專利名稱：渦輪機組件的翼片芯形狀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及渦輪機領域，確切地說，涉及渦輪機組件的翼片形狀。
背景技術：
燃氣渦輪機的每個級都必須符合多項系統要求，以便達到設計目標，包括總體提高壓縮機效率。具體而言，第一級壓縮機定子輪葉必須符合包括翼片負載和制造エ藝性(manufacturability)在內的各項系統要求。這些第一級壓縮機定子輪葉必須在以燃氣潤輪機的運行條件為基礎的ー組特定的邊界條件內運行，同時還必須維持符合設計說明的形狀。

發(fā)明內容
根據示范性實施例的ー個方面，渦輪機組件包括具有翼片芯形狀的壓縮機定子輪葉。翼片芯形狀(airfoil core shape)包括大致符合表I中規(guī)定的笛卡爾坐標值(Cartesian coordinate values)X、Y 和 Z 的標稱型面(nominal profile),其中 X 和 Y 是以英寸表示的距離，當它們通過平滑連續(xù)弧線相連時，在每個英寸距離Z處限定翼片型面段(airfoil profile sections) 0位于Z距離處的各型面段彼此平滑相連，以構成完整的翼片芯形狀。所述壓縮機定子輪葉包括翼片；所述壓縮機定子輪葉包括一種用于限定輪葉的芯形狀。所述壓縮機定子輪葉包括第一級壓縮機定子輪葉。所述標稱型面設在垂直于任何翼片型面段的方向上位于介于+0. 160英寸與-0. O英寸之間的包絡內。根據示范性實施例的另一方面，渦輪機包括壓縮機部分，以及在壓縮機部分提供的至少ー個壓縮機輪葉。壓縮機定子輪葉包括翼片芯形狀。翼片芯形狀包括大致符合表I中規(guī)定的笛卡爾坐標值χ、γ和Z的標稱型面，其中X和Y是以英寸表示的距離，當它們通過平滑連續(xù)弧線相連時，在每個英寸距離Z處限定翼片型面段。位于Z距離處的各型面段彼此平滑相接，以構成完整的翼片芯形狀。所述壓縮機輪葉包括壓縮機定子輪葉；所述壓縮機定子輪葉為第一級壓縮機定子輪葉。所述壓縮機輪葉包括第一級壓縮機定子輪葉。所述標稱型面設在垂直于任何翼片型面段的方向上位于介于+0. 160英寸與-0. O英寸之間的包絡內。通過以下說明并結合附圖可以更加清楚地了解到這些以及其他優(yōu)點和特征。


本說明書中的權利要求書詳細指出并明確主張了本發(fā)明。通過以下說明并結合附圖可以清楚地了解本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點，其中圖I為渦輪機的壓縮機部分的截面圖，所述渦輪機包括具有根據本發(fā)明的示范性實施例構造的翼片形狀的第一級壓縮機定子輪葉；圖2所示為用于圖I的第一級壓縮機輪葉的坐標系；
圖3為圖2所示的第一級壓縮機輪葉的側視圖，圖示了定義翼片形狀的一組點中
的一部分；圖4為圖3所示的第一級壓縮機輪葉的另ー側視圖；圖5所示為圖2的第一級壓縮機輪葉的典型部分的示意圖；圖6所示為所述翼片形狀的標稱型面的外層范圍。
具體實施方式
部分參考附圖以舉例方式介紹本發(fā)明的實施例及優(yōu)點和特征。兀件符號列表 奏考標號I部件I參考標號
2__渦輪機_4 _壓縮機郅分
6壓縮機外殼—8 _ _ __軸流路
15第一壓縮機級18弟一鉦喚嘴；移動轉
_____ _子葉片；固定輪葉
20第一級輪葉；移動轉22第一級壓縮機定子輪
子葉片葉
30_翼片芯形狀 _ 34第一端
36第二端38底座構件
40第一鳩尾榫郅分 44吸入側(圖4)
46壓カ側48前緣
49后緣100坐標系
105X-軸110Y-軸_ _
115Z-軸150, 151,多個部分
152, 153,
154，155,
156, 157,
158, 159,
160, 161,
162, 163，
164，165，
166，167,
168, 169,
170, 171,
_172 _
180最后部分200點
250標稱型面260公差
270 JJiF^(UL) _ [280 _ J 下限(Ly _
