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用于壓縮機的翼片形狀的制作方法

文檔序號:5458382閱讀:331來源:國知局
專利名稱:用于壓縮機的翼片形狀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及用于燃?xì)鉁u輪機轉(zhuǎn)子葉片的翼片。特別地,本發(fā)明涉及 用于壓縮機的不同級的壓縮機翼片型面。特別地,本發(fā)明涉及用于壓縮 機不同級的進(jìn)口導(dǎo)向輪葉、轉(zhuǎn)子、或者定子的壓縮機翼片型面。
背景技術(shù)
在燃?xì)鉁u輪機中,在燃?xì)鉁u輪機的流動路徑段的每個級應(yīng)該滿足許 多系統(tǒng)要求以滿足設(shè)計目標(biāo)。這些;殳計目標(biāo)包括,但不限于,總體改善 的效率和翼片負(fù)荷能力。例如,且決不作為對本發(fā)明的限制,壓縮機定 子的葉片應(yīng)該達(dá)到特定級的熱和機械方面的運行要求。此外,例如,且 決不作為對本發(fā)明的限制,壓縮機轉(zhuǎn)子的葉片應(yīng)該達(dá)到特定級的熱和機 械方面的運行要求。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明的一個示范性的方面,制造制品具有大致依照表l中列
出的笛卡兒坐標(biāo)值X、 Y和Z的標(biāo)稱型面。其中X和Y為英寸距離,當(dāng) 通過平滑連續(xù)弧線將它們連接時,其在每個英寸距離Z處限定翼片型面 段。在所述Z距離處的型面段彼此平滑地連接以形成完整的翼片形狀。
依照本發(fā)明的另 一示范性的方面,提供了 一種包括壓縮機輪的壓縮 機。該壓縮機輪具有多個制造制品。每個制造制品包括具有翼片形狀的 翼片。翼片包括大致依照表l中列出的笛卡兒坐標(biāo)值X、 Y和Z的標(biāo)稱 型面,其中X和Y為英寸距離,當(dāng)通過平滑連續(xù)弧線將它們連接時, 其在每個英寸距離Z處限定翼片型面段。在所述Z距離處的型面段彼此 平滑地連接以形成完整的翼片形狀。
依照本發(fā)明的示范性的又一方面,提供了 一種包括具有多個制造制 品的壓縮機輪的壓縮機。每個制造制品包括具有大致依照表1中列出的 笛卡兒坐標(biāo)值X、 Y和Z的未涂敷的標(biāo)稱翼片型面的翼片,其中X和Y 為英寸距離,當(dāng)通過平滑連續(xù)弧線將它們連接時,其在每個英寸距離Z 處限定翼片型面段。在所述Z距離處的型面段彼此平滑地連接以形成完
整的翼片形狀。


圖1為通過燃?xì)鉁u輪機的多級的壓縮機流動路徑的示意性示范圖且
示出了依照本發(fā)明的實施例的示范性翼片;
圖2和3分別為依照本發(fā)明的實施例的轉(zhuǎn)子葉片的透視示范圖,其 接; '、5 、 、' -. 、 , 。 , 、 、 、 二 、
圖4和5為分別以從翼片的壓力側(cè)和吸力側(cè)的大致周向方向觀察的
圖2的轉(zhuǎn)子葉片和相關(guān)平臺及榫接部連接的側(cè)視圖6為大致沿圖5中的線6-6截取的轉(zhuǎn)子葉片翼片的截面圖7為依照本發(fā)明示范性的實施例的轉(zhuǎn)子葉片的透視圖,其上添加
了坐標(biāo)系;和
圖8為依照本發(fā)明示范性的實施例的定子葉片的透視圖,其上添加 了坐標(biāo)系。
具體實施例方式
現(xiàn)在參見附圖,圖1示出了包括多個壓縮機級的燃?xì)鉁u輪機壓縮機 2的軸向壓縮才幾流動路徑1。壓縮機級在圖中順序標(biāo)記。壓縮4幾流動路 徑可包括任何數(shù)量的轉(zhuǎn)子級和定子級,例如18。然而,轉(zhuǎn)子和定子級的 精確數(shù)量是工程設(shè)計的選擇。如本發(fā)明所實施的,能夠在燃燒室中提供 任何數(shù)量的轉(zhuǎn)子級和定子級。17個轉(zhuǎn)子級僅是一個示范性的渦輪機設(shè) 計。18個轉(zhuǎn)子級并不意味以任何方式限制本發(fā)明。
壓縮機轉(zhuǎn)子葉片將動能傳遞給空氣流且因此獲得流經(jīng)壓縮機的所 希望的壓力上升。緊接在轉(zhuǎn)子翼片后面的是定子翼片級。轉(zhuǎn)子翼片和定 子翼片都使得空氣流轉(zhuǎn)向,(在各自的翼片參考系中)減緩空氣流速度, 且產(chǎn)生空氣流的靜壓力的上升。在本發(fā)明的其他所希望的方面中,翼片 的構(gòu)造(連同其與周圍的翼片的相互作用)及其周向表面對于級空氣流 效率而言提供了改善的空氣力學(xué)、從級到級的平滑層流、減小的熱應(yīng) 力、改善的級的相互關(guān)系以有效地使得從空氣流在級間流通、以及減小 的機械應(yīng)力。典型地,多排轉(zhuǎn)子/定子級疊置在軸向流動壓縮機中以達(dá)到 希望的排出-進(jìn)入的壓力比。轉(zhuǎn)子翼片和定子翼片能夠借助合適的接附構(gòu)
