專利名稱：渦輪1和2級(jí)葉片和轉(zhuǎn)子葉輪的樹形件和開口細(xì)槽結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪，并且本發(fā)明尤其涉及用于渦輪葉片的根部(公知為樹形件)和安裝葉片的渦輪葉輪開口細(xì)槽的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。更特別是，本發(fā)明提供減小所需葉片數(shù)量和作用在葉片和葉輪連接點(diǎn)處應(yīng)力的改進(jìn)樹形件/開口細(xì)槽的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
典型燃?xì)鉁u輪級(jí)可具有多達(dá)92個(gè)葉片，葉片從轉(zhuǎn)子葉輪徑向延伸。每個(gè)葉片具有構(gòu)造成與葉輪的相應(yīng)開口細(xì)槽匹配的根部。樹形件/開口細(xì)槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成減小在正常操作速度下瞬時(shí)出現(xiàn)的應(yīng)力。
現(xiàn)有技術(shù)樹形件/開口細(xì)槽結(jié)構(gòu)在以下專利中披露，1981年4月7日授與Goodwin的美國(guó)專利4260331、1989年4月25日授與Pisz等人的美國(guó)專利4824328、1997年11月18日授與Dierksmeier等人的美國(guó)專利5688108、1998年4月21日授與Heppenstall的美國(guó)專利5741119、1998年11月17日授與Dierksmeier等人的美國(guó)專利5836742、1999年1月26日授與Dierksmeier等人的美國(guó)專利5863183。這些現(xiàn)有技術(shù)的每個(gè)專利描述所披露的樹形件/開口細(xì)槽結(jié)構(gòu)的線、圓弧和角度的幾何形狀的同化作用的特定細(xì)節(jié)，以便減小離心力、彎曲力矩和振動(dòng)以及出現(xiàn)在連接點(diǎn)處的峰值應(yīng)力。
希望減小連接到葉輪上的葉片數(shù)量的原因在于部件(成本更低)更少、所需冷卻空氣更少、自然頻率更高、葉型損失(表面摩擦)更小以及尖端泄漏更少。但是減小葉片的數(shù)量還造成每個(gè)單獨(dú)的葉輪更重，這是由于它覆蓋更長(zhǎng)的周向長(zhǎng)度。對(duì)于現(xiàn)有樹形件/開口細(xì)槽結(jié)構(gòu)上的葉片和細(xì)槽的尺寸進(jìn)行簡(jiǎn)單地縮放而保持相同尺寸的葉輪來減小葉片的數(shù)量，將不能減小作用在連接點(diǎn)處的應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的樹形件/開口細(xì)槽結(jié)構(gòu)或構(gòu)造，對(duì)于只具有60個(gè)葉片的高溫渦輪級(jí)來說它能夠改善負(fù)載從葉片(還公知為漿片的葉片包括翼面、柄部和樹形件連接裝置)傳遞到葉輪(還公知為葉盤)。
本發(fā)明的另一目的在于通過葉片樹形件和公知為固定輪圈環(huán)的葉輪柱來減小轉(zhuǎn)子葉輪上的拉力大小。
本發(fā)明的另一目的在于對(duì)于葉片和葉輪兩者的改善的低循環(huán)疲勞(LCF)和高循環(huán)疲勞(HCF)能力來說，減小結(jié)構(gòu)內(nèi)集中應(yīng)力的大小，并改善冷卻空氣輸送到葉片(空氣通道區(qū)域)的所需能力。
本發(fā)明的再一目的在于減小各級(jí)內(nèi)經(jīng)由樹形件的泄漏的能力，并平衡凸舌中從葉片傳遞到葉輪柱的負(fù)載。