具體實施例方式如圖1-4所示，根據示范性實施例構造的渦輪機2包括壓縮機部分4和渦輪機部分(未圖不)。壓縮機部分4包圍在壓縮機外殼6中，且具有軸向流路8。壓縮機部分4包括多個可變和固定的輪葉，以及移動轉子葉片，其中兩個葉片在圖中分別以18和20表示。在圖中，壓縮機部分4還包括其他壓縮機級(未單獨標明)，這些級的數量會因壓縮機的實施和型號而有所不同。在固定輪葉18中為定子“0”或用于7 、7 4、7 4+、7 ム+6燃氣渦輪機框架的第一級壓縮機定子輪葉22。在所示的示范性實施例中，第一級壓縮機定子輪葉22包括具有第一端34和第二端36的翼片芯形狀30。第一端34提供有用作錨定點的底座構件38。具體而言，底座構件38是鳩尾榫部分，與第二鳩尾槽(未顯示)相連，以便將其設置于壓縮機流路中。翼片芯形 狀30擁有包括三維(3-D)形狀的型面/輪廓(profile)，該三維形狀定義了吸入側44和壓カ側46，以及前緣49和后緣48。第一級壓縮機定子輪葉22的ー個重要方面是翼片芯形狀30，該形狀根據示范性實施例經配置以用于提高渦輪機性能。表I中展示了用于翼片芯形狀30的一系列X、Y和Z坐標或點，這些坐標或點符合有關相鄰級之間的相互作用的壓縮機要求和氣動效率，并在之前的形狀上方提供了更大的空氣動カ空間。而且，根據示范性實施例的特殊翼片芯形狀30符合有關流體動力、負載和頻率響應的系統要求。這些點可以通過不斷改進氣動和機械設計來實現，并且所述點是可讓渦輪機2以高效平穩(wěn)的方式運行的唯一點軌跡(loci ofpoints)。從下文可以非常明顯的看出，翼片芯形狀30表示為表I中列出的ー組3024個點。這3024個點表示27個翼片部分，每個部分包括112個點，其中24個部分包括翼片芯形狀30。用于表示翼片芯形狀30的型面/輪廓的X、Y和Z坐標是在相對于冷發(fā)動機部分定義的坐標系中形成的。冷中線軸上的坐標系的原點(origin)為X = O. O、Y = O. O和Z= 0.0o Z坐標軸被定義為從Y坐標軸發(fā)出的徑線，X坐標軸被定義為垂直于由Y-Z軸定義的平面。翼片部分是沿著垂直于Z坐標軸的方向進行切割的。在各部分組成翼片芯型面形狀的X和Y點以英寸表示。對于部分平面，徑向Z值具有原點為Ztl，且以英寸表示。各部分的徑向距離均有所不同，但翼片芯形狀30的總徑向距離為15. 4294英寸。底部和頂部部分Ztl和も可能會因鋳造部件，例如底座構件38，而變得不清晰，這兩個部分未包含在定義翼片芯形狀30的X、Y和Z點中。所有的3024個點均在標稱零下溫度(nominalcold)或室溫的條件下取自翼片芯形狀30的各翼片部分。每個翼片部分均由相鄰的翼片部分平滑連接，以形成翼片芯形狀30。應了解的是，由于各壓縮機定子輪葉22會在壓縮機部分4的運行過程中受到加熱，因此翼片芯型面形狀會因壓カ和溫度而有所變化。因此，為便于制造，本發(fā)明提供了零下溫度或室溫下的Χ、γ和Z點。由于制造的翼片芯形狀可能與表I中定義的標稱翼片芯形狀有所不同，允許與標稱型面存在+0. 160和-0. O英尺的公差，因此為翼片芯形狀30定義了總體設計范圍(overall design envelope)。在此設計范圍下總體設計較為可靠,不會損害第一級壓縮機定子輪葉22的機械或氣動部件。還應了解，翼片芯形狀30可以按比例均勻放大或縮小，以便引入具有較小或較大框架尺寸的類似的渦輪機設計。因此，以英寸表示的X、Y和Z坐標可以乘以或除以相同的常量或數字/因數，以便提供按比例放大或縮小的第一級定子輪葉22，同時保留翼片芯型面形狀和獨特特性(properties)。從圖2中可以清楚地看到，根據示范性實施例的翼片芯形狀30的坐標系大體以100表示。如上所述，坐標系100是相對于冷定子輪葉定義的。坐標系100包括X軸105、Y軸110和Z軸115。坐標系100的原點為位于被底座構件38覆蓋的第一級壓縮機定子輪葉22上的點的中心。X軸105沿渦輪機2的中線軸(未單獨標明)軸向延伸，并且Z軸115沿垂直于中線軸的經線延伸。X軸105、Y軸110和Z軸115的正方向在圖2中均用標簽標出。從圖3和圖4中可以清楚地看到，翼片芯形狀30包括多個部分150-172。部分150位于Ztl,并且翼片芯形狀30在位于\的部分180終止之前通過部分172進行延伸。如上所述，部分150-172和180是沿著垂直于Ze-軸115的方向進行切割的。