用于控制侵入損失的渦輪輪葉平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于控制侵入損失的渦輪輪葉平臺。具體而言，本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械，并且更具體地涉及減小汽封漏汽與分別在燃?xì)鉁u輪和蒸汽渦輪中的熱氣體或蒸汽的主流的混合。在一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種渦輪輪葉(140)，其包括：平臺(142)部分；從平臺(142)部分沿徑向向外延伸的翼型件(150)；以及沿徑向向內(nèi)延伸到平臺(142)部分中的至少一個凹口(194)，該至少一個凹口(194)設(shè)置成關(guān)于平臺(42)部分的前緣成角度。
【專利說明】
用于控制侵入損失的渦輪輪葉平臺
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械，并且更具體地涉及減小汽封漏汽與分別在燃?xì)鉁u輪和蒸汽渦輪中的熱氣體或蒸汽的主流的混合。
【背景技術(shù)】
[0002]如本領(lǐng)域中已知的那樣，渦輪使用轉(zhuǎn)子組件的輪/盤上的成排的輪葉，其在定子/噴嘴組件上與成排的靜止導(dǎo)葉交錯。這些交錯排沿著轉(zhuǎn)子和定子沿軸向延伸，且允許燃燒氣體或蒸汽在燃燒氣體或蒸汽流過其間時使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。
[0003]旋轉(zhuǎn)輪葉與靜止噴嘴之間的對接處的軸向/徑向開口可允許熱燃燒氣體或蒸汽流出主流，且沿徑向進(jìn)入輪葉排之間的居間的輪空間中。在燃?xì)鉁u輪中，冷卻空氣或〃吹掃空氣〃通常弓I導(dǎo)到輪葉排之間的輪空間中。該吹掃空氣用于冷卻構(gòu)件和輪空間內(nèi)的空間，以及輪葉的徑向內(nèi)側(cè)的其它區(qū)域，且提供冷卻空氣的逆流以進(jìn)一步限制熱氣體侵入輪空間中。然而，燃燒氣體或蒸汽侵入輪葉排之間的輪空間中造成介于大約1%和大約1.5%之間的渦輪效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種渦輪輪葉，其包括:平臺部分;從平臺部分沿徑向向外延伸的翼型件；以及沿徑向延伸到平臺部分中的至少一個凹口，該至少一個凹口設(shè)置成關(guān)于平臺部分的前緣成角度。
[0005]在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種渦輪，包括:第一渦輪輪葉，其包括:第一平臺部分;從第一平臺部分沿徑向向外延伸的第一翼型件；以及沿徑向向內(nèi)延伸到第一平臺部分中的至少一個凹口，該至少一個凹口設(shè)置成關(guān)于第一平臺部分的前緣成角度；以及第二渦輪輪葉，其包括:第二平臺部分;從第二平臺部分沿徑向向外延伸的第二翼型件；以及沿徑向向內(nèi)延伸到第一平臺部分中的至少一個凹口，該至少一個凹口設(shè)置成關(guān)于第二平臺部分的前緣成角度。
[0006]技術(shù)方案1.一種渦輪輪葉，包括:
平臺部分；
從所述平臺部分沿徑向向外延伸的翼型件；以及
沿徑向向內(nèi)延伸到所述平臺部分中的至少一個凹口，所述至少一個凹口設(shè)置成關(guān)于所述平臺部分的前緣成角度。
[0007]技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案I所述的渦輪輪葉，其中，所述至少一個凹口沿徑向向內(nèi)延伸至所述平臺部分中至高達(dá)大約100密耳的深度。
[0008]技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案I所述的渦輪輪葉，其中，所述至少一個凹口從所述平臺部分的前緣延伸至上游邊緣。
[0009]技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案3所述的渦輪輪葉，其中，所述至少一個凹口關(guān)于所述平臺部分的前緣成大約45°和大約80°之間的角度。
[0010]技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案I所述的渦輪輪葉，其中，所述至少一個凹口從所述平臺部分的前緣延伸至下游邊緣。
[0011 ]技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案5所述的渦輪輪葉，其中，所述至少一個凹口關(guān)于所述平臺部分的前緣成大約90°和大約120°之間的角度。
[0012]技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案I所述的渦輪輪葉，其中，所述至少一個凹口包括: 從所述平臺部分的前緣延伸至上游邊緣的上游凹口；以及
從所述平臺部分的前緣延伸至下游邊緣的下游凹口。
[0013]技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案7所述的渦輪輪葉，其中，所述上游凹口關(guān)于所述平臺部分的前緣成大約45°和大約80°之間的角度。
[0014]技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案7所述的渦輪輪葉，其中，所述下游凹口關(guān)于所述平臺部分的前緣成大約90°和大約120°之間的角度。