出于使得燃料效率優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的目的和目標(biāo)來設(shè)計(jì)本發(fā)明。在熱氣體路徑中采取許多措施來實(shí)現(xiàn)此目的，其中一個(gè)措施是減小葉片數(shù)量。渦輪中級(jí)1和2具有60個(gè)葉片而不是92個(gè)葉片。減小葉片數(shù)量的優(yōu)點(diǎn)在于部件(成本更低)更少、所需冷卻空氣更少、自然頻率更高、葉型損失(表面摩擦)更小以及尖端泄漏更少。
但是減小葉片的數(shù)量還造成每個(gè)單獨(dú)的葉輪更重，這是由于它覆蓋更長(zhǎng)的周向長(zhǎng)度。由于現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)通常設(shè)計(jì)有高達(dá)92個(gè)葉片，對(duì)于新型樹形件結(jié)構(gòu)來說，已經(jīng)考慮到增加的重量和周向長(zhǎng)度。
新型樹形件具有獨(dú)特的尺寸以及葉片和葉輪之間的關(guān)系，以便增加負(fù)載從葉片傳遞到葉輪柱，同時(shí)減小集中應(yīng)力和轉(zhuǎn)子拉力。通過重復(fù)結(jié)構(gòu)參數(shù)和熱機(jī)械負(fù)載來實(shí)現(xiàn)新型樹形件結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有成功地改善負(fù)載傳遞的某些關(guān)鍵特征。
但是，該結(jié)構(gòu)可以放大或縮小，只要轉(zhuǎn)子葉輪或葉盤直徑相應(yīng)放大或縮小或者葉片和葉輪兩側(cè)面同樣偏置(即變寬或變窄)即可。另外，盡管這里提供葉片和葉輪尺寸公差的優(yōu)選范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到在實(shí)施本發(fā)明的過程中可以采用更寬的公差范圍。
盡管該結(jié)構(gòu)針對(duì)GE 6C IGT型號(hào)的燃?xì)鉁u輪進(jìn)行使用，該結(jié)構(gòu)以及它的任何縮放形式可適用于在高溫環(huán)境下葉片或漿片連接到轉(zhuǎn)子葉輪或葉盤上的其他應(yīng)用中。


圖1表示具有連接葉片的渦輪葉輪的一部分；圖2A表示連接部處葉片一部分的示意截面圖并表示樹形件的型面；圖2B表示連接部處渦輪葉輪一部分的示意截面圖并表示開口細(xì)槽的型面；
圖3A表示相應(yīng)葉輪柱之間互鎖的葉片的前視圖；圖3B表示相應(yīng)葉輪柱之間互鎖的葉片的后視圖；圖4表示葉片連接部分的內(nèi)部示意截面圖；圖5表示位于葉片下部用于輸送冷卻空氣的細(xì)槽開口區(qū)域；圖6表示在操作條件下安裝的葉片和相鄰葉輪柱之間的間隙；圖7表示葉輪柱上邊緣的透視圖；圖8表示具有安裝的葉片的葉輪柱上邊緣的透視圖；圖9和10表示葉片的尺寸特征；圖11和12表示安裝有圖9和10的葉片的相應(yīng)開口細(xì)槽的尺寸特征；圖13示意表示與優(yōu)選實(shí)施例略微不同的區(qū)域。
部件列表空氣通道31，空氣通路41，開口細(xì)槽12，葉片11，葉片根部21，中心區(qū)域70，彎曲表面200、203、206、209、210、211、212、213、215、216、219、222、223、224、225、227、228，橢圓表面227、229，凹口25、26、27、31、32、33，突出部71，轉(zhuǎn)子葉輪10，小間隙60，直表面201、202、204、205、207、208、214、215、217、218、220、221，凸舌22、23、24、28、29、30，過渡圓弧226，葉輪柱13。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的關(guān)鍵和基本元件通過切向的相鄰部件的兩個(gè)系列的線條、圓弧和橢圓限定。一個(gè)系列限定葉片根部的冷杉形狀的型面或結(jié)構(gòu)，而另一個(gè)系列限定安裝樹形件的轉(zhuǎn)子葉輪的相應(yīng)開口細(xì)槽的型面或結(jié)構(gòu)。