造從而固定到轉(zhuǎn)子輪或者定子殼體上,例如通常已知的"根部"、"基
部"或者"榫接部"(參見圖2-5)。
壓縮機2的級在圖1中示范性地圖示。壓縮機2的級包括多個周向 間隔的安裝在轉(zhuǎn)子輪51上的轉(zhuǎn)子葉片22和多個周向間隔的接附到靜態(tài) 壓縮機殼體59上的定子葉片23。每個轉(zhuǎn)子輪接附到后驅(qū)動軸58上,其 連接到發(fā)動機的渦輪機段上。轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片位于壓縮機的流動路 徑1中。如本發(fā)明實施的,流經(jīng)壓縮^/l流動路徑1的空氣流的方向由箭 頭60所示(參見圖1 )。壓縮機2的所述級僅作為本發(fā)明范圍內(nèi)的壓縮 機2的級的示范。所示的和所述的壓縮才幾2的級并不意p木以任何方式限 制本發(fā)明。
轉(zhuǎn)子葉片22安裝在形成后驅(qū)動軸58的一部分的轉(zhuǎn)子輪51上。如 圖2-6圖示的,每個轉(zhuǎn)子葉片22設(shè)置有平臺61和大致軸向或者接近軸 向進(jìn)入的榫接部62,其用于與轉(zhuǎn)子輪51上的互補形狀的配合榫接部(未 示出的)連接。然而,如本發(fā)明實施的,軸向進(jìn)入的榫接部可以設(shè)置有 翼片型面部分。如圖2-6中圖示的,每個轉(zhuǎn)子葉片22包括轉(zhuǎn)子葉片翼片 63。這樣,在翼片的總體形狀中從平臺61的中點處的翼片根部64到轉(zhuǎn) 子葉片末端65的任何截面處,每個轉(zhuǎn)子葉片22具有轉(zhuǎn)子葉片翼片型面 (airfoil profile) 66 (參見圖6 )。
為了限定轉(zhuǎn)子葉片翼片的翼片形狀,提供了空間中獨特的點的集合 或者軌跡。該獨特的點的集合或者軌跡滿足級的要求,從而使得所述級 能夠制造。獨特的點軌跡也滿足希望的對于級效率和減小的熱和機械應(yīng) 力的要求。點的軌跡借助使壓縮機能夠以有效、安全和平穩(wěn)的方式運行 的空氣動力負(fù)荷和機械負(fù)荷之間的迭代得到。
如本發(fā)明實施的,該軌跡限定轉(zhuǎn)子葉片翼片型面,且可包括相對于 發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)軸線的點集合。例如,能夠提供點集合以限定轉(zhuǎn)子葉片翼 片型面。
在下表中給出的笛卡兒坐標(biāo)系X、 Y和Z數(shù)值限定出轉(zhuǎn)子葉片翼片 在沿其長度的不同位置處的型面。如本發(fā)明實施的,發(fā)現(xiàn)該翼片能夠作 為第2級翼片可變定子輪葉得到應(yīng)用。X、 Y和Z坐標(biāo)的坐標(biāo)值以英寸 列出,盡管當(dāng)這些數(shù)值適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換時可以使用其它的尺寸單位。這些值 不包括平臺的圓角區(qū)。笛卡兒坐標(biāo)系具有正交相關(guān)的X、 Y和Z軸線。 如用于轉(zhuǎn)子的圖7和用于定子的圖8中圖示,X軸線平行于壓縮機葉片
的榫接部軸線,其與發(fā)動機中心線成一角度。正的X坐標(biāo)值為軸向向 后,例如朝向壓縮機的排氣端。正的Y坐標(biāo)值定向成垂直于榫接部軸 線。正的Z坐標(biāo)值對于轉(zhuǎn)子葉片定向為徑向向外朝翼片的末端,該末端 朝向壓縮機的靜態(tài)殼體,且對于定子葉片定向為徑向向內(nèi)朝向壓縮機的 發(fā)動機中心線。
如圖5中圖示,僅用于參考目的,穿過沿疊置軸線的翼片和平臺的 交叉處建立點-0。在翼片的示范性的實施例中,點-0定義為參考段,其 中上表的Z坐標(biāo)為0.000英寸,其為離開發(fā)動機或者轉(zhuǎn)子中心線的設(shè)定 的事先確定的距離。
通過在垂直于X、 Y平面的Z方向上的選定位置處定義X和Y坐 標(biāo)值,能夠確定在沿翼片長度的每個Z距離處轉(zhuǎn)子葉片翼片的型面段, 例如但不限于圖6中的型面段66。通過用平滑連續(xù)弧線連接X和Y值, 能夠固定在每個距離Z處的每個型面段66。在距離Z之間的不同表面 位置的翼片型面通過平滑地彼此連接相鄰的型面段66來決定,從而形 成翼片型面。這些數(shù)值代表在周圍環(huán)境中的、未運行的、或者非熱條件 下的翼片型面并且用于未涂敷的翼片。
表格數(shù)值產(chǎn)生且顯示到3個小數(shù)位以便確定翼片的型面。存在典型 的制造公差以及涂層,這在實際翼片型面中需要考慮。因此,對于型面 給定的lt值是對于標(biāo)稱翼片(nominal airfoil)而言的。因此可以理解, +/-典型制造公差例如+/-值以及任何涂層厚度可添加到X和Y值中。因 此,在垂直于沿翼片型面的任何表面位置的方向上的大約+/-0.160英寸
