專利名稱：具有翼型芯形狀的渦輪機(jī)構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題涉及渦輪機(jī)的領(lǐng)域，并且更特定而言，涉及具有翼型芯形狀(airfoil core shape)的潤(rùn)輪機(jī)構(gòu)件。
背景技術(shù)：
為了達(dá)到包括系統(tǒng)效率的總體提高在內(nèi)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)于渦輪機(jī)的每一級(jí)而言，都必須滿足許多系統(tǒng)要求。特定而言，第三級(jí)噴嘴必須滿足包括翼型負(fù)載和制造能力在內(nèi)的系統(tǒng)要求。這些第三級(jí)噴嘴必須在基于渦輪機(jī)的運(yùn)行條件的特定的一組邊界條件內(nèi)運(yùn)行，同時(shí)維持符合設(shè)計(jì)規(guī)格的形狀
發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)示例性實(shí)施例的一個(gè)方面，渦輪機(jī)構(gòu)件包括具有翼型芯形狀的渦輪定子噴嘴部件。翼型芯形狀包括基本上與表I中列出的X、Y和Z笛卡爾坐標(biāo)值一致的標(biāo)稱輪廓，并且其中，X和Y是當(dāng)由平滑連續(xù)的弧線連接時(shí)在以英寸表示的每個(gè)距離Z處限定翼型輪廓區(qū)段的以英寸表示的距離，Z距離處的輪廓區(qū)段彼此平滑地連結(jié)而形成完整的翼型芯形狀。根據(jù)示例性實(shí)施例的另一方面，渦輪機(jī)包括渦輪部和設(shè)置在渦輪部中的渦輪定子噴嘴部件。渦輪定子噴嘴部件包括翼型芯形狀。翼型芯形狀包括基本上與表I中列出的X、Y和Z笛卡爾坐標(biāo)值一致的標(biāo)稱輪廓，并且其中，X和Y是當(dāng)由平滑連續(xù)的弧線連接時(shí)在以英寸表示的每個(gè)距離Z處限定翼型輪廓區(qū)段的以英寸表示的距離，Z距離處的輪廓區(qū)段彼此平滑地連結(jié)而形成完整的翼型芯形狀。根據(jù)結(jié)合附圖的以下描述，這些和其它的優(yōu)點(diǎn)及特征將變得更加顯而易見。


作為說明書的結(jié)論，在權(quán)利要求書中特別地指明并清楚地主張了被視為本發(fā)明的主題。根據(jù)結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它的特征及優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，在附圖中圖I是根據(jù)示例性實(shí)施例的包括具有翼型芯形狀的噴嘴組件的渦輪機(jī)的局部剖視圖；圖2是圖I的噴嘴組件的透視圖；圖3是圖2的噴嘴組件的噴嘴部件的透視圖，示出了限定在多個(gè)區(qū)段處的翼型芯形狀；圖4是圖3的噴嘴組件的噴嘴部件的另一個(gè)透視圖；圖5是圖3的噴嘴部件在多個(gè)區(qū)段中的一個(gè)處截取的剖視圖；以及圖6是圖4中的多個(gè)區(qū)段中的一個(gè)的局部平面圖，表示根據(jù)示例性實(shí)施例的方面的翼型芯形狀的設(shè)計(jì)包絡(luò)線(envelope)。詳細(xì)的描述參照附圖以示例的方式解釋了本發(fā)明的實(shí)施例，以及優(yōu)點(diǎn)和特征。
附圖標(biāo)記2渦輪機(jī)4渦輪部6渦輪殼體8軸向流動(dòng)路徑16噴嘴組件18噴嘴組件 20噴嘴組件22 轉(zhuǎn)子葉片組件24 轉(zhuǎn)子葉片組件26 轉(zhuǎn)子葉片組件30 第一渦輪級(jí)32 第二渦輪級(jí)34 第三渦輪級(jí)36 基部38 頂端或護(hù)罩部40 第三級(jí)噴嘴部件41 第三級(jí)噴嘴部件42 第三級(jí)噴嘴部件44 翼型芯形狀45 翼型芯形狀46 翼型芯形狀50 第一端52 第二端54 翼型部58 前緣60 后緣62 吸入側(cè)64 壓力側(cè)100 坐標(biāo)系105 X 軸110 Y 軸115 Z 軸150 區(qū)段151 區(qū)段152 區(qū)段153 區(qū)段154 區(qū)段155 區(qū)段
