專利名稱：渦輪機葉片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種渦輪機葉片，特別^^及處于熱燃氣流中的葉片，這種葉片要求 采用特別錢以使其能在苛刻的離斜特啦往是惡劣的壓力斜牛下工作。該渦輪 機可以是地面用，或者也可以是航空用渦輪機，例如，渦輪噴氣發(fā)動機或渦輪螺旋 槳發(fā)動機。
背景技術：
在這種渦輪機中，葉片處于燃氣流中，這種燃氣流的^I有時很高，例如，以
超魏的^il流動。葉片所承受的驗變化很大，而朋于航空渦輪機來講，典型 情況下，鵬范圍在-50。C到1000。C以上。因此，葉片承受相當大的壓力和纟鵬梯 度。
因為高溫和相應的，梯度，葉片內會出現(xiàn)相當大的應力。這些應力會導, 縫的出現(xiàn)，特別是在葉片的后緣部位。很顯然，葉片一旦出現(xiàn)這種裂縫，就需要進 行更換。
為了能夠使葉片具有可承受這些應力的強度，已知的方法是在其后緣附近使用 加強筋。這些加強筋用來加強后緣，但又不會弓f起葉片厚度的增加，因為厚度的增 加會降低葉片的氣動力性能。 一般來講，所有加強筋都是設置在與后緣大致相同的 距離上。
參看圖2，示出了葉片在其后緣附近使用了加強筋，其按如下所述的已知形式設 置。圖2是葉片110的葉型(airfoil) 140的示意圖。該葉片所^[頓的加強筋150是沿其 后緣142設置的。這些加強筋150所處的位置是從平臺130—直延伸到葉型140的另一 端i31。它們基本上平行于平臺的上表面132，艮口，平臺的表面是朝向葉型。位于后 緣附近的加強筋150的端部153都與后緣具有相同的距離A。此外，距離后緣較遠的加 強筋的另一端155，與在壓力面的主表面156和后緣的表節(jié)54之間形成的梯階158— 起都與后緣142相隔恒定的或基本恒定的距離B。
盡管如此，人們發(fā)現(xiàn)這種加強筋不能有效地穩(wěn)定葉片后緣的位置，在工作時， 發(fā)！L對葉片^t成有害變形，特別是在后緣附近和葉片與平臺之間的彎曲連接帶。存在于葉片壓力面和吸力面的壁之間的鵬梯度會沿基本上垂直于后緣的方向弓胞 非線性移動。
此外，盡管使用了加強筋，但葉片后緣依然是其強度較弱區(qū)域，由于工作中此 處會出現(xiàn)非常高的熱機 力，所以會導，縫的產生。這種裂縫自然會造成葉片 不同，地很快失去作用。

發(fā)明內容
由于存在出現(xiàn)潛在故障的可能性，為此，后緣就成了限制葉片平均使用壽命的 一個因素。本發(fā)明的第一目的就是提出了一種渦輪機葉片，其具有形成于其后緣附 近的加強筋，該葉片從工業(yè)角度講更容易帝隨，而且，不會出現(xiàn)上述缺陷。
該目的可以通過如下方式實現(xiàn)，艮口 tongg在后緣的主要部分上，即工作，非 常高的區(qū)域內，將加強筋的端部更靠近后緣和/或i妙卩強筋的截面更大。
相魁也，當加強筋伸向后緣的距離較大鄉(xiāng)小時，或當加強筋的截面不同時， 加強筋就會隨葉片工作時局部，的變化而程度不同地起到加強作用。
人們發(fā)現(xiàn)，由于熱膨脹和材料內所產生的應力，溫度是決定后緣是否變形的主 要參數(shù)。加強筋的主要作用就是對后緣進行加強，以使其位置穩(wěn)定。為此，加強筋 有助于降低材料中應力大小。艦改變鵬參數(shù)而改變加強筋的S驢，就可以優(yōu)化 葉片的設計，從而使其穩(wěn)定，且又不^1份降低其氣動力性能。
葉片工作時的局部皿是設計后緣附近加強筋尺寸時需要考慮的第一個參數(shù)。 盡管如此，也應考慮其它參數(shù)，有時，除了以上戶腐，有時會采用一些用于加強筋 的尺寸定型規(guī)則。
在一個實施例中，在后緣的主要部分，在工作時葉片驗特另犒的區(qū)域內，在 后緣附近的加強筋的強度增加。于是，在較熱區(qū)域的后緣得到加強，而在，較低
