專利名稱：葉片頂部級聯(lián)擋板翼型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及燃?xì)馕佪啺l(fā)動機，特別涉及其中的蝸輪葉片。
技術(shù)背景在燃?xì)馕佪啺l(fā)動機中，空氣在一壓縮機中加壓后在一燃燒器中與燃 料混合以生成燃燒氣體。蝸輪的各級用從燃燒氣體中得到的能量為發(fā)動 機提供動力和做功。一高壓蝸輪(HPT)緊隨燃燒器并用從最高熱燃燒氣體中荻得的能 量經(jīng)一個驅(qū)動軸驅(qū)動上游壓縮機。 一低壓蝸輪(LPT)緊隨HPT并用從 燃燒氣體中獲得的能量驅(qū)動另 一個驅(qū)動軸。LPT應(yīng)用在蝸輪風(fēng)扇飛機發(fā) 動機中時驅(qū)動上游風(fēng)扇，或者應(yīng)用在航海和其它工業(yè)中時驅(qū)動一外部 軸。發(fā)動機效率和耗油率(SFC)在現(xiàn)代燃?xì)馕佪啺l(fā)動機中是極為重要的設(shè)計指標(biāo)。各種蝸輪轉(zhuǎn)子葉片及其對應(yīng)噴口葉片的空氣動力表面精確構(gòu)造成能控制其上的速度和壓力分布以使空氣動力效率最大。葉片和噴口葉片的對應(yīng)翼型包括軸向伸展在前后緣之間的弦上的凹形受壓側(cè)和凸吸入側(cè)。翼型的徑向剖面呈新月形，其寬度從前緣到一最大寬度區(qū)迅速增加，然后向后緣逐漸減小。翼型的圓周向或橫向相對邊也徑向伸展在從葉根到葉頂?shù)目缍壬稀Ｒ硇鸵话阌杏贸辖鸾饘勹T造而成的薄側(cè)壁，帶有內(nèi)部冷卻管路，冷卻管路的各種實施例都加工成使得在運行過程中高效冷卻翼型的同時盡量提高效率。但是，鑒于所有排翼型中的單個翼型為三維結(jié)構(gòu)，因此蝸輪翼型的 空氣動力設(shè)計極為復(fù)雜，從而運行過程中在翼型之間受引導(dǎo)的燃燒氣體 的流動也極為復(fù)雜。運行過程中，周圍的靜止罩內(nèi)以高速轉(zhuǎn)動的蝸輪葉 片的徑向外頂部周圍的特殊流場更增加了這一設(shè)計和環(huán)境的復(fù)雜性。葉頂與蝸輪罩之間的工作間隙應(yīng)該如同實際中最小化燃燒氣體經(jīng) 該間隙的漏氣那樣的小，但同時又能容許葉片和罩的熱脹冷縮而在轉(zhuǎn)動 葉頂與靜止罩之間無不希望的摩擦。
工作時，蝸輪上一排葉片驅(qū)動支撐轉(zhuǎn)子盤片轉(zhuǎn)動，翼型吸入側(cè)在 前，相對的翼型受壓側(cè)在后。翼型一般從轉(zhuǎn)子盤片圓周沿徑向從葉根到 葉頂扭曲，前緣相對發(fā)動機軸向中心軸線傾斜面向上游以與對應(yīng)噴口葉 片的傾斜排出渦流角配合。燃燒氣體一般沿軸向下游方向流動，其圓周 向或切向分量首先在一個流動方向上與翼型前緣接合，然后在一不同的 流動方向上在翼型后緣上離開翼型。為使翼型受壓側(cè)與吸入側(cè)之間的壓差最大，從而從高熱燃燒氣體中 荻取最大能量，翼型的受壓側(cè)和吸入側(cè)的三維形狀不同。凹形受壓側(cè)和 凸形吸入側(cè)使得其上的速度和壓力分布不同，從而速度和壓力在前后緣 之間且從葉根到葉頂變動。但是，在翼型頂部上方在必須的頂部間隙中 泄漏的燃燒氣體如果做功的話做的有用功也很少。使得蝸輪葉片設(shè)計進一 步復(fù)雜化的是葉頂露出、從而浸沒在工作時 在其上泄漏的燃燒氣體中，需要適當(dāng)冷卻才能確保蝸輪葉片工作時有很 長使用壽命?，F(xiàn)代的蝸輪葉片設(shè)計 一般包括發(fā)出聲響的葉頂凸緣，這些凸緣為翼 型的受壓側(cè)和吸入側(cè)上從前緣到后緣的的徑向小突起。