本發(fā)明總體上涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，且更具體地涉及可變導(dǎo)向葉片。

背景技術(shù)：

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮機(jī)、燃燒器及渦輪部分。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)導(dǎo)向葉片在操作期間經(jīng)受顯著的磨損，承受較大振動(dòng)和應(yīng)力。

B.Clouse等人的美國專利號(hào)7963742公開了一種定子葉片組件。該定子葉片組件包括至少一個(gè)按鈕、鄰近該按鈕的葉片翼面以及限定在按鈕和翼面之間的筋條。筋條限定固定半徑并且延伸出按鈕外至少大于葉片翼面懸垂部分長(zhǎng)度60％的距離。

本發(fā)明旨在克服發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的一個(gè)或多個(gè)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

公開了一種導(dǎo)向葉片。導(dǎo)向葉片包括第一按鈕和連接到第一按鈕的第一耳軸。導(dǎo)向葉片進(jìn)一步包括連接到第一按鈕的翼面。翼面包括前緣、后緣以及第一懸垂部分。第一懸垂部分從第一按鈕的一端延伸至翼面的遠(yuǎn)端。導(dǎo)向葉片還包括位于翼面和靠近第一懸垂部分起始位置的第一按鈕之間的第一按鈕角區(qū)。導(dǎo)向葉片還包括第一可變筋條，第一可變筋條在第一按鈕和翼面之間延伸并延伸入第一懸垂部分，第一可變筋條包括不同半徑的部分。

附圖說明

圖1為示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。

圖2為導(dǎo)向葉片實(shí)施例的透視圖。

圖3為圖2中所示導(dǎo)向葉片的一部分的放大透視圖。

圖4為沿著圖3中的線IV-IV截取的截面透視圖。

圖5為圖2中所示導(dǎo)向葉片的一部分的放大透視圖。

具體實(shí)施方式

本文公開的系統(tǒng)和方法包括導(dǎo)向葉片。導(dǎo)向葉片可包括第一按鈕、連接到第一按鈕的第一耳軸以及連接到第一按鈕的翼面。翼面可包括前緣、后緣以及第一懸垂部分。第一懸垂部分從第一按鈕的一端延伸至翼面的遠(yuǎn)端。導(dǎo)向葉片還包括第一可變筋條，第一可變筋條在第一按鈕和翼面之間延伸并延伸入第一懸垂部分，第一可變筋條包括不同半徑的部分。不同半徑的部分之一為位于靠近第一按鈕角區(qū)的第一凸起。第一凸起可向第一按鈕角區(qū)提供局部加厚，以減少振動(dòng)和應(yīng)力。這可防止裂紋以及其他缺陷。

圖1為示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。為了清楚并便于說明，某些表面被省略或放大(在此處和其他附圖中)。而且，本發(fā)明可參照向前和向后的方向。通常，除非另外說明，所有“向前”和“向后”的參照都與一次空氣(即用于燃燒過程的空氣)的流向相關(guān)。例如，向前為相對(duì)于一次空氣流的“上游”，且向后為相對(duì)于一次空氣流的“下游”。

此外，本發(fā)明可大致參照燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)中心軸線95，該軸線95可大致由其軸120(由多個(gè)軸承組件150支撐)的縱軸線限定。中心軸線95可與各種其他發(fā)動(dòng)機(jī)同心部件共用或共享。除非另外說明，所有半徑、軸線和圓周的方向的參照和測(cè)量都參照中心軸線95，并且諸如“內(nèi)”和“外”的術(shù)語通常表示離中心軸線的更小或更大的半徑距離，其中半徑96可為與中心軸線95垂直和從中心軸線95向外發(fā)射的任何方向。

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100包括進(jìn)口110、軸120、燃?xì)獍l(fā)生器或壓縮機(jī)200、燃燒器300、渦輪400、出口500以及功率輸出連接件600。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可具有單軸或雙軸配置。