圖1表示包括安裝在相應(yīng)開口細(xì)槽12內(nèi)的葉片11的組裝轉(zhuǎn)子葉輪10的一部分。因此，葉輪開口細(xì)槽12的型面(如圖1未填充開口細(xì)槽清楚示出)大致通過所謂的葉片根部(如圖1填充的葉輪開口細(xì)槽清楚示出)的葉片11一部分填充。
圖2A表示葉片11的葉片根部21型面的示意截面圖。葉片根部21包括三組彎曲的凸舌22、23、24和三組凹口25、26、27。來自每組凸舌和凹口的一個(gè)凸舌和凹口布置在中心線C的任一側(cè)上。凹口25布置在中心線C的任一側(cè)上以及在凸舌22之上。凸舌22在凹口25和26之間布置在中心線C的任一側(cè)上。凸舌23在凹口26和27之間布置在中心線C的任一側(cè)上。凸舌24在中心線C處相互連接并布置在凹口27之下。
每個(gè)凹口25、26、27在其中心包括向內(nèi)彎曲的徑向表面和位于彎曲徑向表面任一側(cè)上的兩個(gè)大致直的表面。在凹口25的情況下，中央彎曲表面通過過渡圓弧連接到下部直表面上。對(duì)于每個(gè)凹口25來說，彎曲表面200在其還形成葉片根部21的上部分的上端部連接到直表面201上，并在其下端部連接到過渡圓弧226上。圓弧226的另一端連接到還形成凸舌22一部分的直表面202上。對(duì)于每個(gè)凹口26來說，彎曲表面203通過還形成凸舌22一部分的上部直表面204和還形成凸舌23一部分的下部直表面205夾持。對(duì)于每個(gè)凹口27來說，彎曲表面206通過還形成凸舌23一部分的上部直表面207和還形成凸舌24一部分的下部直表面208夾持。
每個(gè)凸舌22、23包括通過任一側(cè)上的直表面夾持的向外彎曲徑向表面。對(duì)于每個(gè)凸舌22來說，彎曲表面209通過還形成凹口25一部分的上部直表面202和還形成凹口26一部分的下部直表面204夾持。對(duì)于每個(gè)凸舌23來說，彎曲表面210通過還形成凹口26一部分的上部直表面205和還形成凹口27一部分的下部直表面207夾持。
每個(gè)凸舌24包括通過任一側(cè)上的彎曲和直表面夾持的向外彎曲表面。對(duì)于每個(gè)凸舌24來說，向前彎曲表面211的上端部連接到橢圓表面227上，橢圓表面過渡到還形成凹口27一部分的直表面。在其下端部，表面211連接到另一向外彎曲表面212上，其中每個(gè)凸舌24的彎曲表面212在中心線C處連接。
圖2B表示轉(zhuǎn)子葉輪10的開口細(xì)槽12型面的示意截面圖。開口細(xì)槽12包括位于兩個(gè)相鄰葉輪柱13之間的物理空間，并因此通過相同組的曲線來限定。開口細(xì)槽12包括三組凸舌28、29、30和三組凹口31、32、33。開口細(xì)槽12的凹口和凸舌與葉片根部21的凸舌和凹口互補(bǔ)，使得葉片根部21可安裝在開口細(xì)槽12內(nèi)。
每個(gè)凸舌29、30包括夾持在直表面之間的向外彎曲徑向表面。對(duì)于每個(gè)凸舌29來說，彎曲表面216通過還形成內(nèi)部凹口31一部分的上部直表面217和還形成凹口32一部分的下部直表面218夾持。對(duì)于每個(gè)凸舌30來說，彎曲表面219通過還形成凹口32一部分的上部直表面219和還形成凹口33一部分的下部直表面221夾持。
每個(gè)凸舌28包括其上端部連接到直表面上并其下端部通過橢圓曲線連接到直表面上的向外彎曲徑向表面。對(duì)于每個(gè)凸舌28來說，彎曲表面213的上端部連接到形成靠近另一開口細(xì)槽12的頂部表面的直表面214上。在其下端部，表面213連接到橢圓表面229上，橢圓表面過渡到還形成凹口31一部分的直表面215上。
每個(gè)凹口31、32包括通過任一側(cè)上的大致直表面夾持的向內(nèi)彎曲徑向表面。對(duì)于每個(gè)凹口31來說，彎曲表面222通過還形成凸舌28一部分的上部直表面215和還形成凸舌29一部分的下部直表面217夾持。對(duì)于每個(gè)凹口32來說，彎曲表面223通過還形成凸舌29一部分的上部直表面218和還形成凸舌30一部分的下部直表面220夾持。
