專利名稱：關(guān)于頻率調(diào)諧的渦輪葉片的方法、系統(tǒng)和/或設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請大體而言涉及用于對渦輪發(fā)動機(jī)的葉片進(jìn)行頻率調(diào)諧(frequency timing)的方法、系統(tǒng)和/或設(shè)備，除非具體地陳述為其它情況，如本文所用的渦輪發(fā)動機(jī) 意在包括所有類型的渦輪發(fā)動機(jī)，包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)、航空發(fā)動機(jī)、蒸汽渦輪發(fā)動機(jī)和旋 轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)。更具體而言，但并無限制意義，本申請涉及關(guān)于制造和/或修改渦輪葉片從而 以改進(jìn)一個(gè)或多個(gè)操作特征的方式來改變?nèi)~片頻率的方法、系統(tǒng)和/或設(shè)備。
背景技術(shù)：
在過去，通過修改葉片的翼面部分的形狀和/或?qū)θ~片的根部做出某些重大修改 來達(dá)成對渦輪葉片的固有頻率調(diào)諧。但是，希望能修改渦輪葉片翼面的固有頻率而無須修 改翼面形狀或?qū)Ω孔龀鲋卮笮薷摹?br>
發(fā)明內(nèi)容
因此，本申請描述了一種調(diào)諧具有基部和翼面部分的壓縮機(jī)定子葉片以實(shí)現(xiàn)所希 望的固有頻率的方法，包括a)識別壓縮機(jī)定子葉片的固有頻率；b)確定用于壓縮機(jī)定子 葉片的不同的目標(biāo)固有頻率；以及，C)以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)固有頻率的一定量和以一定構(gòu)造從壓縮 機(jī)定子葉片的基部的側(cè)表面中的至少一個(gè)移除材料。 本申請還描述了一種壓縮機(jī)定子葉片，其包括翼面部分和基部，基部基本上為矩 形，具有側(cè)表面以及徑向內(nèi)表面和徑向外表面，這些側(cè)表面包括壓力側(cè)、吸力側(cè)、前面和尾 面，該壓縮機(jī)定子葉片包括形成于這些側(cè)表面中的至少一個(gè)中的至少一個(gè)凹槽，凹槽被構(gòu) 造成使得壓縮機(jī)定子葉片具有所希望的固有頻率。 當(dāng)結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求理解時(shí)，通過閱讀優(yōu)選實(shí)施例的下文的詳細(xì)描述，本 發(fā)明的這些和其它特點(diǎn)將會變得顯然。


結(jié)合附圖，通過認(rèn)真研究本發(fā)明的示范性實(shí)施例的下文更詳細(xì)的描述，將更全面 地了解和理解本發(fā)明的這些和其它目的和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中 圖1是其中可使用本申請的某些實(shí)施例的示范性渦輪發(fā)動機(jī)的示意圖示； 圖2是圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)部段的截面圖； 圖3是圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的渦輪部段的截面圖； 圖4是常規(guī)定子葉片設(shè)計(jì)的視圖； 圖5是另一常規(guī)定子葉片設(shè)計(jì)的視圖； 圖6描繪了基部和翼面的整體構(gòu)造； 圖7是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的具有側(cè)凹槽的基部的圖示；
圖8是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的具有側(cè)凹槽的基部的圖示；
圖9是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的具有側(cè)凹槽的基部的圖示；
圖10是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例具有側(cè)凹槽的基部的圖示； 圖11是側(cè)凹槽的示范性輪廓的截面圖； 圖12是側(cè)凹槽的示范性輪廓的截面圖； 圖13是側(cè)凹槽的示范性輪廓的截面圖； 圖14是側(cè)凹槽的示范性輪廓的截面圖；以及 圖15是側(cè)凹槽的示范性輪廓的截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參看附圖，圖1示出燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100的示意圖示。 