專利名稱：：用于渦輪機(jī)葉片的柄部形狀及結(jié)合該柄部形狀的渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及渦輪機(jī)葉片級，并且更為具體地，涉及用于第二級渦輪機(jī)葉片的柄部形狀。盡管本發(fā)明尤其用于燃?xì)鉁u輪機(jī)，然而成比例設(shè)計的使用也可應(yīng)用于蒸汽渦輪機(jī)或飛行器發(fā)動機(jī)。10
背景技術(shù)：
：為了滿足包括總體提高的效率和翼型件(airfoil)負(fù)荷在內(nèi)的設(shè)計目標(biāo)，對于燃?xì)鉁u輪^/L的熱氣通道部分的每個級，必須滿足4艮多系統(tǒng)要求。具體地，渦輪機(jī)部分的第二級的葉片必須滿足對于該具體級的運(yùn)行要求，還必須能夠有效地制造。1
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明可以如下制品實(shí)施，該制品包括葉片翼型件、將葉片連接至渦輪機(jī)葉輪的葉片燕尾榫，以及將翼型件連接至葉片燕尾榫的柄部形狀，所述柄部具有無涂層的標(biāo)稱輪廓，大體上根據(jù)表I中20所列的笛卡爾坐標(biāo)值X、Y和Z，的該4侖廓包括凹的壓力側(cè)，其中Z，值為從0至1范圍內(nèi)的無量綱值，可以通過用Z，值乘以以英寸為單位的柄部高度轉(zhuǎn)換為以英寸為單位的Z距離，并且其中X和Y為以英寸為單位的距離，當(dāng)它們以光滑連續(xù)弧線連接時，在各距離Z處限定柄部輪廓部分，該4侖廓部分Z距離^皮光滑地相互連4矣來形成完整的25凹的壓力側(cè)的才丙部形4大。本發(fā)明也可以如下制品實(shí)施，該制品包括葉片翼型件、將葉片連接至渦輪機(jī)葉輪的葉片燕尾榫，以及將翼型件連接至葉片燕尾榫的柄部形狀，所述柄部具有無涂層的標(biāo)稱輪廓，大體上才艮據(jù)表n中所列的笛卡爾坐標(biāo)值X、Y和Z'的該4^廓包括凹的壓力側(cè)，其中4Z'值為從0至1范圍內(nèi)的無量綱值，可以通過用z，值乘以以英寸為單位的柄部高度轉(zhuǎn)換為以英寸為單位的Z距離，并且其中X和Y為以英寸為單位的距離，當(dāng)它們以光滑連續(xù)弧線連接時，在各距離Z處限定柄部輪廓部分，該輪廓部分被光滑地相互連接來形成完整的凸5的吸入側(cè)的柄部形狀。本發(fā)明還可以如下制品實(shí)施，該制品包括具有多個葉片的渦輪機(jī)葉輪，各所述葉片包括葉片翼型件、將葉片連接至渦輪機(jī)葉輪的葉片燕尾榫，以及將翼型件連接至葉片燕尾榫的柄部形狀，所述柄部具有無涂層的標(biāo)稱輪廓，大體上根據(jù)表I中所列的笛卡爾坐標(biāo)值10X、Y和Z，的該輪廓包括凹的壓力側(cè)，其中Z，值為從0至1范圍內(nèi)的無量綱值，可以通過用Z，值乘以以英寸為單位的柄部高度轉(zhuǎn)換為以英寸為單位的Z距離，并且其中X和Y為以英寸為單位的距離，當(dāng)它們以光滑連續(xù)弧線連接時，在各距離Z處限定柄部輪廓部分，該^"廓部分被光滑地相互連接來形成完整的凹的壓力側(cè)的柄部形狀，并15且大體上根據(jù)表II中所列的笛卡爾坐標(biāo)值X、Y和Z，的所述柄部標(biāo)稱輪廓還包括凹的壓力側(cè)，其中Z，值為從0至1范圍內(nèi)的無量綱值，可以通過用Z，值乘以以英寸為單位的柄部高度轉(zhuǎn)換為以英寸為單位的Z距離，并且其中X和Y為以英寸為單位的距離，當(dāng)它們以光滑連續(xù)弧線連接時，在各距離Z處限定柄部輪廓部分，該輪廓部分凈皮光20滑地相互連接來形成完整的凸的吸入側(cè)的柄部形狀。通過仔細(xì)研究結(jié)合附圖的本發(fā)明當(dāng)前優(yōu)選示范性實(shí)施例的下列更詳細(xì)描述，將更完全地理解并領(lǐng)會本發(fā)明的這些和其它目25的和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實(shí)施例，穿過燃?xì)鉁u輪機(jī)多個級的熱氣通道的示意圖并示出了第二級葉片翼型件；以及圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實(shí)施例，具有柄部的葉5片的立體圖；以及圖3和4為才艮據(jù)本發(fā)明的一個示范性實(shí)施例，分別顯示了坐標(biāo)原點(diǎn)和柄部點(diǎn)的定向的立體圖和正視圖。