專利名稱：具有卸荷槽的陡角度渦輪蓋葉片的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及安裝在一種渦輪轉(zhuǎn)子葉輪上的覆蓋翼面的陡角度蓋葉片，尤其涉及在一陡角度葉片蓋的鄰近該蓋邊緣的壓力側(cè)上的接觸表面的內(nèi)拐角處制出的一條槽，該槽則可以釋放靜態(tài)和動態(tài)應力，從而消除由摩蝕引起的高周波疲勞裂紋的潛在危險或?qū)⒃摑撛谖ｋU減至最小。
背景技術(shù)：
在1996年4月23日頒布的先前的美國專利5569784號中說明了多個陡角度的葉片蓋。該蓋與該葉片的翼面成為一個整體，并且該葉片以圓周排列的方式安裝在一個渦輪葉輪的周圍。該葉片蓋包括前方和后方的間隙表面，該表面基本上與渦輪轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)軸線平行延伸，并在該葉片翼面的相對的側(cè)面上。在該間隙表面的中間為接觸表面和半徑?？梢钥闯?，在每一個葉片的相反側(cè)面上的相鄰的蓋包括形狀基本上互補的蓋邊緣，從而可使該間隙表面在圓周方向互相間隔和在渦輪工作過程中，該接觸表面互相接觸。該相鄰的蓋的接觸表面為壓配合，這可使工作過程中該蓋之間產(chǎn)生和保持連接。即該蓋偏移，使得該相鄰的蓋的接觸表面保持互相接觸。然而，這可將應力加在該蓋上，具有沿著該蓋產(chǎn)生高周波疲勞裂紋的潛在危險。該潛在危險問題的分析指出，該高周波疲勞裂紋為在該蓋的接觸表面的壓力側(cè)上的摩蝕疲勞的函數(shù)。該裂紋在鄰近該間隙表面之間的內(nèi)部拐角半徑的位置，在該壓力側(cè)接觸表面上開始，在該位置上，匹配的負壓側(cè)蓋的接觸表面與該壓力側(cè)接觸表面分開。因此，需要釋放，消除或大大減小產(chǎn)生這種摩蝕和產(chǎn)生裂紋的潛在危險。
發(fā)明概述在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，提供了一個渦輪葉片，包括具有壓力側(cè)和負壓側(cè)的一個翼面和覆蓋在該翼面上的一個蓋；該蓋沿著與該翼面的壓力側(cè)相鄰的該蓋的一個側(cè)邊緣，具有軸向間隔的間隙表面，還具有在該間隙表面中間的一個接觸表面和在該接觸表面與這些間隙表面之一之間的一個切槽內(nèi)圓角。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，提供了以圓周排列方式圍繞渦輪軸線排列的多個葉片。每一個葉片包含具有壓力側(cè)和負壓側(cè)的一個翼面和覆蓋在該翼面上的一個蓋，每一個所述蓋具有沿著與該翼面壓力側(cè)相鄰的該蓋的一個側(cè)邊緣而軸向間隔的間隙表面，在所述間隙表面中間的一個接觸表面，和在所述接觸表面與在軸向前方的所述間隙表面之一之間的一個切槽內(nèi)圓角，每一個所述的蓋具有沿著與該翼面的負壓側(cè)相鄰的該蓋的一個相反側(cè)邊緣而軸向間隔間隙表面，在所述負壓縮間隙表面中間的一個接觸表面，和在該負壓側(cè)接觸表面與其軸向前方的一個間隙表面之間的一個外半徑；該相鄰蓋的接觸表面互相接觸，該相鄰蓋的間隙表面沿圓周方向互相間隔，并且每一個蓋的該切槽內(nèi)圓角與該相鄰蓋的該外半徑成間隔對齊。
附圖簡述