一般而言，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)通過從熱氣體的加壓流動提取能量而操作，熱氣體由燃料在壓縮空氣流中燃燒而產(chǎn)生。如圖1所示，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100可被構(gòu)造成具有軸向壓縮機(jī)106和燃燒器112，軸向壓縮機(jī)106由共同軸桿或轉(zhuǎn)子機(jī)械地結(jié)合到下游渦輪部段或渦輪110，燃燒器112定位于壓縮機(jī)106與渦輪110之間。應(yīng)當(dāng)指出的是，下文的發(fā)明可用于所有類型的渦輪發(fā)動機(jī)，包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，蒸汽渦輪發(fā)動機(jī)，航空發(fā)動機(jī)等。在下文中，將關(guān)于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)對本發(fā)明展開描述。這些描述只是示范性的且決不以任何方式限制本發(fā)明。 圖2示出可用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示范性多級軸向壓縮機(jī)118的視圖。如圖所示，壓縮機(jī)118可包括多個(gè)級。每個(gè)級可包括一排(a rowof)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120，接著是一排壓縮機(jī)定子葉片122。因此，第一級可包括繞中心軸桿旋轉(zhuǎn)的一排壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120，接著是在操作期間保持靜止的一排壓縮機(jī)定子葉片122。壓縮機(jī)定子葉片122大體上在周向彼此隔開且繞旋轉(zhuǎn)軸線固定。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120在周向隔開且附連到軸桿上，當(dāng)軸桿在操作期間旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120繞軸桿旋轉(zhuǎn)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解的那樣，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120被構(gòu)造成當(dāng)繞軸桿自旋時(shí)，它們給予流經(jīng)壓縮機(jī)118的空氣或工作流體動能。壓縮機(jī)118可具有超過圖2所示級的許多其它級。額外級可包括多個(gè)周向隔開的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120，接著是多個(gè)周向隔開的壓縮機(jī)定子葉片122。 圖3示出可用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示范性渦輪部段或渦輪124的局部視圖。渦輪124也可包括多個(gè)級。示出三個(gè)示范性級，但在渦輪124中可存在更多或更少的級。第一級包括在操作期間繞軸桿旋轉(zhuǎn)的多個(gè)渦輪槳葉或渦輪轉(zhuǎn)子葉片126，以及在操作期間保持靜止的多個(gè)噴嘴或渦輪定子葉片128。渦輪定子葉片128大體上在周向彼此隔開且繞旋轉(zhuǎn)軸線固定。渦輪定子葉片126可安裝于渦輪葉輪(未圖示)上用于繞軸桿(未圖示)旋轉(zhuǎn)。也圖示了渦輪124的第二級。第二級同樣包括多個(gè)周向隔開的渦輪定子葉片128，接著是多個(gè)周向隔開的渦輪轉(zhuǎn)子葉片126，其也安裝于渦輪葉輪上以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。示出第三級，且同樣包括多個(gè)渦輪定子葉片128和轉(zhuǎn)子葉片126。應(yīng)了解渦輪定子葉片128和渦輪轉(zhuǎn)子葉片126位于渦輪124的熱氣體路徑中。熱氣體通過熱氣體路徑的流動方向由箭頭表示。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解的那樣，渦輪124可具有超過圖3所圖示級的許多其它級。每個(gè)額外級可包括一排渦輪定子葉片128，接著是一排渦輪轉(zhuǎn)子葉片126。 應(yīng)當(dāng)指出的是，如本文所用的對"轉(zhuǎn)子葉片"未進(jìn)一步明確的提及是指壓縮機(jī)118或渦輪124的旋轉(zhuǎn)葉片，其包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120和渦輪轉(zhuǎn)子葉片126。對"定子葉片"的未進(jìn)一步明確的提及是指壓縮機(jī)118或渦輪124的靜止的葉片，其包括壓縮機(jī)定子葉片122和渦輪定子葉片128。