壓縮機(jī)200包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件210、壓縮機(jī)導(dǎo)向葉片(有時(shí)指定子或定子葉片)250以及進(jìn)口導(dǎo)向葉片255。如所示的，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件210為軸流轉(zhuǎn)子組件。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件210包括一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)盤組件220。每個(gè)壓縮機(jī)盤組件220包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子盤，其圓周地配置有壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。導(dǎo)向葉片250軸線方向地緊隨每個(gè)壓縮機(jī)盤組件220。每個(gè)壓縮機(jī)盤組件220與鄰近的導(dǎo)向葉片250配對(duì)，導(dǎo)向葉片250緊隨壓縮機(jī)盤組件220，該壓縮機(jī)盤組件220被認(rèn)為是壓縮機(jī)級(jí)。壓縮機(jī)200包括多個(gè)壓縮機(jī)級(jí)。在一些實(shí)施例中，在最初幾個(gè)壓縮機(jī)級(jí)內(nèi)的導(dǎo)向葉片250為可變導(dǎo)向葉片?？勺儗?dǎo)向葉片中每個(gè)可繞著其各自軸線旋轉(zhuǎn)，以控制燃?xì)饬?。可變?dǎo)向葉片通常不圓周地繞著中心軸線95旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)口導(dǎo)向葉片255軸線方向地領(lǐng)先壓縮機(jī)級(jí)。進(jìn)口導(dǎo)向葉片255可旋轉(zhuǎn)，以通過致動(dòng)系統(tǒng)260調(diào)整或控制壓縮機(jī)200的進(jìn)口流動(dòng)區(qū)域。在一些實(shí)施例中，進(jìn)口導(dǎo)向葉片255為可變導(dǎo)向葉片，且可繞著它們自己的軸線旋轉(zhuǎn)。

致動(dòng)系統(tǒng)260包括致動(dòng)器261、致動(dòng)器臂262以及聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)263。致動(dòng)器261移動(dòng)致動(dòng)器臂262，致動(dòng)器臂262移動(dòng)或轉(zhuǎn)移聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)263的部件。聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)263包括聯(lián)動(dòng)臂264。聯(lián)動(dòng)臂264可連接到每個(gè)進(jìn)口導(dǎo)向葉片255和每個(gè)定子250可變導(dǎo)向葉片。當(dāng)致動(dòng)器臂262移動(dòng)時(shí)，其使得每個(gè)聯(lián)動(dòng)臂264移動(dòng)，使得每個(gè)進(jìn)口導(dǎo)向葉片255和每個(gè)定子250可變導(dǎo)向葉片旋轉(zhuǎn)。致動(dòng)器261、致動(dòng)器臂262和聯(lián)動(dòng)臂264可連接在一起并配置以相同數(shù)量旋轉(zhuǎn)每個(gè)可變導(dǎo)向葉片。

燃燒器300包括一個(gè)或多個(gè)噴射器310，且包括一個(gè)或多個(gè)燃燒室390。

渦輪400包括渦輪轉(zhuǎn)子組件410、渦輪盤組件420以及渦輪噴嘴450。

圖2描繪了導(dǎo)向葉片250實(shí)施例的透視圖。導(dǎo)向葉片250可包括內(nèi)按鈕230、外按鈕234、翼面240、內(nèi)耳軸231以及外耳軸235。內(nèi)按鈕230、外按鈕234、內(nèi)耳軸231以及外耳軸235在下文中有時(shí)可分別被指代為第一按鈕、第二按鈕、第一耳軸以及第二耳軸。導(dǎo)向葉片250也可包括導(dǎo)向葉片250旋轉(zhuǎn)的葉片軸線75，其大致可由內(nèi)耳軸231的縱軸限定。所有與導(dǎo)向葉片250相關(guān)的半徑、軸線和圓周的方向的參照和測(cè)量都參照葉片軸線75。

如圖中所示的，內(nèi)按鈕230和外按鈕234可為圓柱平臺(tái)，其包括外圓柱表面、頂部表面以及相對(duì)于頂部表面的底部表面。翼面240可從內(nèi)按鈕230的頂部表面沿著第一方向延伸。在一些實(shí)施例中，翼面240從內(nèi)按鈕230的頂部表面軸線地向外延伸。內(nèi)耳軸231可從內(nèi)按鈕230的底部表面沿著第二方向延伸，第二方向與翼面240的第一方向相對(duì)。在一些實(shí)施例中，內(nèi)耳軸231從內(nèi)按鈕230的底部表面沿著與翼面240相對(duì)的軸線方向向外延伸。內(nèi)耳軸231可為支撐結(jié)構(gòu)，且可被用于導(dǎo)向葉片250的旋轉(zhuǎn)。翼面240可延伸至外按鈕234的底部表面。外耳軸235可從外按鈕234的頂部表面沿著第一方向或軸線方向延伸，以與內(nèi)按鈕230和內(nèi)耳軸231相似的方式。

