專(zhuān)利名稱：航空力學(xué)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的披露內(nèi)容主要涉及渦輪機(jī)，特別是涉及航空力學(xué)葉片構(gòu)型。
背景技術(shù)：
目前的航空力學(xué)葉片例如壓縮機(jī)葉片和渦輪機(jī)葉片可能在前緣處 會(huì)經(jīng)受峰值應(yīng)力，這會(huì)導(dǎo)致前緣以及使葉片被附接到轉(zhuǎn)子盤(pán)上的根部附 接部產(chǎn)生裂紋。通過(guò)一些設(shè)計(jì)特征例如底切特征而降低現(xiàn)有應(yīng)用中的前 緣應(yīng)力的嘗試已經(jīng)提供了一些令人滿意的結(jié)果，但仍留出了用于進(jìn)行改 進(jìn)的空間。葉片或根部附接部的設(shè)計(jì)方面的變化可使載荷路徑向后部移 置而遠(yuǎn)離前緣從而由此降低前緣處的應(yīng)力水平，但這種設(shè)計(jì)的變化對(duì)于 現(xiàn)有應(yīng)用中的使用而言可能是不可行的。因此，本領(lǐng)域需要一種克服了 這些缺點(diǎn)的航空力學(xué)葉片布置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括葉片。所述葉片包括金屬基底，所述金屬 基底包括翼面，所述翼面的一部分包括位于所述翼面的表面內(nèi)的凹部， 和被設(shè)置在所述凹部?jī)?nèi)且被連結(jié)到所述凹部上的復(fù)合物嵌入件。
本發(fā)明的另 一實(shí)施例包括渦輪機(jī)。所述渦輪機(jī)包括用來(lái)引導(dǎo)氣體流 的外部框體、被設(shè)置在所述外部框體內(nèi)的轉(zhuǎn)子和與所述轉(zhuǎn)子可操作地連
通的多個(gè)葉片.所述多個(gè)葉片中的至少一個(gè)葉片包括金屬基底，所述金 屬基底包括翼面，所迷翼面的一部分包括位于所述翼面的表面內(nèi)的凹部 和被設(shè)置在所述凹部?jī)?nèi)且被連結(jié)到所述凹部上的復(fù)合物嵌入件。
通過(guò)下面與附圖相結(jié)合地提供的對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的詳 細(xì)描述將更易于理解這些和其它優(yōu)點(diǎn)和特征。


參見(jiàn)典型附圖，在所述附圖中使用相似的附圖標(biāo)記表示相似的元
件，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的渦輪機(jī)；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的葉片的透視圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的葉片的側(cè)視圖4和圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖3所示葉片的剖視
圖6、圖8和圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的葉片的側(cè)視 圖；和
圖7、圖9和圖11分別示出了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的圖6、圖 8、圖IO所示葉片的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的材料體系的航空力學(xué) 葉片(在本文中也被稱作"葉片")，例如渦輪機(jī)葉片或壓縮機(jī)葉片， 以便通過(guò)策略性地設(shè)置材料而使它們的性質(zhì)提供特定優(yōu)點(diǎn)從而利用不 同材料的性質(zhì)。