專利名稱：用于降低渦輪葉片尖頂區(qū)域的溫度的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請總體涉及燃氣渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片并更具體地涉及用于降低轉(zhuǎn)子葉片尖頂溫度的方法和裝置。
背景技術(shù)：
燃氣渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片一般包括具有前和尾邊緣，壓力側(cè)和負壓側(cè)的翼面。該壓力和負壓側(cè)連接在該前和尾邊緣處，并在該翼面根部和尖頂之間徑向延伸以便在其中限定冷卻腔。為了有助于減少在該翼面尖頂和靜止定子構(gòu)件之間的燃氣泄漏，該翼面包括從該翼面尖頂徑向朝外延伸的尖頂區(qū)域。
該翼面尖頂區(qū)域包括從該翼面前邊緣延伸到尾邊緣的第一尖頂壁，和同樣從該翼面前邊緣延伸以便在該翼面尾邊緣處與該第一尖頂壁連接的第二尖頂壁。該尖頂區(qū)域可防止轉(zhuǎn)子葉片摩擦到該定子構(gòu)件時對于該翼面的損壞。
在運行期間，沖擊該旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片的燃燒氣體將熱量傳遞到葉片翼面和尖頂區(qū)域中。隨時間推移，在高溫中連續(xù)的運作可導致翼面尖頂區(qū)域熱疲勞。為了有助于降低該翼面尖頂區(qū)域的工作溫度，至少有些公知的轉(zhuǎn)子葉片包括位于該尖頂壁內(nèi)的縫槽以允許處于較低溫度下的燃燒氣體流過該尖頂區(qū)域。
為了有助于使該轉(zhuǎn)子葉片尖頂?shù)臒崞谧钚』?，至少有些公知的轉(zhuǎn)子葉片采用了多個尖頂開口，其能使冷卻空氣從冷卻腔中排出以冷卻該轉(zhuǎn)子葉片尖頂。在該轉(zhuǎn)子組裝以后，該轉(zhuǎn)子葉片一般作為一個組件磨削到轉(zhuǎn)子的特定直徑。在該組件磨削期間以及發(fā)動機運行期間，該尖頂開口可能變得磨擦而閉合，于是使得可從冷卻腔排出以便冷卻該轉(zhuǎn)子葉片尖頂?shù)睦鋮s空氣量下降。這種轉(zhuǎn)子葉片尖頂開口己磨擦而閉合的轉(zhuǎn)子運行可使得該轉(zhuǎn)子葉片尖頂?shù)墓ぷ鳒囟鹊奶岣撸@會導致在該尾邊緣尖頂區(qū)域中熱蠕變、塑性變形以及氧化物生成量的增加。隨時間推移，帶有已摩擦而閉合的轉(zhuǎn)子葉片尖頂開口的連續(xù)運行可降低該轉(zhuǎn)子組件的有效使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個方面中，設(shè)置一種用于形成燃氣渦輪發(fā)動機的轉(zhuǎn)子葉片以有助于降低轉(zhuǎn)子葉片尖頂?shù)墓ぷ鳒囟鹊姆椒āＴ摲椒òㄐ纬梢环N翼面，其包括在前邊緣和尾邊緣處連接以便在其間限定腔體的第一側(cè)壁和第二側(cè)壁，其中該第一和第二側(cè)壁沿徑向延伸在轉(zhuǎn)子葉片根部和轉(zhuǎn)子葉片尖頂之間，并形成從該轉(zhuǎn)子葉片尖頂板沿第一側(cè)壁延伸的第一尖頂壁，依此該第一尖頂壁的至少一部分相對該轉(zhuǎn)子葉片第一側(cè)壁至少部分地凹入以限定從該翼面尾邊緣朝該翼面前邊緣延伸的尖頂臺面。該方法還包括形成從該轉(zhuǎn)子葉片尖頂板沿第二側(cè)壁延伸的第二尖頂壁，因此該第二尖頂壁與第一尖頂壁在轉(zhuǎn)子葉片尾邊緣處連接。
在另一方面中，設(shè)置用于燃氣渦輪發(fā)動機的翼面。該翼面包括前邊緣，尾邊緣，尖頂板，第一側(cè)壁，第二側(cè)壁，第一尖頂壁和第二尖頂壁。該第一尖頂壁在翼面根部和該尖頂板之間的徑向跨度上延伸。該第二側(cè)壁在該前邊緣和尾邊緣處與第一側(cè)壁相連接以在其中限定腔體。該第二側(cè)壁在該翼面根部和該尖頂板之間的徑向跨度上延伸。該第一尖頂壁從該尖頂板沿第一側(cè)壁徑向向外延伸。該第二尖頂壁從該尖頂板沿第二側(cè)壁徑向延伸。該第一尖頂壁在前邊緣處與第二尖頂壁連接。該第一尖頂壁相對該轉(zhuǎn)子葉片第一側(cè)壁至少部分凹入以限定從該翼面尾邊緣朝前邊緣延伸的尖頂臺面。該尖頂臺面包括至少一通過其中延伸到腔中的開孔。