[0015]技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案I所述的渦輪輪葉，其中，在操作狀態(tài)中，所述至少一個凹口適于改變越過穿過所述平臺部分的熱氣體的旋流。
[0016]技術(shù)方案11.一種渦輪，包括:
第一渦輪輪葉，其包括:
第一平臺部分；
從所述第一平臺部分沿徑向向外延伸的第一翼型件；以及
沿徑向向內(nèi)延伸到所述第一平臺部分中的至少一個凹口，所述至少一個凹口設(shè)置成關(guān)于所述第一平臺部分的前緣成角度；以及第二渦輪輪葉，其包括:
第二平臺部分；
從所述第二平臺部分沿徑向向外延伸的第二翼型件；以及
沿徑向向內(nèi)延伸到所述第一平臺部分中的至少一個凹口，所述至少一個凹口設(shè)置成關(guān)于所述第二平臺部分的前緣成角度。
[0017]技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案11所述的渦輪，其中，所述第一平臺部分的所述至少一個凹口包括從所述第一平臺部分的前緣延伸至上游邊緣的上游凹口。
[0018]技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案11所述的渦輪，其中，所述上游凹口關(guān)于所述第一平臺部分的前緣成大約45°和大約80°之間的角度。
[0019]技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案12所述的渦輪，其中，所述第二平臺部分的所述至少一個凹口包括從所述第二平臺部分的前緣延伸至下游邊緣的下游凹口。
[0020]技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案14所述的渦輪，其中，所述下游凹口關(guān)于所述第二平臺部分的前緣成大約90°和大約120°之間的角度。
[0021]技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案14所述的渦輪，其中，所述上游凹口設(shè)置在所述下游凹口附近。
[0022]技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案11所述的渦輪，其中，所述第一平臺部分的所述至少一個凹口包括沿徑向向內(nèi)延伸到所述第一平臺部分中至高達(dá)大約100密耳的深度的至少一個凹口。
[0023]技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案11所述的渦輪，其中，在操作狀態(tài)中，所述第一平臺部分的所述至少一個凹口和所述第二平臺部分的所述至少一個凹口適于改變越過所述平臺部分的熱氣體的旋流。
[0024]技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案11所述的渦輪，其中，在操作狀態(tài)中，所述第一平臺部分的所述至少一個凹口和所述第二平臺部分的所述至少一個凹口適于圍繞所述第一翼型件的前面引導(dǎo)熱氣體。
[0025]技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案11所述的渦輪，其中，在操作狀態(tài)中，所述第一平臺部分的所述至少一個凹口和所述第二平臺部分的所述至少一個凹口適于減少在所述第一平臺部分與所述第二平臺部分之間沿徑向向內(nèi)通過的熱氣體。
【附圖說明】
[0026]本發(fā)明的這些及其它特征將更容易從結(jié)合附圖的本發(fā)明的各種方面的以下詳細(xì)描述中理解到，附圖示出了本發(fā)明的各種實(shí)施例，在附圖中:
圖1示出了已知的燃?xì)鉁u輪的一部分的示意性截面視圖；
圖2示出了圖1的燃?xì)鉁u輪的透視圖；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一對渦輪輪葉的透視圖；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的渦輪輪葉的沿徑向向內(nèi)看的示意圖；
圖5示出了關(guān)于熱氣流的圖4的渦輪輪葉；以及圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的蒸汽渦輪輪葉的示意圖。
[0027]應(yīng)注意本發(fā)明的附圖并未按比例。附圖僅意在繪出本發(fā)明的典型方面，且因此不應(yīng)當(dāng)看作限制本發(fā)明的范圍。在附圖中，相似的標(biāo)號表示附圖中的相似元件。
[0028]零件清單 10燃?xì)鉁u輪 20第一級噴嘴 22第二級噴嘴 26輪空間
28熱氣體流動通路 30噴嘴表面 32阻擋部件 40輪葉 42平臺 44平臺唇部 50翼型件 52前緣 54后緣 60柄部 62面
70，72，74天使翼密封件 140輪葉 142平臺 145上游邊緣 146前緣 150翼型件 152前緣 192上游凹口 194下游凹口 240輪葉 242平臺 245上游邊緣 246前緣 247下游邊緣 250翼型件 252前緣 253前面 280熱氣體 292上游凹口 294下游凹口 340輪葉 342平臺 345上游邊緣 346前緣 347下游邊緣 350翼型件 353前面 380熱氣體 392上游凹口 394下游凹口 442平臺 445上游邊緣 446前緣 447下游邊緣 492上游凹口 494下游凹口。
【具體實(shí)施方式】