葉頂凸緣的橫截面一般呈長方形，它們在橫向或圓周向上相間距，從而在翼型頂部形成 一開口頂部空腔，該翼型有制成一體的頂板，頂板封閉一般為空心的翼 型和內(nèi)部冷卻管路。該葉頂小凸緣在葉頂發(fā)生摩擦?xí)r犧牲材料來防止頂板和內(nèi)部冷卻 管路遭到損壞。該葉頂凸緣增加了燃燒氣體流場的復(fù)雜性，造成會影響 蝸^"效率、氣流泄漏和葉頂冷卻的局部次場。燃燒氣體的主要流動方向為形成在相鄰葉片之間的流路中的軸向 下游方向。該軸向氣流在徑向上從各翼型的葉根到葉頂也發(fā)生變動。這 些徑向和軸向氣流變動在燃燒氣體在各翼型的受壓側(cè)與吸入側(cè)之間發(fā) 生泄漏的翼型頂部上更為復(fù)雜。因此，現(xiàn)有技術(shù)用各種構(gòu)型的蝸輪葉片葉頂來解決不同問題和性能 因素，包括蝸輪效率、葉頂漏氣和葉頂冷卻。這三個重要因素至少部分 地相關(guān)，但前后緣之間翼型葉頂處不同受壓側(cè)和吸入側(cè)上的復(fù)雜三維流 場使得對這些因素的評價非常復(fù)雜。但是，現(xiàn)代的計算流體動力學(xué)(CFD)包括強有力的軟件，該軟件 可提高數(shù)學(xué)分析燃?xì)馕佪啺l(fā)動機中復(fù)雜三維氣流的能力，從而提供一種
可用來進一步改進蝸輪葉片設(shè)計的機制。例如，要求通過減少葉頂漏氣或提高蝸輪效率或改進葉頂冷卻或這 些因素的任何組合來改進蝸輪葉片葉頂設(shè)計。發(fā)明內(nèi)容一蝸輪葉片，包括一翼型葉頂，該葉頂有沿相對受壓側(cè)和吸入側(cè)伸 展的第一和第二凸緣。兩凸緣從一頂板向外伸出并在相對的前后緣處連 接在一起。 一葉頂級聯(lián)擋板在頂板上方，在葉頂?shù)淖畲髮挾惹胺綑M向橋 接兩凸緣而把葉頂在弦的方向上隔成擋板相對側(cè)面上的對應(yīng)頂室。


下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明例示性優(yōu)選實施例及其其它目的和優(yōu)點，附圖中圖1為一例示性第一級蝸輪轉(zhuǎn)子葉片的局部剖視立體圖； 圖2為沿2-2線剖取的圖1所示蝸輪翼型的徑向剖面圖； 圖3為圖1所示翼型葉頂?shù)母┮晥D； 圖4為圖1所示翼型葉頂?shù)膹较蚱拭鎴D；圖5為沿中弧線和5-5線剖取的圖1所示翼型葉頂?shù)妮S向剖面圖；圖6為圖1所示翼型葉頂另一實施例的立體圖；圖7為圖1所示葉片的葉頂?shù)牧硪粚嵤├母┮晥D；圖8為圖1所示葉片的葉頂?shù)牧硪粚嵤├母┮晥D；以及圖9為圖1所示葉片的葉頂?shù)牧硪粚嵤├母┮晥D。
具體實施方式
圖1例示出一用在一燃?xì)馕佪啺l(fā)動機的HPT中的第一級蝸輪轉(zhuǎn)子 葉片10。該葉片一般用超合金金屬鑄造而成，包括制成一體的一翼型 12、翼型根部的平臺14和一燕尾槽16。燕尾槽16可呈任何公知形狀、例如如圖1所示軸向插入的燕尾槽， 從而把該葉片裝在一轉(zhuǎn)子支撐盤片(未示出)圓周上的一對應(yīng)燕尾槽 中。盤片上裝有在圓周方向上相間距的一整排葉片，各葉片之間形成流 道。工作時，發(fā)動機(未示出)燃燒器中生成的燃燒氣體18在對應(yīng)蝸 輪葉片IO上向下游流動，葉片IO用從燃燒氣體中獲取的能量轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子 支撐盤片。各平臺14形成燃燒氣體的徑向內(nèi)邊界并與整排蝸輪葉片中 的相鄰平臺毗連在一起。圖1和2所示翼型12包括軸向伸展在相對前后緣24, 26之間的弦 上的圓周向或橫向相對的受壓側(cè)和吸入側(cè)20, 22，并且徑向伸展在從翼 型葉根28到徑向外端或葉頂30的跨度上。