專利名稱:透平葉片上具有凹坑的護(hù)殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及具有護(hù)殼的透平葉片,更具體地說(shuō),涉及減輕具有護(hù)殼的透平葉片的重量而同時(shí)又不影響及損害護(hù)殼的耐彎曲應(yīng)力的能力。
背景技術(shù):
燃?xì)廨啓C(jī)葉片是多級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)翼形部件,用于把從燃燒室的熱能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子的機(jī)械功。透平的性能可以通過(guò)把葉片頂部的外邊密封而得到增強(qiáng),以防止燃燒氣體從氣流流道逸出到葉片頂部和外殼之間的間隙。
通常的密封透平葉片頂部和透平外殼之間的間隙的方法是通過(guò)使用葉片頂部上的護(hù)殼。護(hù)殼不僅能增強(qiáng)透平性能,還可以用作減震器,特別是對(duì)于徑向長(zhǎng)度大的透平葉片更是如此。該護(hù)殼起機(jī)械裝置的作用以提高葉片固有頻率,從而又可以將由于葉片在固有頻率較長(zhǎng)的諧振時(shí)間而引起的故障降低到最少。典型的具有護(hù)殼的透平葉片的一部分示于
圖1。圖1中示出了透平葉片10,它具有一翼面部分11及護(hù)殼12。護(hù)殼制造時(shí)是與翼面部分11結(jié)合在一起的。此翼面部分還含有一前緣15和一后緣16,其前、后緣與護(hù)殼12大體垂直。護(hù)殼12具有厚度和側(cè)壁17,當(dāng)存在相鄰的透平翼片時(shí),側(cè)壁17被切割以形成互鎖結(jié)構(gòu)。該互鎖結(jié)構(gòu)在沿著兩個(gè)支承表面13處。這就是說(shuō),沿著支承表面13相鄰?fù)钙饺~片(圖中未示出)接觸護(hù)殼12的地方。正是在支承表面13處的透平葉片護(hù)殼12的互鎖形成(產(chǎn)生)了降低振動(dòng)以及密封或隔離透平氣體路徑內(nèi)的熾熱的燃燒氣體機(jī)制。典型的透平葉片護(hù)殼的另一個(gè)特點(diǎn)是具有刃狀邊14。視葉片護(hù)殼的尺寸的大小可以用一條或多條刃狀邊。這些密封條(隔離條)彼此平行延伸,一般是垂直于發(fā)動(dòng)機(jī)軸線并且從護(hù)殼12向外延伸。使用這些密封條的目的是嚙合透平殼體(圖中未示出)的護(hù)殼塊體以進(jìn)一步使葉片頂部周圍的泄漏減至最少。雖然使用護(hù)殼的目的是密封或隔離氣流通路中的燃燒氣體以及提供振動(dòng)的阻尼,但護(hù)殼也有缺點(diǎn)。
護(hù)殼設(shè)計(jì)的一個(gè)缺點(diǎn)是其重量。護(hù)殼增加了透平葉片的重量。在運(yùn)行時(shí),透平葉片在一輪盤上圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)軸線旋轉(zhuǎn)。在典型的工業(yè)應(yīng)用中,輪盤的旋轉(zhuǎn)速度是每分鐘3600轉(zhuǎn)。葉片是通過(guò)在葉片根部與輪盤之間的切割出的互鎖部分而保持在輪盤中的。當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí),離心力使葉片在此連接點(diǎn)把向外的負(fù)荷加在葉片輪盤上。加在輪盤上的負(fù)荷的量,因此也就是加在將葉片保持在輪盤中的葉片根部的負(fù)荷的量是葉片重量的函數(shù)。也就是說(shuō),對(duì)一給定的每分鐘轉(zhuǎn)速,葉片愈重,在葉片根部和輪盤之間交界處的負(fù)荷及應(yīng)力就愈大。加在葉片根部及輪盤上的過(guò)分大的負(fù)荷能夠降低每一部件上的總的使用壽命。
