本公開涉及燃?xì)鉁u輪葉片，并且更具體而言，涉及具有后緣冷卻通道的燃?xì)鉁u輪葉片。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃?xì)鉁u輪葉片極其復(fù)雜，并且包括各種動(dòng)力空氣學(xué)和冷卻特征。新葉片的設(shè)計(jì)和測(cè)試典型地需要多年和相當(dāng)大數(shù)量的錢?？紤]到這一切，開發(fā)了新的葉片設(shè)計(jì)途徑和制造方法，它們可允許增加的靈活性，導(dǎo)致制造開發(fā)努力和成本的相當(dāng)大降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明在所附獨(dú)立權(quán)利要求中限定，現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)參照該所附獨(dú)立權(quán)利要求。本發(fā)明的有利特征在從屬權(quán)利要求中闡述。

一方面提供一種用于燃?xì)鉁u輪的葉片，葉片包括后緣以及從第一上游端部延伸至第二下游端部的后緣冷卻通道，其中沿垂直于葉片的弧線的方向的后緣冷卻通道的寬度變化，并且后緣冷卻通道中的最窄寬度在第一上游端部處，以便提供葉片，其中后緣可在穿過后緣冷卻通道的冷卻流動(dòng)能力的最小變化或沒有變化的情況下除去。

如描述的燃?xì)鉁u輪葉片可允許模塊化解決方案，以提供燃?xì)鉁u輪葉片，其中葉片的單個(gè)設(shè)計(jì)可修改用于在不同設(shè)計(jì)的多個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中使用。利用該設(shè)計(jì)，用于特定燃?xì)鉁u輪的燃?xì)鉁u輪葉片可回切成使其能夠在空氣動(dòng)力學(xué)和冷卻性能的最小或沒有損失的情況下，在不同的燃?xì)鉁u輪中使用。例如，穿過后緣冷卻通道的冷卻流體流僅被回切最小地影響或根本不被其影響，因?yàn)橛糜诶鋮s流體流的瓶頸保持在回切葉片內(nèi)，并且在葉片被回切時(shí)未失去。最小變化為并未嚴(yán)重地影響葉片的冷卻的變化；這可避免葉片壽命的顯著損失。

該設(shè)計(jì)可被認(rèn)為提供內(nèi)置模塊化機(jī)會(huì)，其中葉片的單個(gè)設(shè)計(jì)可在制造之后修改，用于在燃?xì)鉁u輪的多個(gè)不同設(shè)計(jì)中使用，或用于相同的燃?xì)鉁u輪內(nèi)的不同應(yīng)用。

優(yōu)選地，后緣冷卻通道包括銷場(chǎng)，其中銷場(chǎng)中的銷沿垂直于弧線的方向延伸橫跨后緣冷卻通道。優(yōu)選地，在第一上游端部附近的銷比在第二下游端部附近的銷更接近彼此。優(yōu)選地，后緣冷卻通道沿冷卻流體流在使用中時(shí)穿過后緣冷卻通道的方向發(fā)散。優(yōu)選地，后緣冷卻通道發(fā)散達(dá)從第一上游端部至第二下游端部的距離的至少一半。優(yōu)選地，沿垂直于弧線的方向的后緣冷卻通道的寬度沿弧線的方向在銷之間小于銷處的寬度。圖4中的喉部34為這一切的實(shí)例。

優(yōu)選地，最窄寬度位于葉片的弦從后緣的大于5%、大于10%、大于15%或大于20%。這可允許后緣處的葉片的顯著部分被除去，而不顯著地影響冷卻流和冷卻性能。

第二方面提供一種燃?xì)鉁u輪，其包括如以上描述的葉片。

第三方面提供一種產(chǎn)生用于燃?xì)鉁u輪的葉片的方法，葉片包括后緣以及從第一上游端部延伸至第二下游端部的后緣冷卻通道，該方法包括如下步驟：制造葉片，在制造葉片之后除去后緣，其中除去葉片的弦的長(zhǎng)度的至少5%、至少10%、至少15%或至少20%，以及形成新后緣。這可允許設(shè)計(jì)用于一個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片配合到另一個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，或在相同燃?xì)鉁u輪中用于不同應(yīng)用。