翼型受壓側(cè)20在前后緣之 間一般呈凹形并與前后緣之間的一般呈凸形的翼型吸入側(cè)22互補。翼型的受壓側(cè)和吸入側(cè)20， 22的外表面一般呈新月形，通常構(gòu)造 成使得工作時燃燒氣體在其上進行的相應(yīng)的速度和壓力分布能最大化 從燃燒氣體獲取能量。翼型12—般為空心，有內(nèi)部冷卻管路32，內(nèi)部冷卻管路32可呈任何公知構(gòu)型，例如所示終止在前緣后方和后緣前方的對應(yīng)流道中的兩個 三通蛇形管路。冷卻管路如所公知地穿過平臺和燕尾槽，在燕尾槽底部 具有相應(yīng)的進口，用于接收來自發(fā)動機(未示出)的壓縮機中的壓縮冷 卻空氣34。這樣，內(nèi)部冷卻空氣從葉根到葉頂、在前后緣之間在內(nèi)部冷卻葉片， 然后從翼型薄側(cè)壁的各排普通大小和形狀的薄膜冷卻孔中排出。由于翼型的前緣一般受到流入的最高熱燃燒氣體作用，因此可用任 何合適的方式對其進行強制冷卻。此外，翼型的后緣薄區(qū)一般包括一排 排出一部分冷卻空氣的受壓側(cè)后緣冷卻狹槽。如上所述，先在圖1所示的蝸輪翼型12的精確構(gòu)造的三維外形相 應(yīng)影響到在從前緣到后緣24, 26沿軸向下游方向流動時，燃燒氣體18的速度和壓力分布。裝在支撐盤片圓周上的葉片工作時轉(zhuǎn)動，從而生成 燃燒氣體的次流場，燃燒氣體一般沿翼型的跨度徑向向外遷移。此外，翼型受壓側(cè)20上的燃燒氣體的相對壓力大于翼型吸入側(cè)上 的壓力，與工作時葉片的相應(yīng)轉(zhuǎn)動一起進一步產(chǎn)生燃燒氣體的二次或三 次流場，其影響到工作時徑向向上流動或在露出的翼型葉頂30上的燃 燒氣體流場。在例如包括第一級HPT的燃?xì)馕佪啺l(fā)動機中可使用構(gòu)型和工作情況公知的上述蝸輪轉(zhuǎn)子葉片。然后該公知葉片如下面描述的在翼型葉頂 30被改進，包括第一和第二發(fā)出聲響的葉頂凸緣36, 38，葉頂凸緣36, 38分別為翼型受壓側(cè)和吸入側(cè)或側(cè)壁20, 22的整體延伸部分并且與它 第 一或受壓側(cè)凸緣36的弧形與翼型的凹形受壓側(cè)20的形狀沿弦方 向相符，相應(yīng)地，第二或吸入側(cè)凸緣38的弧形與翼型的凸形吸入側(cè)22 沿弦方向相符。圖l、 3和4所示兩凸緣36, 38從一封閉空心翼型和作為內(nèi)部冷卻 管路32的邊界的共同頂板40徑向向外伸出。頂板40上可不打孔，也可有少量冷卻孔和較大的導(dǎo)孔(未示出)用來排出內(nèi)部空氣管路32中 的冷卻空氣34。該翼型葉頂還包括共同頂板40上方橫向或圓周向橋接翼型相對側(cè) 面上的第一和第二凸緣36， 38的一個或多個級聯(lián)擋板或凸緣42。這一 個或多個葉頂擋板42沿弦的方向或軸向把翼型葉頂分隔成對應(yīng)葉頂擋 板的相對前后側(cè)面上的兩個或多個對應(yīng)頂室44。如圖1和2所示，翼型12—般具有空氣動力新月形，其受壓側(cè)20 在相對前后緣之間大致呈凹形，圓周向相對的吸入側(cè)呈凸形。 一中弧線 46在從前緣到后緣的相對側(cè)面之間沿橫向等分所述翼型，相應(yīng)向受壓側(cè) 呈凹形，向吸入側(cè)呈凸形。翼型的橫向?qū)挾萕如圖2所示從前緣24向下游或向后到翼型最大 寬度處的一隆起48迅速增加，然后該翼型的后部寬度向相對的后緣26 逐漸減小。翼型吸入側(cè)沿隆起48有最大凸形曲率，從而燃燒氣體穿過 翼型的壓差最大，從而在翼型相對側(cè)面上燃燒氣體向下游流動時，有效 地從燃燒氣體獲取能量。圖1和3所示至少一個葉頂擋板42在葉頂前部中在翼型葉頂最大 寬度前方橫向橋接葉頂凸緣36, 38。