護(hù)殼的另一個(gè)缺點(diǎn)是葉片護(hù)殼的蠕變翹曲。視護(hù)殼的厚度而定,護(hù)殼的諸邊會(huì)在它們的頂部向上“彎曲”,在護(hù)殼和葉片頂部之間的圓角中引入嚴(yán)重的彎曲應(yīng)力。護(hù)殼由于來(lái)自氣體壓力負(fù)荷加在護(hù)殼邊的彎曲或扭曲負(fù)載以及離心力負(fù)荷而彎曲。護(hù)殼的彎曲類似于懸臂式粱,有負(fù)荷加在粱的自由端而產(chǎn)生的彎曲。工業(yè)上已知的解決此彎曲現(xiàn)象的方法是均勻地增加護(hù)殼的截面厚度,以使護(hù)殼具有較強(qiáng)的硬度以及能對(duì)抗卷曲的發(fā)生。簡(jiǎn)單的均勻地增加護(hù)殼的厚度的缺點(diǎn)是增加了護(hù)殼的硬度。這個(gè)重量是由于增加的材料而加在護(hù)殼上的。
發(fā)明目的概述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的透平葉片護(hù)殼,它降低了總的葉片的重量,從而降低了加在透平輪盤上的拉力,增加了透平葉片根部和相應(yīng)輪盤定位部位的使用壽命。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一改進(jìn)的透平葉片護(hù)殼,它不危及護(hù)殼的彎曲應(yīng)力或護(hù)殼的質(zhì)量平衡。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一改進(jìn)的透平葉片護(hù)殼,它包括一沿著護(hù)殼的加強(qiáng)肋,用于鉆冷卻孔,從而不會(huì)因這些冷卻孔而發(fā)生高的應(yīng)力集中。
根據(jù)以上及其他目的,它們將在下面變得更為清楚的,下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)敘述。
本發(fā)明旨在減小護(hù)殼的重量的同時(shí)消除護(hù)殼的彎曲(卷曲)問(wèn)題,從而降低透平葉片的總的重量而且不危及護(hù)殼的彎曲應(yīng)力。改進(jìn)的護(hù)殼結(jié)構(gòu)是從護(hù)殼上去掉了一部分質(zhì)量而不損及護(hù)殼的結(jié)構(gòu)完整性或性能要求或總的葉片結(jié)構(gòu)。多余的質(zhì)量是通過(guò)在護(hù)殼的最外層表面在質(zhì)量不必要的位置插入斜坡?tīng)畎伎佣サ?,以降低翼面到護(hù)殼過(guò)渡區(qū)的應(yīng)力水平。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1是典型的透平葉片護(hù)殼的立體圖;圖2是透平葉片及本發(fā)明的護(hù)殼的立體圖;圖3是本發(fā)明的護(hù)殼部分的立體圖;圖4是本發(fā)明的護(hù)殼部分的頂正視圖。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)敘述改進(jìn)的透平葉片的較佳實(shí)施例示于圖2。透平葉片40是一個(gè)澆鑄成的整體單件,鑄件上有許多機(jī)加工在其上的細(xì)部。透平葉片有一葉片根部41,根部41可以包含一從根部向外的頸部區(qū)域42,根部41包含機(jī)加工的表面43,它們與透平輪盤(圖中未示出)的輪廓相配合,用于使所述葉片根部與所述透平輪盤相互鎖定,以使透平葉片40在離心力負(fù)荷下與透平輪盤保持在一起。葉片根部及頸部區(qū)域的外部是一平臺(tái)部分44,平臺(tái)部分44基本上是平面形的并與根部41相連。從平臺(tái)44向外延伸的是一翼面45,翼面有一與平臺(tái)44相連的頂部及一頂端部,它與護(hù)殼46相連,該護(hù)殼46詳細(xì)地示于圖3中。
圖3示出了翼面45的頂部及護(hù)殼46。該護(hù)殼從翼面45向外延伸并包括一第一表面47,第一表面47固定于頂部且輪廓與翼面頂部相符,還有一第二表面48,它在表面47之外并與第一表面相平行。連接第一表面47和第二表面48的是多個(gè)徑向延伸的側(cè)壁49,側(cè)壁49與表面47及48基本垂直。諸表面及側(cè)壁賦予護(hù)殼46以本發(fā)明所涉及的厚度。護(hù)殼46還包括刃狀邊50,該刃狀邊從表面48向外延伸。刃狀邊50在表面48的旁邊并終止于頂部51,它們與側(cè)壁49相一致。