156區(qū)段157區(qū)段158區(qū)段159區(qū)段 160區(qū)段161區(qū)段162區(qū)段163區(qū)段164區(qū)段250標(biāo)稱輪廓260公差270上限280下限
具體實(shí)施例方式如圖I所示，根據(jù)示例性實(shí)施例構(gòu)造的渦輪機(jī)2包括壓縮機(jī)部(未顯示)和渦輪部4。渦輪部4由渦輪殼體6包封且具有軸向流動(dòng)路徑8。渦輪部4包括多個(gè)噴嘴組件16、18和20。每個(gè)噴嘴組件16、18和20定位在對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片組件22、24和26的上游。噴嘴組件16和轉(zhuǎn)子組件22結(jié)合而建立第一渦輪級(jí)30 ;噴嘴組件18和轉(zhuǎn)子組件24結(jié)合而形成第二渦輪級(jí)32 ;并且噴嘴組件20和轉(zhuǎn)子組件26結(jié)合而形成第三渦輪級(jí)34。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，第一渦輪級(jí)30、第二渦輪級(jí)32和第三渦輪級(jí)34中的每一個(gè)包括附加的噴嘴和轉(zhuǎn)子組件。還應(yīng)當(dāng)理解，渦輪部4包括共同構(gòu)成例如9FB PP2燃?xì)鉁u輪框架的附加的渦輪級(jí)。如在圖2中最佳顯示的，第三渦輪級(jí)噴嘴組件20包括基部36和頂端或護(hù)罩部38，在它們之間延伸著多個(gè)第三級(jí)噴嘴部件40-42，每個(gè)噴嘴部件具有相關(guān)聯(lián)的翼型芯形狀44-46。由于每個(gè)噴嘴部件40-42類似地形成且包括基本上類似的翼型芯形狀44-46，因而隨后將在描述第三級(jí)噴嘴部件40和翼型芯形狀44中參照?qǐng)D3和圖4進(jìn)行詳細(xì)描述，并了解到噴嘴部件41-42和相關(guān)聯(lián)的翼型芯形狀45-46包括對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)/設(shè)計(jì)。第三級(jí)噴嘴部件40包括第一端50，其通過由翼型芯形狀44限定的翼型部54延伸至第二端52。第三級(jí)噴嘴部件40還包括前緣58和后緣60，在它們之間延伸著吸入側(cè)62和壓力側(cè)64。根據(jù)示例性實(shí)施例的翼型芯形狀44被構(gòu)造成用于改善的渦輪性能。翼型芯形狀44的X、Y和Z坐標(biāo)或點(diǎn)的列表呈現(xiàn)在表I中，并且滿足相鄰級(jí)之間的相互作用、空氣動(dòng)力學(xué)效率的要求并提供了優(yōu)于現(xiàn)有形狀的改善的航空力學(xué)容限(margin)。此外，根據(jù)示例性實(shí)施例的特定翼型芯形狀44滿足對(duì)于流體動(dòng)力學(xué)、負(fù)載和頻率響應(yīng)的系統(tǒng)要求。這些點(diǎn)通過在空氣動(dòng)力學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)改進(jìn)之間的迭代而達(dá)到，并且是允許渦輪機(jī)2以高效且平穩(wěn)的方式運(yùn)行的點(diǎn)的唯一軌跡。如在下文中將變得更充分明顯的，翼型芯形狀44表示為表I中所列的1920個(gè)點(diǎn)的集合。這1920個(gè)點(diǎn)表示15個(gè)翼型區(qū)段。表示翼型芯形狀44的輪廓的X、Y和Z坐標(biāo)在相對(duì)于冷發(fā)動(dòng)機(jī)零件限定的坐標(biāo)系中形成。