在本發(fā)明的又一方面中，設(shè)置包括多個轉(zhuǎn)子葉片的燃氣渦輪發(fā)動機。每個轉(zhuǎn)子葉片包括翼面，其包括前邊緣，尾邊緣，第一側(cè)壁，第二側(cè)壁，第一尖頂壁和第二尖頂壁。該翼面第一和第二側(cè)壁軸向連接在該前和尾邊緣處以在翼面中限定腔體。該第一和第二側(cè)壁從葉片根部徑向延伸到該尖頂板。該第一尖頂壁從該尖頂板沿第一側(cè)壁徑向向外延伸。該第二尖頂壁從該尖頂板沿第二側(cè)壁徑向向外延伸。該第一尖頂壁相對該轉(zhuǎn)子葉片第一側(cè)壁至少部分凹入以限定從該翼面尾邊緣朝該翼面前邊緣延伸的尖頂臺面。該尖頂臺面包括至少一通過其中延伸到該翼面腔的開孔。


圖1是燃氣渦輪發(fā)動機的示意圖，以及圖2是可應(yīng)用在圖1所示的燃氣渦輪發(fā)動機的轉(zhuǎn)子葉片的透視圖，以及圖3是圖2所示的轉(zhuǎn)子葉片的一部分的放大局部透視圖。
零件編號表10.燃氣渦輪發(fā)動機，12.風扇組件，14.高壓壓氣機，16.燃燒室，18.高壓渦輪，20.低壓渦輪，22.增壓器，24-風扇葉片，26.轉(zhuǎn)子輪盤，28.進氣側(cè)，30.排氣側(cè)，40.轉(zhuǎn)子葉片，42.中空翼面，43.整體式尾榫部，44.第一側(cè)壁，46.第二側(cè)壁，48.前邊緣，50.尾邊緣，52.葉片根部，54.尖頂板，60.薄膜冷卻孔，62.尾邊緣孔，70.尖頂區(qū)域，72.第一尖頂壁，74.第二尖頂壁，75.外邊緣，76.高度，80.上部敞口尖頂腔，82.外邊緣，84.高度，88.距離，90.尖頂臺面，94.前邊緣，96.距離，100.尖頂孔，110.區(qū)域。
具體實施例方式
圖1所示的燃氣渦輪發(fā)動機10包括風扇組件12，高壓壓氣機14，和燃燒室16。發(fā)動機10還包括高壓渦輪18，低壓渦輪20，以及增壓器22。風扇組件12包括一系列從轉(zhuǎn)子輪盤26徑向向外延伸的風扇葉片24。發(fā)動機10具有進氣側(cè)28和排氣側(cè)30。在具體實施例中，發(fā)動機10是CT7發(fā)動機，其可從General Electric AircraftEngines，Cincinnati，Ohio.購到。
在運行時，空氣流過風扇組件12而后已壓縮的空氣提供到高壓壓氣機14。這種高度壓縮的空氣就輸送到燃燒室16。來自燃燒室16的氣流(圖1中未示出)則驅(qū)動渦輪18和20，而渦輪20驅(qū)動風扇組件12。
圖2表示可應(yīng)用于燃氣渦輪發(fā)動機10(圖1所示)的轉(zhuǎn)子葉片40的透視圖。圖3是轉(zhuǎn)子葉片40的一部分的放大部分透視圖。在具體實施例中，多個轉(zhuǎn)子葉片40構(gòu)成燃氣渦輪發(fā)動機10的高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片級(未示出)。每個轉(zhuǎn)子葉片40包括中空的翼面42和用于以公和方式將翼面42安裝到轉(zhuǎn)子輪盤(未示出)上的整體式榫部43。
翼面42包括第一側(cè)壁44和第二側(cè)壁46。第一側(cè)壁44呈凸狀并限定翼面42的負壓側(cè)面，而第二側(cè)壁46呈凹狀并限定翼面42的壓力側(cè)面。側(cè)壁44和46相連在翼面42的前邊緣48和軸向間距的尾邊緣50處。該尾邊緣50位于前邊緣48的下游。
第一和第二側(cè)壁44和46分別縱向或徑向向外延伸以便從定位在榫部43鄰近的葉片根部52橫跨到限定內(nèi)部冷卻腔(未示出)的徑向外邊界的尖頂板52。該冷卻腔限定在側(cè)壁44和46之間翼面42中。翼面42的內(nèi)部冷卻在本領(lǐng)域中是已知的。在具體實施例中，該冷卻腔包括一通過壓氣機引流的空氣來冷卻的蛇形通道。在該示范性的實施例中，側(cè)壁46包括多個延伸通過其中以有助于該冷卻腔和翼面尾邊緣50的附加冷卻的薄膜冷卻孔60。