每個(gè)凹口33包括其每個(gè)端部連接到另一向內(nèi)彎曲徑向表面上的向內(nèi)彎曲徑向表面224。在其上端部處，表面224連接到彎曲表面228上，彎曲表面228過渡到還形成凸舌30一部分的直表面221上。在其下端部處，表面224連接到彎曲表面225上，其中每個(gè)凹口33的這些表面225在中心線C處連接。
圖3A和3B表示互鎖在葉輪柱13內(nèi)(或安裝在開口細(xì)槽12內(nèi))的葉片根部21的前后視圖。在圖3A和3B中，空的開口細(xì)槽12靠近其葉片根部21如圖所示安裝在葉輪柱13的各自上部凸舌28內(nèi)的細(xì)槽。水平(軸向)空氣通道31形成在開口細(xì)槽的表面224和225以及葉片根部的底部平表面之間，并與垂直(徑向)空氣通路41連通，如圖4和5所示?？諝馔ǖ?1使得充分?jǐn)?shù)量的冷卻空氣到達(dá)葉片，同時(shí)保持足夠的優(yōu)選邊緣半徑，以便減小樹形件和葉輪柱的靜重。更特別是，如圖4所示，樹形件上的底部凸舌之上的頸部設(shè)置尺寸，使得足夠的翼面冷卻空氣通過，同時(shí)保持足夠的厚度，以便在合理應(yīng)力水平下承載所需負(fù)載。
如圖6所示，當(dāng)葉片根部插入開口細(xì)槽12時(shí)，在葉片根部21和葉輪10內(nèi)的葉輪柱13之間具有小間隙60。該間隙或空間設(shè)置成有助于葉片插入開口細(xì)槽，并適應(yīng)加工誤差。
如圖7和8所示，在切向截面上看到，葉輪柱13的上凸舌28的中央?yún)^(qū)域70去除以便減小重量，這可減小轉(zhuǎn)子拉力以及葉輪柱13內(nèi)應(yīng)力。端部上的突出部71保持與葉片密封，以便減小樹形件/柄部區(qū)域上的泄漏。
葉片根部21如上所述結(jié)合有獨(dú)特的尺寸和交錯(cuò)的三重凹口和凸舌配置，以便在更大區(qū)域上均勻分配集中應(yīng)力，因此減小峰值應(yīng)力并改善LCF能力。對(duì)于渦輪的前兩級(jí)來說，該配置使得92個(gè)葉片和葉輪柱60顯著減小到60個(gè)葉片和葉輪柱。
通過圖4表面14設(shè)置的底部凸舌24的徑向厚度獨(dú)特地設(shè)置尺寸，使得在凸舌中均勻分配負(fù)載。該強(qiáng)度調(diào)整在樹形件和葉輪柱上造成均勻的應(yīng)力分布，由此改善部件的LCF能力，并減小支承表面上的峰值破壞應(yīng)力。
葉片樹形件和葉輪柱的凸舌之間的凹口設(shè)置尺寸，以便減小峰值應(yīng)力并改善LCF能力。
葉片樹形件上的頂部凸舌之上的凹口結(jié)合有合成凹口以便在更大區(qū)域上分布集中經(jīng)歷，由此減小峰值應(yīng)力，并改善LCF能力。作為離開接觸表面并進(jìn)入頂部密封突出部的結(jié)構(gòu)過渡，葉輪柱頂部結(jié)合有橢圓曲線以便形成該過渡。同樣，作為離開接觸表面并進(jìn)入底部密封突出部的結(jié)構(gòu)過渡，葉片樹形件的底部結(jié)合有橢圓曲線以便形成該過渡。
如圖10和12所示，接觸表面的擴(kuò)散角度D(與燕尾件中心線的角度)設(shè)置在21.000°，可以在接觸表面上的破壞應(yīng)力和相鄰凹口內(nèi)的峰值應(yīng)力之間實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)钠胶狻Ｍ瑯尤鐖D10和12所示，結(jié)構(gòu)每側(cè)上凸舌陣列的擴(kuò)散角度E設(shè)置成20.782°，使得在不同限制(p/a應(yīng)力、破壞應(yīng)力、峰值應(yīng)力等)中保持適當(dāng)?shù)钠胶狻?br> 圖9和10提供葉片的示例性和優(yōu)選尺寸，而圖11和12提供插有圖9和10所示葉片的開口細(xì)槽的示例性和優(yōu)選尺寸。