該經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的材料體系利用了復(fù)合材料的高比強(qiáng)度和比 剛度，所述復(fù)合材料的高比強(qiáng)度和高比剛度與耐磨損性和耐摩擦性、尺 寸控制以及整體式金屬支撐結(jié)構(gòu)和根部附接部的總的堅(jiān)固性相結(jié)合起 來(lái)而使栽荷路徑向后移置而遠(yuǎn)離給定葉片設(shè)計(jì)的前緣。正如本文所使用 地，術(shù)語(yǔ)"比強(qiáng)度"應(yīng)該指的是材料的任何給定強(qiáng)度(例如抗拉強(qiáng)度、 壓縮強(qiáng)度或剪切強(qiáng)度)與材料密度之比。相似地，術(shù)語(yǔ)"比剛度"應(yīng)該 指的是材料的任何給定剛度與材料密度之比.該經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的材料體系還 降低了葉片的平均密度從而使得降低了離心載荷。此外，該經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的 材料體系的參數(shù)使得允許調(diào)節(jié)葉片的固有頻率。
圖l示出了利用了多個(gè)渦輪機(jī)葉片和壓縮機(jī)葉片(圖2示出了所述 多個(gè)渦輪機(jī)葉片和壓縮機(jī)葉片的一個(gè)實(shí)例)的渦輪機(jī)20,所述多個(gè)渦輪 機(jī)葉片和壓縮機(jī)葉片通過(guò)轉(zhuǎn)子24與轉(zhuǎn)子軸22可操作地連通以便通過(guò)轉(zhuǎn) 子24的旋轉(zhuǎn)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。氣體流入外部框體26內(nèi)且被外部框 體26引導(dǎo)從而作用在多個(gè)渦輪機(jī)葉片上。渦輪機(jī)葉片提供了與氣體膨 脹相關(guān)聯(lián)的能量向轉(zhuǎn)子24的旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)子24以本領(lǐng)域技術(shù)人員將 會(huì)意識(shí)到的方式被可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在緊靠渦輪機(jī)20的中心的位置處。渦 輪機(jī)20可以是燃?xì)廨啓C(jī)，所述燃?xì)廨啓C(jī)使由于燃燒氣體的膨脹而產(chǎn)生 的熱能發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而用于提供用來(lái)推進(jìn)交通工具例如飛機(jī)、船舶或火車(chē)的機(jī)械能、用于產(chǎn)生電力或者用于提供用于其它應(yīng)用例如泵送的機(jī)械
能。另一種可選方式是，渦淪機(jī)20可以是蒸汽渦輪機(jī)，所述蒸汽渦輪
機(jī)將由于高溫蒸汽的膨脹而產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為用于任何多種使用場(chǎng)合 例如上面所述的那些使用場(chǎng)合的機(jī)械能。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖2，圖中示出了復(fù)合物嵌入葉片50的一個(gè)實(shí)施例的透視 圖。葉片50包括金屬支撐結(jié)構(gòu)54 (在本文中也被稱作"基底")和一 組復(fù)合物嵌入件58。正如本文所使用地，附圖標(biāo)記58應(yīng)該指的是該成 組的復(fù)合物嵌入件中的一個(gè)或多個(gè)嵌入件。金屬基底54包括一體的根 部附接部62，例如多齒附接部或"冷杉形附接部(firtree)"(如圖 2所示)和單齒附接部或"燕尾榫"(如圖3和圖5所示)。應(yīng)該意識(shí) 到附接62具有與設(shè)置在轉(zhuǎn)子盤(pán)65內(nèi)的開(kāi)口 63的幾何形狀互補(bǔ)的幾 何形狀，以便通過(guò)轉(zhuǎn)子盤(pán)65將葉片50附接到轉(zhuǎn)子24上。葉片50還包 括具有前緣66和后緣70的翼面64。