內(nèi)筋條233(有時(shí)被指為第一筋條)可形成彎曲擠出件，該擠出件在內(nèi)按鈕230的頂部表面與翼面240之間延伸。外筋條236(有時(shí)被指為第二筋條或外可變筋條)可形成彎曲擠出件，該擠出件在外按鈕234的底部表面與翼面240之間延伸。在優(yōu)選的實(shí)施例中，內(nèi)筋條233和外筋條236均可為可變筋條。兩個(gè)筋條可為凹面彎曲的擠出件。如下圖3所解釋的，可變筋條可包括不同或可變的沿著筋條擠出長(zhǎng)度的半徑。

圖3為圖2中所示導(dǎo)向葉片250的一部分的放大透視圖。過渡區(qū)244可表示內(nèi)按鈕230的頂部表面與翼面240的底部表面相接的區(qū)域。翼面240可從前緣238向后緣239徑向延伸。在一些實(shí)施例中，內(nèi)筋條233(下文中可指為可變筋條233或內(nèi)可變筋條233)可至少在過渡區(qū)244的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸?？勺兘顥l233也可延伸超過過渡區(qū)244的長(zhǎng)度，朝向前緣238或后緣239或者同時(shí)朝向兩者。

可變筋條233可延伸到翼面240的懸垂部分(有時(shí)被稱為內(nèi)懸垂部分)241中一定距離。翼面240的懸垂部分241可包括從按鈕面243延伸到翼面240的后緣239的翼面240的區(qū)域。按鈕面243可以是按鈕的圓周端。在一些情況下，按鈕面243可以是平坦的。在一些情況下，可變筋條233可延伸少于懸垂部分241的長(zhǎng)度的50％。通過延伸少于懸垂部分241的長(zhǎng)度的50％，可變筋條233的終止點(diǎn)終止于少于懸垂部分241的長(zhǎng)度的50％的位置處。終止點(diǎn)可以是可變筋條233的一個(gè)端。在其它情況下，可變筋條233延伸少于懸垂部分241的長(zhǎng)度的40％。在其它情況下，可變筋條233延伸少于懸垂部分241的長(zhǎng)度的33％。在其它情況下，可變筋條233延伸少于懸垂部分241的長(zhǎng)度的25％。在其它情況下，可變筋條233延伸少于懸垂部分241的長(zhǎng)度的20％。在其它情況下，可變筋條233延伸少于懸垂部分241的長(zhǎng)度的10％。在其它情況下，可變筋條233延伸少于懸垂部分241的長(zhǎng)度的5％。

按鈕面243與懸垂部分241的交叉可形成按鈕角區(qū)232(有時(shí)被稱為內(nèi)按鈕角區(qū))。在操作期間，例如裂紋的缺陷由于高振動(dòng)和高應(yīng)力可形成在按鈕角區(qū)232中。在某些實(shí)施例中，可變筋條233可幫助降低這樣的振動(dòng)和應(yīng)力。

在一些實(shí)施例中，前按鈕角區(qū)229可形成在按鈕230的與按鈕角區(qū)232相反的另一側(cè)上(前按鈕角區(qū)229可形成在與前緣238相同的側(cè)上，而按鈕角區(qū)232可形成在與后緣239相同的側(cè)上)。此外，外按鈕角區(qū)(未圖示)可形成在外按鈕234與翼面240之間?？勺兘顥l233可朝向前緣238延伸超過前按鈕角區(qū)229。在一些實(shí)施例中，可變筋條233在前按鈕角區(qū)229與前緣238之間延伸少于翼面的長(zhǎng)度的50％。