用語"翼面(airfoil)"在本文中用于指任一類型的葉片。因此，對用語"翼面"未進(jìn)一步明確的提及包括所有類型的渦輪發(fā)動機(jī)葉片，包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120、壓縮機(jī)定子葉片122、渦輪轉(zhuǎn)子葉片126和渦輪定子葉片128。 在使用中，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120在軸向壓縮機(jī)118內(nèi)的旋轉(zhuǎn)可壓縮空氣流。在燃燒器112中，當(dāng)壓縮空氣與燃料混合并點(diǎn)燃時(shí)可釋放能量。然后從燃燒器112得到的熱氣體流動可在渦輪轉(zhuǎn)子葉片126上導(dǎo)向，其可引起渦輪轉(zhuǎn)子葉片126繞軸桿的旋轉(zhuǎn)，從而將熱氣體流動的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)葉片和旋轉(zhuǎn)軸桿(由于軸桿中轉(zhuǎn)子葉片之間的連接)的機(jī)械能。軸桿的機(jī)械能然后可用于驅(qū)動壓縮機(jī)定子葉片120的旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生所需壓縮空氣供應(yīng)，而且例如，驅(qū)動發(fā)電機(jī)以發(fā)電。 圖4和圖5示出常規(guī)或已知設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)定子葉片128。 一般而言，定子葉片128包括安裝部分(或基部)132和翼面部分(或翼面)134?；?32大體上為矩形，具有一對較長側(cè)表面136、 138和一對較短端表面140、 142以及徑向外表面144和徑向內(nèi)表面146。當(dāng)插入到形成于渦輪殼體中的適當(dāng)構(gòu)造的槽(未圖示)中時(shí)，應(yīng)了解沿著端表面140U42的一對舌片或軌條147可在操作期間防止定子葉片128徑向移位?；?32也可形成為平行四邊形的形狀，即，其中平行端表面并不垂直于平行側(cè)表面。 在過去，關(guān)于圖4的常規(guī)設(shè)計(jì)是，為了更改翼面(134)的固有頻率，必須修改翼面本身的形狀。如圖5所示，常規(guī)設(shè)計(jì)還包括通過在基部132的徑向外表面中形成單個(gè)寬凹槽150而改變固有頻率的方法。這單個(gè)凹槽150大體上包括從基部132移除大量材料，因?yàn)槠浯┻^基部132的寬度延伸，即，從側(cè)表面136到側(cè)表面138，且近似平行于端表面140、142。可以看出凹槽150的寬度基本上跨越翼面134的整個(gè)弦長。 圖6示出葉片155，在后面的圖中將參考葉片155的構(gòu)造來描述本申請的若干實(shí)施例。應(yīng)了解葉片155包括基部156和翼面158(僅示出其一部分)?；?56包括具有軌條160的直線形狀，軌條160用于將葉片155固定到在渦輪殼體中形成的槽中?；?56大體上包括徑向外表面162和徑向內(nèi)表面164?；?56還包括四個(gè)徑向定向的側(cè)表面第一側(cè)表面171，其在第二側(cè)表面172對面且大體上平行于第二側(cè)表面172 ;第三側(cè)表面173，其在第四側(cè)表面174對面且大體上平行于第四側(cè)表面174。應(yīng)了解基部156的側(cè)表面可包括壓力側(cè)和吸力側(cè)，其分別與翼面的壓力側(cè)與吸力側(cè)重合；以及，前面與尾面，其分別與翼面的前邊緣與尾邊緣重合。就這個(gè)實(shí)例而言，第一側(cè)表面171和第二側(cè)表面172可分別為壓力側(cè)與吸力側(cè)，且第三側(cè)表面173和第四側(cè)表面174可分別為前面和尾面。
圖7示出根據(jù)本申請的非限制性示范性實(shí)施例的修改的定子葉片155。在此實(shí)施例中，定子葉片155大體上類似于圖6的葉片且包括如上文關(guān)于圖6的葉片所述的相同部件。但此外，定子葉片155包括沿著第三側(cè)表面173和第四側(cè)表面174的側(cè)凹槽177。如本文所用的對"側(cè)凹槽"未進(jìn)一步明確的提及意味著具有最廣泛的解釋或意義。即，對側(cè)凹槽的提及意味著廣泛地包括任何凹陷、凹槽、凹口、溝槽或在基部156的側(cè)面171、172、173、174之一上連續(xù)地或斷續(xù)地延伸的類似形式。在圖7中圖示的側(cè)凹槽177可例如被描述為具有矩形輪廓的凹槽，其以連續(xù)方式在第三側(cè)表面173和第四側(cè)表面174的長度上延伸，第三側(cè)表面173和第四側(cè)表面174可分別為基部156的前面和尾面。但圖7的側(cè)凹槽177只是示范性的。