壓縮機(jī)葉片50的翼面64響應(yīng)于多個(gè)葉片50的旋轉(zhuǎn)(所述旋轉(zhuǎn)是 沿從前緣66朝向后緣70的方向進(jìn)行的)而進(jìn)行作用以便壓縮氣體流或 蒸汽流并且將能量加入所述氣體流或蒸汽流中。從轉(zhuǎn)子盤(pán)65施加的力 通過(guò)單齒附接部或燕尾榫62被傳遞給壓縮機(jī)葉片。此外，沿如箭頭Z 所示的向外的徑向方向產(chǎn)生了離心力(除了所產(chǎn)生的作為對(duì)于氣體或蒸 汽壓縮的反作用的力以外)，且所迷離心力通過(guò)燕尾榫62(如圖3最佳 示出地)被傳遞通過(guò)壓縮機(jī)葉片50而到達(dá)轉(zhuǎn)子盤(pán)65。壓縮機(jī)葉片通常 由具有等軸晶粒結(jié)構(gòu)的材料制成。
渦輪機(jī)葉片50的翼面64響應(yīng)于在前緣66上的沿由箭頭X所示的 朝向后緣70的方向的膨脹氣體或蒸汽流而沿由箭頭Y所示的方向?qū)⒘?施加在渦輪機(jī)葉片50上。渦輪機(jī)葉片50通過(guò)冷杉形附接部62將所施 加的力傳遞至轉(zhuǎn)子盤(pán)65，由此導(dǎo)致渦輪機(jī)葉片50(以及轉(zhuǎn)子盤(pán)65)圍 繞中心74如轉(zhuǎn)子軸22進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。響應(yīng)于渦輪機(jī)葉片50(和轉(zhuǎn)子盤(pán)65) 的旋轉(zhuǎn)，使得沿向外的徑向方向產(chǎn)生了離心力。離心力(除了由于膨脹 氣體或蒸汽流導(dǎo)致產(chǎn)生的力以外)通過(guò)冷杉形附接部62被傳遞通過(guò)渦 輪機(jī)葉片50而傳遞至轉(zhuǎn)子盤(pán)65。為了承受更高的運(yùn)行溫度(正如下面 將要進(jìn)一步討論地)，渦輪機(jī)葉片通常由單晶材料制成，所述單晶材料 具有比壓縮機(jī)葉片材料更高的密度.此外，典型的渦輪機(jī)葉片大于相應(yīng) 的壓縮機(jī)葉片。應(yīng)該意識(shí)到渦輪機(jī)葉片因此利用多齒冷杉形附接部62從而將由于渦輪機(jī)葉片所具有的更高的密度和尺寸而產(chǎn)生的更高的力
傳送至轉(zhuǎn)子盤(pán)65。
翼面64的前緣66是相對(duì)直且厚的，從而形成了直接通往燕尾榫62 的直接路徑。后緣70比前緣66更薄且可相對(duì)于前緣66呈曲形。本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到前緣66提供了相對(duì)直接的載荷路徑來(lái)將力從 翼面64傳遞至附接部62，這通常會(huì)導(dǎo)致在前緣66處或接近所述前緣的 位置處產(chǎn)生了葉片50的峰值應(yīng)力。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖3、圖4和圖5,圖中示出了葉片50的一個(gè)實(shí)施例的端 視圖和兩個(gè)剖視圖。成組的復(fù)合物嵌入件58被示出設(shè)置在葉片50的兩 側(cè)76、 78上.嵌入件58的復(fù)合材料提供了比制造基底54所利用的金 屬材料更高的比強(qiáng)度(強(qiáng)度與密度之比)和更高的比剛度(剛度與密度 之比)，所述金屬材料例如為用于壓縮機(jī)的鈦、超合金鋼和馬氏體不銹 鋼。