5部件清單10熱氣通道12渦輪機(jī)14第一級噴嘴18第二級噴嘴22第三級噴嘴16第一級葉片20第二級葉片24第三級葉片17渦輪轉(zhuǎn)子26術(shù)30平臺32葉片根部34翼型件36柄部38燕尾榫40軸向保持槽具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖，尤其參照圖1,示出了包括多個渦輪4幾10級的燃?xì)鉁u輪機(jī)12的熱氣通道，其一般地標(biāo)為10。示出了三個級。例如，笫一級包括多個周向地隔開的噴嘴14和葉片16。噴嘴周向地相互隔開并關(guān)于轉(zhuǎn)子的軸線固定。當(dāng)然，第一級葉片16安裝在渦輪轉(zhuǎn)子17上。還示出了渦輪機(jī)12的第二級，其包括安裝在轉(zhuǎn)子上的多個周向地隔開的噴嘴18和多個周向地隔開的葉片20。也示出了第三級，其包括安裝在轉(zhuǎn)子17上的多個周向地隔開的噴嘴22和葉片24。將會理解噴嘴和葉片位于渦輪機(jī)的熱氣通道10中，穿過熱氣通道105的熱氣的流動方向由箭頭26指示。參照圖2,會理解的是葉片，例如第二級的葉片20具有安裝在轉(zhuǎn)子葉輪上的葉片根部32(未詳細(xì)示出)，形成轉(zhuǎn)子17的一部分且包括平臺30。還會理解的是各葉片20具有葉片翼型件34，如圖2中所示，并且葉片根部包括葉片柄部36和葉片燕尾榫38。10燃?xì)鉁u輪機(jī)熱氣通道(例如7FA+e燃?xì)鉁u輪機(jī))要求第二級翼型件滿足效率和負(fù)荷的系統(tǒng)要求。設(shè)計具有附隨末梢護(hù)罩的翼型件來滿足這些要求，不過還需要有柄部將翼型件連接至葉片燕尾榫，其如上面所述，該葉片燕尾榫將葉片連接至渦輪機(jī)葉輪，該柄部是本乂>開的主題。15為了限定各第二級葉片柄部的柄部形狀，在空間中具有滿足級要求且可以制造的唯一的組或軌跡的點(diǎn)。此唯一的軌跡的點(diǎn)滿足級效率要求，并通過空氣動力學(xué)和機(jī)械負(fù)荷之間的迭代得到，而使渦輪機(jī)能夠以有效、安全且流暢的方式運(yùn)4亍。這些點(diǎn)對系統(tǒng)是唯一且特定的，且對于那些本領(lǐng)域技術(shù)人員并不是顯而易見的。20限定本發(fā)明的葉片柄部輪廓的軌跡包括一組450個點(diǎn)，且X、Y和Z，尺寸相對于如圖3和4中所示確定的參考原始坐標(biāo)系統(tǒng)。更為具體地，這些點(diǎn)在柄部的壓力和吸入側(cè)表面上并相對于如圖3和4中所示坐標(biāo)原點(diǎn)。坐標(biāo)系統(tǒng)由3個點(diǎn)限定在完成的翼型件形狀上。X軸線由2個點(diǎn)限定在如圖3中以點(diǎn)A和B所示的葉片凹側(cè)上，25剛好在頂部燕尾榫負(fù)荷支撐表面下的燕尾榫最小頸部上。Z軸線上的點(diǎn)C限定為中弧線表面和距離平臺表面最遠(yuǎn)端1.485英寸處的前緣(在徑向方向上)的交叉點(diǎn)。Y軸線/人X和Z軸線通過右手法則建立。Z軸線坐標(biāo)由柄部高度規(guī)格化(圖3)，該柄部高度在所示的示例實(shí)施例中7限定為沿平行于Z軸線的線測量的/人X軸線和軸向保持槽40的最前交叉點(diǎn)到內(nèi)流動通道表面的距離。在此示例中，柄部高度測量值為3.445英寸。如上所述，下面的表I和II中給出的X、Y和Z，值的5笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)限定了葉片柄部在沿其長度的各個位置處的壓力和吸入側(cè)表面4侖廓。X和Y坐標(biāo)的坐標(biāo)值在表I和II中以英寸為單位示出，但當(dāng)將值適當(dāng)轉(zhuǎn)換時可使用其它尺寸單位。表I和II中所列的Z值為從0至1范圍內(nèi)的無量綱形式(Z，)。