如將在下文更詳細(xì)地討論的那樣，根據(jù)本發(fā)明的側(cè)凹槽可具有許多形狀、大小和/或構(gòu)造?？扇缦挛乃鰜泶_定側(cè)凹槽177的特定構(gòu)造。在確定了葉片155的固有頻率并且在識別了目標(biāo)固有頻率后，通過以側(cè)凹槽形式從定子葉片155的側(cè)表面中的一個(gè)或多個(gè)選擇性地移除材料來修改定子葉片155的側(cè)表面171、172、173、174中的一個(gè)或多個(gè)。移除材料直到實(shí)現(xiàn)葉片155的目標(biāo)固有頻率。側(cè)凹槽177可通過切割或機(jī)械加工成所希望的幾何形狀而形成于基部156中。如圖所示，在優(yōu)選實(shí)施例中，凹槽177可延伸使得其平行于側(cè)表面173、 174的邊緣。而且，在優(yōu)選實(shí)施例中，凹槽177也可具有恒定深度和恒定寬度。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解的是，從側(cè)表面移除的材料量取決于所希望的或目標(biāo)固有頻率。因此，凹槽177的寬度和深度可根據(jù)需要修改以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)固有頻率。在某些實(shí)施例中，寬度和深度在側(cè)表面上可不是恒定的。另外，在某些實(shí)施例中，可通過在第三側(cè)表面173和第四側(cè)表面174上形成相同或不同大小和形狀的一個(gè)或多個(gè)額外凹槽177而實(shí)現(xiàn)所希望的頻率。 出于調(diào)諧翼面固有頻率目的從定子葉片基部或安裝部分移除材料是不僅可改造現(xiàn)有壓縮機(jī)定子葉片的概念，而且也可用于定子葉片的最初設(shè)計(jì)和制造。與生產(chǎn)具有修改的翼面形狀的新定子葉片的正常循環(huán)相比，在現(xiàn)有定子葉片中利用本發(fā)明的能力提供頻率相關(guān)問題的相對快速的硬件方案。 圖8至圖10示出替代實(shí)施例，其中任何實(shí)施例可用于實(shí)現(xiàn)所希望的目標(biāo)固有頻率。雖然

了替代側(cè)凹槽177構(gòu)造的實(shí)例，應(yīng)了解上文所討論的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)選擇應(yīng)用于每一個(gè)實(shí)例。圖8示出側(cè)凹槽177，除了位置在可分別為葉片155的壓力側(cè)與吸力側(cè)的第一側(cè)表面171與第二側(cè)表面172中之外，其類似于圖7所示側(cè)凹槽。圖9示出環(huán)繞基座156的所有四個(gè)側(cè)部171、 172、 173、 174的側(cè)凹槽177。 圖10示出一示范性實(shí)施例，除了添加了錐形軌條185，其類似于圖7(S卩，側(cè)凹槽在第三側(cè)表面173和第四側(cè)表面174中)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解的是，可操縱錐形軌條185的大小和角度以更改葉片155的頻率來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)固有頻率。因此，在某些實(shí)施例中，可根據(jù)需要來更改凹槽177的錐形軌條147的大小和角度以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)固有頻率。這可結(jié)合上文所述的側(cè)凹槽177進(jìn)行或者獨(dú)立于上文所述的側(cè)凹槽177進(jìn)行。 圖11至圖15示出側(cè)凹槽177的某些優(yōu)選截面形狀。圖ll示出半圓輪廓。圖12
示出半橢圓形。圖13是具有圓形端部的錐形。圖14描繪了止于半圓形的矩形。圖15是
類似于圖7至圖10的實(shí)例但具有圓角或內(nèi)圓角(fillet)的直線形狀。 通過本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的上文描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到改進(jìn)、變化和修
改。在本領(lǐng)域技術(shù)內(nèi)的這些改進(jìn)、變化和修改預(yù)期涵蓋于所附權(quán)利要求內(nèi)。另外，顯然上文
的描述僅涉及本申請的描述實(shí)施例且在不偏離所附的權(quán)利要求和其均等物所限定的本申
請的精神和范疇的情況下可以對上文的描述做 各種變化和修改。
權(quán)利要求