葉頂擋板在前緣后方以一定間隔把 相對上的葉頂凸緣36, 38連成一體并且關(guān)于向后伸展在前后緣之間的弧線與之斜交或垂直地設(shè)置。第一葉頂擋板42沿第一和第二凸緣36, 38向后與前緣間隔從而在 前緣緊后方形成一前部頂室44,擋板42相對前緣傾斜設(shè)置，從而將燃 燒氣體的流線18在級聯(lián)后面橫向分布在擋板上朝向后緣。圖3例示出工作時燃燒氣體18的流線。氣體18具有相對翼型前緣 的直角入射角并分裂成沿翼型的相對受壓側(cè)和吸入側(cè)流動的部分。氣流 一般沿翼型的前后緣之間的弧線弦線沿軸向下游方向流動。由于氣壓在翼型的受壓側(cè)上比在翼型的吸入側(cè)上高，因此工作時一
小部分氣體如圖4所示在葉頂30上方沿圓周向或橫向泄漏。圖4和5示出圍繞整排蝸輪轉(zhuǎn)子葉片安裝的環(huán)繞蝸輪罩50的一部 分，其間有一較小徑向間隙。圖4所示流線示出燃燒氣體在葉頂與罩之 間的小間隙中從受壓側(cè)20向吸入側(cè)的圓周向泄漏。此外，圖5示出軸 向漏氣。因此最先在圖3所示出的流線18具有在葉頂上的兩個泄漏分量， 沿軸或弦向下游方向和沿葉片轉(zhuǎn)動方向中的圓周向或橫向兩個分量。在翼型葉頂前部設(shè)置一個或多個橫向橋接受壓側(cè)和吸入側(cè)發(fā)出聲 響的凸緣36， 38的擋板42可使入射的燃燒氣體流線以沿弧線下游方向 均勻級聯(lián)或瀑布方式橫向分布在擋板上。這樣，翼型葉頂上的流線可與 第一葉頂擋板42大致垂直地接合第一擋板。如上所述，工作時在翼型上流動的燃燒氣體的速度和壓力分布是在 三個維度上非常復(fù)雜的。燃燒氣體在翼型葉頂上方的泄漏更加劇了氣流 狀態(tài)的復(fù)雜性。蝸輪效率用蝸輪翼型從燃燒氣體獲取能量的能力被衡量。此外，蝸 輪效率一般與翼型葉頂上方的漏氣相關(guān)。葉頂漏氣一般使得蝸輪效率下 降。但如下所述，在翼型葉頂中專門設(shè)置一個或多個擋板42，它們可視 設(shè)計的不同而隨著葉頂漏氣的減小或增加大大提高蝸輪效率。不管何種 情況，設(shè)置一個或多個級聯(lián)葉頂擋板可大大提高蝸輪效率。在圖1-5所示例示性實施例中，只有三個級聯(lián)葉頂擋板42橋接相 對的第一和第二葉頂凸緣36, 38,相應(yīng)把翼型葉頂隔成彼此輪流沿弧線 的4個頂室44。如圖l和3所示，多個葉頂擋板42的相對兩端在與前緣24后方間 隔地將相對頂部凸緣36， 38傾斜連接。這三個擋板42形成一緊臨前緣 后方的前部頂室、 一緊臨后緣前方的后部頂室以及其間的沿弦方向的兩 個中間頂室。由于前部頂室44直接位于翼型寬度發(fā)散處的前緣后方，因此前部 頂室的寬度也從前緣到第一擋板42向后發(fā)散。同樣，翼型寬度從隆起48向后緣匯聚，從而直接位于后緣26前方 的后部頂室44的寬度從其上游擋板42向下游后緣26匯聚。此外，兩 中間頂室44的形狀和周邊與翼型前部隆起區(qū)中的變動形狀相符。如圖l和3-5所示，兩凸緣36, 38提供圍住翼型葉頂?shù)耐暾庵?邊界。在正視圖中， 一個或多個葉頂擋板42橫向橋接兩凸緣且在共同 頂板40上與之共平面。因此每一頂室44完全由相交的凸緣和擋板圍 成，沿底板40封閉，同時在直接面對環(huán)繞蝸輪罩的相應(yīng)外部口或進口 處完全開口和暴露。在這一構(gòu)型下，橫向葉頂擋板42使得燃燒氣體沿軸向下游方向在 對應(yīng)頂室上按順序或輪流流動。所述頂室在下游方向上相繼流體連通， 從而在對應(yīng)擋板上沿下游方向把上游流線橫向分布，平行流動地遵循翼 型頂部的弧線。在圖3所示優(yōu)選實施例中，起初兩葉頂擋板42位于隆起48前方， 余下的第三葉頂擋板42在翼型的曲率變動最大的前部中緊位于隆起后 方。