專利名稱：冷卻燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子葉片的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請總的涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機，尤其，涉及冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子組件的方法和裝置。
背景技術(shù)：
至少一些已知的轉(zhuǎn)子組件包括至少一排在圓周上隔開的轉(zhuǎn)子葉片。每一個轉(zhuǎn)子葉片包括一個翼面，該翼面又包括在前緣和后緣連接在一起的一個壓力側(cè)和一個負(fù)壓側(cè)。每一個翼面沿徑向從一個轉(zhuǎn)子葉片平臺向外伸出。每一個轉(zhuǎn)子葉片還包括一個從一個柄部沿徑向向內(nèi)伸出的榫。該柄部則在該平臺和該榫之間延伸。該榫用于將該轉(zhuǎn)子組件內(nèi)的該轉(zhuǎn)子葉片安裝在一個轉(zhuǎn)子圓盤或短軸上。已知的葉片是空心的，使得至少部分地由該翼面，平臺，柄部和榫形成一個內(nèi)部冷卻空腔。
在運轉(zhuǎn)中，因為該葉片的翼而部分比該榫部分暴露在更高的溫度中，因此，在該翼面和該平臺之間和/或該柄部與該平臺之間可能產(chǎn)生溫度不匹配。隨著時間的推移，這種溫度差和熱應(yīng)變可能在該葉片平臺上引起大的壓縮熱應(yīng)力。另外，如果一般來說該葉片平臺制造時的剛度比翼面的剛度大，因為該翼面可以隨著在該柄部和平臺上引起的應(yīng)力而移動，因此這種熱應(yīng)變可使該翼面產(chǎn)生熱變形。另外，隨著時間的推移，該平臺工作溫度的升高可以造成該平臺的氧化，平臺產(chǎn)生裂縫和/或平臺蠕變偏移，這可能縮短該轉(zhuǎn)子葉片的使用壽命。
為了便于減小高溫的影響，在至少一些已知的轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)，該平臺的壓力側(cè)和/或負(fù)壓側(cè)片的至少一側(cè)作出凹槽，以便于氣流從在相鄰的轉(zhuǎn)子葉片之間形成的柄部空腔通過，以用于冷卻一個相鄰的在圓周上隔開的轉(zhuǎn)子葉片的平臺后緣。雖然這種槽的確可以降低一個相鄰的轉(zhuǎn)子葉片平臺后緣的工作溫度，但這種槽可以將在該槽片中形成的應(yīng)力引入該轉(zhuǎn)子葉片中。
發(fā)明概述在一個方面中，提供了一種制造燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的轉(zhuǎn)子葉片的方法。該方法包括提供一個轉(zhuǎn)子葉片。該轉(zhuǎn)子葉片包括一個翼面，一個平臺，一個柄部和一個榫，其中，該柄部在該平臺和該榫之間延伸，該平臺在該翼面和該柄部之間延伸，該平臺包括由二個相對的側(cè)壁連接在一起的一個前緣和一個后緣。該方法還包括在該平臺的一部分上作出一個切口，以便在工作過程中冷卻該平臺的后緣；還包括在該平臺的一部分上作出一個清洗槽，以便將冷卻空氣向著該平臺的后緣送至下游。
在另一個方面中，提供了一種燃?xì)鉁u輪的轉(zhuǎn)子葉片。該轉(zhuǎn)子葉片包括一個平臺，一個翼面，一個柄部和一個榫。該平臺包括一個徑向外表面和一個徑向內(nèi)表面。該平臺的徑向內(nèi)表面包括一個切口和一個作出的清洗槽。該清洗槽將冷卻空氣送至下游。該切口便于在發(fā)動機工作過程中，冷卻該平臺的一部分。該翼面從該平臺的徑向外表面沿徑向伸出。該柄部從該平臺的徑向內(nèi)表面沿徑向伸出，和該榫從該柄部伸出，用于在該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機內(nèi)連接該轉(zhuǎn)子葉片。