復(fù)合物嵌入件58被設(shè)置在翼面64的表面內(nèi)的凹部82內(nèi)。凹部82 代表了翼面64的總面積的一部分或小于100%的所述總面積。凹部82 是通過(guò)任何適當(dāng)?shù)墓に嚴(yán)鐧C(jī)加工或煅造而被成形在金屬基底54內(nèi)的。 應(yīng)該意識(shí)到凹部82的深度小于翼面64的厚度，從而使得凹部82不 穿透翼面64。在一個(gè)實(shí)施例中，凹部82具有沿徑向方向的取向，如箭 頭Z所示，且復(fù)合材料包括與凹部82對(duì)齊的單向連續(xù)纖維。成組的復(fù) 合物嵌入件58被粘結(jié)地連結(jié)在金屬基底54的凹部82內(nèi)。此外，金屬 基底54在機(jī)械上抑制了復(fù)合物嵌入件58沿向外的徑向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。為了 形成凹部82而從金屬基底54中去除材料的做法使得減輕了金屬基底54 的質(zhì)量。此外，隨后用具有更低密度的復(fù)合物嵌入件58來(lái)代替從基底 54中去除的相比較而言更致密的金屬材料的做法導(dǎo)致葉片50具有更低 的總質(zhì)量和平均密度。該更低的平均密度進(jìn)一步降低了翼面附接部的葉 片栽荷，正如下面將要進(jìn)一步描述地那樣。
在壓縮機(jī)葉片50的多個(gè)實(shí)施例中，所述壓縮機(jī)葉片早期通常在低 于約150攝氏度的溫度下運(yùn)行，嵌入件58由復(fù)合材料例如連續(xù)纖維增 強(qiáng)的碳/環(huán)氧樹(shù)脂制成。應(yīng)該意識(shí)到可采用其它可選的復(fù)合材料，所 述復(fù)合材料包括具有比金屬支撐結(jié)構(gòu)54基底更高的剛度且影響了對(duì)于 載荷、變形和旋轉(zhuǎn)的響應(yīng)的纖維材料，例如碳化硼或碳化硅。基體材料 如酚醛塑料、聚酯和聚氨酯被預(yù)期落入本發(fā)明的實(shí)施例的范圍內(nèi)。在渦輪機(jī)葉片50的多個(gè)實(shí)施例中，所述渦輪機(jī)葉片可達(dá)到超過(guò) 1200攝氏度的運(yùn)行溫度，嵌入件58由高溫復(fù)合物例如陶瓷復(fù)合物制成。 在渦輪機(jī)葉片50的其它可選實(shí)施例中，預(yù)固化的高溫復(fù)合物嵌入件58 如陶瓷嵌入件58通過(guò)陶瓷粘結(jié)劑被連結(jié)在翼面64的凹部82內(nèi)。已公 知的陶瓷粘結(jié)劑例如目前用于將應(yīng)變儀連結(jié)到渦輪機(jī)葉片50上的陶瓷 粘結(jié)劑被預(yù)想適用于連結(jié)這種高溫嵌入件58。
在一個(gè)實(shí)施例中，凹部95的幾何形狀提供了嵌入件96的橫向固持。 凹部95的寬度97隨著與葉片50的表面98的距離的增加而增加，由此 沿由方向線Y所示的橫向方向限制嵌入件96。應(yīng)該意識(shí)到復(fù)合材料例 如碳/環(huán)氧復(fù)合物是具有可鍛性和可成形性的，這允許其被插入凹部95 內(nèi)。在固化之后，復(fù)合材料被硬化，使得限制或防止了嵌入件96從凹 部95中被釋放出來(lái)。
金屬基底54包括與翼面64成一體的附接部62以便將力從翼面64 直接傳遞至附接部62。選擇適當(dāng)?shù)慕饘俨牧鲜沟迷鰪?qiáng)了金屬基底54的 耐摩擦性和耐磨損性。此外，金屬基底54提供了對(duì)于關(guān)鍵的空氣動(dòng)力 學(xué)區(qū)域如前緣66、后緣70、翼面尖端84和附接部62的尺寸控制。由 包括一體附接部62的金屬基底54提供的尺寸控制允許對(duì)葉片50進(jìn)行 改型翻新而適應(yīng)現(xiàn)有應(yīng)用。