翼面42還包括多個尾邊緣開孔62。更具體地，開孔62徑向延伸在尖頂板52和葉片根部52之間以從冷卻腔排出冷卻流體從而有助于冷卻翼面尾邊緣50。
翼面42的尖頂區(qū)域70有時公知為振鳴器尖頂，并包括與翼面42形成整體的第一尖頂壁72和第二尖頂壁74。第一尖頂壁72從翼面前邊緣48沿著翼面第一側(cè)壁44延伸到翼面尾邊緣50。更具體地，第一尖頂壁72從尖頂板54到外邊緣75延伸高度76。在該示范性的實施例中，第一尖頂壁高度76沿著第一尖頂壁72基本不變。在可選擇的實施例中，高度76沿著第一尖頂壁72不是基本不變的。
第二尖頂壁74從翼面前邊緣48沿著第二側(cè)壁46朝著翼面尾邊緣50延伸。更具體地，第二尖頂壁74在翼面前邊緣48處連接到第一尖頂壁72上并向后朝著尾邊緣50延伸。因為第二尖頂壁74在橫向上與第一尖頂壁72相間隔，故可用尖頂壁72和74以及尖頂板54限定上部敞口的尖頂腔80。第二尖頂壁74也從尖頂板54到外邊緣82徑向朝外延伸高度84。在該示范性的實施例中，第二尖頂壁高度84近似等于第一尖頂壁高度76。作為選擇，第二尖頂壁高度84不等于第一尖頂壁高度76。
第二尖頂壁74至少部分地從翼面第二側(cè)壁46凹入。更具體地，第二尖頂壁74從翼面第二側(cè)壁46中凹入以便在離開翼面尾邊緣50的距離88處與第一尖頂壁72相連，以便形成尖頂臺面90。更具體地，尖頂臺面90從離開翼面尾邊緣50的距離88的前邊緣94向后延伸到與第一尖頂壁72鄰接的尾邊緣50。在該示范性的實施例中，距離96近似地等于第一尖頂臺面高度76，因此尖頂臺面90與尖頂板54基本為共平面。在可選擇的實施例中，尖頂臺面90基本不與尖頂板54共平面。
在該示范性的實施例中，尖頂臺面90包括多個在尖頂臺面90上軸向間置的尖頂開孔100。開孔100延神貫穿該尖頂臺面90以從冷卻腔中排出冷卻流體來冷卻翼面尾邊緣50。更具體地，開孔100用于朝向第一尖頂壁排出冷卻流體以有助于降低在第一尖頂壁的鄰近尾邊緣50的區(qū)域110中的工作溫度。在具體實施例中，開孔100通過尖頂臺面90傾斜延伸而不垂直延伸以有助于將冷卻流體排放在第一尖頂壁區(qū)域110中。
在運行期間，振鳴器尖頂壁72和74定位在極靠近于傳統(tǒng)靜止定子殼(未示出)并且在其間限定極小間隙(未示出)，其有助于減少燃燒氣體通過其中的泄漏。尖頂壁72和74從翼面42徑向向外延伸。因此，如果在轉(zhuǎn)子葉片40和定子套筒之間發(fā)生摩擦，只有尖頂壁72和74與套筒接觸而翼面42保持完好。另外，如果發(fā)生了摩擦，由于尖頂臺面冷卻開孔100離開第一尖頂壁外邊緣75的距離96，故尖頂臺面距離96有助于減少對尖頂臺面90的磨擦并減少開孔100無意的封堵。
因為燃燒氣體在葉片尖頂區(qū)域的前邊緣48采取拋物線流動通過渦輪流道，故在渦輪葉片尖頂區(qū)域70附近的燃燒氣體的溫度比靠近渦輪葉片40的葉片節(jié)線(未示出)的氣體溫度低。當燃燒氣體從葉片尖頂區(qū)域前邊緣48朝葉片尾邊緣50流動時，靠近該節(jié)線的較熱氣體由于葉片轉(zhuǎn)動徑向朝轉(zhuǎn)子葉片尖頂區(qū)域70和第一尖頂壁區(qū)域110移動。
尖頂臺面90在翼面壓力側(cè)46中形成不連續(xù)結(jié)構(gòu)，這導致該較熱的燃燒氣體離開翼面第二側(cè)壁46，于是有助于減少其中的熱傳遞。另外，尖頂臺面開孔100能使冷卻空氣從內(nèi)部冷卻腔排出以便對尾邊緣50和第一尖頂壁區(qū)域110提供附加的薄膜和對流冷卻。再有，側(cè)壁薄膜冷卻開孔60從該冷卻腔中排出附加的薄膜和對流冷卻空氣以有助于對該冷卻腔和翼面尾邊緣50的附加冷卻。公稱為雙排冷卻方案的薄膜冷卻和對流冷卻的組合有助于降低尾邊緣50和第一尖頂壁區(qū)域110的工作溫度。
上述的轉(zhuǎn)子葉片是節(jié)省成本和高度可靠的。該轉(zhuǎn)子葉片包括從該翼面尾邊緣朝該翼面前邊緣延伸的尖頂臺面。該尖頂臺面中斷了通過該翼面的燃燒氣體流以有助于形成保護該尖頂臺面的冷卻層。結(jié)果，在轉(zhuǎn)子葉片中的較低的工作溫度有助于以節(jié)省成本和可靠的方式延長該轉(zhuǎn)子葉片的有效使用壽命。