在可選實(shí)施例中，可變筋條可在過渡區(qū)244內(nèi)以有限分段延伸。在其它實(shí)施例中，可變筋條可圍繞按鈕角區(qū)以有限分段延伸。

可變筋條233可以是彎曲擠出件，其中擠出件的曲率半徑沿筋條的長(zhǎng)度變化。可變筋條233的某些部分可比其它部分厚。這些部分可加強(qiáng)可變筋條233并防止裂紋形成。在某些實(shí)施例中，可變筋條233的較厚部分形成凸起242。凸起242可以是快速膨脹的較厚部分，其中筋條的底部跨越凸起242迅速膨脹?？勺兘顥l233還可例如在狹窄部分237中逐漸變細(xì)，以允許增加空氣流或最小化材料成本。狹窄部分可位于凸起242遠(yuǎn)端的筋條部分內(nèi)。可變筋條233可貫穿包括狹窄部分237和凸起242的筋條的任何部分逐漸變細(xì)并逐漸延伸。在優(yōu)選實(shí)施例中，較厚部分形成在過渡區(qū)233的兩端處。凸起242可形成近側(cè)按鈕角區(qū)232，并且前凸起(有時(shí)候被稱為第二凸起)249可形成近側(cè)前按鈕角區(qū)229。

在某些實(shí)施例中，按鈕面243可以是平坦的。這可提供用于安裝導(dǎo)向葉片的間隙。

圖4為沿著圖3的線IV-IV截取的截面透視圖。在可變筋條233的凸起242中截取截面。透視圖成小角度以示出可變筋條和翼面。在一些實(shí)施例中，可變筋條233可以是圓錐形筋條或橢圓形筋條，并沿筋條的長(zhǎng)度以圓錐或橢圓曲率擠出。此外，圓錐形筋條可包括具有平滑連續(xù)變動(dòng)半徑的曲率。圓錐形筋條可包括表示圓錐的任何截面切割的曲率。橢圓形筋條可以是進(jìn)一步包括線性偏心距的一種圓錐形筋條。橢圓形筋條可包括具有長(zhǎng)軸、短軸和兩個(gè)焦點(diǎn)的曲率，其中兩個(gè)焦點(diǎn)是在橢圓的長(zhǎng)軸上與橢圓的中心點(diǎn)等距的兩個(gè)特殊點(diǎn)。橢圓的線性偏心距(有時(shí)用e表示)是兩個(gè)焦點(diǎn)之間的距離與主軸的長(zhǎng)度的比。從橢圓上的任何點(diǎn)到那兩個(gè)焦點(diǎn)的距離的總和是恒定的并等于長(zhǎng)軸。所有橢圓具有0與1之間的偏心距(0<e<1)，其中當(dāng)e接近1，橢圓變成更細(xì)長(zhǎng)的形狀。

在一些實(shí)施例中，可變筋條233是如圖4所示的復(fù)合筋條。復(fù)合筋條可由下曲線245和上曲線246構(gòu)成的。在一些實(shí)施例中，下曲線245可包括大于上曲線246的半徑。在其它實(shí)施例中，下曲線245可包括小于上曲線246的半徑。此外，在某些情況下，下曲線245可包括為上曲線246的半徑的10％的半徑。在其它情況下，下曲線245可包括為上曲線246的半徑的5-50％的半徑。

隨著可變筋條233從一端到另一端迅速延伸，下曲線245和上曲線246的半徑可按比例變化。例如，相比上文討論的凸起區(qū)域中的截面，可變筋條的狹窄部分237的截面在下曲線和上曲線中可包括在比例上較小的半徑。

翼面240可在可變筋條233與翼面240的交叉處包括翼面基部寬度247(有時(shí)被稱為內(nèi)翼面基部寬度247)。翼面的寬度可在可變筋條233的內(nèi)表面處擴(kuò)大到筋條基部寬度248(有時(shí)被稱為內(nèi)筋條基部寬度248)。在一些實(shí)施例中，筋條基部寬度248可比翼面基部寬度247寬20-150％。在其它實(shí)施例中，筋條基部寬度248可比翼面基部寬度247寬90-120％。

在某些實(shí)施例中，可變筋條233沿筋條的長(zhǎng)度以圓形曲率擠出。在這樣的實(shí)施例中，上曲線和下曲線的半徑在沿筋條的任何截面處相同。

圖5為圖2中所示導(dǎo)向葉片的一部分的放大透視圖。在一些實(shí)施例中，按鈕角區(qū)232可以包括倒角。在其它實(shí)施例中，按鈕角區(qū)232可包括圓形邊緣。