由于復(fù)合物嵌入件58相對(duì)于基底54具有更高的剛度，因此伴隨著 將嵌入件58設(shè)置在葉片50內(nèi)產(chǎn)生的是反作用力的局部相對(duì)增加。即， 響應(yīng)于由于渦輪機(jī)20的運(yùn)行而導(dǎo)致在葉片50上施加的力，復(fù)合物嵌入 件58的增加的剛度將提供比金屬支撐結(jié)構(gòu)54更大的反作用力。因此， 渦輪機(jī)葉片50的反作用力(以及伴隨而來(lái)的應(yīng)力)比沒(méi)有設(shè)置復(fù)合物 嵌入件58的相同區(qū)域中的反作用力更大或在其中設(shè)置了復(fù)合嵌入件58 的區(qū)域中被集中。因此，將復(fù)合物嵌入件58設(shè)置在接近葉片50的后緣 70的位置處使得反作用力(以及伴隨而來(lái)的應(yīng)力)的傳送朝向后緣70 向后移置，由此使得相對(duì)減少了葉片50的前緣66的峰值應(yīng)力大小。這 種前緣66峰值應(yīng)力大小的減小使得降低了前緣66和附接部62產(chǎn)生裂 紋的潛在可能性。此外，將復(fù)合物嵌入件58放置在葉片50的橫向外側(cè) 表面處(如圖4和圖5最佳示出地)從而使得葉片50的橫向中心94包 括金屬基底54的做法使得增加了葉片50的用來(lái)耐受氣體壓力載荷且用 來(lái)提高特定共振頻率的抗彎硬度或彎曲強(qiáng)度。渦輪機(jī)葉片50的旋轉(zhuǎn)軸線74限定出例如由方向Z所示的徑向方向。 嵌入件58包括分別位于嵌入件58的徑向外側(cè)端部91和徑向內(nèi)側(cè)端部 92 (在本文中也被稱作第一端和第二端)處的沿徑向方向的漸細(xì)部86、 90，所述漸細(xì)部具有沿由方向線Y所示的橫向方向減少的厚度，因此， 徑向漸細(xì)部86、 90在端部91、 92處限定出嵌入件58的減少的橫向厚 度，以便控制(減少)響應(yīng)于渦輪機(jī)20的運(yùn)行力而由嵌入件58產(chǎn)生且 被傳遞至基底54的反作用力的大小。嵌入件58所產(chǎn)生的力在端部91、 92處的減少由此使得在復(fù)合物嵌入件58與基底54之間提供了力的逐漸 傳遞，從而降低了在端部91、 92處出現(xiàn)連結(jié)失效的可能性。應(yīng)該意識(shí) 到選擇凹部82的幾何形狀(如圖4所示)還可在復(fù)合物嵌入件58與 基底54之間實(shí)現(xiàn)力的傳遞。例如，可通過(guò)選擇包括半圓、半橢圓、拋 物線、矩形和三角形幾何形狀中的任何幾何形狀的剖面來(lái)影響力的傳 遞。
用具有降低的密度的復(fù)合物嵌入件58來(lái)代替基底54的相比較而言 更致密的金屬材料使得降低了具有給定尺寸、強(qiáng)度和剛度的葉片50的 平均密度和總質(zhì)量。葉片50總質(zhì)量的減少使得相應(yīng)地減小了響應(yīng)于葉 片50以給定速度進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力。響應(yīng)于葉片50以給定速 度進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力的這種減小由此使得降低了在介于葉片 50的附接部62與轉(zhuǎn)子盤(pán)65之間的界面中的被稱作盤(pán)緣載荷的載荷。應(yīng) 該意識(shí)到盤(pán)緣載荷的這種降低導(dǎo)致減少了盤(pán)孔的應(yīng)力。這種應(yīng)力的減 小提供了附加的優(yōu)點(diǎn)，例如減少了用于給定應(yīng)用的轉(zhuǎn)子盤(pán)65的尺寸、 質(zhì)量和成本、增加了轉(zhuǎn)子盤(pán)65的破裂容限(burst margin)或限速、 并且增加了總的轉(zhuǎn)子24的壽命。另一種可選方式是，具有降低的平均 密度以及增加的長(zhǎng)度以便改進(jìn)渦輪機(jī)20的性能的葉片50可與轉(zhuǎn)子盤(pán)65 一起使用，而無(wú)需附加地增強(qiáng)轉(zhuǎn)子盤(pán)65，由此使得改進(jìn)了給定轉(zhuǎn)子22 設(shè)計(jì)的性能.