冷中線軸線上的坐標(biāo)系的原點(diǎn)為X = O. 0、Υ = O. O和Z = O. O。Z坐標(biāo)軸被定義為從Y坐標(biāo)軸引出的徑線；Χ坐標(biāo)軸被定義為垂直于由Y-Z軸限定的平面。翼型區(qū)段垂直于Z坐標(biāo)軸被切割。在每個(gè)區(qū)段處構(gòu)成翼型芯輪廓形狀44的X和Y點(diǎn)以英寸表示。區(qū)段平面的以英寸表示的徑向Z值具有原點(diǎn)4。然而，每個(gè)區(qū)段之間的徑向距離變化，翼型芯形狀44的總徑向距離為15. O英寸。底部區(qū)段Ztl和頂部區(qū)段Z1可能由于不包括在限定翼型芯形狀44的X、Y和Z點(diǎn)中的澆鑄特征而模糊。對(duì)于翼型芯形狀44的每個(gè)翼型區(qū)段而言，1920個(gè)點(diǎn)全部取自標(biāo)稱冷溫度或室溫。每個(gè)翼型區(qū)段與相鄰翼型區(qū)段平滑地連結(jié)而形成翼型芯形狀44。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，當(dāng)噴嘴組件20在渦輪部4的運(yùn)行期間加熱時(shí)，翼型芯形狀44可能由于應(yīng)力和溫度而變化。因此，在用于制造目的的冷溫度或室溫下提供X、Y和Z點(diǎn)。由于制造的翼型芯形狀可能不同于表I中限定的標(biāo)稱翼型芯形狀，因而與標(biāo)稱輪廓±0. 100英寸的公差是允許的，并且因此限定了翼型芯形狀44的總設(shè)計(jì)包絡(luò)線。總設(shè)計(jì)對(duì)于該設(shè)計(jì)包絡(luò)線是穩(wěn)健的，而不削弱第三渦輪級(jí)34的機(jī)械或空氣動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，翼型芯形狀44可以在幾何上按比例放大或按比例縮小，以引入帶有更小或更大框架尺寸的類似渦輪設(shè)計(jì)中。因此，以英寸表示的X、Y和Z坐標(biāo)可乘以或除 以相同的常數(shù)或數(shù)字/系數(shù)，以提供第三級(jí)噴嘴40的按比例放大或按比例縮小的型式，同時(shí)保持翼型芯輪廓形狀和獨(dú)特的性質(zhì)。如在圖2中最佳顯示的，用于根據(jù)示例性實(shí)施例的翼型芯形狀44的坐標(biāo)系大致在100處指出。如上文所討論的，坐標(biāo)系100相對(duì)于冷噴嘴而限定。坐標(biāo)系100包括X軸105、Y軸110和Z軸115。坐標(biāo)系100的原點(diǎn)在噴嘴部件40的第一端50處居中。X軸105沿渦輪機(jī)2的中線軸線(未單獨(dú)標(biāo)出)軸向地定向，并且Z軸115沿垂直于中線軸線的徑線定向。X軸105、Υ軸110和Z軸115的正方向由圖2中的標(biāo)記方位標(biāo)識(shí)。如在圖3至圖5中最佳顯示的，翼型芯形狀44包括多個(gè)區(qū)段150-164。區(qū)段150位于Ztl處，并且翼型芯形狀44延伸通過區(qū)段163，然后在位于Z1處的區(qū)段164處終止。如上文所討論的，區(qū)段150-164垂直于Zc軸115被切割。構(gòu)成每個(gè)區(qū)段的X和Y坐標(biāo)在表I中以英寸呈現(xiàn)出。圖6示出翼型芯形狀44的設(shè)計(jì)包絡(luò)線。表I所列的X、Y和Z值示出翼型芯形狀44的每個(gè)區(qū)段的每個(gè)點(diǎn)的理想點(diǎn)位置。然而，存在著歸因于必須考慮在內(nèi)的制造公差等的與理想點(diǎn)位置的變差。因此，建立了一種包絡(luò)線，其指出可接受的外邊界或與每個(gè)區(qū)段150-165的標(biāo)稱輪廓250的距離。因此,應(yīng)當(dāng)理解,每個(gè)Χ、Υ和Z點(diǎn)包括公差或土值?？