在所有情況下，對(duì)于圖9-12所示的葉片和葉輪柱來說優(yōu)選的相對(duì)尺寸使得線條和曲線段落入所限定型面的±0.001英寸的偏差內(nèi)。當(dāng)然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到超過這些誤差范圍的小變化對(duì)于實(shí)施本發(fā)明來說不造成任何實(shí)質(zhì)影響，由此認(rèn)為也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，落入由±0.01英寸型面偏差限定的誤差范圍內(nèi)的一組連接的線條和曲線始終滿足本發(fā)明的意圖。另外，對(duì)于中心線鏡像的葉片燕尾件或開口細(xì)槽的側(cè)面可以不同地分開并始終落入本發(fā)明的范圍。例如，可以增加或減小圖9的尺寸L1、L2、L3、L4、L9和L10一定數(shù)量，以便改變?nèi)~片燕尾件的總體寬度。
如圖9所示，表示凸舌壓力表面202、205和208相對(duì)于水平的角度取向的角度A等于50.000°。第一凸舌22和第二凹口26的角度B等于56.087°。如圖10所示第二凸舌23和最下面的凹口27的角度F等于56.964°。在此應(yīng)用中描述的角度測(cè)量中，將要測(cè)量的角度通過如下因素來限定，即沿著將要測(cè)量的葉片或葉輪柱部分的外邊界切線或者在葉片或葉輪柱的中心線和至少兩組所述交叉切線的交點(diǎn)限定的線之間的切線。
圖9還表示上部凹口25的終端和穿過葉片的中心線C形成90.000°，由角度C’表示。在圖10中角度D和E從中心線C到沿著第一和第二凹口的切線相交的點(diǎn)限定的線進(jìn)行測(cè)量。角度D和E分別是21.000°和20.782°。
圖9表示限定形成葉片幾何形狀的凸舌和凹口的相對(duì)位置的多個(gè)尺寸關(guān)系L1-L13，L29-L31。
L1測(cè)量值為1.6300英寸，L2測(cè)量值為0.7846英寸，其中L1表示葉片離開中心線C的最外面的距離或?qū)挾?，L2表示從中心線C到沿著凸舌22任一側(cè)形成的切線的交點(diǎn)的距離。L29測(cè)量值為0.6268英寸，并限定從中心線C到沿著凸舌23的任一側(cè)繪制的切線交點(diǎn)的距離。L10測(cè)量值為0.4645英寸并表示從中心線C到穿過相對(duì)于凸舌22和23限定的交點(diǎn)繪制的線和沿著凸舌24的上部直表面208的切線的交點(diǎn)的距離。
L5-L8分別限定從凸舌24的底部表面到凹口25的最上面直部分、沿著凸舌22繪制切線的交點(diǎn)、沿著凸舌23繪制切線的交點(diǎn)以及穿過相對(duì)于凸舌22和23限定的交點(diǎn)繪制的線和沿著凸舌24的上部直表面208的切線的交點(diǎn)的距離。這些距離L5-L8分別是1.9836英寸、1.2588英寸、0.8429英寸和0.4177英寸。
距離測(cè)量值L11、L31表示從凸舌24的底部到限定凸舌24的彎曲部分的曲率半徑的各點(diǎn)的距離。L12和L13分別表示從凸舌24的底部到沿著凹口27繪制的切線的交點(diǎn)和沿著凹口26繪制的切線的交點(diǎn)的距離。L11、L31、L12和L13各自的測(cè)量值為0.3792英寸、0.5556英寸、0.7855英寸和1.2092英寸。
尺寸L3和L4分別給出從中心線C到沿著凹口27的切線交點(diǎn)和沿著凹口26繪制的切線交點(diǎn)的距離。L3和L4各自的測(cè)量值為0.1568英寸和0.3194英寸。
如上所述，凸舌24通過兩個(gè)徑向曲線部分形成，該曲線具有偏離中心線C任一側(cè)的中心點(diǎn)(第三徑向曲線使其位于中心線C上的中心點(diǎn)離開凸舌24底部距離為L(zhǎng)31)。距離L9表示與中心線C左右側(cè)的偏差(圖9只表示與中心線C的右側(cè)的偏差)并測(cè)量值為0.0327英寸。在圖10中偏差半徑表示為R1并測(cè)量值為0.3762英寸。使其中心點(diǎn)位于中心線上的曲線的半徑在圖10中表示為R13并測(cè)量值為0.5556英寸。