復(fù)合物嵌入件58的參數(shù)，例如嵌入件寬度100、嵌入件長(zhǎng)度104、 嵌入件深度108、漸細(xì)部86、 90的構(gòu)型、復(fù)合物增強(qiáng)材料類(lèi)型和復(fù)合物 基體材料類(lèi)型中的任何參數(shù)將會(huì)影響葉片50的固有頻率。此外，可選 擇嵌入件58相對(duì)于徑向方向Z的取向e以便提高葉片50的扭轉(zhuǎn)頻率或 扭轉(zhuǎn)剪切模量，隨著e從O (即與徑向方向Z對(duì)齊)增加至45度，強(qiáng)度 和頻率的扭轉(zhuǎn)分量也隨之增加，因此，適當(dāng)?shù)剡x擇這些參數(shù)可對(duì)葉片50進(jìn)行調(diào)整從而使得葉片50的固有頻率避免成為葉片20的已公知運(yùn)行頻 率。
利用復(fù)合物嵌入件58使得進(jìn)一步增強(qiáng)了葉片50的損傷容限。例如， 當(dāng)可能在前緣66處發(fā)生的裂紋112到達(dá)嵌入件116時(shí)，裂紋112的擴(kuò) 展(如圖3所示)可被停止。在裂紋出現(xiàn)在金屬基底54或嵌入件58中 的情況下，由介于金屬基底54與復(fù)合物嵌入件58之間的界面限定出的 邊界用作了裂紋限制器。因此使得降低了由于葉片50的釋放而導(dǎo)致產(chǎn) 生葉片20的失效的風(fēng)險(xiǎn)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖6和圖7，圖中示出了具有嵌入件118的葉片50的實(shí)施 例，所述嵌入件具有增加的尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，嵌入件118的尺寸 被增加以便允許利用具有沿一個(gè)以上的方向進(jìn)行取向的纖維的復(fù)合物 增強(qiáng)材料，例如正交增強(qiáng)的復(fù)合材料。利用具有沿一個(gè)以上的方向進(jìn)行 取向的纖維的復(fù)合材料被預(yù)想提高了剪切強(qiáng)度和剛度以及徑向強(qiáng)度和剛度。
圖8和圖9示出了包括保護(hù)性覆蓋件120的葉片50的實(shí)施例。保 護(hù)性覆蓋件120具有比嵌入件58特別是基體的材料例如環(huán)氧的耐磨損 性和耐沖擊性更強(qiáng)的耐磨損性和耐沖擊性。保護(hù)性覆蓋件被設(shè)置在翼面 54上以便例如覆蓋嵌入件58。因此，保護(hù)性覆蓋件120增強(qiáng)了嵌入件 58特別是基體的復(fù)合材料例如環(huán)氧的耐侵蝕性。此外，保護(hù)性覆蓋件 120增強(qiáng)了金屬基底54和復(fù)合物嵌入件58中至少之一的耐腐蝕性和耐 受異物損傷的性質(zhì)并且提供了平滑均勻的空氣動(dòng)力學(xué)表面。
在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)性覆蓋件120是金屬覆蓋件，所述金屬覆蓋 件被設(shè)置處于在圍繞凹部82的翼面64的表面內(nèi)被成形或機(jī)加工而成的 凹部124內(nèi)，從而使得將保護(hù)性涂層120設(shè)置在凹部124內(nèi)提供了齊平 的翼面64的表面。在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)性涂層120是通過(guò)例如環(huán)氧 被連結(jié)到葉片50的翼面64和復(fù)合物嵌入件58上的金屬覆蓋件。在另 一實(shí)施例中，保護(hù)性覆蓋件120是被激光焊接到翼面64上的金屬覆蓋 件。金屬覆蓋件120附加地在嵌入件58上提供了沿橫向方向的進(jìn)一步 限制，從而使得嵌入件58將被完全限制在凹部82與金屬覆蓋件120之 間。在又一實(shí)施例中，保護(hù)性覆蓋件120是被冷噴涂沉積到葉片50上 的金屬覆蓋件。應(yīng)該預(yù)想到金屬覆蓋件120將由用于渦輪機(jī)20內(nèi)的 任何適當(dāng)金屬例如鈦合金、超合金鋼和馬氏體不銹鋼制成。在其它可選實(shí)施例中，保護(hù)性覆蓋件120是被施加到葉片50上的鍍層，例如電鍍 鎳和化學(xué)鍍鎳磷鍍層中的至少 一種，
