專利名稱：渦輪葉片根部構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請一般地涉及關(guān)于改進的渦輪葉片根部構(gòu)造的設(shè)備、方法和/或系統(tǒng)。本申 請更具體地但并非以限制的方式涉及關(guān)于將軸向入口、線性燕尾部和彎曲平臺結(jié)合的渦輪 葉片的設(shè)備、方法及/或系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
具有大的根部翼弦和彎曲度的渦輪葉片的常規(guī)構(gòu)造和設(shè)計通常會導(dǎo)致葉片的翼
型件變?yōu)?嵌套的"。如普通技術(shù)人員將會認識到的，"嵌套"是常用用語，其是指其中相鄰
翼型件的曲率重疊的狀態(tài)。此重疊通常是指，渦輪葉片如果對齊成當它們安裝在常規(guī)渦輪
發(fā)動機的轉(zhuǎn)子輪中時可能的樣子，由于嵌套的翼型件之間的干涉，則渦輪葉片不可通過其
中一個葉片的軸向或線性運動來分離，即，翼型件會以此方式進行接觸并阻止分離。 為了解決這個問題，常規(guī)渦輪葉片常設(shè)計成具有彎曲的平臺和燕尾部。這容許了
翼型件是嵌套的相鄰渦輪葉片的分離，因為在分離期間，渦輪葉片遵循彎曲的路線，且因此
避開了相鄰的翼型件。然而，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到的，具有彎曲的平臺和燕尾
部的渦輪葉片其自身存在操作性問題，例如包括增大的制造難度和復(fù)雜性。此外，如本領(lǐng)
域的技術(shù)人員將認識到的，對于具有彎曲的平臺和燕尾部的渦輪葉片，很難或不可能從渦
輪葉輪上同時拆下成組的相鄰葉片，因為在彎曲平臺與相鄰葉片的根部之間必然會出現(xiàn)干
涉。結(jié)果，仍然需要改進渦輪的葉片，并且尤其需要渦輪葉片的根部(即，燕尾部、柄部和/
或平臺構(gòu)件)的改進設(shè)計，該設(shè)計容許更為高效的制造、組裝和/或操作。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本申請描述了一種用于渦輪發(fā)動機的轉(zhuǎn)子葉片，該轉(zhuǎn)子葉片包括根部和從
該根部沿徑向方向延伸的翼型件，其中，該根部包括線性的燕尾部和彎曲的平臺。 本申請還描述了一種用于渦輪發(fā)動機的轉(zhuǎn)子葉片，該轉(zhuǎn)子葉片包括根部和從該根
部沿徑向方向延伸的翼型件，其中該根部包括柄部和燕尾部；該柄部從該燕尾部延伸并
包括在徑向外表面處的平臺；該燕尾部包括一個或多個柄腳(tang);該平臺包括軸向且周
向地定向的表面，該表面至少部分地限定通過該渦輪的流徑的最內(nèi)側(cè)徑向邊界；該燕尾部
是線性的；且該平臺是彎曲的。 當結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求書在查看了優(yōu)選實施例的以下具體實施方式
后，本申 請的這些及其它特征將變得明顯。


通過結(jié)合附圖仔細研究本發(fā)明示范性實施例的以下更為詳細的描述，將更完整地 理解和領(lǐng)會本發(fā)明的這些和其它目的及優(yōu)勢，附圖中 圖1為其中可使用本發(fā)明的某些實施例的示例性渦輪發(fā)動機的簡圖；
圖2為圖1的燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機段的截面 圖3為圖1的燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪段的截面圖； 圖4為其中可使用本發(fā)明的某些實施例的燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪組件的透視圖；
圖5為其中可使用本發(fā)明的實施例的包括根據(jù)常規(guī)設(shè)計的燕尾部和平臺結(jié)構(gòu)的 渦輪葉片的視圖； 圖6為包括根據(jù)另一常規(guī)設(shè)計的燕尾部和平臺結(jié)構(gòu)的渦輪葉片的視圖；
圖7為包括根據(jù)本申請的一個示范性實施例的燕尾部和平臺結(jié)構(gòu)的渦輪葉片的 視圖。部件列表100 燃氣渦輪發(fā)動機106 壓縮機IIO 咼輪112 燃燒器118 壓縮機120 壓縮機轉(zhuǎn)子葉片122 壓縮機定子葉片124 咼輪126 渦輪轉(zhuǎn)子葉
片128 渦輪定子葉片130 渦輪組件131 熱燃燒氣體132 138 根部140 平臺141 中心線軸線142 環(huán)形護罩143 入側(cè)146 前緣148 后緣150 葉片末梢152 柄部154 腳158 后面160 前面162 壓力面164 吸入面166 172 前緣174 壓力緣176 吸入緣