圖1為上面安裝著葉片的一個渦輪轉(zhuǎn)子葉輪的部分透視圖，該葉片具有根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方面制造的蓋；圖2為表示與該葉片翼面和相鄰蓋之間的接觸和間隙表面面對面取向的一對相鄰蓋的徑向向內(nèi)的視圖；和圖3是在根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方面的該蓋的壓力側(cè)上，在前方的間隙表面和接觸表面之間的該切槽內(nèi)圓角的放大的破碎徑向向內(nèi)視圖。
優(yōu)選實施例說明現(xiàn)參見附圖，具體為圖1。圖中表示固定在一個渦輪轉(zhuǎn)子葉輪12上的多個渦輪葉片10。該葉片10圍繞著該渦輪葉輪12，在整個360°上，以圓周排列的方式互相間隔。除了沒有示出的缺口槳葉葉片和也是沒有示出的兩個葉片以外，每一個葉片都相同。該缺口槳葉葉片具有較緊的壓配合或較大的切向?qū)挾?，而該兩個沒有示出的葉片鄰近該缺口槳葉，它們只是燕尾區(qū)域不同。每一個葉片10包括一個松樹槽16形狀的燕尾14，用于與該轉(zhuǎn)子葉輪12的邊緣上的互補的榫形狀18匹配和滑動接合。葉片10通過沒有示出的一個徑向填充槽加在該轉(zhuǎn)子葉輪12上。該徑向填充槽作在該葉輪中，該葉片10加入的方法為將該燕尾沿徑向向內(nèi)插入該槽中，并在切向方向，沿著該葉輪的邊緣使該葉片滑動。
除了該燕尾14以外，每一個葉片10還包括一個翼面20。該葉片的遠端的終端在一個葉片蓋22中。葉片蓋22最好與該葉片10整體作出。每一個蓋彼此相同，因此為了說明所有的葉片蓋，只說明一個蓋就夠了。參見圖2可看出，每一個葉片蓋包括一個前緣24；一個后緣26；與相應的前緣24和后緣26相鄰，并沿著與該翼面20的壓力側(cè)32相鄰的該蓋的一個側(cè)邊緣的前方和后方的間隙表面28和30。在該間隙表面28和30之間和沿著每一個蓋22的壓力側(cè)為一個接觸表面34和一個切槽內(nèi)圓角36。沿著該蓋的相對的邊緣，還分別設有與該前緣24和后緣26相鄰的間隙表面38和40。另外，在該間隙表面38和40之間，沿著與該翼面的負壓側(cè)相鄰的該蓋邊緣，設有一個接觸表面42和一個外半徑44。
從考查圖2可看出，除了該蓋的相應的壓力側(cè)和負壓側(cè)的切槽內(nèi)圓角36和該外半徑44以外，每一個蓋22的壓力側(cè)邊緣—即表面28，32，34和內(nèi)圓筒36，其形狀基本上與相鄰的蓋的負壓側(cè)邊緣—即表面38，40，42和半徑44互補。如圖所示，在該渦輪正常工作中，相鄰的蓋的間隙表面28和38在圓周方向互相間隔。同樣，在渦輪正常工作過程中，相鄰的蓋的間隙表面30和40互相間隔。在正常工作過程中，接觸表面34和42互相接合，即在渦輪正常工作過程中，這些表面為壓配合，從而可保持該蓋互相接合。如在先前的美國專利5509784號中所指出的，相鄰的蓋之間的壓配合造成轉(zhuǎn)動，即在裝配過程中，該蓋和翼面頂端圍繞該葉片半徑預先扭曲。這造成沿著該蓋的接觸表面應力擴展。由于該蓋的幾何形狀，在該接觸表面位置上產(chǎn)生較高的接觸壓力，并在在這個區(qū)域上或其附近，在該壓力側(cè)向接觸表面上，可以產(chǎn)生摩蝕損壞。由于較高的靜態(tài)和動態(tài)彎曲應力可以作用在該摩蝕材料上，因此該摩蝕損壞可作為疲勞裂紋傳播。