現(xiàn)在參見(jiàn)圖IO以及圖11，圖中示出了葉片50的另一實(shí)施例。凹部 82延伸通過(guò)附接部62,由此限定出通過(guò)附接部62的孔128。嵌入件58 被設(shè)置成使得它們從翼面64延伸進(jìn)入并通過(guò)附接部62,所迷嵌入件被 連結(jié)到限定出孔128的附接部62的表面上。使嵌入件58延伸通過(guò)附接 部62提高了附接部62的強(qiáng)度和剛度中的至少其一，同時(shí)進(jìn)一步減輕了 葉片50的質(zhì)量。
盡管已經(jīng)描述了將嵌入件58設(shè)置在葉片50的兩個(gè)側(cè)部76、 78上 的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，但應(yīng)該意識(shí)到本發(fā)明的范圍不限于此，且本 發(fā)明還應(yīng)用于可具有設(shè)置在僅一側(cè)上例如設(shè)置在側(cè)部76和側(cè)部78中的 一個(gè)側(cè)部上的嵌入件58的葉片。
正如所披露地那樣，本發(fā)明的一些實(shí)施例可包括下面的優(yōu)點(diǎn)中的一 些優(yōu)點(diǎn)減小渦輪機(jī)葉片前緣的峰值應(yīng)力的能力；降低具有給定尺寸和 強(qiáng)度的渦輪機(jī)葉片的平均密度的能力；降低轉(zhuǎn)子離心栽荷的能力；減少 用于給定應(yīng)用的轉(zhuǎn)子盤(pán)的尺寸的能力；調(diào)整具有給定包封尺寸的渦輪機(jī) 葉片的固有頻率的能力；利用具有給定轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)的更大的渦輪機(jī)葉片來(lái) 增強(qiáng)渦輪機(jī)性能的能力；增強(qiáng)渦輪機(jī)葉片的損傷容限的能力；以及用具 有降低的平均密度、增強(qiáng)的損傷容限和減小的前緣峰值應(yīng)力的渦輪機(jī)葉 片代替目前應(yīng)用中的渦輪機(jī)葉片的能力。
盡管已經(jīng)結(jié)合典型實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)該理解可在不偏離本發(fā)明范圍的情況下做出各種變化且可用等效方 式來(lái)替代所述實(shí)施例的元件。此外，可做出多種變型以便在不偏離本發(fā) 明的本質(zhì)范圍的情況下使特定的情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此， 本發(fā)明旨在不限于所披露的作為預(yù)想的用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式或 唯一模式的特定實(shí)施例，而是，本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍 內(nèi)的所有實(shí)施例。此外，在附圖和描述中，已經(jīng)披露了本發(fā)明的典型實(shí) 施例，且盡管已經(jīng)采用了特定的術(shù)語(yǔ)，但除非以其它方式說(shuō)明，否則這 些術(shù)語(yǔ)僅在一般性和說(shuō)明性的意義上使用且不旨在出于限制的目的，本 發(fā)明的范圍因此不限于此。此外，所使用的術(shù)語(yǔ)第一、第二等不代表任 何次序或重要性，而是，術(shù)語(yǔ)第一、第二等被用來(lái)使一個(gè)元件與另一元 件區(qū)分開(kāi)來(lái)。此外，術(shù)語(yǔ)a， an等的使用不表示數(shù)量上有所限制，而是表示存在至少一個(gè)所述項(xiàng)目
權(quán)利要求
1、一種葉片(50)，所述葉片包括金屬基底(54)，所述金屬基底包括翼面(64)，所述翼面(64)的一部分包括位于所述翼面(64)的表面內(nèi)的凹部(82)；和被設(shè)置在所述凹部(82)內(nèi)且被連結(jié)到所述凹部上的復(fù)合物嵌入件(58)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的葉片(50)，其中 所迷復(fù)合物嵌入件(58)包括連續(xù)纖維增強(qiáng)的碳/環(huán)氧樹(shù)脂。