更為具體地，由于限定柄部高度的方式，無量綱的Z，坐標(biāo)值范圍從0.209到0.940。為了將Z，值10轉(zhuǎn)換為例如以英寸為單位的Z坐標(biāo)值，表I和II中給定的無量綱的Z，值乘以英寸為單位的柄部的Z長度(在此示例實(shí)施例中為3.445英寸)。如前面所描述，笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)具有正交相關(guān)的X、Y和Z軸線。X軸線已經(jīng)限定為平行于葉片燕尾榫，該葉片燕尾榫在本示例實(shí)施例中不平行于渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心線。15通過在正交于X,Y平面的Z方向上在選取位置處限定X和Y坐標(biāo)值，在沿柄部的長度上的各個Z距離處可確定葉片柄部的輪廓部分。通過將X和Y值以光滑連續(xù)弧線連接，在每個距離Z處的每個輪廓部分被固定。距離Z之間的不同表面位置的柄部輪廓通過將鄰近輪-廓部分光滑地相互連4妄來形成柄部輪^廓而確定。20以三個小數(shù)位生成并顯示表I和表II的值，以確定柄部的輪廓。由于葉片在使用中發(fā)熱，機(jī)械和熱負(fù)荷將引起X、Y和Z，中的改變。因此，表i和n中給定的輪廓的值表示了環(huán)境、非運(yùn)行或非熱條件并用于無涂層柄部。在柄部的實(shí)際輪廓中必須考慮典型的制造公差和涂層。25每個部分^L與其它部分光滑地連4妄以在壓力和吸入側(cè)形成完整的柄部形狀。所以將會理解包括任意涂層厚度的+/-典型的制造公差，即，+/-值，對于下面表I和II中給定的X和Y值是附加的。因此，在正交于沿柄部輪廓的任意表面位置的方向上的+/-0.067英寸的距離限定了用于此特定葉片柄部"&計和渦專侖才幾的柄部包跡，即，在標(biāo)稱冷態(tài)或室溫的實(shí)際柄部表面上的測量的點(diǎn)與在相同溫度下在下列表中纟合定的那些點(diǎn)的理想位置之間的變化范圍。葉片柄部設(shè)計對此變化范圍是強(qiáng)健的且沒有損害機(jī)械功能。應(yīng)當(dāng)注意到的是柄部表面的延伸不包括為對本質(zhì)上相同的柄部形狀存在的多種延伸方法。而且，柄部表面和任意附件(例如整體蓋板)之間的內(nèi)圓角不包括在柄部形狀的定義中。1015209表IX<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表U續(xù))<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表II(續(xù))XYZ,XYZ,2.2360.7820.6270.5951.0630.8362.3520.7160.6270.7261.1120.8362.4700.6540.6270.8611.1470.8362.5920.5990.6270.9991.1680.8362.7170.5510.6271.1381.1750.8362.8430.5080.6271.2771.1680.8362.9710.4670.6271.4151.1480.8363.0980.4260.6271.5501.1140.8363.2250.3830.6271.6831.0690.836-0.2720.3680.7311.8111.0160.836-0.1710.4590.7311.9370.9560.836-0.0750.5550.7312.0600.8900.8360.0200.6510.7312.1810.8200.8360.1200.7440.7312.2990.7470.8360.2260.8290.7312.4160.6700.8360.3380.9040.7312.5300.5900.8360.4570.9690.7312.6430.5080.8360.5821.0230.7312.7550.4240.8360.7111.0660.7312.8660.3400.8360.8421.0990.7312.9770.2560.8360.9761.1210.7313.0890.1730.8361.1111.1330.7313.2030.D920.8361.2471.1330.7311