在又一個方面中提供了燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的一個轉(zhuǎn)子組件。該轉(zhuǎn)子組件包括一個轉(zhuǎn)子軸和多個與該轉(zhuǎn)子軸連接的在圓周上隔開的轉(zhuǎn)子葉片。每一個轉(zhuǎn)子葉片包括一個翼面，一個平臺，一個柄部和一個榫。該翼面從該平臺沿徑向向外伸出，該平臺包括一個徑向外表面和一個徑向內(nèi)表面。該柄部從該平臺沿徑向向內(nèi)伸出，和該榫部從該柄部伸出，用于將每一個轉(zhuǎn)子葉片與該轉(zhuǎn)子軸連接。該多個轉(zhuǎn)子葉片中的至少是第一個轉(zhuǎn)子葉片包括一個切口，和在該第一個轉(zhuǎn)子葉片的平臺的一部分內(nèi)作出的一個清洗槽。該切口便于冷卻該平臺，而該清洗槽可將空氣通過該柄部引向下游。
附圖的簡要說明

圖1為一個示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的示意圖；圖2為可以與圖1所示的燃?xì)鉁u輪機一起使用的一個示例性轉(zhuǎn)子葉輪片的透視圖；圖3為圖2所示的、和從該轉(zhuǎn)子葉片的相反一端看的該轉(zhuǎn)子葉片的透視圖；圖4為圖3所示的轉(zhuǎn)子葉片的一部分的側(cè)視圖；和圖5為沿著5-5線所取的、圖4所示的轉(zhuǎn)子葉片的一部分的橫截面圖。
優(yōu)選實施例詳細(xì)說明圖1為與一臺發(fā)電機16連接的一個示例性的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機10的示意圖。在該示例性實施例中，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10包括一個壓縮機12，一個渦輪14和安裝在一個整體式轉(zhuǎn)子或軸18上的發(fā)電機16。在另一個實施例中，軸18被分割成多個軸部分，其中，每一個軸部分與一個相鄰的軸部分連接，形成軸18。壓縮機12將壓縮空氣供給燃燒室20，在燃燒室20中，空氣與通過氣流22供給的燃料混合。在一個實施例中，發(fā)動機16為由通用電氣公司(GreenVille，SouthCarolina)銷售的6FA+e燃?xì)鉁u輪發(fā)動機。
在運轉(zhuǎn)中，空氣流過壓縮機12，而壓縮空氣則供給燃燒室20。從燃燒室20出來的燃燒氣體28推動渦輪14。渦輪14使軸18、壓縮機12和發(fā)電機16圍繞縱軸線30轉(zhuǎn)動。
圖2和圖3中的每一個圖為可以在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機10(圖1所示)中使用的一個示例性的轉(zhuǎn)子葉片40的透視圖。該圖是從葉片40的相反一側(cè)看的。圖4為該轉(zhuǎn)子葉片40的一部分的側(cè)視圖，圖5和圖中的每一個圖為沿著相應(yīng)的5-5和6-6線所取的該轉(zhuǎn)子葉片40的一部分的橫截面圖。當(dāng)葉片40連接在一個轉(zhuǎn)子組件內(nèi)時，如同渦輪14(圖1所示)那樣，則每一個轉(zhuǎn)子葉片40與一個轉(zhuǎn)子圓盤(沒有示出)連接。該轉(zhuǎn)子圓盤與轉(zhuǎn)子軸(例如圖1所示的軸18)可轉(zhuǎn)動地連接。在另一個實施例中，葉片40安裝在一個轉(zhuǎn)子短軸內(nèi)(沒有示出)。在該示例性實施例中，葉片40相同，并且每一個葉片沿徑向從該轉(zhuǎn)子圓盤向外伸出，和包括一個翼面60，一個平臺62，一個柄部64和一個榫66。
每一個翼面60包括第一個側(cè)壁70和第二個側(cè)壁72。第一個側(cè)壁70為凸形的，并形成翼面60的負(fù)壓側(cè)；而第二個側(cè)壁72為凹形的，并形成翼面60的壓力側(cè)。側(cè)壁70和72在翼面60的前緣74和翼面60的軸向隔開的后緣76處連接在一起。更具體地說，翼面的后緣76在弦向隔開，并在翼面前緣74的下游。
第一和第二個側(cè)壁70和72分別在縱向或徑向，在跨度上從位于相鄰的平臺62的一個葉片根部78向外延伸至翼面的頂部80。翼面頂部80確定在葉片40內(nèi)形成的一個內(nèi)部冷卻腔(沒有示出)的徑向外邊界。更具體地說，該內(nèi)部冷卻腔的邊界在側(cè)壁70和72之間的翼面60內(nèi)，并且穿過平臺62和柄部64，并進入榫66中。
