
-2.4430.3230.122
-2.4410.3260.122
-2.4340.3310.122
-2.4210.3350.122
-2.3980.3380.122
-2.3680.3380.122
-2.3270.3360.122
-2.2750.3310.122
-2.2090.3230.122
-2.1330.3130.122
-2.0510.3020.122
-1.9590.2910.122
-1.8570.2790.122
-1.7450.2670.122
-1.6270.2570.122
-1.5040.2470.122
-1.3760.2390.122
-1.2430.2320.122
X-U)C Y曙L(fēng)OC Z丄OC
-1.1040.2270.122
-0.960.2250,,122
-0.8110.2240.■ 122
-0.6570.2250.122
-0.5030.2260,.122
-0.3490.2290.122
-0.1950.2320.122
-0.040.2350.122
0 1140.2380.122
0.2680.2410.122
0.4220.2440.122
0.5760.2460.122
0.730.2480.122
0.8850.2490.122
1.0390.250.122
1.1880.2510.122
1.3320.2520.122
1.470.2530.122
1.6040.2550.122
1.7330.2570.122
1.8560.260.122
1.9740.2630.122
2.0820.2670.122
2.180.270.122
2.2670.2730.122
2.3440.2760.122
2.4110.2790.122
2.4670.2810.122
2.5150.2820.122
2.5560.2840.122
2.5890.2850.122
2.6160.2860.122
2.6370.2860,122
2.6510.280.122
2.6610.2710.122
2.6660.2620.122
X丄OC Y丄oc :乙-LOC
2.6340.2521.755
2.6340.2441.755
2.6320.2341.755
2.6250.2231.755
2.6120.2141.755
2.5910.2091.755
2.5650.2031.755
2.5310.1941.755
2.4910.1851.755
2.4430.1731.755
2.3870.1591.755
2.320.1431.755
2.2430.1241.755
2.1560.1041,755
2.0580.0811.755
1.9510.055.755
1.8330.0281.755
1.71-0.0011.755
1.581-0.0311.755
1.448-0.0621.755
1.309-0.0931.755
1.165-0.1241.755
1.016-0.1541.755
0.861-0.1831.755
0.706-0.211.755
0.55-0.2331.755
0.395-0.2531.755
0.238-0.2691.755
0.081-0.281.755
-0.076-0.2881.755
-0.234-0.2911.755
-0.392-0.291.755
-0.551-0.2831.755
-0.71-0.2711.755
-0.869-0.2541.755
-1.022-0.2331.755
-1.169-0.2091.755
-1.311-0.1821.755
,LOC Y-IX)C Z"U)C
-1.446-0.1521.755
-1.575-0.121.755
-1.698-0.0851.755
-1.815-0.0481.755
-1.926-0.0091.755
-2.0250.0291.755
-2.1140.0661.755
-2.1920.1011.755
-2.2640.1361.755
-2.3250.1691.755
-2.370.1971.755
-2.4060.221.755
-2.4310.241.755
-2,4470.2581.755
-2.4540.2691.755
-2.4570.2771.755
-2.4570.2811.755
-2.4570.2841.755
-2.4560.2851.755
-2.4560.2861.755
-2.4550.2881.755
-2.4530.2911.755
-2.4470.2971.755
-2.4350.3021.755
-2.4130.3081.755
-2.3830.3131.755
-2.3420.3161.755
-2.2910.3171.755
-2.2240.3181.755
-2.1480.3171.755
-2.0660.3151.755
-1.9740.3131.755
-1.8720.311.755
-1.7590.3061.755
-1.6420.3031.755
-1.5190.3011.755
-1.3910.2991.755
-1.2580.2981.755
:丄ocY-LOC :Z-LOC
-1.120.2981.755
-0.9770.2981.755
-0.8290.2981.755
-0.6750.2991.755
-0.5220.2991.755
-0.3680.2991.755
-0.2150.2991.755
-0.0610.2991.755
0麓0.2981.755
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0.3990.2951.755
0.5520.2921.755
0.7060.291.755
0.8590.2871.755
1.0120.2831.755
1.1610.281.755
1.3040.2781.755
1.4420.2761.755
1.5750.2741,755
1.7030.2741.755
1.8260.2741.755
1.9430.2741.755
2.0510.2751.755
2.1480.2761.755
2.2350.2781.755