[0029]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖1示出了燃?xì)鉁u輪10的一部分的示意性截面視圖，其包括設(shè)置在第一級噴嘴20與第二級噴嘴22之間的輪葉40。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到的那樣，輪葉40從沿軸向延伸的轉(zhuǎn)子(未示出)沿徑向向外延伸。輪葉40包括大致平坦的平臺42、從平臺42沿徑向向外延伸的翼型件，以及從平臺42沿徑向向內(nèi)延伸的柄部60。
[0030]柄部60包括朝第一級噴嘴20沿軸向向外延伸的一對天使翼密封件70、72，以及朝第二級噴嘴22沿軸向向外延伸的天使翼密封件74。應(yīng)當(dāng)理解的是，不同數(shù)目和布置的天使翼密封件是可能的，且處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。本文所述的天使翼密封件的數(shù)目和布置僅設(shè)置用于圖示的目的。
[0031]如圖1中可見，噴嘴表面30和阻擋部件32從第一級噴嘴20沿軸向延伸，且分別從天使翼密封件70和72沿徑向向外設(shè)置。因此，噴嘴表面30疊蓋但不接觸天使翼密封件70，且阻擋部件32疊蓋但不接觸天使翼密封件72。類似的布置關(guān)于第二級噴嘴22的阻擋部件32和天使翼密封件74示出。在圖1中所示的布置中，在渦輪的操作期間，例如，一定量的吹掃空氣可設(shè)置在噴嘴表面30、天使翼密封件70和平臺唇部44之間，從而限制吹掃空氣散逸到熱氣體流動通路28中和熱氣體從熱氣體通路28侵入輪空間26中。
[0032]盡管圖1示出了設(shè)置在第一級噴嘴20與第二級噴嘴22之間的輪葉40，使得輪葉40代表第一級輪葉，但這僅是為了圖示和闡釋的目的。本文所述的本發(fā)明的原理和實(shí)施例可關(guān)于實(shí)現(xiàn)相似結(jié)果的預(yù)期應(yīng)用于渦輪中的任何級的輪葉。
[0033]圖2示出了輪葉40的一部分的透視圖。如圖可見，翼型件50包括前緣52和后緣54。柄部60包括設(shè)置在天使翼70與平臺唇部44之間的相比后緣54更接近前緣52的面62。
[0034]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一對輪葉140、240的透視圖。這里，輪葉140包括沿翼型件150的前緣152附近的平臺142的一對凹口 192、194。具體而言，平臺142包括上游凹口 192和下游凹口 194。平臺242包括沿翼型件250的前緣252附近的平臺242的下游凹口 294，以及輪葉140的上游凹口 192。
[0035]凹口192、194、294可根據(jù)任何已知或隨后開發(fā)的方法機(jī)加工到平臺142、242中。作為備選，凹口 192、194、294可鑄造成平臺142、242的一部分。
[0036]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的三個輪葉140、240、340的沿徑向向內(nèi)看的示意圖。如圖3中那樣，上游凹口 192從前緣146延伸至平臺142的上游邊緣145。上游凹口 192在下游凹口 294附近，下游凹口 294從前緣246延伸至平臺242的下游邊緣247。類似地，上游凹口292從前緣246延伸至平臺242的上游邊緣245。上游凹口 292在下游凹口 394附近，下游凹口394從前緣346延伸至平臺342的下游邊緣347。
[0037]圖5示出了相對于熱氣體280、380的流的輪葉140、240、340的沿徑向向內(nèi)看的示意圖。凹口 192、294、292、394改變熱氣體280、380的流。具體而言，凹P 192、294、292、394作用為改變熱氣體280、380的旋流，其分別圍繞翼型件250、350的前面253、353引導(dǎo)。圍繞翼型件250的前面253引導(dǎo)熱氣體280減少熱氣體280侵入平臺142和242之間和輪空間26(圖1)中。減少熱氣體280侵入輪空間26中改善渦輪效率。通常，渦輪效率改善達(dá)到大約0.08%，其中根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的凹口用于燃?xì)鉁u輪的高壓和/或中壓級中。
[0038]熱氣體280、380的旋流改變的程度例如取決于凹口 192、294、292、394沿徑向向內(nèi)延伸到平臺142、242、342中的深度。通常，凹口 192、294、292、394沿徑向向內(nèi)延伸到平臺142、242、342中至高達(dá)大約100密耳(S卩，大約0.1英寸)的深度，例如，至大約10密耳和大約100密耳之間的深度，或大約20密耳和大約90密耳之間，或大約30密耳和大約80密耳之間，或大約40密耳和大約70密耳之間，或大約50密耳和大約60密耳之間。
[0039]類似地，熱氣體280、380的旋流改變的程度取決于凹口 192、294、292、394關(guān)于平臺前緣146、246、346設(shè)置所處的角度。上游凹口 192、292、392通常關(guān)于平臺前緣146、246、346成大約45°和大約80°之間的角度。下游凹口 194、294、394通常關(guān)于平臺前緣146、246、346成大約90°和大約120°之間的角度。如本文所述且如圖3-圖5中所示，凹口 192、294、292、394的角度如從上游邊緣145、245、345測得的那樣成角度。