平臺62在翼面60和柄部64之間延伸，使每一個翼面60沿徑向，從每一個相應(yīng)的平臺62向外伸出。柄部64沿徑向向內(nèi)，從平臺62延伸至榫66，而榫66沿徑向向內(nèi)從柄部64延伸，以便于將轉(zhuǎn)子葉片40和44固定在轉(zhuǎn)子圓盤上。平臺62還包括一個上游側(cè)或裙部90，和一個下游側(cè)或裙部92；這二個裙部與壓力側(cè)邊緣94和一個相反的負(fù)壓側(cè)邊緣連接在一起。
柄部64包括一個基本上為凹形的側(cè)壁120和一個基本上為凸形的側(cè)壁122。該二個側(cè)壁在柄部64的上游側(cè)壁124和其下游側(cè)壁126處連接在一起。因此，該柄部側(cè)壁120相對于上游和下游側(cè)壁124和126凹下去，使得當(dāng)葉片40在轉(zhuǎn)子組件內(nèi)連接的，在相鄰的轉(zhuǎn)子葉片柄部64之間形成一個柄部空腔128。
在該示例性實施例中，向前的角翼(angle Wing)130和向后的角翼132中的每一個從相應(yīng)的柄部側(cè)面90和92向外伸出，以便于密封在轉(zhuǎn)子組件內(nèi)形成的向前和向后角翼緩沖器腔(沒有示出)。另外，一個前蓋板134也從相應(yīng)的柄部側(cè)面124和126向外伸出，以便在葉片40和轉(zhuǎn)子圓盤之間進行密封。更具體地說，蓋板134在榫66和向前角翼130之間，從柄部64向外伸出。
在該示例性實施例中，在平臺62內(nèi)形成一個平臺切去或后緣凹下部分140。具體地是，平臺切口140在一個平臺徑向內(nèi)表面142和一個平臺徑向外表面144之間，在平臺62內(nèi)作出。更具體地說，該平臺切口140是在平臺壓力側(cè)邊緣94和平臺下游裙部92之間形成的界面150外的平臺下游裙部92內(nèi)作出的。因此，當(dāng)相鄰的轉(zhuǎn)子葉片40在該轉(zhuǎn)子組件內(nèi)連接時，切口140有利于改善平臺62的后緣冷卻，使葉片40的低的循環(huán)疲勞壽命改善。
平臺62還包括一個凹下部分或清洗槽160。更具體地說，槽160是在柄部上游和下游側(cè)壁124和126之間，沿著平臺負(fù)壓側(cè)邊緣96的平臺徑向內(nèi)表面142內(nèi)形成。另外，當(dāng)每一個轉(zhuǎn)子葉片40在該轉(zhuǎn)子組件內(nèi)連接時，形成鄰近槽160的一條槽166，用于放置一個阻尼器箱子168。
如下面更詳細(xì)地所述那樣，清洗槽160有利于引導(dǎo)從柄部空腔128出來的冷卻空氣，以便于增加供給至在一個在圓周上相鄰的轉(zhuǎn)子葉片40上作出的切口140的冷卻空氣量。
槽160總的尺寸，形狀和相對于葉片40的位置根據(jù)保證適當(dāng)?shù)牧髦疗脚_切口140的冷卻流量所必需的流量要求而變化。清洗槽160相對于基準(zhǔn)面W和下游裙部92的向后表面170的相對位置由經(jīng)驗確定。更具體地說，在該示例性實施例中，清洗槽160為該基準(zhǔn)面W后面的距離D1和裙部表面170上游的距離D2。在該示例性實施例中，距離D1大約為0.765英寸，距離D2大約為0.48英寸。
為了便于使通向后緣切口140的冷卻空氣流量優(yōu)化，清洗槽160的相對尺寸和形狀也由經(jīng)驗確實。在該示例性實施例中，清洗槽160的橫截面積基本上為橢圓形，并作出一個預(yù)先確定的曲率半徑R1，使該清洗槽160的寬度為W1。在另一個實施例中，清洗槽160的橫截面積不是橢圓形。更具體地說，在該示例性實施例中，清洗槽52的曲率半徑R1大約為0.145英寸，清洗槽的寬度W1大約等于0.265英寸。
另外，清洗槽160相對于平臺側(cè)面94測量的深度為D3，它便于葉片40在該轉(zhuǎn)子組件內(nèi)連接時，保證適當(dāng)?shù)睦鋮s空氣量通過上述阻尼器銷子168。在該示例性實施例中，深度D3大約等于0.169英寸。如技術(shù)上已知那樣，該阻尼器銷子168插入槽166內(nèi)，以便于將相鄰的轉(zhuǎn)子葉片40連接在一起。更具體地說，當(dāng)將該阻尼器銷子168插入槽166內(nèi)時，清洗槽160使得在槽160和該阻尼器銷子168之間形成一個流動間隙180。在一個實施例中，間隙180的寬度為W5，它至少大約等于0.051英寸，能夠使冷卻空氣進入清洗槽160和在該阻片器銷子168周圍流動。