雖然以各種具體實施例的方式描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員應(yīng)認識到，本發(fā)明可進行改型而不脫離權(quán)利要求書的構(gòu)思和保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于形成一燃氣渦輪發(fā)動機(10)的轉(zhuǎn)子葉片(40)以有助于降低該轉(zhuǎn)子葉片尖頂區(qū)域(110)的工作溫度的方法，所述方法包括形成一翼面(42)，該翼面包括一第一側(cè)壁(46)和一第二側(cè)壁(44)，該第一側(cè)壁和第二側(cè)壁連接在一前邊緣(48)和一尾邊緣(50)處以使在其中限定一腔體，其中該第一和第二側(cè)壁在一轉(zhuǎn)子葉片根部(52)和一轉(zhuǎn)子葉片尖頂板(54)之間徑向延伸；形成一從該轉(zhuǎn)子葉片尖頂板沿著該第一側(cè)壁延伸的第一尖頂壁(74)，因此該第一尖頂壁的至少一部分相對于該轉(zhuǎn)子葉片第一側(cè)壁至少部分凹入以限定一從該翼面尾邊緣朝翼面前邊緣延伸的尖頂臺面(90)；以及形成一從該轉(zhuǎn)子葉片尖頂板沿著第二側(cè)壁延伸的第二尖頂壁(72)，因此該第二尖頂壁與該第一尖頂壁連接在該轉(zhuǎn)子葉片前邊緣處。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成第一尖頂壁(74)的步驟還包括形成從一凹入的翼面?zhèn)缺?46)延伸的第一尖頂壁。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述形成第一尖頂壁(74)的步驟還包括形成多個從該尖頂臺面(90)延伸到該翼面腔的薄膜冷卻開孔(100)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述形成翼面(42)的步驟還包括形成多個沿尾邊緣(50)以便在該翼面尖頂臺面(90)和葉片根部(52)之間徑向延伸的冷卻孔(62)。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述形成從轉(zhuǎn)子葉片尖頂板(54)延伸的第一尖頂壁(74)的步驟還包括形成該第一尖頂壁使得所限定的尖頂臺面(90)基本與該尖頂板共平面。
6.一種用于一燃氣渦輪發(fā)動機(10)的翼面(42)，所述翼面包括一前邊緣(48)；一尾邊緣(50)；一尖頂板(54)；一延伸在翼面根部(52)和所述尖頂板之間的徑向跨度上的第一側(cè)壁(46)；一在所述前邊緣和所述尾邊緣處與所述第一尖頂壁連接以便在其中限定一腔體的第二側(cè)壁(44)，所述第二側(cè)壁延伸在所述翼面根部和尖頂板之間的徑向跨度上；一從所述尖頂板沿著所述第一側(cè)壁徑向向外延伸的第一尖頂壁(74)；以及一從所述尖頂板沿著所述第二側(cè)壁徑向向外延伸的第二尖頂壁(72)，所述第一尖頂壁在所述前邊緣處連接到所述第二尖頂壁上，所述第一尖頂壁相對于所述轉(zhuǎn)子葉片第一側(cè)壁至少部分凹入以限定一從所述翼面尾邊緣朝所述翼面前邊緣延伸的尖頂臺面(90)，所述尖頂臺面包括至少一通過其中延伸至所述腔的開孔(100)。
7.如權(quán)利要求6所述的翼面(42)，其特征在于，所述第一尖頂壁(74)和所述第二尖頂壁(72)的高度基本相等。
8.如權(quán)利要求6所述的翼面(42)，其特征在于，所述尖頂臺面(90)包括多個薄膜冷卻開孔(100)。
9.如權(quán)利要求6所述的翼面(42)，其特征在于，所述尾邊緣(50)包括多個尾邊緣冷卻孔(62)。
10.如權(quán)利要求6所述的翼面(42)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片翼面第一側(cè)壁(46)是基本凹入的，所述轉(zhuǎn)子葉片翼面第二側(cè)壁(44)是基本凸出的。
11.如權(quán)利要求6所述的翼面(42)，其特征在于，所述尖頂臺面(90)與所述尖頂板(54)基本共平面。