從第三葉頂擋板開始，翼型沿橫向?qū)挾戎饾u變細(xì)，翼型的受壓側(cè)和 吸入側(cè)的表面形狀在翼型的后部中逐漸變動，終止在薄后緣26上。圖3所示三個葉頂擋板42在相對的第一與第二凸緣36, 38之間最 好呈橫向直線且相對弧線46傾斜設(shè)置、 一般與弧線垂直。已進行先進的CFD分析以衡量圖1 - 5所示第一實施例的空氣動力 性能。設(shè)置橫向葉頂擋板42可相應(yīng)阻擋當(dāng)沿弧線在軸向下游方向流動 時燃燒氣體的頂部泄漏。該分析表明與沒有附圖所示任何葉頂擋板的作 為參照的翼型葉頂比較，蝸輪效率由于使用葉頂擋板大大提高。但是，燃燒氣體在葉頂擋板上的燃燒氣體的級聯(lián)流在頂室中有附加 壓力損耗。壓力損耗會減小葉頂-罩間隙中的氣壓，從而燃燒氣體在葉頂 后區(qū)中的圓周向泄漏增加。圖3示出燃燒氣體在下游方向上沿弧線相繼流過若千頂室時的流 線。長形后部頂室占據(jù)了翼型的大部分后區(qū)且在工作時燃燒氣體在圓周 向上從受壓側(cè)向吸入側(cè)漏氣處較薄。因此，圓周向頂部泄漏在翼型葉頂?shù)暮髤^(qū)被偏置，并且最小化對蝸 輪效率的不利影響。通過設(shè)置級聯(lián)葉頂擋板盡管泄漏增加仍可提高蝸輪 效率。但是，圖1 -4所示例示性實施例也可在翼型的前后緣之間沿第一 凸緣36的受壓側(cè)包括一弧形擴口 52。該擴口為一可設(shè)置在翼型葉頂中 用來減少燃燒氣體在翼型葉頂上的圓周向泄漏的獨立部件。這樣，與設(shè)置級聯(lián)葉頂擋板相聯(lián)的葉頂泄漏可由設(shè)置受壓側(cè)頂部擴
口 52來減少或補償，從而進一步提高翼型性能。該擴口也大大提高蝸 輪效率。在圖1-5所示第一實施例中，多個葉頂擋板42連接對置的頂部凸 緣36, 38從而沿弧線在下游或弦方向上相繼形成相間隔的對應(yīng)頂室。 這多個擋板42設(shè)置在前緣24與最大翼型寬度的隆起48之間并包括隆 起區(qū)的翼型葉頂前部中。翼型葉頂?shù)钠溆嗪蟛肯蚝缶墔R聚，在最后的或 第三擋板42后面，后部頂室44的寬度相應(yīng)匯聚。因此匯聚的后部頂室接收來自上游各頂室的級聯(lián)頂部流并在該后 部頂室中向后引導(dǎo)該集合氣流。該葉頂流然后從后部頂室沿吸入側(cè)凸緣 38泄漏，來自翼型受壓側(cè)的附加圓周向泄漏在對應(yīng)受壓側(cè)凸緣36上 方，然后在第二凸緣38上方。圖6示出另一實施例，在該實施例中，第一凸緣36與第二凸緣38 一樣其橫截面呈有直邊的長方形，不使用圖4所示獨立擴口 52。在該實 施例中，只使用兩個葉頂擋板42而不是圖3所示三個擋板。兩擋板42在前后緣24 ， 26之間沿弦方向相間距，4巴葉頂隔成前部、 中間和后部頂室。兩擋板42互相平行地橫向穿過相對的凸緣36, 38從 而相繼在其上橫向分布級聯(lián)流線。擋板42的數(shù)量減少到2，相應(yīng)把翼型葉頂只隔成三個頂室44,頂 室的對應(yīng)周邊形狀與沿翼型的相對受壓側(cè)和吸入側(cè)的曲率局部變動一 致。兩擋板42最好位于葉頂?shù)陌∑?8的前部中以對流入的泄漏起 到最大作用，后部頂室44在翼型葉頂?shù)莫M長后部中匯聚。最好是，第 一葉頂擋板42位于隆起48前方，第二或最后葉頂擋板42靠近或緊臨 隆起48后方。圖7如圖6那樣示出兩葉頂擋板翼型葉頂?shù)牧硪粚嵤├?。在圖6中， 橫向葉頂擋板42在相對凸緣之間最好呈直線形，而在圖7中，葉頂擋 板42在相對的第一和第二凸緣36, 38之間的橫向形狀呈蛇形。在該實施例中，兩擋板42都在與第一凸緣36連接處呈向前緣24 的向前下凹，而在它們連接第二凸緣38處呈向前緣24的向前凸起。相應(yīng)地，兩擋板是在連接第一凸緣36處向后緣26的向后凸起，和 在連接第二凸緣38處向后緣的向后下凹。這樣，兩葉頂擋板42在其相對的前后側(cè)面之間的厚度大致不變，