.3821.1200.7311.5161.0950.7311.6鄰1.0590.7311.7741駕0.7311.8980.9580.7312.0200.8980.7312.1390.8330.7312.2570.7660.7312.3750.6980.7312.4930.6320.7312.6120.5670.73127320.5030.7312.8520.4390.7312.9720.3760.7313.0910.3120.7313.2110.2480.731-0.2240.3240.836-0.1300.4270.836-0.0410.5350.8360.0480.6420.8360.1420.7450.8360.2430.8410.8360.3520.9280.8360.4701.0020.836XYZ'13還將理解，在上面表I和II中公開的柄部的壓力和吸入側(cè)表面可呈幾何級數(shù)地成比例放大或縮小來在其它類似的渦輪機(jī)設(shè)計中使用。因此，表i和n中所示的坐標(biāo)值可成比例放大或縮小以使得柄部輪廓形狀保持不變。表i和n中坐標(biāo)的成比例形式將由表i和5II中的X、Y和Z，坐標(biāo)值代表，其中無量綱的Z，坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為英寸，并乘以或除以一個常數(shù)。本公開中一個重要用語是輪廓。輪廓是在柄部表面上測量的點(diǎn)和表I和II中列出的理想點(diǎn)之間的變化范圍。如上面所提到的，在制造的葉片上的實(shí)際輪廓將不同于表I和II中的輪廓，且設(shè)計對于10此變化是強(qiáng)健的，意味著機(jī)械功能沒有損害。還如上所述，在本文中使用±0.067英寸的輪廓公差。應(yīng)當(dāng)注意的是在柄部上具有需要用來除了從翼型件向燕尾榫傳遞負(fù)荷以外的目的的附件，例如天使翼、密封針槽、密封針配對表面、阻尼器針槽和阻尼器針配對表面。這些附件不包括在上面15表I和II中聲明限定的輪廓中。公開的柄部形狀優(yōu)化了機(jī)器條件和規(guī)格并對與該機(jī)器條件和規(guī)格特定。提供了獨(dú)特的輪廓，該輪廓優(yōu)化了(l)從翼型件向葉片燕尾榫的機(jī)械負(fù)荷傳送；(2)部件的重量；(3)部件的空氣動力學(xué)響應(yīng)。盡管已結(jié)合當(dāng)前被認(rèn)為是最實(shí)用且優(yōu)選的實(shí)施例對本20發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明不限于7>開的實(shí)施例，而正相反，本發(fā)明意圖覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種變體和等價裝置。權(quán)利要求1.一種制品，包括葉片翼型件(34)，將葉片(20)連接至渦輪機(jī)葉輪(17)的葉片燕尾榫(38)，以及將該翼型件(34)連接至該葉片燕尾榫(38)的柄部形狀，所述柄部具有無涂層的標(biāo)稱輪廓，該輪廓包括大體上根據(jù)表I中所列的笛卡爾坐標(biāo)值X、Y和Z’的凹的壓力側(cè)，其中，Z’值為從0至1范圍內(nèi)的無量綱值，該無量綱值可以通過用Z’值乘以以英寸為單位的柄部高度轉(zhuǎn)換為以英寸為單位的Z距離，并且其中，X和Y為以英寸為單位的距離，當(dāng)它們被光滑的連續(xù)弧線連接時，在各距離Z處限定柄部輪廓部分，該輪廓部分被光滑地相互連接來形成完整的凹的壓力側(cè)的柄部形狀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，限定了形成部分渦專侖機(jī)的第二級的渦輪才幾葉片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，所述柄部形狀位15于在正交于任意柄部表面位置的方向上十/-0.067英寸內(nèi)的包跡內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，從燕尾榫到平臺的該柄部的高度為3.445英寸。