L27表示測(cè)量值為1.3850英寸的最上面凸舌22的寬度，并且L28表示測(cè)量值為1.0543英寸的中間凸舌23的寬度。
除了半徑R1和R13之外，圖10還分別表示最下面凹口27的半徑、中間凸舌23的半徑、凹口26的半徑、最上面凸舌22的半徑以及最上面凹口25半徑的半徑R2-R6。這些半徑R2-R6分別是0.0897英寸、0.1037英寸、0.0741英寸、0.0959英寸、0.0983英寸(R6’)和0.3342英寸(R6)。
曲線227連接凸舌24和凹口27并且是橢圓半徑，其中半個(gè)主軸線是0.0356英寸，半個(gè)短軸線是0.0036英寸。
如上所述，圖11和12表示與相應(yīng)開口細(xì)槽相關(guān)的尺寸。在圖11和12中，角度A、B和C’和D-F的測(cè)量值與圖9和10的互補(bǔ)角度A、B和C’和D-F相同。
圖11表示限定開口細(xì)槽的幾何形狀的凸舌和凹口的相對(duì)位置的多個(gè)尺寸關(guān)系L14-L26、L30和L32。
L14測(cè)量值為1.4000英寸，L15測(cè)量值為0.7893英寸，其中L14表示葉輪柱離開中心線C的最外面的距離或?qū)挾?，L15表示從中心線C到沿著凹口31任一側(cè)形成的切線的交點(diǎn)的距離。L30測(cè)量值為0.6315英寸，并限定從中心線C到沿著凹口32的任一側(cè)繪制的切線交點(diǎn)的距離。L23測(cè)量值為0.4701英寸并表示從中心線C到穿過相對(duì)于凹口31和32限定的交點(diǎn)繪制的線和沿著凹口33的上部直表面221的切線的交點(diǎn)的距離。
L18-L21分別限定從凹口33的底部到凸舌28的最上面直部分、沿著凹口31繪制切線的交點(diǎn)、沿著凹口32繪制切線的交點(diǎn)以及穿過相對(duì)于凹口31和32限定的交點(diǎn)繪制的線和沿著凹口33的上部直表面221的切線的交點(diǎn)的距離。這些距離L18-L21分別是1.9836英寸、1.2592英寸、0.8433英寸和0.4181英寸。
距離測(cè)量值L24、L32表示從凹口33的底部到限定凹口33的彎曲部分的曲率半徑的各點(diǎn)的距離。L25和L26分別表示從凹口33的底部到沿著凸舌30繪制的切線的交點(diǎn)和沿著凸舌29繪制的切線的交點(diǎn)的距離。L24、L32、L25和L26各自的測(cè)量值為0.3852英寸、0.5616英寸、0.7859英寸和1.2096英寸。
尺寸L16和L17分別給出從中心線C到沿著凸舌30的切線交點(diǎn)和沿著凸舌29繪制的切線交點(diǎn)的距離。L16和L17各自的測(cè)量值為0.1615英寸和0.3241英寸。
凹口33通過兩個(gè)徑向曲線部分形成，該曲線具有偏離中心線C任一側(cè)的中心點(diǎn)，并且第三徑向曲線使其位于中心線C上的中心點(diǎn)離開凹口33底部距離為L(zhǎng)32。圖12所示偏差半徑為測(cè)量值0.3822英寸的R7’和測(cè)量值為0.1248英寸的R7”。對(duì)于偏差徑向曲線R7’來說，距離L22表示與中心線C左右側(cè)的偏差(圖11只表示與中心線C的右側(cè)的偏差)并測(cè)量值為0.0327英寸。使其中心點(diǎn)位于中心線上的曲線的半徑在圖12中表示為R7并測(cè)量值為0.5616英寸。
除了半徑R7和R7”之外，圖12還分別表示凸舌30的半徑、凹口32的半徑、凸舌29的半徑、最上面凹口31的半徑以及最上面凸舌28的半徑的半徑R8-R12。這些半徑R8-R12分別是0.0897英寸、0.1037英寸、0.0741英寸、0.0959英寸、0.3282英寸。