并可將第一和第二凸緣36， 38大致正交地整體連接。此外，兩擋板42的受壓側(cè)后端可比其吸入側(cè)前端位于更后方，從 而，當(dāng)在翼型前部中橋接翼型的受壓側(cè)和吸入側(cè)的前緣區(qū)上向后流動 時，更標(biāo)準(zhǔn)地符合入射燃燒氣體流。圖7所示實施例還與上述第一實施例所示相同地包括受壓側(cè)擴口52。圖3所示三擋板實施例，如CFD分析表明的那樣較之基本設(shè)計效率 提高得最多。但是，該效率提高被葉頂泄漏的小小增加所抵銷。'相較之下，圖7所示兩擋板實施例的蝸輪效率的提高稍有下降，但 葉頂泄漏也稍有下降。圖8示出圖1所示蝸輪葉片的又一實施例，在該實施例中，單一葉 頂擋板42把翼型葉頂30分支為直接在前緣24后方的單一前部頂室44 和直接在后緣26前方的單一后部頂室44。這兩個大頂室44的外形與相 應(yīng)的翼型葉頂?shù)男螤畈煌那昂蟛恳恢?。例如，單一葉頂擋板42在兩凸緣36， 38之間的橫向形狀呈弧形， 最好是向前緣24向前下凹和向后緣26向后凸起。因此單一葉頂擋板42 在其前后兩邊之間的厚度可大致不變，基本等于第二凸緣38和擴口 52 下方第一凸緣36的相應(yīng)厚度。單一擋板42最好連接在隆起42前方的第二凸緣38且最好緊鄰隆 起。此外，擋板42在隆起或最大葉頂厚度處后方連接第一凸緣36且緊 鄰隆起。這樣，擋板42中部傾斜地與翼型的隆起區(qū)相交并在隆起區(qū)中 而與前緣24垂直地正對。對圖8實施例的CFD分析表明了另一種對蝸輪效率的改進，葉頂泄 漏大大減少。圖9示出與圖8相同的另一實施例，該實施例包括把翼型葉頂分隔 成前后頂室44的單一葉頂擋板42。但是圖9所示擋板42與上述圖7所 示兩葉頂擋板相同地呈蛇形，擋板的前端連接后端連接前方的第二凸緣 38與第一凸緣36。單一蛇形擋板42的厚度不變，在與第一凸緣36連接處向前下凹向 后凸起，而在與第二凸緣38連接處向前凸起向后下凹。該蛇形擋板與 凸緣36， 38正交地連接，同時向前面向前緣24以接收工作時在翼型葉 頂上入射的燃燒氣體的泄漏。
圖8和9所示級聯(lián)葉頂實施例的構(gòu)型之間的差別看來不大，但對空 氣動力性能有很大影響。CFD分析表明圖9實施例較之圖8實施例蝸輪 效率的提高稍有下降。但較之圖8實施例的頂部泄漏的減小來說其頂部 泄漏增力口。上述不同實施例的相同點是葉頂擋板42橫向橋接相對受壓側(cè)和吸 入側(cè)頂部凸緣36, 38以沿弦向把翼型葉頂隔成多個頂室。葉頂擋板42 的數(shù)量可按照把葉頂隔成兩個或多個頂室的需要變動而為1、 2、 3...。擋板的橫向形狀可變動，例如為直線、弧形和蛇形，擋板可以各種 斜角在相對凸緣之間傾斜延伸。各頂室的形狀或周邊輪廓和大小從而隨著葉頂擋板構(gòu)型的變動而 變動。橫向上位于下凹受壓側(cè)與凸起吸入側(cè)之間、軸向上或者弦向位于 相對前后緣之間的翼型葉頂?shù)木唧w空氣動力形狀與級聯(lián)擋板配合而確 定多個頂室的對應(yīng)構(gòu)型。上述CFD分析表明蝸輪效率的大大提高可歸因于上述各種形式的 級聯(lián)擋板。但是，效率的提高也與葉頂流體泄漏的相應(yīng)幅度有關(guān)，泄漏 的幅度視具體設(shè)計和蝸輪翼型本身的空氣動力性能而增加或減小。圖3示出葉頂級聯(lián)擋板翼型的又一實施例，在該實施例中，原有三 個擋板又增加兩個擋板42成為總共五個擋板。最后兩個擋板如圓圏放 大圖所示設(shè)置在后緣處而把葉頂隔成相繼六個頂室44。