優(yōu)選地，葉片為未使用的葉片，并且后緣從未使用的葉片除去。優(yōu)選地，新后緣為直的、成角的、彎曲的或階梯式的后緣。這些形狀提供圍繞后緣的不同的流模式。后緣在回切之后的形狀可基于后緣處的所需的熱氣體靜壓來選擇。優(yōu)選地，熱障涂層在除去后緣的一部分之后添加于至少后緣。

優(yōu)選地，葉片為葉片，其中沿垂直于葉片的弧線的方向的后緣冷卻通道的寬度變化，并且后緣冷卻通道中的最窄寬度在第一上游端部處，以便提供葉片，其中后緣可在穿過后緣冷卻通道的冷卻流動(dòng)能力的最小變化或沒有變化的情況下除去。

第四方面提供一種調(diào)整燃?xì)鉁u輪的級(jí)的熱氣體流動(dòng)能力的方法，級(jí)包括多個(gè)葉片，該方法包括從多個(gè)葉片中的至少一些切除后緣的步驟。優(yōu)選地，切除后緣的步驟在所有葉片(即，所有靜止導(dǎo)葉或所有旋轉(zhuǎn)葉片或兩者)上執(zhí)行。該方法可增強(qiáng)級(jí)的最大熱氣體流動(dòng)能力，這可避免壓縮機(jī)喘振，或者影響燃?xì)鉁u輪組的性能特性。

技術(shù)方案1.一種用于燃?xì)鉁u輪的葉片，所述葉片包括后緣以及從第一上游端部延伸至第二下游端部的后緣冷卻通道，

其中沿垂直于所述葉片的弧線的方向的所述后緣冷卻通道的寬度變化，并且所述后緣冷卻通道中的最窄寬度在所述第一上游端部處，以便提供葉片，其中所述后緣可在穿過所述后緣冷卻通道的冷卻流動(dòng)能力的最小變化或沒有變化的情況下除去。

技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的葉片，其特征在于，所述后緣冷卻通道包括銷場(chǎng)，其中所述銷場(chǎng)中的銷沿垂直于所述弧線的方向延伸橫跨所述后緣冷卻通道。

技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的葉片，其特征在于，在所述第一上游端部附近的銷比在所述第二下游端部附近的銷更接近彼此。

技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案1至技術(shù)方案3中任一項(xiàng)所述的葉片，其特征在于，所述后緣冷卻通道沿冷卻流體流在使用中時(shí)穿過所述后緣冷卻通道的方向發(fā)散。

技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案4所述的葉片，其特征在于，所述后緣冷卻通道發(fā)散達(dá)從所述第一上游端部至所述第二下游端部的距離的至少一半。

技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案2至技術(shù)方案5中任一項(xiàng)所述的葉片，其特征在于，沿垂直于所述弧線的方向的所述后緣冷卻通道的寬度沿所述弧線的方向在所述銷之間小于所述銷處的寬度。

技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案1至技術(shù)方案6中任一項(xiàng)所述的葉片，其特征在于，所述最窄寬度位于所述葉片的所述弦從所述后緣的大于5%、大于10%、大于15%或大于20%。

技術(shù)方案8.一種包括如技術(shù)方案1所述的葉片的燃?xì)鉁u輪。

技術(shù)方案9.一種產(chǎn)生用于燃?xì)鉁u輪的葉片的方法，所述葉片包括后緣以及從第一上游端部延伸至第二下游端部的后緣冷卻通道，所述方法包括如下步驟：

制造所述葉片，

在制造所述葉片之后除去所述后緣，其中除去所述葉片的弦的長(zhǎng)度的至少5%、至少10%、至少15%或至少20%，以及

形成新后緣。

技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案9所述的方法，其特征在于，所述葉片為未使用的葉片，并且所述后緣從未使用的葉片除去。

技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案9或技術(shù)方案10所述的方法，其特征在于，所述新后緣為直的、成角的、彎曲的或階梯式的后緣。

技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案9至技術(shù)方案11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，熱障涂層在除去所述后緣的一部分之后添加于至少所述后緣。

技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案9至技術(shù)方案12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述葉片為葉片，其中沿垂直于所述葉片的弧線的方向的所述后緣冷卻通道的寬度變化，并且所述后緣冷卻通道中的最窄寬度在所述第一上游端部處，以便提供葉片，其中所述后緣可在穿過所述后緣冷卻通道的冷卻流動(dòng)能力的最小變化或沒有變化的情況下除去。