5.—種制品，包括葉片翼型件(34)，將葉片(20)連接至渦輪機(jī)葉輪(17)的葉片燕尾榫(38)，以及將該翼型件(34)連接至該葉片燕尾榫(38)的柄部形狀，所述柄部具有無涂層的標(biāo)稱輪廓，該輪廓包括大體上根據(jù)表II中所列的笛卡爾坐標(biāo)值X、Y和Z，的凸的吸入側(cè)，其中，Z，值為從O至1范圍內(nèi)的無量綱值，該無量綱值可以通過用Z，值乘以以英寸為單位的柄部高度轉(zhuǎn)換為以英寸為單位的Z距離，并且其中，X和Y為以英寸為單位的距離，當(dāng)它們被光滑的連續(xù)弧線連接時，在各距離Z處限定柄部4侖廓部分，該輪廓部分凈皮光滑地相互連接來形成完整的凸的吸入側(cè)的柄部形狀。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制品，其特征在于，限定了形成部分渦輪機(jī)的第二級的渦輪機(jī)葉片。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制品，其特征在于，所述柄部形狀位于在正交于任意柄部表面位置的方向上十/-0.067英寸內(nèi)的包跡內(nèi)。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制品，其特征在于，從燕尾榫到平臺的該柄部的高度為3.445英寸。9.—種制品，包括渦輪機(jī)葉輪，該渦輪機(jī)葉輪具有多個葉片(20)，各所述葉片包括葉片翼型件(34),將該葉片連接至渦輪機(jī)葉輪(17)的葉片燕尾榫(38),以及將該翼型件(34)連接至該葉片燕尾榫(38)的柄部形狀，所述柄部具有無涂層的標(biāo)稱輪廓，該輪廓包括大體上根據(jù)表I中所列的笛卡爾坐標(biāo)值X、Y和Z，的凹的壓力側(cè)，其中，Z，值為從O10至l范圍內(nèi)的無量綱值，該無量綱值可以通過用Z，值乘以以英寸為單位的柄部高度轉(zhuǎn)換為以英寸為單位的Z距離，并且其中，X和Y為以英寸為單位的距離，當(dāng)它們被光滑的連續(xù)弧線連接時，在各距離Z處限定柄部輪廓部分，給輪廓部分#:光滑地相互連接來形成完整的凹的壓力側(cè)的柄部形狀，并且所述柄部標(biāo)稱輪廓還包括大體上根據(jù)表II15中所列的笛卡爾坐標(biāo)值X、Y和Z，的凸的吸入側(cè)，其中Z，值為從O至l范圍內(nèi)的無量綱值，該無量綱值可以通過用Z，值乘以以英寸為單位的柄部高度轉(zhuǎn)換為以英寸為單位的Z距離，并且其中，X和Y為以英寸為單位的距離，當(dāng)它們被光滑的連續(xù)弧線連接時，在各距離Z處限定柄部輪廓部分，該輪廓部分被光滑地相互連接來形成完整的凸20的吸入側(cè)的柄部形狀。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制品，其特征在于，限定了燃?xì)鉁u輪機(jī)，并且其中，該渦輪機(jī)葉輪包括渦輪機(jī)的第二級。全文摘要本發(fā)明涉及用于渦輪機(jī)葉片的柄部形狀及結(jié)合該柄部形狀的渦輪機(jī)，具體而言，渦輪機(jī)包括渦輪機(jī)葉輪(17)，其具有多個葉片(20)，各葉片包括葉片翼型件(34)，將葉片(20)連接至渦輪機(jī)葉輪(17)的葉片燕尾榫(38)，以及將翼型件連接至葉片燕尾榫的柄部形狀，柄部具有無涂層的標(biāo)稱輪廓，該輪廓包括大體上根據(jù)表I中所列的笛卡爾坐標(biāo)值X、Y和Z’的凹的壓力側(cè)，以及大體上根據(jù)表II中所示的笛卡爾坐標(biāo)值X、Y和Z’的凸的吸入側(cè)。X和Y為以英寸為單位的距離，當(dāng)它們以光滑的連續(xù)弧線連接時，在各距離Z處限定柄部輪廓部分，輪廓部分被光滑地相互連接來形成完整的柄部形狀。文檔編號F01D5/14GK101446210SQ20081018482公開日2009年6月3日申請日期2008年11月27日優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日發(fā)明者C·P·基納,H·R·達(dá)維斯,L·J·法拉爾,R·A·布里廷厄姆申請人:通用電氣公司