的區(qū)域，后緣就不用加強，從而^jra強筋的數(shù)量和纟艘降到最小，同時仍會樹后緣
進4亍足夠的加強，以防止其變形。
在一個實施例中，在后緣的主要部分，在工作時、皿特別高的區(qū)域，加強筋的 端部更靠近后緣。
后鉢身是最關鍵的區(qū)敏即葉型的壁的最薄他就是 風險最大之處。將力口 強筋延伸到后緣附近，較佳地是在較熱區(qū)域，后緣就得到加強，同時又不必損壞葉 片的氣動力性能。在一個實施例中，在后緣的主要部分，在工作Bt鵬特別高的區(qū)域，加^M彼
此相對靠近。該實施例可以增加加強筋的加強效果，同時又不必為了^(ra強筋端部 更誕后緣而加大加強筋的截面或增加其長度。這樣，既可以獲得加強效果，又不 必影響葉片的氣動力性能。
在一個實施例中，在后緣的主要部分，在工作時、，特別高的區(qū)域，加強筋的 截面較大。截面大的加強筋可使后緣的彎曲強度大大高于截面較小的加強筋所能提 供的彎曲強度。
另外，還應注意的是，在上述實施例中，提出了如何提高葉片后緣較熱區(qū)域的 強度。很顯然，可以采用相反設置方式，以避免對葉片后緣皿較低區(qū) 行毫無 意義的加強。
在本發(fā)明的一個實施例中，葉片還包括平臺，葉片在平臺附近具有一組較短的 加強筋。人們發(fā)現(xiàn)，應力往往集中在葉片后緣平臺附近。為了限制這些應力，在平 臺附近設置一些較短的加強筋是非常有用的，例如，第一個加強筋是個短加強筋， 或者甚至前兩個或前三個加強筋的長度都要短于其它加強筋。
本發(fā)明的第二個目的是，fflii^渦輪機的高壓渦輪來解決戰(zhàn)缺陷，所述渦 輪包括了根據(jù)任何一個實施例中的至少一個葉片。


下面結合示例，通過閱讀實施例的詳細說明，可以更好地 本發(fā)明，本發(fā)明 的優(yōu)點也會清MM現(xiàn)出來，但本發(fā)明并不僅限于所示示例。說明書所參照的附圖如 下
圖1為根據(jù)本發(fā)明的渦輪機葉片的透視 圖2和圖3分別為根據(jù)己有技斜n根據(jù)本發(fā)明的渦輪機葉片的局部正面圖，所
示葉片上的加強筋設置在葉片后緣；
圖4為圖3所示的渦輪機的葉片后緣的，變化曲線 圖5為根據(jù)本發(fā)明的渦輪機葉片加強筋的各種可能采用的截面。
具體實施例方式
下面結合圖l，介紹根據(jù)本發(fā)明的渦輪機葉片。
葉片10包括葉根20、平臺30和葉型40。葉型40在壓力面46和吸力面48之間延伸。壓力面和吸力面之間經(jīng)由前緣44和后緣42相互連接。葉型還具有噴射空 氣的內部魏，這些1;^1 31孔52向夕卜打開。這些mt用來向葉片輸送冷空氣， 以防止m度升高，并進行冷卻，這樣，使其能在，甚至非常高的燃氣流中使用。
在后緣處，壓力面和吸力面的表面相遇，形成厚度較薄的壁54。該壁54艦 加強筋50得以加強。這些加強筋都形成于壓力面上。
位于葉片后緣42 Pf逝的壓力面46的開沐如下。壓力面的主表面56的形狀一般 呈圓形，且很勻稱。壓力面的駐表面從階梯中斷，并自梯階58處經(jīng)由表面57向 下游延伸，此處的表面57就是位于壓力面上的壁54的表面。加強筋50從戶，梯階 58向壁54延伸。槽60形自兩個相鄰的加強筋之間。有利的是，在戶腿槽60內 設有噴氣孔41，用于冷卻后緣42。
參看圖3和圖4，將對圖1所示渦輪機葉片中加強筋的使用和設置做如下詳細 說明。圖3所示渦輪機葉片10的葉型40上魏一會助卩強筋50，這些加強筋與葉片 10平臺30的上表面32基本上平行。這些加強筋50用于加強葉型40后緣的壁54。 從加強筋50的上游端開始，這些加強筋自壓力面主表面56和葉型后,面57之間 的梯階58處開始延伸。
在圖3中，所示梯階58與后緣42之間的距離為基本上恒定的距離C。 講，梯階58和后緣42之間的距離C可以變化，例如，會隨著加強筋和平臺30上 表面32之間距離的變化而變化。