技術(shù)方案14.一種調(diào)整燃?xì)鉁u輪的級(jí)的熱氣體流動(dòng)能力的方法，所述級(jí)包括多個(gè)葉片，所述方法包括從所述多個(gè)葉片中的至少一些切除后緣的步驟。

附圖說明

本發(fā)明的實(shí)施例現(xiàn)在將僅經(jīng)由實(shí)例且參照附圖來描述，在該附圖中：

圖1示出葉片的截面；

圖2示出圖1的葉片在后緣附近的區(qū)域的截面；

圖3示出沿圖2的箭頭a的方向的銷的截面；

圖4示出備選后緣冷卻通道形狀的截面；

圖5到8示出在回切之后的后緣的截面；

圖9示出在回切之前的銷組的截面；以及

圖10示出在回切之后的圖9的銷組的截面。

部件列表

10葉片(燃?xì)鉁u輪葉片)

12后緣

14前緣

16壓力表面

18吸入表面

20弧線

22弦

24冷卻流體流方向

30腔

32后緣冷卻通道

34喉部

40銷

50回切線

tbc=熱障涂層。

具體實(shí)施方式

一些燃?xì)鉁u輪設(shè)計(jì)，特別是由相同制造商進(jìn)行的迭代設(shè)計(jì)可具有與先前設(shè)計(jì)中的葉片相同的總?cè)~片大小和葉片附件；換言之，可在物理上可能的是，將設(shè)計(jì)用于燃?xì)鉁u輪的一個(gè)設(shè)計(jì)的葉片插入到燃?xì)鉁u輪的另一個(gè)設(shè)計(jì)中。然而，實(shí)際葉片的空氣動(dòng)力學(xué)特征取決于在設(shè)計(jì)之間變化的因素(如熱氣體流動(dòng)能力和壓力比)而需要為特定大小或形狀，并且因此在燃?xì)鉁u輪的不同設(shè)計(jì)中需要不同的葉片設(shè)計(jì)。

本文中描述的葉片為設(shè)計(jì)用于一種類型的燃?xì)鉁u輪的新葉片，其也設(shè)計(jì)成以使其可通過回切后緣來修改用于在另一燃?xì)鉁u輪中使用。該相對(duì)激進(jìn)(radical)的解決方案允許單個(gè)葉片設(shè)計(jì)用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)或更多個(gè)不同設(shè)計(jì)中。例如，在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)設(shè)計(jì)中，葉片可以以其未改變的狀態(tài)使用，并且回切版本的葉片可用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的第二設(shè)計(jì)中。回切葉片的能力還允許葉片的改變，以反映現(xiàn)有燃?xì)鉁u輪的改型或燃?xì)鉁u輪的使用的變化，或以實(shí)現(xiàn)用于備選應(yīng)用的適合的性能特性。在一個(gè)實(shí)例中，如果燃?xì)鉁u輪的壓縮機(jī)質(zhì)量流改變，則葉片也可被回切。在另一實(shí)例中，葉片可回切成在最大功率優(yōu)化設(shè)置與最大效率優(yōu)化設(shè)置之間移動(dòng)。在第三實(shí)例中，燃?xì)鉁u輪可在優(yōu)化的單循環(huán)操作設(shè)置和組合循環(huán)操作設(shè)置之間，或在通過回切葉片(如，優(yōu)化用于低能量燃料類型(低btu燃料))的用于不同類型的燃料的優(yōu)化的設(shè)置之間移動(dòng)。

圖1示出葉片10的截面，其中可提供在下面示出的結(jié)構(gòu)。葉片具有后緣12、前緣14、壓力表面16，以及吸入表面18。示出了平分葉片的弧線20的部分，在弦22從后緣延伸至前緣時(shí)。葉片包括葉片內(nèi)的腔30，以及在壓力表面與吸入表面之間從腔延伸至后緣的后緣冷卻通道32(冷卻流體通道)。當(dāng)葉片在燃?xì)鉁u輪中使用時(shí)，冷卻流體穿過腔和后緣冷卻通道到熱氣體路徑中。