[0040]上文關(guān)于燃?xì)鉁u輪的操作描述的平臺凹口的操作原理還可適用于蒸汽渦輪的操作。例如，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的蒸汽渦輪輪葉440的示意性側(cè)視圖。放大視圖A和B分別示出了上游邊緣445和下游邊緣447附近的平臺442的沿徑向向內(nèi)看的視圖。在放大視圖A中，上游凹口492示為關(guān)于前緣446以角度α成角度。在放大視圖B中，下游凹口492示為關(guān)于前緣446以角度β成角度。
[0041 ] 如上文關(guān)于圖3-圖5所述，上游凹口492和下游凹口494沿徑向向內(nèi)延伸到平臺442中至高達(dá)大約100密耳的深度，例如，至大約10密耳和大約100密耳之間的深度，或大約20密耳和大約90密耳之間，或大約30密耳和大約80密耳之間，或大約40密耳和大約70密耳之間，或大約50密耳和大約60密耳之間。使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的平臺凹口的蒸汽渦輪的效率提高類似于上文關(guān)于燃?xì)鉁u輪所述的那些。通常，觀察到達(dá)到大約0.08%的效率提高。
[0042]如本文使用的單數(shù)形式〃一個〃、〃一種〃和〃該〃還意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地另外指出。還將理解的是，用語〃包括〃和/或〃包含〃在用于此說明書中時表示指出的特征、整體、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件的存在，但并未排除存在或添加一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、構(gòu)件和/或其組合。
[0043]該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明可申請專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)要素，則意在使這些其它示例處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種渦輪輪葉(140)，包括: 平臺(142)部分； 從所述平臺(142)部分沿徑向向外延伸的翼型件(150);以及 沿徑向向內(nèi)延伸到所述平臺(142)部分中的至少一個凹口( 194)，所述至少一個凹口(194)設(shè)置成關(guān)于所述平臺(42)部分的前緣成角度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪輪葉，其特征在于，所述至少一個凹口(194)沿徑向向內(nèi)延伸到所述平臺(142)部分中至高達(dá)大約100密耳的深度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪輪葉，其特征在于，所述至少一個凹口(194)從所述平臺(142)部分的前緣(146)延伸至上游邊緣(145)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪輪葉，其特征在于，所述至少一個凹口(194)關(guān)于所述平臺(142)部分的前緣(146)成大約45°和大約80°之間的角度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪輪葉，其特征在于，所述至少一個凹口(194)從所述平臺(142)部分的前緣(146)延伸至下游邊緣(247)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪輪葉，其特征在于，所述至少一個凹口(194)關(guān)于所述平臺(142)部分的前緣(146)成大約90°和大約120°之間的角度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪輪葉，其特征在于，所述至少一個凹口(194)包括: 從所述平臺(142)部分的前緣(146)延伸至上游邊緣(145)的上游凹口(192);以及 從所述平臺(142)部分的前緣(146)延伸至下游邊緣(247)的下游凹口( 194)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪輪葉，其特征在于，所述上游凹口(192)關(guān)于所述平臺(142)部分的前緣(146)成大約45°和大約80°之間的角度。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪輪葉，其特征在于，所述下游凹口(194)關(guān)于所述平臺(142)部分的前緣(146)成大約90°和大約120°之間的角度。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪輪葉，其特征在于，在操作狀態(tài)中，所述至少一個凹口(194)適于改變越過所述平臺(142)部分的熱氣體(280)的旋流。
【文檔編號】F01D5/14GK105937409SQ201610116856
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月2日
【發(fā)明人】M.蘇布拉馬尼延, R.舒罕, P.莫達(dá)楚爾克里什南
【申請人】通用電氣公司