盤136 翼型件 壓力側(cè)144 吸 燕尾部156 柄 燕尾槽170 后緣
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖，圖1圖示了燃氣渦輪發(fā)動機100的簡圖。通常，燃氣渦輪發(fā)動機通 過從加壓的熱氣流中提取能量來工作，該熱氣流通過燃料在壓縮空氣流中燃燒而產(chǎn)生。如 圖1中所示，燃氣渦輪發(fā)動機100可構(gòu)造成具有軸流式壓縮機106，該壓縮機通過公共軸機 械地聯(lián)接到下游的渦輪段或渦輪IIO及定位于壓縮機106與渦輪IIO之間的燃燒器112上。 注意，以下發(fā)明可用于所有類型的渦輪發(fā)動機，例如包括燃氣渦輪發(fā)動機、蒸汽渦輪發(fā)動機 和飛行器發(fā)動機。在下文中將關(guān)于燃氣渦輪發(fā)動機來描述本發(fā)明，但此描述僅為示例性的， 而非旨在以任何方式進行限制。 圖2示出了可用于燃氣渦輪發(fā)動機的示例性多級軸流式壓縮機118的視圖。如圖 所示，壓縮機118可包括多個級。各級均可包括壓縮機轉(zhuǎn)子葉片列120，其后跟有壓縮機定 子葉片列122。因此，第一級可包括壓縮機轉(zhuǎn)子葉片列120，該轉(zhuǎn)子葉片列圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)， 其后跟有壓縮機定子葉片列122，該定子葉片列在工作期間保持靜止。壓縮機定子葉片122 通常周向地彼此間隔開，且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線固定。壓縮機轉(zhuǎn)子葉片120周向地間隔開，且附接 到軸上，以便軸在工作期間旋轉(zhuǎn)時，壓縮機轉(zhuǎn)子葉片120圍繞其旋轉(zhuǎn)。如本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員將認識到的，壓縮機轉(zhuǎn)子葉片120構(gòu)造成使得在圍繞軸旋轉(zhuǎn)時，它們將動能給予流過 壓縮機118的空氣或工作流體。壓縮機118可具有除圖2中所示的級之外的許多其它級。 附加級可分別包括多個周向間隔開的壓縮機轉(zhuǎn)子葉片120，其后跟有多個周向間隔開的壓 縮機定子葉片122。 圖3示出了可用于燃氣渦輪發(fā)動機中的示例性渦輪段或渦輪124的局部視圖。渦 輪124也可包括多個級。示出了三個示例性級，但渦輪124中可存在更多或更少的級。各 級均可包括在工作期間圍繞軸旋轉(zhuǎn)的多個渦輪槳葉或渦輪轉(zhuǎn)子葉片126，以及在工作期間 保持靜止的多個噴嘴或渦輪定子葉片128。渦輪定子葉片128通常彼此周向地間隔開，且 圍繞旋轉(zhuǎn)軸線固定。渦輪轉(zhuǎn)子葉片126可安裝在渦輪葉輪(未示出)上，以圍繞軸(未示 出)旋轉(zhuǎn)。熱氣穿過熱氣路徑的流向由箭頭指出。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到的， 渦輪124可具有圖3中所示的級以外的許多其它級。各附加的級均可包括渦輪定子葉片列128，其后跟有渦輪轉(zhuǎn)子葉片列126。 注意，如本文所使用的，在沒有更多特殊性的情況下，稱"轉(zhuǎn)子葉片"是指壓縮機 118或渦輪124的旋轉(zhuǎn)葉片，其包括壓縮機轉(zhuǎn)子葉片120和渦輪轉(zhuǎn)子葉片126。在沒有更多 特殊性的情況下，稱"定子葉片"是指壓縮機118或渦輪124的靜止葉片，其包括壓氣機定 子葉片122和渦輪定子葉片128。用語"葉片"在本文中將用于指任一類型的葉片。因此， 在沒有更多特殊性的情況下，用語"葉片"包括所有類型渦輪發(fā)動機葉片，包括壓縮機轉(zhuǎn)子 葉片120、壓縮機定子葉片122、渦輪轉(zhuǎn)子葉片126以及渦輪定子葉片128。
在使用中，軸流式壓縮機118內(nèi)的壓縮機轉(zhuǎn)子葉片120的旋轉(zhuǎn)可壓縮氣流。在燃 燒器112中，當壓縮空氣與燃料相混合且被點燃時可釋放能量。來自燃燒器112的得到的 熱氣流然后可在渦輪轉(zhuǎn)子葉片126上方引導(dǎo)，這可引起該渦輪轉(zhuǎn)子葉片126圍繞軸旋轉(zhuǎn)，從 而將熱氣流中的能量轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)葉片和旋轉(zhuǎn)軸(因為轉(zhuǎn)子葉片和軸之間的連接)的機械 能。軸的機械能然后可用于驅(qū)動壓縮機轉(zhuǎn)子葉片120的旋轉(zhuǎn)，以便產(chǎn)生所需的壓縮空氣供 給，以及例如還驅(qū)動發(fā)電機來產(chǎn)生電力。 