圖2示出葉片在后緣附近的區(qū)域的截面?？煽匆妷毫Ρ砻?6和吸入表面18，連同后緣12、腔30的部分以及后緣冷卻通道32。還可看見銷組(銷場(chǎng))中的銷40，其延伸橫跨后緣冷卻通道并且在腔中在后緣冷卻通道附近；總共示出六排(行)銷。流動(dòng)路徑中的瓶頸(基本上是節(jié)流部-該節(jié)流部為最窄寬度)可認(rèn)為是后緣冷卻通道的開始部。示出冷卻流體流方向24。

可在圖2中看見的是，后緣冷卻通道的寬度變化。在至后緣冷卻通道的入口之前，腔具有寬度a，并且在至后緣冷卻通道的出口處，冷卻通道具有寬度b，在入口處，后緣冷卻通道具有寬度c。寬度c小于寬度b，并且寬度b小于寬度a。后緣冷卻通道的最窄部分在具有寬度c的點(diǎn)處。在最窄部分下游，后緣冷卻通路在沿冷卻流體流方向24觀看時(shí)發(fā)散，并且在最窄部分上游，腔在沿冷卻流體流方向24觀看時(shí)會(huì)聚。

圖3示出沿圖2中由箭頭a指示的方向的圖2的銷40的截面。在銷的最上游排中的相鄰的銷之間的距離由d表示，并且在銷的最下游排中的相鄰的銷之間的距離由e表示。距離d小于距離e，并且相鄰的銷之間的距離沿冷卻流體流方向24增大。

圖4示出從與圖2中相同的視圖的后緣冷卻通道32的截面。可看見銷40，并且在銷40上游或在銷40之間沿冷卻流體流方向，后緣冷卻通道32變窄，以限定具有寬度f的喉部34。寬度f將通常小于寬度e。

寬度a,b,c以及f表示沿垂直于弧線20的方向的寬度，因此沿該方向從壓力表面16至吸入表面18橫跨葉片。寬度d和e表示沿后緣的方向的寬度。

在產(chǎn)生燃?xì)鉁u輪葉片的方法中，葉片在第一步驟中制造。所得的葉片呈允許其用于具有特定空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)置的特定燃?xì)鉁u輪中的形式。熱力學(xué)設(shè)置可作為備選或此外為重要因素?？諝鈩?dòng)力學(xué)設(shè)置中的相關(guān)因素可包括渦輪中的流動(dòng)能力(最大流率)和壓力比。在具有相同類型的葉片但具有不同的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)置的不同燃?xì)鉁u輪中，大體上不可能使用相同的葉片。在產(chǎn)生燃?xì)鉁u輪葉片的方法中的第二步驟中，除去葉片的后緣的一部分，以提供在相鄰的葉片之間具有增大的開口寬度的葉片。這可提供用于不同動(dòng)力空氣學(xué)設(shè)置的葉片，允許葉片用于燃?xì)鉁u輪的不同設(shè)計(jì)中。因此，產(chǎn)生葉片的該方法可允許單個(gè)葉片設(shè)計(jì)用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)或更多個(gè)不同設(shè)計(jì)，由此避免對(duì)設(shè)計(jì)和測(cè)試多個(gè)不同葉片的需要。如以上論述的，該方法還可允許調(diào)整相同燃?xì)鉁u輪內(nèi)的性能特性，潛在地允許相同的燃?xì)鉁u輪和葉片用于各種不同應(yīng)用中。

返回圖2，可看見兩條回切線50，其示出圖2的葉片中的可能的回切位置的實(shí)例。葉片的端部可機(jī)加工成各種不同的形狀，其中四個(gè)實(shí)例在圖5到圖8中示出。圖5示出直后緣；圖6示出彎曲后緣；圖7示出成角后緣；并且圖8示出階梯式后緣。在圖5中，示出了直切；這是由圖2中的回切線50示出的切割的類型。該設(shè)計(jì)具有比大多數(shù)其它切割更容易執(zhí)行的優(yōu)點(diǎn)。圖6示出彎曲后緣；這是至少一些設(shè)計(jì)中的最有效選擇。圖7示出成角后緣。這也是像圖2或圖5中示出的那些的線性切割，但是圖5中的切割垂直于弧線20，而圖7中的切割與弧線成一角度并且不垂直于弧線。圖8示出階梯式后緣，其僅在后緣冷卻通道32的一側(cè)上回切；階梯式后緣可在至少一些設(shè)計(jì)中提供優(yōu)于線性或彎曲切割的有效節(jié)省。圖9示出銷場(chǎng)的俯視圖，因此沿與圖3中的方向相同的方向的視圖。銷場(chǎng)具有五排銷。在沿著回切線50回切之后，留下圖10中示出的銷場(chǎng)，具有兩排銷。