與三擋板葉頂和 大致相同的五擋板葉頂直接比較，CFD分析表明該五擋板葉頂?shù)男侍?高稍有下降，而葉頂流體泄漏增加量不變。圖3所示三擋板基本實施例在上述各實施例中效率提高得最多，但葉頂流體泄漏增加。圖8所示單一擋板實施例的蝸輪效率的提高幾乎與圖3相同，但葉 頂流體泄漏減少得最多。因此，可根據(jù)具體的蝸輪葉片設(shè)計選擇上述各種數(shù)量、各種形式的 級聯(lián)葉頂擋板在盡量提高效率的同時按照設(shè)計限制條件要求減少葉頂 流體泄漏。由于級聯(lián)擋板的加入相應(yīng)增加工作時受到離心力的葉片的重 量，因此可根據(jù)這些力和對應(yīng)離心應(yīng)力來確定用在特殊設(shè)計中的級聯(lián)擋 板的大小和數(shù)量。此外，級聯(lián)擋板的有效冷卻也對具體選擇的設(shè)計有影響， 一般用穿 過頂板的冷卻孔(未示出)把來自翼型內(nèi)部的冷卻空氣送到多個頂室來
冷卻擋板。圖1、 2和5所示例示性冷卻管路32包括許多由橋接翼型的相對受 壓側(cè)和吸入側(cè)的相應(yīng)隔板54隔開的徑向流道。在第一實施例中，相應(yīng) 葉頂擋板42可為對應(yīng)內(nèi)部隔板54穿過頂板40的整體徑向延伸部分。在圖5中，頂板40可由制造時焊入對應(yīng)頂室和流道中的單個分立 金屬片構(gòu)成。共同的隔板-擋板實施例可通過使用伸展在流道和翼型葉頂 的整個徑向高度上的相應(yīng)陶瓷芯鑄造而成。鑄造后，通過從高度相同的第一和第二凸緣36， 38和葉頂擋板42的徑向外端在最好相同深度上把各頂板的對應(yīng)零件焊接在其中而封閉 開口頂室和流道。上述各實施例表明只要在翼型葉頂前部一個級聯(lián)葉頂擋板就可在 大大提高蝸輪效率的同時減少葉頂流體泄漏。級聯(lián)葉頂擋板翼型的具體 設(shè)計決定于氣流在翼型相對側(cè)面上和穿過葉頂-罩間隙的非常復(fù)雜的三 維流體分布。因此使用現(xiàn)代CFD分析來衡量為在提高蝸輪效率的同時盡 可能減少葉頂流體泄漏的級聯(lián)葉頂設(shè)計的變動。盡管以上說明了本發(fā)明優(yōu)選和例示性實施例，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員顯然可根據(jù)上述說明對本發(fā)明作出種種修正，因此要求后附權(quán)利要求 確保所有這些修正落在本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)。因此，美國專利證書要求確保本發(fā)明受下面權(quán)利要求的限定。部件列表 IO轉(zhuǎn)子葉片 12翼型 14平臺16支撐燕尾槽 18燃燒氣體 20吸入側(cè) 22受壓側(cè) 24前緣 26后緣 28葉根 30葉頂32冷卻管路 34冷卻空氣 36第一葉頂凸緣 38第二葉頂凸緣 40頂板 42葉頂擋板 44頂室 46弧線 48隆起 50蝸輪罩 52弧形擴口 54隔板
權(quán)利要求
1、一蝸輪葉片(10)，包括一空心翼型(12)、平臺(14)和一體的燕尾槽(16)；所述翼型(12)包括伸展在從葉根(28)到葉頂(30)的跨度上和前后緣(24，26)之間的弦上的相對受壓側(cè)和吸入側(cè)(20，22)；所述葉頂(30)包括分別沿所述受壓側(cè)和吸入側(cè)(20，22)從一頂板(40)向外伸出、在所述前后緣(24，26)處連接在一起的第一和第二凸緣(36，38)；以及一在所述葉頂(30)的最大寬度前方在所述頂板(40)上方橫向橋接所述第一和第二凸緣(36，38)從而把所述葉頂(30)沿弦隔成在相對側(cè)面上對應(yīng)頂室(44)的級聯(lián)葉頂擋板(42)。