的距離限定出用于轉(zhuǎn)子葉片翼片結(jié)構(gòu)和壓縮機的翼片型面包絡(luò)線。換句 話說,如本發(fā)明實施的,在垂直于沿翼片型面的任何表面位置的方向上 大約+/-0.160英寸的距離限定出在標(biāo)稱的冷的或者室溫的實際翼片表面 上的測量點和在相同溫度下這些點的理想位置的變化范圍。如本發(fā)明實 施的,轉(zhuǎn)子葉片翼片結(jié)構(gòu)對此變化范圍是穩(wěn)定的,而不損害機械和空氣 動力功能。
下表1中給出的坐標(biāo)值提供了用于示范性的第2級翼片可變定子輪 葉的標(biāo)稱的型面包絡(luò)線。600.0- §T- ST
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2.352-0.4593.403-1.8121.3363.403-1.0921.3063.403
'2.351-0.4623.403-1.9091.4313.403-0.9571.2223.403
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2.71-0.4553.403-2.34.9473.4030.040.6463.403
2屈-0.4413.403-2.3691.9923.4030.1840.5673.403
2.015-0.4263,403-2.3922.0313.4030.3280.4893.403
1.926-0.4083.403-2.412.0633.4030.4730.4113.403
1.825-0.3883.403-2.4222.0913.4030.6190.3353.403
1.714-0.3643.403-2.4292.1123.4030.7650.263.403
1.593-0.3373.403-2.4332.1293.4030.9070.1893.403
1.465-0.3073.403-2.4342.1443.4031.0450.1213.403
1.333-0.2743.403-2.4312.1553.4031.1780細(xì)3.403
1.196-0.2393.403-2.4262.1623.4031.307-0.0023,403
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-0.6470.4863.403-2.0491.9453.4032.323-0.4193.403
-0.7940.5723.403-1.9731.8913.4032.345-0.433.403
-0.9390,6613.403-l扁1.8313.4032.352-0,4423.403
-1.0810.7553.403-1.7941.7653,4032.353-0.4513.403
-1.220.8523.403-1.691.6933.4032.353-0.4553.403
-1.3520.9493.403-1.5811.623.4032.353-0.4573.403
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-1.596U443.403-1.3471.4673.403
-1.7071.2413.403-1.2221.3873.403
X-LOCY-LOCZ>LOC X-LOCY-LOCZrLOC X-LOCY丄OCZ"LOC
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2.3740.1225.109-2.0162.1775.109-0.4351.55.109
2.3490,1245.109-2.0792.2475.109-0.2951.4215.109
2.3170.1295.109-2.1322.3115.109-0.1541.3445.109
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2.1480.1575.109-2.2432.4585.1090.2691.1155.109
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-0.307-0.6817.049-1.7080.93717.0491.78-1.55417.049
-0,417-0.58717.049-1.6660.89317.0491.815-1.56817.049
-0.525-0.49217.049-1.6160.84217.0491.841-1.57817.049
-0.63-0.39317.049-1.5590.78517.0491.86-1.58717.049
-0.734-0.29317.049-1.4960.72117.0491.867-1.59617.049
-0.836-0.19217.049-1.4260.65117.0491.869-1.60417.049
-0.936-0.08817.049-1.3490.57517.0491.868-1.60717.049