2.3110.2791.755
2.3780.2791.755
2.4340.281.755
2.4820.2811.755
2.5230.2821.755
2.5560.2821.755
2,5820.2831.755
2.6030.2831.755
2.6170.2781.755
2.6270.2691.755
2.6320,261.755x丄ocY-LOCZ-LOCX-LOCY-LOC :Z-LOCX-LOCY-LOCZ-LOC
2.6160.1753.389-1.466-o細(xì)3.389-1.1350.3653.389
2.6160.1683.389-1.595-o麓3.389-0.9920.3583.389
2.6130.1583.389-1.7170.0373.389-0.8440.3513.389
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0.277u556
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1.87-l馬16.457
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2.284-l駕16.457
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2.318-1.81816.457
2.327-1.82816.457
2.33-1.83816.457
還可以理解的是，上表l中披露的示范性的翼片可以幾何地按比例 增加或者減小以便在其他類似壓縮機(jī)設(shè)計中使用。因此，表l中列出的 坐標(biāo)值可以按比例增加或者減小，使得翼片型面形狀保持不變。表l中
坐標(biāo)的比例縮放型式可以由表1中的X、 Y和Z坐標(biāo)值乘以或者除以常 數(shù)來表示。
雖然在此描述了不同的實施例，但是從本說明書中可以理解的是， 本領(lǐng)域的技術(shù)人員可獲得在本發(fā)明的范圍內(nèi)的不同元件的組合、改變或 者改進(jìn)。
部件列表
軸向壓縮才幾流動路;g: 1 燃?xì)鉁u輪機(jī)壓縮機(jī)2 周向間隔的轉(zhuǎn)子葉片22 轉(zhuǎn)子輪51
周向間隔的定子葉片23 靜態(tài)的壓縮機(jī)殼體59 后驅(qū)動軸58 空氣流方向箭頭60 平臺61
軸向進(jìn)入的榫接部62 轉(zhuǎn)子葉片翼片63 轉(zhuǎn)子葉片翼片型面66 翼片根部64 轉(zhuǎn)子葉片末端65 型面段6權(quán)利要求
1.一種制造制品，該物品具有大致依照表1中列出的笛卡兒坐標(biāo)值X、Y和Z的標(biāo)稱型面，其中X和Y為英寸距離，當(dāng)通過平滑連續(xù)弧線將它們連接時，X和Y在每個英寸距離Z處限定翼片型面段，所述型面段在所述Z距離處彼此平滑地連接以形成完整的翼片形狀(22，23)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造制品，其特征在于，該物品包括翼 片(22， 23)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造制品，其特征在于，所述物品形狀 位于沿垂直于任何物品表面位置的方向上土0.160英寸內(nèi)的包絡(luò)線中。
4. #4居權(quán)利要求1所述的制造制品，其特征在于，該物品包括轉(zhuǎn) 子(22 )。
5. —種包括具有多個制造制品的壓縮機(jī)輪的壓縮機(jī)，每個所述的 制造制品包括具有翼片形狀的翼片，所述翼片具有大致依照表l中列出 的笛卡兒坐標(biāo)值X、 Y和Z的標(biāo)稱型面，其中X和Y為英寸距離，當(dāng)通 過平滑連續(xù)孤線將它們連接時，X和Y在每個英寸距離Z處限定翼片型 面段，所述型面段在所述Z距離處;&此平滑地連接以形成完整的翼片形 狀(22, 23 )。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓縮機(jī)，其特征在于，該制造制品包括 轉(zhuǎn)子(22 )。
7. —種包括具有多個制造制品的壓縮機(jī)輪(51)的壓縮機(jī)(2), 每個所述的制造制品包括具有大致依照表1中列出的笛卡兒坐標(biāo)值X、 Y和Z的未涂敷的標(biāo)稱翼片型面的翼片，其中X和Y為英寸距離，當(dāng) 通過平滑連續(xù)弧線將它們連接時，X和Y在每個英寸距離Z處限定翼片 型面段，所述型面段在所述Z距離處彼此平滑地連接以形成完整的翼片 形狀(22， 23),所述X和Y距離可以作為相同常數(shù)或者數(shù)的函數(shù)按 比例縮放，以提供按比例增加或者按比例減小的轉(zhuǎn)子葉片翼片(22, 23)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓縮機(jī)(2)，其特征在于，該制造制品 包括轉(zhuǎn)子(22 )。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓縮機(jī)(2),其特征在于，所述的翼片 形狀位于沿垂直于任何翼片表面位置的方向土0.160英寸內(nèi)的包絡(luò)線中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于壓縮機(jī)的翼片形狀，其中提供了一種制造制品，其具有大致依照表1中列出的笛卡兒坐標(biāo)值X、Y和Z的標(biāo)稱型面。其中X和Y為英寸距離，當(dāng)通過平滑連續(xù)弧線將它們連接時，X和Y在每個英寸距離Z處限定翼片型面段。在所述Z距離處的型面段彼此平滑地連接以形成完整的翼片形狀。
文檔編號F04D29/38GK101169130SQ20071018145
公開日2008年4月30日 申請日期2007年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者D·科倫布斯, P·金 申請人:通用電氣公司