曲線215連接凸舌28和凹口31并且是橢圓半徑，其中半個(gè)主軸線是0.0356英寸，半個(gè)短軸線是0.0028英寸。
圖13示意表示出葉片(示出)和葉輪(未示出)可形成在粗虛線表示的誤差范圍內(nèi)。例如，對(duì)于葉片來說，其外尺寸可從實(shí)線增加到虛線。對(duì)于葉輪來說也可進(jìn)行類似的尺寸變化(未示出)。當(dāng)然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到，除了將尺寸增加到如圖13所示虛線之外，尺寸可以減小到比圖13實(shí)線所示小的程度。
在圖13中“A”表示組成準(zhǔn)確限定的葉片燕尾件或葉輪開口型面的線條和曲線的組合?！癇”表示通過偏離“A”±0.001英寸而限定的區(qū)域，該區(qū)域包括滿足優(yōu)選實(shí)施例型面的變型?！癈”表示偏離“A”的鏡像側(cè)面±0.001英寸而限定的區(qū)域，該區(qū)域包括落入本發(fā)明范圍內(nèi)的型面變型。
特別是，與優(yōu)選實(shí)施例給出的尺寸相比，葉片和葉輪的所有尺寸可以放大或縮小。另外，通過增加或減小造成葉片不同底部凹口半徑227、211、212的尺寸L1、L2、L3、L4、L9和L10，葉片兩個(gè)側(cè)面(以及相應(yīng)開口細(xì)槽)可不同地間隔。類似地，增加或減小開口細(xì)槽的相應(yīng)尺寸可造成不同的底部凹口半徑228、224和225。
雖然結(jié)合認(rèn)為是最為實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)于本發(fā)明進(jìn)行說明，應(yīng)該理解到本發(fā)明不局限于所述實(shí)施例，相反，所打算的是覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的不同變型和等同配置。
權(quán)利要求
1.一種渦輪，包括具有60個(gè)開口細(xì)槽(12)的葉輪，其中葉輪材料位于每個(gè)相鄰成對(duì)的形成葉輪柱(13)的細(xì)槽之間，每個(gè)細(xì)槽具有交錯(cuò)排列的凹口(25、26、27、31、32、33)和凸舌(22、23、24、28、29、30)；以及60個(gè)葉片，每個(gè)葉片具有相應(yīng)交錯(cuò)排列的凹口(25、26、27、31、32、33)和凸舌(22、23、24、28、29、30)，使得所述60個(gè)葉片(11)可各自安裝在所述葉輪(10)的所述60個(gè)開口細(xì)槽(12)內(nèi)；所述葉片(11)和葉輪柱(13)上的所述交錯(cuò)排列的凹口(25、26、27、31、32、33)和凸舌(22、23、24、28、29、30)減小作用在所述安裝的葉片(11)和葉輪柱(13)上的應(yīng)力。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，每個(gè)所述葉片(11)和葉輪柱(13)具有三個(gè)交錯(cuò)的凸舌(22、23、24、28、29、30)和凹口(25、26、27、31、32、33)。
3.如權(quán)利要求2所述的渦輪，其特征在于，每個(gè)所述葉片(11)具有由彎曲表面(200、203、206、209、210、211、212、213、215、216、219、222、223、224、225、227、228)形成的底部凸舌，其具有多于一個(gè)曲率半徑。
4.如權(quán)利要求3所述的渦輪，其特征在于，每個(gè)所述葉片(11)還包括至少一個(gè)直表面(201、202、204、205、207、208、214、215、217、218、220、221)。
5.如權(quán)利要求2所述的渦輪，其特征在于，每個(gè)所述葉輪柱(13)具有由彎曲表面(200、203、206、209、210、211、212、213、215、216、219、222、223、224、225、227、228)形成的底部凹口，其具有多于一個(gè)曲率半徑。