-1.0320.01317.049-1.2680,49517.0491.868-1.60917.049
-1.123O.川17.049-1.1840.41217.0491.868-1.6117.049
-1.2110.20717.049-1.0970.32617,049
-1.2940,317.049-l遍0.23617.049
還可以理解的是,上表l中披露的示范性的翼片可以幾何地^fe比例 增加或者減小以便在其他類似壓縮機設(shè)計中使用。因此,表l中列出的 坐標(biāo)值可以按比例增加或者減小,使得翼片型面形狀保持不變。表l中
坐標(biāo)的比例縮放型式可以由表1中的X、 Y和Z坐標(biāo)值乘以或者除以常 數(shù)來表示。
雖然在此描述了不同的實施例,但是從本說明書中可以理解的是,
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可獲得在本發(fā)明的范圍內(nèi)的不同元件的組合、改變或 者改進(jìn)。
部件列表
軸向壓縮機流動路徑1
燃?xì)鉁u輪4幾壓縮才幾2 周向間隔的轉(zhuǎn)子葉片22 轉(zhuǎn)子輪51
周向間隔的定子葉片23 靜態(tài)的壓縮機殼體59 后驅(qū)動軸58 空氣流方向箭頭60 平臺61
軸向進(jìn)入的榫接部62 轉(zhuǎn)子葉片翼片63 轉(zhuǎn)子葉片翼片型面66 翼片根部64
轉(zhuǎn)子葉片末端65 型面段6權(quán)利要求
1.一種制造制品,該物品具有大致依照表1中列出的笛卡兒坐標(biāo)值X、Y和Z的標(biāo)稱型面,其中X和Y為英寸距離,當(dāng)通過平滑連續(xù)弧線將它們連接時,X和Y在每個英寸距離Z處限定翼片型面段,所述型面段在所述Z距離處彼此平滑地連接以形成完整的翼片形狀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造制品,其特征在于,該物品包括翼片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造制品,其特征在于,所述物品形狀 位于沿垂直于任何物品表面位置的方向上±0.160英寸內(nèi)的包絡(luò)線中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造制品,其特征在于,該物品包括翼 片可變定子輪葉。
5. —種包括具有多個制造制品的壓縮機輪的壓縮機,每個所述的 制造制品包括具有翼片形狀的翼片,所述翼片具有大致依照表l中列出 的笛卡兒坐標(biāo)值X、 Y和Z的標(biāo)稱型面,其中X和Y為英寸距離,當(dāng)通 過平滑連續(xù)弧線將它們連接時,X和Y在每個英寸距離Z處限定翼片型 面段,所述型面段在所述Z距離處彼此平滑地連接以形成完整的翼片形 狀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓縮機,其特征在于,該制造制品包括翼片可變定子輪葉。
7. —種包括具有多個制造制品的壓縮機輪的壓縮機,每個所述的 制造制品包括具有大致依照表l中列出的笛卡兒坐標(biāo)值X、 Y和Z的未 涂敷的標(biāo)稱翼片型面的翼片,其中X和Y為英寸距離,當(dāng)通過平滑連 續(xù)弧線將它們連接時,X和Y在每個英寸距離Z處限定翼片型面段,所 述型面段在所述Z距離處彼此平滑地連接以形成完整的翼片形狀,所述 X和Y距離可以作為相同常數(shù)或者數(shù)的函數(shù)按比例縮放,以提供按比例 增加或者按比例減小的轉(zhuǎn)子葉片翼片。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓縮機,其特征在于,該制造制品包括翼片可變定子輪葉。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓縮機,其特征在于,所述的翼片形狀 位于沿垂直于任何翼片表面位置的方向士0.160英寸內(nèi)的包絡(luò)線中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于壓縮機的翼片形狀,其中提供了一種制造制品,其具有大致依照表1中列出的笛卡兒坐標(biāo)值X、Y和Z的標(biāo)稱型面。其中X和Y為英寸距離,當(dāng)通過平滑連續(xù)弧線將它們連接時,X和Y在每個英寸距離Z處限定翼片型面段。在所述Z距離處的型面段彼此平滑地連接以形成完整的翼片形狀。
文檔編號F04D29/38GK101169135SQ200710181459
公開日2008年4月30日 申請日期2007年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者D·哥倫布, M·杜特卡 申請人:通用電氣公司
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