本發(fā)明通過引入一個切槽卸荷槽，即在該蓋的壓力側(cè)上的接觸表面34和間隙表面28之間形成一個切槽內(nèi)圓角36，使應力偏離該接觸表面，并因此而不產(chǎn)生任何摩蝕損壞，可消除或減小在壓力側(cè)接觸表面34上產(chǎn)生摩蝕疲勞裂紋的潛在危險。這里所用的術(shù)語“切槽內(nèi)圓角”表示在半徑和線性表面的交界處的半徑的切線不與該線性表面一致的線性表面之間的一個或多個半徑。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選方面中，該內(nèi)圓角36為具有在該蓋的邊緣的壓力側(cè)上的前方間隙表面28和接觸表面34之間延伸的不同半徑的一個復合內(nèi)圓角。參見圖3可看出，較大的半徑50與間隙表面28鄰近，較小的半徑52與該較大的半徑50和接觸表面34鄰近。如圖所示，該較大的半徑50和該間隙表面28之間的交界處有一條不與該間隙表面28平行或一致的半徑的切線。同樣，小半徑52與該接觸表面34的交界處有一條不與該接觸表面34平行或一致的切線。該兩個不同的半徑50，52在其交界處混合。通過使用包括大和小半徑部分的一個復合內(nèi)圓角36，可將應力減至最小或消除。在該內(nèi)圓角中，與一個大半徑結(jié)合的一個小半徑可以保持該接觸表面的大小(否則，該大半徑會消除該接觸表面相當大一部分)，同時減小由摩蝕形成的小裂紋傳播的潛在危險。另外，通過與該接觸表面34基本上90°相交，該較上半徑基本上可消除與該蓋的背面彎曲有關的應力。向著該蓋的前緣的較大的半徑，可在該大半徑的位置上，控制在該蓋中的集中的彎曲應力，同時由于該蓋的幾何形狀；小半徑斷開摩蝕作用，消除在該區(qū)域中的彎曲應力。該蓋的負壓側(cè)邊緣具有較小的彎曲應力，結(jié)果，摩蝕疲勞的潛在危險低很多。雖然，上述的切槽內(nèi)圓角加在相對于葉片的回轉(zhuǎn)的圓周方向的平面的接觸表面角度為10°～20°的陡角度的葉片蓋(最好為整體的蓋)上，使該內(nèi)圓角也可用在非陡角度的葉片蓋中，即接觸表面與回轉(zhuǎn)的圓周方向的平面所成的角度超過20°。
利用卸荷槽減少或消除摩蝕疲勞的潛在危險的一般概念是已知的。然而，它沒有用在葉片蓋或陡角度的整體的葉片蓋上。它被應用于渦輪軸的其他方面，即應用于消除在被熱裝的葉輪和聯(lián)軸節(jié)的情況下的摩蝕疲勞。一個已知的例外為將一個卸荷半徑應用于飛機發(fā)動機中的低壓蓋葉片和Z形鎖定葉片的覆環(huán)上。然而，一般引入這些卸荷半徑用可增加接觸表面長度和增大該覆環(huán)接觸的間隙表面之間的拐角半徑，以減少內(nèi)圓角應力。一般，這些卸荷半徑切去該間隙表面下部，而不足該接觸表面的下部。另外，為了保護，防止該接觸表面磨損和質(zhì)量變壞，一般，該Z形鎖定葉片在該接觸表面上使用硬涂層。然而，硬涂層成本高，并且包括涂層剝落的潛在問題。
雖然結(jié)合目前認為最最實際和優(yōu)選的實施例說明了本發(fā)明，但應理解，本發(fā)明并不局限于所述實施例，相反，涵蓋在所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種改進和等價結(jié)構(gòu)。
零件清單10葉片20翼面22蓋24前緣32壓力側(cè)34接觸表面36切槽內(nèi)圓角42接觸表面44外半徑28，30，38，40間隙表面34，42接觸表面50，52半徑
權(quán)利要求
1.一種渦輪葉片(10)，包括一個具有壓力側(cè)和負壓側(cè)的翼面(20)和一個覆蓋在該翼面上的蓋(22)；所述蓋具有沿著與該翼面的壓力側(cè)(32)相鄰的該蓋的側(cè)邊緣，在軸向間隔的間隙表面(28)，(30)，在所述間隙表面中間的一個接觸表面(34)，和在所述接觸表面(34)和所述間隙表面之一之間的一個切槽內(nèi)圓角(36)。