護(hù)殼46的另一個(gè)特點(diǎn)是在表面48中的并與刃狀邊50相鄰的凹進(jìn)的凹抗52。諸凹坑52由一加強(qiáng)肋53隔開(kāi),并且凹坑的深度是漸減的(錐形的)。凹坑的最深的部分是在與側(cè)壁49及刃狀邊頂部51相鄰的區(qū)域。在較佳實(shí)施例中,改進(jìn)的透平葉片包含由加強(qiáng)肋部分隔開(kāi)的兩個(gè)三角形凹進(jìn)的凹坑。兩個(gè)凹坑52是澆鑄進(jìn)護(hù)殼46中的以除去對(duì)改進(jìn)的護(hù)殼剛性并不需要的多余的材料。此除去的材料減輕了護(hù)殼的總的重量,結(jié)果如上面所述降低了葉片在透平輪盤上的拉力。材料是用錐形的方式除去的,即對(duì)需要降低護(hù)殼彎曲應(yīng)力的材料在鄰近加強(qiáng)肋53處通過(guò)改進(jìn)的截面厚度保留下,而不需要減少護(hù)殼彎曲應(yīng)力的材料則被除去。
圖4示出了護(hù)殼46的頂正視圖,其上具有兩個(gè)凹坑52,兩凹坑的中間由加強(qiáng)肋53隔開(kāi)。視發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況而定,可能需要用空氣或用水蒸氣進(jìn)行冷卻透平葉片。如果需要這樣的冷卻,多個(gè)冷卻孔54從護(hù)殼46的加強(qiáng)肋53延伸到翼面平臺(tái)內(nèi)的冷卻通道,葉片根部可以機(jī)加工于透平葉片之中。加強(qiáng)肋53提供一平面段,供在其中鉆冷卻孔之用。此加強(qiáng)肋將確???4的位置可以離開(kāi)凹進(jìn)的護(hù)殼凹坑足夠遠(yuǎn),從而使凹進(jìn)的凹坑的圓角和倒角在鉆冷卻孔時(shí)不被切割著,從而可以避免不希望的應(yīng)力的集中。應(yīng)力集中會(huì)由于在一圓角/角及冷卻孔的邊交界面處出現(xiàn)尖銳的角而產(chǎn)生。
雖然本發(fā)明通過(guò)較佳實(shí)施例的形式作了敘述,但應(yīng)予理解的是,本發(fā)明絕不限于所揭示的實(shí)施例的范圍,相反,本發(fā)明擬將下列權(quán)利要求所闡述的范圍內(nèi)的種種變化、改變及等效安排包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的透平葉片,它包括一葉片根部,一呈平面形的平臺(tái)部,該平臺(tái)部與所述葉片根部相連,一翼面部,它從平臺(tái)部分向外延伸,所述翼面有一與所述平臺(tái)部相連的平臺(tái)端,并且有一與平臺(tái)端相對(duì)的頂端,一從頂端向外延伸的護(hù)殼,護(hù)殼安裝在所述頂端上,所述護(hù)殼包括一第一表面,它固定于所述翼面的頂端;一第二表面,它與第一表面間隔開(kāi)并基本上平行于第一表面;多個(gè)徑向延伸的側(cè)壁,基本上垂直于、并連接所述第一和第二表面;一對(duì)刃形邊,它們從第二表面向外延伸,每一刃形邊延伸過(guò)所述第二表面并在側(cè)壁處具有刃狀端;至少有一個(gè)在所述第二表面中的凹進(jìn)的凹坑,所述凹坑向著所述第一表面延伸到一預(yù)定深度。
2.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的透平葉片,其中,所述諸凹進(jìn)的凹坑每一個(gè)凹坑的形狀基本上呈三角形。
3.如權(quán)利要求1所述的透平葉片,其中,所述諸凹進(jìn)的凹坑的每一個(gè)凹坑是位于相鄰刃狀邊處。
4.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的透平葉片,其中,每一所述凹進(jìn)的凹坑的深度從護(hù)殼的中心向著徑向延伸的側(cè)壁是變化的,所述諸凹進(jìn)的凹坑的最深的位置緊挨著所述刃狀端處。
5.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的透平葉片,其中,所述諸凹進(jìn)的凹坑中的每一個(gè)凹坑的深度從所述護(hù)殼的中心向著所述徑向延伸的側(cè)壁是變化的,而所述諸凹進(jìn)的凹坑的最深位置緊挨著所述側(cè)壁之一。