回切可除去弦22的長(zhǎng)度的總共至少5%、至少10%、至少15%或至少20%。例如，渦輪導(dǎo)葉1(在渦輪的級(jí)1中)被回切至少10mm、10mm至30mm之間、15mm至25mm之間或至少20mm。

通常地，回切將除去成排的銷中的一些但不是所有，留下至少一排銷。圖2例如示出六排銷，并且回切線50除去兩排或四排銷。圖9和10示出三排銷的除去，留下兩排銷。回切旨在對(duì)通過后緣冷卻通道離開葉片的冷卻流體流的最大速率(冷卻流動(dòng)能力)具有最小影響或沒有影響，以使冷卻流動(dòng)能力不變化，或者類似于回切之前的葉片中的速率。

許多葉片在外側(cè)上具有熱障涂層(tbc)。葉片的一部分將在葉片被回切之后留下而沒有tbc。在一些設(shè)計(jì)中，新的tbc層可施加于葉片以補(bǔ)償。作為備選，回切可在葉片的制造期間緊接在tbc施加于葉片之前執(zhí)行，以使tbc還施加在回切后緣上。

燃?xì)鉁u輪包括壓縮機(jī)、在壓縮機(jī)下游的燃燒器以及渦輪。以上描述的葉片10可用作燃?xì)鉁u輪的渦輪的第一級(jí)中的葉片(旋轉(zhuǎn)葉片或靜止導(dǎo)葉)。如描述的葉片還可用于渦輪的第二或更后級(jí)中。

本文中用于描述葉片的一般部分(如后緣、壓力表面以及弦)的用語對(duì)應(yīng)于如用語詞匯表中陳述的定義，該用語詞匯表在如由mit出版社(cambridgemassachusetts,usa)，第5次印刷(1991)出版的、由davidgordonwilson的“thedesignofhigh-efficiencyturbomachineryandgasturbines”的第487到492頁上。用語詞匯表(第487到492頁)由此通過引用并入。

若干實(shí)例結(jié)構(gòu)在本文中描述，但對(duì)這些結(jié)構(gòu)的各種修改為可能的。例如，后緣冷卻通道32示為沿著弧線對(duì)稱，但這不是必要的。后緣冷卻通道從腔延伸至后緣，并且允許冷卻流體從腔流出葉片(到熱氣體流中)。

后緣冷卻通道的截面的形狀可為除了以上描述的那些之外的各種形狀。例如，腔和后緣冷卻通道可在它們之間描述具有平滑彎曲的delaval噴嘴(沙漏形狀)，其中腔中的會(huì)聚區(qū)段在后緣冷卻通道中的最窄點(diǎn)上游，并且發(fā)散區(qū)段在最窄點(diǎn)下游。類似地，銷間喉部(圖4中的喉部34)可為delaval噴嘴。在提供三或更多排銷的情況下，delaval噴嘴可設(shè)在成排的銷之間的空間中的一個(gè)或更多個(gè)上游或在其中。

后緣冷卻通道從上游端部延伸至下游端部。后緣冷卻通道中的最窄點(diǎn)大體上在多數(shù)銷上游。

銷40可以以各種方式組織，其中圖3和圖9中的布置為實(shí)例。成排的銷通常沿后緣的方向延伸；例如，在圖9中可看見成排的銷平行于后緣，盡管排還可與后緣成一角度。銷場(chǎng)通常延伸葉片的弦的大于5%、大于10%、大于15%或大于20%。銷場(chǎng)可延伸到腔30中。

三個(gè)不同特征在該應(yīng)用中描述，即后緣冷卻通道的特定形狀(例如圖2)、銷場(chǎng)的特定形狀(例如圖3)，以及成排銷之間的喉部34。這些特征可獨(dú)立地或以任何組合提供。

盡管回切線50在以上的實(shí)例中示出在銷之間，但切割也可穿過銷進(jìn)行。切割穿過的銷的剩余部分將有助于支承后緣，因此確保構(gòu)件的機(jī)械完整性整體上保持不受影響或不被顯著地影響。

對(duì)描述的實(shí)施例的各種其它修改在不脫離由以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的情況下為可能的，并且對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將想到。