在運轉(zhuǎn)中，飛輪空間(Wheel Space)冷卻流量進入第一個轉(zhuǎn)子葉片的柄部空腔128中，并圍繞該阻尼器銷子168流動，和從該清洗槽160排出，以便于增加通至切口140的冷卻流量。這樣，可以降低平臺62的工作溫度，和減少引入葉片40的熱應(yīng)力。另外，加強冷卻還可增加葉片40的抗疲勞能力。
另外，清洗槽160和切口140的組合可防止在平臺62內(nèi)或平臺62和翼面60之間開始出現(xiàn)裂縫。因此，當(dāng)相鄰的轉(zhuǎn)子葉片40在該轉(zhuǎn)子組件內(nèi)連接時，切口140和清洗槽160的組合可以改善平臺62的后緣的冷卻，使葉片40的低循環(huán)疲勞壽命改善。另外，因為切口140穿過葉片40的負(fù)載通道，引入平臺下游裙部92的機械應(yīng)力可以減小，因此可以延長轉(zhuǎn)子葉片40的使用壽命。
上述的轉(zhuǎn)子葉片提供了一種價格合理和很可靠的供給冷卻空氣，以降低轉(zhuǎn)子葉片平臺的工作溫度的方法。更具體地說，清洗槽可以保證適當(dāng)?shù)睦鋮s空氣流量送至后緣平臺切口，使該平臺的工作溫度降低。因而，平臺氧化，平臺裂縫和平臺蠕變偏移也可減小。結(jié)果，該平臺清洗槽可以延長轉(zhuǎn)子組件的使用壽命，和價格合理與可靠地改善燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的工作效率。
以上詳細(xì)說明了轉(zhuǎn)子葉片和轉(zhuǎn)子組件的示例性實施例。該轉(zhuǎn)子葉片不是僅限于這里所述的具體實施例，而是每一個轉(zhuǎn)子葉片的零件都可以與所述的其他零件獨立和單獨地使用。例如，每一個轉(zhuǎn)子葉片零件可以與其他轉(zhuǎn)子葉片綜合使用，而不是僅限于這里所述的轉(zhuǎn)子葉片40。另外，本發(fā)明可以結(jié)合許多其他葉片冷卻結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和使用。
雖然已利用各個具體實施例說明了本發(fā)明，但業(yè)內(nèi)人士知道，在本申請權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)，可對本發(fā)明作修改。
零件清單10-燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12-壓縮機14-渦輪16-發(fā)電機18-轉(zhuǎn)子軸20-燃燒室22-氣流28-燃燒氣體30-縱向軸線40-轉(zhuǎn)子葉片60-翼面62-平臺64-柄部66-榫70-第一個側(cè)壁72-第二個側(cè)壁74-前緣76-后緣
78-葉片根部80-翼面頂部90-上游側(cè)或裙部92-下游側(cè)或裙部94-壓力側(cè)邊緣96-負(fù)壓側(cè)邊緣120-凹形側(cè)壁122-凸形側(cè)壁124-上游側(cè)壁126-下游側(cè)壁128-柄部空腔130-向前角翼132-向后角翼134-前蓋板140-凹下部分142-徑向內(nèi)表面144-徑向外表面150-界面160-清洗槽166-槽168-阻尼器銷子W-基準(zhǔn)面170-后表面D1-距離D2-距離R1-曲率半徑W1-寬度D3-深度180-間隙W5-寬度
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)鉁u輪(10)的轉(zhuǎn)子葉片(40)，所述轉(zhuǎn)子葉片包括包括一個徑向外表面(144)和一個徑向內(nèi)表面(142)的一個平臺(62)；所述平臺的徑向內(nèi)表面包括一個切口(140)和一個在其內(nèi)制出的清洗槽(160)，所述清洗槽用于使冷卻空氣自該處通向下游，所述切口則在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時便于冷卻所述平臺的一部分；從所述平臺的徑向外表面沿徑向延伸的一個翼面(60)；從所述平臺的徑向內(nèi)表面沿徑向延伸的一個柄部(64)；和從所述柄部伸出用于連接在該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機內(nèi)所述轉(zhuǎn)子葉片的一個榫(66)。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(40)，其特征為，所述清洗槽(160)的橫截面輪廓被制成基本上橢圓形。