圖4描繪了燃氣渦輪發(fā)動機100的渦輪組件130的一部分。渦輪組件130可安裝 在燃燒器(圖4中未示出)的下游，用于接收來自燃燒器的熱燃燒氣體131。渦輪組件130 通常包括盤132，該盤具有牢固地附接到其上的多個渦輪轉(zhuǎn)子葉片126。典型地，渦輪轉(zhuǎn)子 葉片126包括從根部138徑向延伸的翼型件136，翼型件通常與根部一體結(jié)合。平臺140設(shè) 置在翼型件136的基部處，且通常也與其一體結(jié)合。渦輪組件130關(guān)于軸向中心線軸線141 是軸對稱的。環(huán)形護罩142圍繞葉片126，且合適地連接到靜止的定子殼體(未示出)上。 護罩142在其與轉(zhuǎn)子葉片126之間提供了相對較小的間隙或空隙，這限制了工作期間燃燒 氣體131在葉片126上的泄漏。 翼型件136通常包括凹入的壓力側(cè)壁或壓力側(cè)143，以及周向地或橫向地相對的、 凸起的吸入側(cè)壁或吸入側(cè)144。壓力側(cè)壁143和吸入側(cè)壁144 二者均在前緣146與后緣148 之間軸向地延伸。壓力側(cè)壁143和吸入側(cè)壁144還在平臺140處的徑向內(nèi)部的根部138與 徑向外部的葉片末梢150之間沿徑向方向延伸。 如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到的，根部138通常包括柄部152和燕尾部154， 柄部152的外部徑向表面為平臺140。燕尾部154為根部138的內(nèi)部徑向區(qū)段，而柄部152 為將燕尾部154連接到翼型件136上的區(qū)段。如圖所示，燕尾部154具有側(cè)面進入型構(gòu)造， 其包括通常為根部138提供鋸齒形橫截面的多個柄腳156。柄部152從燕尾部154的外部 徑向部分延伸至柄部152的外部徑向表面，該表面如前文所述為平臺140。與翼型件136相 似，根部138可描述為具有后緣或后面158和前緣或前面160，并且如圖所示，根部138可在 線性方向上從后面158延伸至前面160。此外，根部138可描述為具有壓力面162和吸入面 164，它們分別與翼型件136的壓力側(cè)143和吸入側(cè)144對應(yīng)。 盤132可具有圍繞其圓周形成的多個燕尾槽166。各燕尾槽166均可形成為轉(zhuǎn)子 葉片126的燕尾部154的配合件，使得各燕尾部154均可軸向地插入燕尾槽162中。將會 認識到，燕尾部154/燕尾槽166的構(gòu)造將轉(zhuǎn)子葉片126連接到盤132上，且防止工作期間 轉(zhuǎn)子葉片126的徑向位移。如圖所示，燕尾部154可以是線性的，S卩，具有從后面158至前 面160的線性定向，而燕尾槽162也可以被線性地定向。以此方式形成的轉(zhuǎn)子葉片126可 以以線性方式軸向地插入燕尾槽162中。如下文更為詳細地描述的，對于根部彎曲構(gòu)造也是可能的。 注意，本發(fā)明是結(jié)合其在渦輪轉(zhuǎn)子葉片126中的用途來討論的。如前文所述的渦 輪轉(zhuǎn)子葉片為渦輪發(fā)動機的渦輪段內(nèi)的旋轉(zhuǎn)葉片。此描述僅為示例性的，因為本文所述的 本發(fā)明的實施例不限于僅結(jié)合渦輪轉(zhuǎn)子葉片的用途。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到 的，本發(fā)明還可應(yīng)用于壓縮機轉(zhuǎn)子葉片120，其通常為渦輪發(fā)動機的壓縮機段內(nèi)的旋轉(zhuǎn)葉 片。。因此，在沒有更多特殊性的情況下，本文中稱"轉(zhuǎn)子葉片"意在涵蓋渦輪轉(zhuǎn)子葉片和壓 縮機轉(zhuǎn)子葉片兩者。并且，例如應(yīng)用于渦輪轉(zhuǎn)子葉片的實例并非意在排除本發(fā)明在壓縮機 轉(zhuǎn)子葉片中的用途。 類似于圖4中所示的，圖5描繪了具有常規(guī)線性根部138的轉(zhuǎn)子葉片。線性根部 138包括具有從根部138的后面158至前面160的線性定向的平臺140和燕尾部154。更 具體而言，根部138的壓力面162和吸入面164并不是彎曲的，而是通常以直線方式從后面 158延伸至前面160。將會認識到，線性定向的平臺140形狀上大致是直線的。平臺140的 各邊緣均可通過其與后面158、前面160、壓力面162及吸入面164的關(guān)系來辨認。因此，平 臺140可描述成包括后緣170、前緣172、壓力緣174及吸入緣176。根據(jù)常規(guī)線性設(shè)計，壓 力緣174通常是線性的或直的。同樣，吸入緣176通常是線性的或直的。