一種調(diào)諧具有基部(132)和翼面部分(134)的壓縮機(jī)定子葉片(122)以實(shí)現(xiàn)所希望的固有頻率的方法，包括a)識別所述壓縮機(jī)定子葉片(122)的固有頻率；b)確定用于所述壓縮機(jī)定子葉片(122)的不同的目標(biāo)固有頻率；以及c)以實(shí)現(xiàn)所述目標(biāo)固有頻率的一定量和一定構(gòu)造從所述壓縮機(jī)定子葉片(122)的所述基部(131)的側(cè)表面(171、172、173、174)中的至少一個(gè)移除材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，通過在所述基部(132)的所述側(cè)表面 (171、172、173、174)中的至少一個(gè)中形成至少一個(gè)凹槽(177)來執(zhí)行步驟c)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過在基本上彼此平行的兩個(gè)側(cè)表面 (171、172、173、174)中的每一個(gè)中形成至少一個(gè)凹槽(177)來執(zhí)行步驟c)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述側(cè)表面(171、172、173、174)包括壓力側(cè)、吸力側(cè)、前面和尾面； 所述壓力側(cè)和吸力側(cè)彼此面對且基本上彼此平行，且所述前面和所述尾面彼此面對且 基本上彼此平行；以及通過在所述壓力側(cè)和吸力側(cè)中的每一個(gè)中形成至少一個(gè)凹槽(177)來執(zhí)行步驟c)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述側(cè)表面(171、172、173、174)包括壓力側(cè)、吸力側(cè)、前面和尾面； 所述壓力側(cè)和吸力側(cè)彼此面對且基本上彼此平行，且所述前面和所述尾面彼此面對且 基本上彼此平行；以及通過在所述尾面和前面中的每一個(gè)中形成至少一個(gè)凹槽(177)來執(zhí)行步驟c)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述側(cè)表面(171、172、173、174)包括壓力側(cè)、吸力側(cè)、前面和尾面； 所述壓力側(cè)和吸力側(cè)彼此面對且基本上彼此平行，所述前面和所述尾面彼此面對且基 本上彼此平行；以及通過在壓力側(cè)、所述吸力側(cè)、所述尾面和前面中的每一個(gè)中形成至少一個(gè)凹槽(177) 來執(zhí)行步驟c)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述凹槽(177)中的每一個(gè)具有基本上平行的側(cè)部和基本上平坦的底部； 所述凹槽(177)中的每一個(gè)具有恒定深度； 所述凹槽(177)中的每一個(gè)具有恒定寬度；以及所述凹槽(177)中的每一個(gè)完全在所述側(cè)表面(171、172、173、174)中的每一個(gè)的長度 上延伸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述基部(132)基本上為矩形，且具有一 對相對較長的側(cè)表面(171、172、173、174)，一對相對較短的端表面(171、 172、 173、 174)，徑 向內(nèi)表面和徑向外表面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述凹槽(177)的截面輪廓是矩形、半圓 形、半橢圓形、帶有圓形端部的錐形、止于半圓形的矩形以及具有內(nèi)圓角的矩形之一。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于 所述基部(132)包括一個(gè)或多個(gè)軌條(1 60);以及通過從所述軌條(60)中的至少一個(gè)移除材料以形成錐形軌條(185)來執(zhí)行步驟c)
全文摘要
本發(fā)明提供一種關(guān)于頻率調(diào)諧的渦輪葉片的方法、系統(tǒng)和/或設(shè)備。其中，一種調(diào)諧具有基部(132)和翼面部分的壓縮機(jī)定子葉片(122)以實(shí)現(xiàn)所希望的固有頻率的方法，包括a)識別壓縮機(jī)定子葉片(122)的固有頻率；b)確定用于壓縮機(jī)定子葉片(122)的不同的目標(biāo)固有頻率；以及，c)以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)固有頻率的一定量和一定構(gòu)造從壓縮機(jī)定子葉片(122)的基部(132)的側(cè)表面(171、172、173、174)中的至少一個(gè)移除材料。
文檔編號F04D27/00GK101782080SQ200910266750
公開日2010年7月21日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者R·庫馬, S·M·德萬加達(dá) 申請人:通用電氣公司