6.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的透平葉片,其中,所述諸凹進(jìn)的凹坑中的每一個(gè)凹坑由一加強(qiáng)肋所隔開(kāi),該加強(qiáng)肋在所述刃狀邊之間延伸并固定于所述第二表面,所述加強(qiáng)肋包含多個(gè)冷卻孔,所述冷卻孔從所述加強(qiáng)肋向著所述葉片根部延伸并穿過(guò)所述透平葉片。
7.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的透平葉片,其中,所述護(hù)殼的徑向延伸的側(cè)壁呈Z字形。
8.一種改進(jìn)的透平葉片,它包括一葉片根部;一呈平面形的平臺(tái)部,該平臺(tái)部與所述葉片根部相連;一翼面部,它從平臺(tái)部向外延伸,所述翼面有一與所述平臺(tái)部相連的平臺(tái)端,并且有一與平臺(tái)端相對(duì)的頂端,一從頂端向外延伸的護(hù)殼,護(hù)殼安裝在所述頂端上,所述護(hù)殼包括一第一表面,它固定于所述翼面頂端的;一第二表面,它與第一表面間隔開(kāi)并基本上平行于所述第一表面;多個(gè)徑向延伸的側(cè)壁,基本上垂直于并連接所述第一和第二表面;至少一個(gè)刃狀邊,它從所述第二表面向外延伸,所述至少一個(gè)刃狀邊延伸過(guò)所述第二表面并在所述側(cè)壁處具有端部;至少有一個(gè)在所述第二表面內(nèi)的凹進(jìn)的凹坑,所述凹坑向著所述第一表面延伸到一預(yù)定的深度。
9.如權(quán)利要求8所述的改進(jìn)的透平葉片,其中,所述諸凹進(jìn)的凹坑每一個(gè)凹坑的形狀基本上呈三角形
10.如權(quán)利要求9所述的改進(jìn)的透平葉片,其中,每一所述凹進(jìn)的凹坑位于所述刃狀邊附近。
11.如權(quán)利要求10所述的改進(jìn)的透平葉片,其中,所述諸凹進(jìn)的凹坑中的每一個(gè)凹坑的深度從護(hù)殼的中心向著所述徑向延伸的側(cè)壁是變化的,所述諸凹坑的最深位置是在鄰近所述刃狀邊的端部處。
12.如權(quán)利要求11所述的改進(jìn)的透平葉片,其中,所述諸凹坑的每一個(gè)凹坑的深度從護(hù)殼中心向著所述徑向側(cè)壁是變化的,而所述諸凹坑的最深位置是在側(cè)壁之一的附近。
13.如權(quán)利要求12所述的改進(jìn)的透平葉片,其中,所述諸凹坑中的每一個(gè)凹坑由一加強(qiáng)肋隔開(kāi),該加強(qiáng)肋基本上垂直橫過(guò)所述刃狀邊并固定于所述第二表面,所述加強(qiáng)肋包括多個(gè)冷卻孔,所述冷卻孔從所述加強(qiáng)肋向著所述葉片根部延伸并穿過(guò)所述透平葉片。
14.如權(quán)利要求12所述的改進(jìn)的透平葉片,其中,所述護(hù)殼的所述徑向延伸的側(cè)壁呈“Z”字形。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種改進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)葉片(40),它使用一位于葉片頂端的護(hù)殼(46),護(hù)殼上具有錐形或漸減的護(hù)殼凹坑(52),用以從護(hù)殼(46)除去多余的重量,但不影響護(hù)殼彎曲應(yīng)力。由漸減的凹坑(52)除去多余的重量減少了葉片總的牽引力,但留著必需的增加護(hù)殼剛性的材料。形成在遠(yuǎn)離應(yīng)力可能的集中區(qū)域的漸減的(錐形的)凹坑(52)之間的加強(qiáng)肋(53)提供了一用于鉆徑向的冷卻孔(54)的表面。
文檔編號(hào)F01D5/18GK1643236SQ02823859
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2002年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月4日
發(fā)明者R·塞勒斯基, R·秋拉托 申請(qǐng)人:動(dòng)力體系制造有限公司