如上文所述，燕尾 部154也可以以大致線性的方式從后面158延伸至前面160。柄部152的其它部分也可為 線性的。如上文所述，對于翼型件設(shè)計的性能標準會要求翼型件在定位成組裝好的構(gòu)造時 變成"嵌套的"。當情況如此時，線性地拆下葉片(其為類似于圖5的具有線性構(gòu)造的情況) 變得不可能。 圖6描繪了具有常規(guī)彎曲根部138的轉(zhuǎn)子葉片。彎曲根部可包括彎曲平臺140和 彎曲燕尾部154。在這種情況下，根部138的壓力面162和吸入面164是彎曲的。平臺140 的壓力緣174可形成凹曲線。平臺140的吸入緣176可形成類似的曲線，盡管其可為凸曲 線。如前文所述，燕尾部154也可形成類似的曲線。柄部152的其它部分可形成類似的曲 線。所有這些構(gòu)件的曲率可為相似的，并且通常為圓弧。 圖7描繪了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例具有彎曲平臺140和線性燕尾部154的轉(zhuǎn) 子葉片。如圖所示，燕尾部154可大致類似于圖5的燕尾部154。也就是說，燕尾部154可 為大致線性的，且構(gòu)造成與大致線性的燕尾槽166配合。在一些情況下，線性的燕尾部154 和燕尾槽166可對齊成使得在安裝時每一個均與中心線軸線141平行地延伸。在其它實施 例中，線性燕尾部154和燕尾槽166可相對于中心線軸線141的方向歪斜。盡管燕尾部154 是線性的，但根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例，平臺140可為彎曲的，S卩，大致類似于圖6的平臺 140構(gòu)造。具體而言，如圖所示，平臺140的壓力緣174可形成在優(yōu)選實施例中為凹曲線的 曲線。同樣，平臺140的吸入緣176可形成類似的曲線，但吸入緣176可形成凸曲線。在優(yōu) 選實施例中，吸入緣176和壓力緣174的曲率可大致相同，但偏移了平臺140的寬度。 一個 葉片的壓力緣174可以以此方式接合相鄰葉片的吸入緣176，使得相鄰葉片的平臺140形成 光滑的大致連續(xù)的表面。 如圖所示，平臺140的后緣170和前緣172可保持為線性的，盡管這并非是必需 的。平臺下方的柄部152的部分通?？尚纬蓮澢脚_140與線性燕尾部154之間的過渡段。 如前文所述，在一些優(yōu)選實施例中，壓力緣174和吸入緣176的曲率可為大致相同的。此外， 在一些優(yōu)選實施例中，壓力緣174和吸入緣176的曲率可形成近似圓的弧線。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到的，與本發(fā)明相符的根部構(gòu)造可提供與線性根部構(gòu)造(如圖5中所 示的一個)相關(guān)的優(yōu)點，同時還提供與彎曲根部構(gòu)造(如圖6中所示的一個)相關(guān)的優(yōu)點。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的上述說明將構(gòu)思出改進方案、變化 以及修改。本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力內(nèi)的這些改進方案、變化和修改意在由所附權(quán)利要求覆 蓋。此外，顯然上文僅涉及本發(fā)明所描述的實施例，并且在不脫離由所附權(quán)利要求及其等同 物所限定的本申請的精神和范圍的情況下，可做出許多變化和修改。
權(quán)利要求
一種用于渦輪發(fā)動機的轉(zhuǎn)子葉片(120)，(126)，包括根部(138)和從所述根部(138)沿徑向方向延伸的翼型件(136)，其中，所述根部(138)包括線性的燕尾部(154)和彎曲的平臺(140)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126)，其特征在于，所述根部(138)包括柄 部(152)，所述柄部(152)從所述燕尾部(154)延伸，并包括在徑向外表面處的平臺(140);其中所述平臺(140)包括軸向和周向地定向的表面，該表面至少部分地限定通過該渦輪的 流徑的最內(nèi)側(cè)徑向邊界；以及所述翼型件(136)從所述平臺(140)沿徑向向外的方向延伸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126)，其特征在于，所述線性的燕尾部 (154)構(gòu)造成接合線性的燕尾槽(166)，所述燕尾槽(166)是相對于中心線軸線(141)平行 和相對于中心線軸線(141)歪斜的其中一個。