表I中表示的用于組成各部分的X和Y坐標以英寸表示。圖5所示為組成部分151的ー組112個點200。圖6所示為用于翼片芯形狀30的設計包絡范圍(design envelope)。表I中列出 的X、Y和Z值描繪翼片芯形狀30的各部分的各點的理想點位置。但是，由于制造公差，因此可能存在偏移理想點位置的情況，此類情況也必須考慮在內。因此需要構建設計范圍，該范圍規(guī)定各部分150-172和180與標稱型面250之間可接受的外邊界或距離。因此應了解的是，各X、Y和Z點均包括公差或土值?？紤]到制程能力，在加工翼片芯形狀30時允許存在+0. 160英寸的公差260。公差260包括定義為與標稱型面250存在O. 160英寸偏差的上限270，以及定義為與標稱型面250存在-O. 000英寸偏差的下限280。設計范圍或公差260較為可靠，因此這種變化不會削弱壓縮機定子輪葉22的機械和氣動性能。在任何情況下都不應限制于示范性實施例，與第一級壓縮機定子輪葉22以前的単獨翼片芯形狀相比，本發(fā)明所述的翼片芯形狀30將效率提高了 O. 15%。而且，在任何情況下都不應限制于示范性實施例，與常規(guī)或加強(與本說明書中所述的增強類似)的其他翼片芯形狀相結合，如本發(fā)明所展示的翼片芯形狀30比第一級壓縮機定子輪葉22以前的單獨翼片芯形狀的效率聞O. 15%。除以上所述的優(yōu)勢以外，此提聞的效率還可以減少功率輸出所需的燃料，因此其本身可以降低排放量以產生能量。當然，其他此類優(yōu)勢也在示范性實施例的范圍之內。表I :申
權利要求
1.一種渦輪機(2)組件，其包括 具有一種翼片芯形狀(30)的壓縮機定子輪葉(22)，所述翼片芯形狀(30)具有一種大致符合表I中規(guī)定的笛卡爾坐標值X(105)、Y(IlO)和Z(115)的標稱型面(250)，其中X(105)和Y(IlO)為英寸距離，當它們通過平滑連續(xù)弧線相連時，在每個英寸距離Z(115)處限定翼片型面段(150、151、152、153、154、155、156、157、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、171、172)，位于所述2(115)距離處的所述型面段(150,151,152、153、154、155、156、157、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、171、172)彼此平滑相連，形成完整翼片芯形狀(30)。
2.根據權利要求I所述的渦輪機(2)組件，其特征在于，所述壓縮機定子輪葉(22)包括翼片(30)。
3.根據權利要求I所述的渦輪機(2)組件，其特征在于，所述壓縮機定子輪葉(22)包括一種用于限定輪葉(18)的芯形狀。
4.根據權利要求I所述的渦輪機(2)組件，其特征在于，所述壓縮機定子輪葉(22)包括第一級壓縮機定子輪葉(22)。
5.根據權利要求I所述的渦輪機(2)組件，其特征在于，所述標稱型面(250)在垂直于任何翼片型面段(150、151、152、153、154、155、156、157、158、159、160、161、162、163、164、·165、166、167、168、169、170、171、172)的方向上位于介于+0. 160英寸與-0. 0英寸之間的包絡內。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦輪機組件的翼片芯形狀。所述渦輪機組件包括具有一種翼片芯形狀的壓縮機定子葉片。所述翼片芯形狀包括大致符合表1中規(guī)定的笛卡爾坐標值X、Y和Z的標稱型面，其中X和Y為英寸距離，當它們通過平滑連續(xù)弧線相連時，在每個英寸距離Z處限定翼片型面段。位于所述Z距離處的各型面段彼此平滑相連，形成一個完整的翼片芯形狀。
文檔編號F04D29/00GK102678603SQ201210059508
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權日2011年3月1日
發(fā)明者J·E·貝爾, U·加格 申請人:通用電氣公司