12.如權(quán)利要求6的所述翼面(42)，其特征在于，所述第一側(cè)壁(46)包括多個薄膜冷卻開孔(60)。
13.一種燃氣渦輪發(fā)動機(10)包括多個轉(zhuǎn)子葉片(40)，每個所述轉(zhuǎn)子葉片包括一翼面(42)，其包括一前邊緣(48)，一尾邊緣(50)，一第一側(cè)壁(46)，一第二側(cè)壁(44)，一第一尖頂壁(74)和一第二尖頂壁(72)，所述第一和第二側(cè)壁軸向連接在所述前和尾邊緣處以便在所述翼面內(nèi)限定一腔體，所述第一和第二側(cè)壁從一葉片根部(52)徑向延伸到一尖頂板(54)，所述第一尖頂壁從所述尖頂板沿所述第一側(cè)壁徑向向外延伸，所述第二尖頂壁從所述尖頂板沿所述第二側(cè)壁徑向向外延伸，所述第一尖頂壁相對于所述轉(zhuǎn)子葉片第一側(cè)壁至少部分凹入以限定一從所述翼面尾邊緣朝所述翼面前邊緣延伸的尖頂臺面(90)，所述尖頂臺面包括至少一通過其中延伸至所述翼面腔的開孔(100)。
14.如權(quán)利要求13所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片翼面第一側(cè)壁(46)是基本凹入的，所述轉(zhuǎn)子葉片翼面第二側(cè)壁(44)是基本凸出的。
15.如權(quán)利要求14所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片翼面第一尖頂壁(74)和所述翼面第二尖頂壁(72)的高度基本相等。
16.如權(quán)利要求14所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片翼面第一尖頂壁(74)從所述尖頂板(54)延伸一第一距離(76)，所述轉(zhuǎn)子葉片翼面第二尖頂壁(72)從所述尖頂板延伸一第二距離(72)。
17.如權(quán)利要求14所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片翼面尖頂板(54)包括多個薄膜冷卻開孔(100)。
18.如權(quán)利要求14所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片翼面尾邊緣(50)包括多個在葉片根部(52)和轉(zhuǎn)子葉片尖頂板(54)之間徑向延伸的尾邊緣冷卻孔(62)。
19.如權(quán)利要求14所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片翼面尖頂臺面(90)與轉(zhuǎn)子葉片尖頂板(54)基本共平面。
20.如權(quán)利要求14所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片翼面第一側(cè)壁(46)包括多個薄膜冷卻開孔(60)。
全文摘要
一種用于形成燃氣渦輪發(fā)動機(10)的轉(zhuǎn)子葉片(40)的方法有助于降低該轉(zhuǎn)子葉片的尖頂區(qū)域(110)的工作溫度。該方法包括形成翼面(42)，其包括互連在前邊緣(48)和尾邊緣(50)處的第一側(cè)壁(46)和第二側(cè)壁(44)以便在其中限定腔體，其中，第一和第二側(cè)壁在轉(zhuǎn)子葉片根部(52)和轉(zhuǎn)子葉片尖頂板(54)之間徑向延伸，以及形成從轉(zhuǎn)子葉片尖頂板沿第一側(cè)壁延伸的第一尖頂壁(74)，以便該第一尖頂壁的至少一部分相對于轉(zhuǎn)子葉片第一側(cè)壁至少部分凹入以形成從翼面尾邊緣朝翼面前邊緣延伸的尖頂臺面(90)。第二尖頂壁(72)形成為從轉(zhuǎn)子葉片尖頂板沿第二側(cè)壁延伸。
文檔編號F01D5/20GK1461872SQ0313840
公開日2003年12月17日 申請日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月31日
發(fā)明者S·R·凱斯, T·E·德馬徹, J·R·斯塔克, J·D·特雷斯勒 申請人:通用電氣公司