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(120) ， (126)，其特征在于:所述平臺(140)包括與所述翼型件(136)的壓力側(cè)(143) —致的壓力緣(174)，以及與 所述翼型件(136)的吸入側(cè)(144) 一致的吸入緣(176);以及 所述壓力緣(174)和所述吸入緣(176)兩者均是彎曲的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126)，其特征在于，所述壓力緣(174)包括 凹入的曲線，而所述吸入側(cè)(176)包括凸起的曲線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126)，其特征在于，所述壓力緣(174)的所 述凹入的曲線的曲率和所述吸入緣(176)的所述凸起的曲線的曲率是大體上相同的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126)，其特征在于，所述壓力緣(174)的 曲率和所述吸入緣(176)的曲率構(gòu)造成使得，在適當?shù)匕惭b所述轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126)以 及安裝在所述轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126)的相鄰位置中的第二相似地形成的轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126)時，所述轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126)的吸入緣(176)接合該第二轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126) 的所述壓力緣(174)，以便相鄰轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126)的所述平臺(140)形成大體上連續(xù) 的表面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126)，其特征在于，所述壓力緣(174)的 曲率和所述吸入緣(176)的曲率構(gòu)造成使得，在適當?shù)匕惭b所述轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126)以 及安裝在所述轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126)的相鄰位置中的第二相似地形成的轉(zhuǎn)子葉片(120)， (l26)時，所述轉(zhuǎn)子葉片(l加)，(l26)的壓力緣(n4)接合該第二轉(zhuǎn)子葉片(l加)，(l26) 的所述吸入緣(176)，以便相鄰轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126)的所述平臺(140)形成大體上連續(xù) 的表面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子葉片(120)， (126)，其特征在于，所述壓力緣(174)的凹 入的曲線的曲率和所述吸入緣(176)的凸起的曲線的曲率包括近似圓形的弧。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(120) ， (126)，其特征在于所述根部(138)包括柄部(152)，所述柄部(152)從所述燕尾部(154)延伸，并包括在 徑向外表面處的平臺(140);以及所述柄部(152)形成所述彎曲的平臺(140)和所述線性的燕尾部(154)之間的過渡區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及渦輪葉片根部構(gòu)造，具體而言，一種用于渦輪發(fā)動機的轉(zhuǎn)子葉片(120)，(126)包括根部(138)和從該根部(138)沿徑向方向延伸的翼型件(136)，其中該根部(138)包括柄部(152)和燕尾部(154)；該柄部(152)從燕尾部(154)延伸，并包括在徑向外表面處的平臺(140)；該燕尾部(154)包括一個或多個柄腳(156)；該平臺(140)包括軸向和周向地定向的表面，該表面至少部分地限定通過該渦輪的流徑的最內(nèi)側(cè)徑向邊界；該燕尾部(154)是線性的；且該平臺(140)是彎曲的。
文檔編號F01D5/14GK101782000SQ20091026673
公開日2010年7月21日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者B·T·博伊爾 申請人:通用電氣公司