紤]到加工能力，在翼型芯形狀30的形成中允許±0. 100英寸的公差260。公差260包括限定為與標(biāo)稱輪廓250有O. 100英寸偏差的上限270和限定為與標(biāo)稱輪廓250有-O. 100英寸偏差的下限280。設(shè)計(jì)包絡(luò)線或公差260是穩(wěn)健的，使得該變差不削弱第三級(jí)噴嘴部件40的機(jī)械和空氣動(dòng)力學(xué)性能。不受示例性實(shí)施例的限制，相比用于第三級(jí)噴嘴部件40的此前的各種翼型芯形狀，翼型芯形狀44提供了增加的效率。此外且不受示例性實(shí)施例的限制，相比用于第三級(jí)噴嘴部件40的此前的各組翼型芯形狀，結(jié)合常規(guī)或改進(jìn)(類似于本文的改進(jìn))的其它翼型芯形狀，本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的翼型芯形狀44提供了增加的效率。除了以上提及的優(yōu)點(diǎn)之外，這種增加的效率提供了帶有所需燃料減少的功率輸出，因此本質(zhì)上減少了用于產(chǎn)生能量的排放。當(dāng)然，其它這樣的優(yōu)點(diǎn)也在示例性實(shí)施例的范圍內(nèi)。表I :
權(quán)利要求
1.一種潤(rùn)輪機(jī)(2)構(gòu)件,包括 渦輪定子噴嘴部件，其具有翼型芯形狀，所述翼型芯形狀具有基本上與表I中列出的X、Y和Z笛卡爾坐標(biāo)值一致的標(biāo)稱輪廓(250)，并且其中，X和Y是當(dāng)由平滑連續(xù)的弧線連接時(shí)在以英寸表示的每個(gè)距離Z處限定翼型輪廓區(qū)段(150-164)的以英寸表示的距離，所述Z距離處的所述輪廓區(qū)段(150-164)彼此平滑地連結(jié)而形成完整的翼型芯形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪機(jī)(2)構(gòu)件，其特征在于，所述渦輪定子噴嘴部件包括第一端(50)，其通過翼型部(54)延伸至第二端(52)，所述翼型芯形狀限定所述翼型部(54)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪機(jī)(2)構(gòu)件，其特征在于，所述渦輪定子噴嘴部件形成噴嘴組件(16，18，20)的部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪機(jī)(2)構(gòu)件，其特征在于，渦輪定子噴嘴部件包括第三級(jí)噴嘴部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪機(jī)(2)構(gòu)件，其特征在于，所述標(biāo)稱輪廓(250)在垂直于任意所述翼型輪廓區(qū)段(150-164)的方向上位于+0. 100英寸和-0. 1000英寸內(nèi)的包絡(luò)線內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有翼型芯形狀的渦輪機(jī)構(gòu)件。更具體而言，一種渦輪機(jī)(2)構(gòu)件包括具有翼型芯形狀的渦輪定子噴嘴部件。該翼型芯形狀包括基本上與表1中列出的X、Y和Z笛卡爾坐標(biāo)值一致的標(biāo)稱輪廓(250)，并且其中，X和Y是當(dāng)由平滑連續(xù)的弧線連接時(shí)在以英寸表示的每個(gè)距離Z處限定翼型輪廓區(qū)段(150-164)的以英寸表示的距離，Z距離處的輪廓區(qū)段(150-164)彼此平滑地連結(jié)而形成完整的翼型芯形狀。
文檔編號(hào)F01D9/02GK102953768SQ20121028228
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者B.M.徹克, S.維哈吉里, H.F.波拉, C.A.比勒 申請(qǐng)人:通用電氣公司