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的葉片(50)，其中 所述復(fù)合物嵌入件(58 )包括第一端(91)和第二端(92 );并且 所述第一端(91)和所述第二端(92)中的至少一個(gè)端部包括漸細(xì)部(86 ) ( 90 ),所述漸細(xì)部(86 ) ( 90 )具有沿橫向方向減少的厚度， 以便控制在所述金屬基底(54 )與所述復(fù)合物嵌入件(58 )之間傳遞的 力的大小。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的葉片(50)，其中 所述金屬基底(54)進(jìn)一步包括附接部(62)，所述附接部具有與轉(zhuǎn)子盤(pán)(65)內(nèi)的開(kāi)口 (63)互補(bǔ)的幾何形狀以便將所述葉片(50)附 接到所述轉(zhuǎn)子盤(pán)(65)上；所述葉片(50)是渦輪機(jī)葉片(50);并且所述附接部(62 )是多齒附接部(62 )。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的葉片(50)，其中所述金屬基底(54)進(jìn)一步包括附接部(62)，所述附接部具有與 轉(zhuǎn)子盤(pán)(65)內(nèi)的開(kāi)口 (63)互補(bǔ)的幾何形狀以便將所述葉片(50)附 接到所述轉(zhuǎn)子盤(pán)(65)上；所述葉片(50)是壓縮機(jī)葉片(50);并且所述附接部(62)是單齒附接部(62)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的葉片(50)，進(jìn)一步包括覆蓋件(120)，所述覆蓋件具有比所述復(fù)合物嵌入件(58)的材 料的耐磨損性和耐沖擊性更強(qiáng)的耐磨損性和耐沖擊性，所述覆蓋件 (120)被設(shè)置在所述復(fù)合物嵌入件(58)上。
7、 一種渦輪機(jī)(20)，所述渦輪機(jī)包括 用來(lái)引導(dǎo)氣體流的外部框體(26);被設(shè)置在所述外部框體(26)內(nèi)的轉(zhuǎn)子(24);和 與所述轉(zhuǎn)子(24)可操作地連通的多個(gè)葉片(50)，所述多個(gè)葉片 (50)中的至少一個(gè)葉片包括金屬基底(54 )，所述金屬基底包括翼面(64 )，所述翼面(64 ) 的一部分包括位于所述翼面(64)的表面內(nèi)的凹部(82);和被設(shè)置在所述凹部(82)內(nèi)且被連結(jié)到所述凹部上的復(fù)合物嵌入 件(58)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪機(jī)(20)，其中 所述復(fù)合物嵌入件(58)包括連續(xù)纖維增強(qiáng)的碳/環(huán)氧樹(shù)脂。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪機(jī)(20)，其中 所述金屬基底(54)進(jìn)一步包括附接部(62)，所述附接部具有與轉(zhuǎn)子盤(pán)(65)內(nèi)的開(kāi)口 (63)互補(bǔ)的幾何形狀以便將所述多個(gè)葉片(50) 中的至少一個(gè)葉片附接到所述轉(zhuǎn)子盤(pán)(65)上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)(20)，其中所述凹部(82 )延伸通過(guò)所述附接部(62)，由此限定出通過(guò)其中 的孔(128);并且所述復(fù)合物嵌入件(58)被設(shè)置在所述孔(128)內(nèi)且被連結(jié)到限 定出所述孔(128)的所述附接部(62)的表面上。
全文摘要
披露了一種葉片(50)。所述葉片(50)包括金屬基底(54)，所述金屬基底包括翼面(64)，所述翼面(64)的一部分包括位于所述翼面(64)的表面(98)內(nèi)的凹部(82)，和被設(shè)置在所述凹部(82)內(nèi)且被連結(jié)到所述凹部上的復(fù)合物嵌入件(58)。
文檔編號(hào)F01D5/28GK101285402SQ200810087060
公開(kāi)日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月11日
發(fā)明者J·陳, R·R·凱羅 申請(qǐng)人:通用電氣公司