3.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(40)，其特征為，所述清洗槽(160)被制有一曲率半徑(R1)。
4.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(40)，其特征為，所述平臺(62)還包括由一對相對的側(cè)壁(94和95)連接在一起的一個前緣(90)和一個后緣(92)；所述清洗槽(160)在所述平臺的進氣和后緣之間的所述平臺側(cè)壁中的至少一個側(cè)壁內(nèi)被制出。
5.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(40)，其特征為，所述平臺(62)還包括一個負(fù)壓側(cè)(96)和一個壓力側(cè)(94)，所述清洗槽(160)在所述平臺的負(fù)壓側(cè)的一部分內(nèi)被制出。
6.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(40)，其特征為，所述平臺(62)還包括一個負(fù)壓側(cè)(96)和一個壓力側(cè)(94)，所述平臺切口(140)在所述平臺壓力側(cè)的一部分內(nèi)被制出。
7.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(40)，其特征為，所述平臺的清洗槽(160)被作成自在一對沿圓周間隔的所述轉(zhuǎn)子葉片之間限定的一個柄部空腔(128)，將冷卻空氣通至下游。
8.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(40)，其特征為，所述轉(zhuǎn)子葉片被作成在包括多個其他轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子組件(14)內(nèi)被連接，所述平臺清洗槽(160)被作成向著在沿圓周間隔的其他轉(zhuǎn)子葉片中的至少一個葉片內(nèi)被制出的一切口(140)的方向，將冷卻空氣通至下游。
9.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(40)，其特征為，所述平臺清洗槽(160)被限定在所述平臺徑向內(nèi)表面(142)內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(40)，其特征為，所述平臺切口(140)被限定在所述平臺徑向內(nèi)表面(142)和外表面(144)之間。
全文摘要
一種燃?xì)鉁u輪(10)的轉(zhuǎn)子葉片(40)包括一個包括在一個徑向外表面(144)和一個徑向內(nèi)表面(142)的平臺(62)。該平臺徑向內(nèi)表面包括一個切口(140)和作出的一個清洗槽(160)。該清洗槽將冷卻空氣送至下游，以便于在發(fā)動機工作過程中，冷卻該平臺的一部分。翼面(60)從該平臺的徑向外表面沿徑向伸出。一個柄部(64)從該平臺的徑向內(nèi)表面沿徑向伸出，和一個榫(66)從該柄部伸出，用于在該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機內(nèi)連接該轉(zhuǎn)子葉片。
文檔編號F02C7/16GK1611747SQ20041008775
公開日2005年5月4日 申請日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者X·J·張, O·穆勒, T·布克蒂爾 申請人:通用電氣公司