2.如權(quán)利要求1所述的葉片，其特征為，所述內(nèi)圓角(36)包括由不同的半徑(50)，(52)形成的一個復合內(nèi)圓角。
3.如權(quán)利要求2所述的葉片，其特征為，所述切槽復合內(nèi)圓角(36)的一個較大的半徑(50)處于所述一個間隙表面(28)鄰近，和所述切槽復合內(nèi)圓角的一個較小的半徑(52)處于所述接觸表面(34)的鄰近。
4.如權(quán)利要求3所述的葉片，其特征為，所述較大的半徑(50)沿著向該蓋前緣(24)的方向位于所述較小的半徑(52)的位置的前方。
5.如權(quán)利要求4所述的葉片，其特征為，所述復合內(nèi)圓角(36)的所述較小的半徑(52)，大致以直角與該接觸表面(34)相交。
6.如權(quán)利要求5所述的葉片，其特征為，所述接觸表面，跟該渦輪中葉片的回轉(zhuǎn)的圓周平面成10°～20°的角度延伸。
7.如權(quán)利要求1所述的葉片，其特征為，所述葉片(10)和所述蓋(22)彼此作成一個整體。
8.圍繞渦輪軸線成圓周排列設置的多個葉片(10)，每一個葉片(10)包含具有壓力側(cè)和負壓側(cè)的一個翼面(20)和覆蓋在該翼面上面的一個蓋；每一個所述蓋具有沿著與該翼面壓力側(cè)(32)相鄰的該蓋的一個側(cè)邊緣而軸向間隔的間隙表面(28)，(30)，在所述間隙表面中間的一個接觸表面(34)，和在所述接觸表面與在軸向前方的所述間隙表面之一之間的一個切槽內(nèi)圓角(36)；每一個所述蓋具有沿著與該翼面負壓側(cè)鄰近的該蓋一個相反側(cè)邊緣而軸向間隔的間隙表面(38)，(40)，在所述負壓側(cè)間隙表面中間的一個接觸表面(42)，和在所述負壓側(cè)接觸表面(42)與其在軸向前方的一個間隙表面(38)之間的一個外徑(44)；所述相鄰的蓋的所述接觸表面(34)，(42)互相接觸，該相鄰的蓋的所述間隙表面(28)，(30)，(38)，(40)沿圓周方向互相間隔，和每一個蓋的該切槽內(nèi)圓角(36)與該相鄰蓋的該外半徑(44)成間隔對齊。
9.如權(quán)利要求8所述的多個葉片，其特征為，每一個所述的內(nèi)圓角(36)由不同半徑(50)，(52)的一個復合內(nèi)圓角組成。
10.如權(quán)利要求9所述的多個葉片，其特征為，每一個所述的切槽內(nèi)圓角(36)包含一個沿著該蓋的所述壓力側(cè)與一個在軸向前方的間隙表面(28)相鄰的較大的半徑(50)，和在所述壓力側(cè)接觸表面(34)與所述較大半徑(50)之間的所述切槽復合內(nèi)圓角的一個較小半徑(52)。
全文摘要
蒸汽渦輪葉片蓋(22)具有在該蓋的壓力側(cè)邊緣上的前方和后方間隙表面(28)，(30)，在該間隙表面之間的一個接觸表面(34)；和在該前方間隙表面(34)和該接觸表面之間的一個切槽內(nèi)圓角(36)。相鄰的葉片蓋具有前方和后方間隙表面(38，40)；在該間隙表面之間的一個接觸表面(42)；和在沿著該蓋的負壓側(cè)邊緣，在該前方間隙表面和該接觸表面之間的一個外半徑(44)。該切槽內(nèi)圓角(36)包括兩個不同的半徑，以將在相鄰蓋的該接觸表面之間的壓配合中的高應力產(chǎn)生的摩蝕損壞減至最小或消除。
文檔編號F01D5/28GK1865665SQ20061008249
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月19日
發(fā)明者K·J·巴布, R·E·迪倫巴赫, W·H·博爾德曼四世 申請人:通用電氣公司