盡管未圖示，外按鈕234和外筋條236可包括與內(nèi)按鈕230和內(nèi)筋條233類似的特征。例如，外筋條236可延伸到外懸垂部分中一定距離。在一些情況下，外筋條236可延伸少于外懸垂部分的長(zhǎng)度的50％。翼面240在外筋條236與翼面240的交叉處可包括外翼面基部寬度，其在外筋條236的外表面處可擴(kuò)大到外筋條基部寬度。

一個(gè)或多個(gè)上述部件(或其子部件)可由基底材料制成，所述基底材料為不銹鋼和/或被稱為“超級(jí)合金”的耐用高溫材料。超級(jí)合金或高性能合金是展現(xiàn)出高溫下的優(yōu)良機(jī)械強(qiáng)度和抗蠕變性、良好表面穩(wěn)定性以及耐腐蝕性和抗氧化性的合金。

超級(jí)合金可包括例如合金x、WASPALOY、RENE合金、合金188、合金230、合金17-4PH、INCOLOY、INCONEL、MP98T、TMS合金和CMSX單晶合金的材料。

工業(yè)實(shí)用性

燃?xì)鉁u流發(fā)動(dòng)機(jī)可適用于許多工業(yè)應(yīng)用，例如石油和燃?xì)夤I(yè)(包括傳輸、收集、存儲(chǔ)、回收和石油與天然氣的提升)、發(fā)電工業(yè)、廢熱發(fā)電、航空和其它運(yùn)輸工業(yè)的各個(gè)方面。

導(dǎo)向葉片在操作期間可能易于受到由高振動(dòng)和高應(yīng)力引起的裂紋影響。特別是，結(jié)構(gòu)元件之間的交叉區(qū)域可產(chǎn)生脆弱性。如圖3中所示，按鈕面243與翼面240的懸垂部分241之間的按鈕角區(qū)232可非常易于受到振動(dòng)的影響。這可導(dǎo)致導(dǎo)向葉片的裂紋和故障。按鈕與翼面之間的局部增厚可提供緩解?？勺兘顥l233可包括降低按鈕角區(qū)232中的局部應(yīng)力和振動(dòng)的增厚部?？勺兘顥l233可包括較大的局部增厚區(qū)，例如凸起242。在降低振動(dòng)和應(yīng)力的同時(shí)，凸起242還可增大或幫助調(diào)節(jié)模態(tài)響應(yīng)頻率?？勺兘顥l233還可包括逐漸變細(xì)的部分，例如狹窄部分237。狹窄部分237可允許增大局部空氣流，同時(shí)仍提供結(jié)構(gòu)支撐。狹窄部分237可降低壓縮機(jī)內(nèi)的效率損失，并提供對(duì)原材料的更有效利用。狹窄部分237還可在導(dǎo)向葉片的制造期間提供更好的可鑄性或機(jī)械加工。

在某些情況下，可變筋條233可以是如上所述的橢圓形筋條。橢圓形筋條可提供更有效的材料利用并提供更好的導(dǎo)向葉片的可鑄性或機(jī)械加工。此外，橢圓形筋條可提供可變筋條233的改進(jìn)設(shè)計(jì)。例如，如圖4所示，導(dǎo)向葉片250的截面可描繪出可變筋條233的雙向曲率。在可變筋條233是橢圓形筋條的實(shí)施例中，筋條的下曲線245可為大于筋條的下曲線246的因素。在這樣的實(shí)施例中，橢圓形筋條能夠減少圍繞上曲線246的材料，其中局部增厚可能不那么明顯。此外，橢圓形筋條也可增大上曲線246周圍的氣流并減少效率損失。

前面的發(fā)明詳述本質(zhì)上僅僅是示例性的，并非意圖限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用和用途。提供公開的實(shí)施例的上述描述使得本領(lǐng)域任意技術(shù)人員能夠制造或使用本發(fā)明。這些實(shí)施例的各種修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，且本文所描述的一般原理可在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下應(yīng)用于其它實(shí)施例。因此，可以理解本文給出的描述和附圖代表本發(fā)明當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例，從而代表由本發(fā)明寬泛預(yù)見的主題。還應(yīng)該理解本發(fā)明的范圍充分涵蓋了對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的其他實(shí)施例，本發(fā)明的范圍相應(yīng)地僅由所附的權(quán)利要求書來限定。