此外，后緣附近加強筋50的端部53與后緣42之間的距離為變化的距離Di (為 了簡單起見，并未示出所有的距離Di)。通過與圖4所示溫度曲線進行比較，可以 對這些距離Di進^i平估。圖4所示曲線g葉片后緣局部溫度卩隨著與葉片平臺 距離X的變化而變化。通過圖3和圖4比較，可以看出在Wifi后緣的區(qū):im度T° 較高，加強筋的端部53則更靠近后緣，這樣可以在其較熱區(qū)鄉(xiāng)后織行有效加強。
例如，如圖4所示，在與平臺32的距離為X0處的葉片部分中，鵬曲線為局 部最高。為了對該高溫區(qū)內的后織行加強，這個區(qū)域內的加強筋tl^寺別長，而且 基本上一魏伸到后緣，艮P，更確切地講，加強筋端部與后欽間的距離縮至撮小， 如圖3所示。
相反，在鵬較低的區(qū)域，加強筋50的端部53與后纟fe間的距離駄例如 在本示例中，可以看到當葉型40的部分與平臺32間的距離為XI時，溫度曲線達 到最低點，相應地，后緣與后緣附近加強筋端部之間的距離也隨著增加，在本示例
6中，繊離達到最大。
盡管如此，應該注意的是，在確定在葉片端部和后緣之間需要保留多力巨離時， 以上所述的加強筋端部與后緣之間的距離，與葉片后緣局§ 度的相關性并不一定 是需要考慮的唯一參數(shù)。
例如，如圖1所示，可以確定在繊多考慮一些其它標準，例如，在平臺附近，
以 >部分加強筋的長度(加強筋501， 502， 503 )，來使其端部與后緣形成一定距離， 以確保平臺附近的靈活性。這種靈活性在沿后緣的該^S處待別有利，因為在這個 位置應力高度集中。
圖5示出了本發(fā)明葉片中可以使用的各種加強筋的輪廓。所示的參考線E對應 所有具相同截面且等距分布的加強筋。^t應于本發(fā)明的一個可能的實施例，其中， 只M過改變加強筋的端部和后緣之間的距離來調整加強筋的加強作用。可以看出， 每個加強筋的截面的角或大或小地呈銳角或圓角。
參考線F對應于隨溫度曲線變化的加強筋截面，這些加強筋的截面在高溫區(qū)較 大(例如，在X0處)，而在低溫區(qū)則較小(例如，在X1處)。
參考線G對應于相鄰的加強筋之間的間距隨著溫度曲線的變化而變化，所示加 強筋在高溫區(qū)彼此靠近(例如，在X0處)，而在低溫區(qū)，彼lltt間距離則進一步拉 大(例如，在X1處)。
顯然，上面所述各種不同實施方式可以相互結合。
權利要求
1、一種渦輪機葉片(10)，該葉片具有在其后緣(42)附近形成的加強筋(50)，其特征在于，在后緣(42)的主要部分，即在工作時溫度特別高的區(qū)域，加強筋的端部(53)更靠近后緣和/或加強筋的截面(F)更大。
2、 根據(jù)權利要求1戶誠的葉片，其中，在后緣的主要部分，在工作時葉片纟驢特 別高的區(qū)域(X0)內，在后緣附近的加強筋(50)的強度增加。
3、 根據(jù)權利要求1或2戶腿的葉片，^#征在于，其包括平臺，并在平臺附近具 有一組較短的加強筋(501,502,503)。
4、 根據(jù)權利要求1至3中任意一項戶說的葉片，其中，在相鄰加強筋(50)之間 留有槽(60)，在該槽內設有噴氣孔(51)。
5、 渦輪機的高壓渦輪，其包括至少一個根據(jù)權禾腰求1至4中任意一項所述的葉 片(10)。
6、 一種渦輪機，其^^括至少一^h根據(jù)權利要求1至4中任意一項所述的葉片(10)。
全文摘要
一種渦輪機葉片(10)，該葉片具有在其后緣(42)附近形成的加強筋(50)，其特征在于，在后緣(42)的主要部分，即在工作時溫度特別高的區(qū)域，加強筋的端部(53)更靠近后緣和/或加強筋的截面(F)更長。為此，葉片的設計得到優(yōu)化，其使用壽命得以增加。
文檔編號F01D5/14GK101446208SQ20081018042
公開日2009年6月3日 申請日期2008年11月26日 優(yōu)先權日2007年11月26日
發(fā)明者塞巴斯蒂安·蒂伽德·布勞·德魁薩特, 馬修·勒雷 申請人:斯奈克瑪