2、 按權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于，所述葉頂擋板(42) 沿第一和第二凸緣(36， 38 )向后與所述前緣(24)間隔，直接在所述 前緣(24)后方形成一前部頂室(44),所述擋板(42)與所述前緣(24) 傾斜地設(shè)置，從而使燃燒氣體流線(18)成向后級聯(lián)方式向所述后緣(26)橫向分布在所述擋板(42)上。
3、 按權(quán)利要求2所述的葉片，其特征在于，所述葉頂擋板(42) 在所述前緣(24)后方與所述第一和第二凸緣(36, 38)傾斜相連；所 述前部頂室(44)的寬度從所述前緣(24)向后發(fā)散， 一后部頂室(44) 的寬度在所述擋板(42)與后緣(26)之間匯聚。
4、 按權(quán)利要求3所述的葉片，其特征在于，所述第一和第二凸緣 (36, 38)和葉頂擋板(42)在所述頂板(40)上方在正視圖中是共平面的并完全圍繞所述頂室(44)。
5、 按權(quán)利要求4所迷的葉片，其特征在于，所述葉頂擋板(42) 為單一擋板，把所述翼型葉頂(30)兩分成直接位于所述前緣(24)后 方的單一前部頂室(44)和直接位于所述后緣(26)前方的單一后部頂 室(44 )。
6、 按權(quán)利要求5所述的葉片，其特征在于，所述葉頂擋板(42) 在所述隆起(48)的前方連接所述第二凸緣(38)，在所述隆起(48) 的后方連接所述第一凸緣(36)。
7、 按權(quán)利要求4所述的葉片，其特征在于，進一步包括所述葉頂 擋板(42)中的兩個,所述葉頂擋板在前后緣(24, 26)之間軸向相間隔從 而把所述葉頂OO)隔成前部、中間和后部頂室(44),兩擋板(42) 互相平行地橫向橋接所述第一和第二凸緣(36， 38)以便以連續(xù)級聯(lián)流 動方式在下游相繼在其上橫向輪流分布流線(18)。
8、 按權(quán)利要求7所述的葉片，其特征在于，所述兩葉頂擋板(42) 位于所述葉頂(30)的包括所述隆起(48)的前部中，其中 一個擋板(42 ) 位于所述隆起(48)前方，另一個擋板(42)位于所述隆起(48)后方。
9、 按權(quán)利要求4所迷的葉片，其特征在于，進一步包括三個所述 擋板(42),這三個擋板橋接所述第一和第二凸緣(36, 38)，把所述葉頂(30)隔成四個頂室(44),所述擋板(42)互相平行地橫向橋接所述 第一和第二凸緣(36， 38)從而以連續(xù)級聯(lián)流動方式在下游在其上橫向 分布流線(18)。
10、 按權(quán)利要求9所述的葉片，其特征在于，所述葉頂擋板(42) 中的2個位于所述隆起(48)前方，其余葉頂擋板(42)位于所述隆起(48)后方。
全文摘要
一蝸輪葉片(10)包括一翼型葉頂(30)，該葉頂有沿受壓側(cè)和吸入側(cè)(20，22)伸展的第一和第二凸緣(36，38)。兩凸緣(36，38)從一頂板(40)向外伸出、在前后緣處(24，26)連接在一起。一級聯(lián)葉頂擋板(42)在頂板(40)上方、在葉頂(30)的最大寬度前方橫向橋接兩凸緣(36，38)而把葉頂(30)在弦的方向上隔成該擋板兩邊上的對應(yīng)頂室(44)。
文檔編號F01D5/14GK101131097SQ20071014173
公開日2008年2月27日 申請日期2007年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月21日
發(fā)明者B·D·凱思, K·S·克拉辛, P·H·維特, 李經(jīng)邦 申請人:通用電氣公司