6.如權(quán)利要求5所述的渦輪，其特征在于，每個(gè)所述葉輪柱(13)還包括至少一個(gè)直表面(201、202、204、205、207、208、214、215、217、218、220、221)。
7.如權(quán)利要求3所述的渦輪，其特征在于，所述彎曲表面(200、203、206、209、210、211、212、213、215、216、219、222、223、224、225、227、228)具有0.3762英寸和0.5556英寸的曲率半徑。
8.如權(quán)利要求5所述的渦輪，其特征在于，所述彎曲表面(200、203、206、209、210、211、212、213、215、216、219、222、223、224、225、227、228)具有0.3822英寸和0.5616英寸的曲率半徑。
9.如權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，每個(gè)所述葉輪柱(13)的外凸舌邊緣被去除，以便減小葉輪(11)的重量。
10.一種渦輪，包括具有多個(gè)開口細(xì)槽(12)的葉輪，每個(gè)細(xì)槽具有交錯(cuò)排列的凹口(25、26、27、31、32、33)和凸舌(22、23、24、28、29、30)；以及多個(gè)葉片，每個(gè)葉片具有相應(yīng)交錯(cuò)排列的凹口(25、26、27、31、32、33)和凸舌(22、23、24、28、29、30)，使得所述多個(gè)葉片(11)可各自安裝在所述葉輪(10)的所述多個(gè)開口細(xì)槽(12)內(nèi)；其中所述葉片(11)和葉輪柱(13)上的所述交錯(cuò)排列的凹口(25、26、27、31、32、33)和凸舌(22、23、24、28、29、30)減小作用在所述安裝的葉片(11)和葉輪柱(13)上的應(yīng)力，所述交錯(cuò)排列的凹口(25、26、27、31、32、33)和凸舌(22、23、24、28、29、30)的凹口(25、26、27、31、32、33)和凸舌(22、23、24、28、29、30)分別通過彎曲表面(200、203、206、209、210、211、212、213、215、216、219、222、223、224、225、227、228)和直表面(201、202、204、205、207、208、214、215、217、218、220、221)的組合來形成；其中形成在所述多個(gè)葉片(11)上的凹口(25、26、27、31、32、33)具有50°到57°范圍的角度。
全文摘要
一種渦輪葉片(11)和葉輪柱(13)組件將渦輪至少一個(gè)級(jí)的葉片數(shù)量從92減小到60，同時(shí)減小葉片和葉輪柱組裝處的應(yīng)力。葉片和葉輪柱形成互補(bǔ)的凹口(25、26、27、31、32、33)和凸舌(22、23、24、28、29、30)，以便將葉片插入兩個(gè)葉輪柱之間的開口細(xì)槽(12)。葉片和葉輪柱上的凸舌(22、23、24、28、29、30)表面的角度在50°到57°范圍內(nèi)。葉輪柱的上表面被去除以便減小重量，并且葉片和葉輪柱的凸舌和凹口由彎曲表面(200、203、206、209、210、211、212、213、215、216、219、222、223、224、225、227、228)和直表面(201、202、204、205、207、208、214、215、217、218、220、221)形成以便減小組件上的應(yīng)力。
文檔編號(hào)F01D5/02GK1654786SQ20051000901
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2005年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月10日
發(fā)明者B·A·拉格蘭格, T·B·勞埃德 申請(qǐng)人:通用電氣公司