CN101148993A - 用于制作涡轮发动机的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于制作涡轮发动机的方法和设备，其提供用于涡轮发动机(10)的翼片轮叶(46)。翼片轮叶(46)包括从翼片延伸的尖端罩(60)，和从尖端罩延伸的至少一个刀齿(80)，该至少一个刀齿由构造为在涡轮发动机的操作期间磨损掉的材料制作。

Description

用于制作涡轮发动机的方法和设备
技术领域
本发明一般地涉及涡轮发动机，且更特定地涉及用于建造涡轮机轮叶刀齿的方法和设备。
背景技术
至少一些已知涡轮发动机包括至少一个定子组件和包括至少一排周向间隔的涡轮机叶片或者轮叶的至少一个转子组件。叶片从平台径向向外延伸到尖端。联接到定子组件内的多个静止罩邻接一起以限定围绕转子组件大致周向延伸的流动路径。在轮叶的尖端处可以提供密封件以有利于提高涡轮机效率和性能。
至少一些已知转子组件包括在每个轮叶的外侧端上形成的尖端罩。已知的尖端罩每个包括搁板(shelf)和密封导轨。蜂窝结构可以环绕该尖端罩，且在这些实施例中，密封导轨可以包括一个或者多个刀齿，其切过蜂窝材料的一些以建立尖端间隙。最小化尖端间隙有利于改善涡轮机性能，但是尖端间隙必须定尺寸为足够大以有利于在可用的发动机操作条件的范围无摩擦的发动机操作。
在刀齿块暴露到发动机运行期间可以出现的高操作温度和旋转应力时，已知的尖端罩区域可以易遭受蠕变损害发生。为了有利于减少蠕变问题，至少一些涡轮机组件，相对于每个轮叶在中心定位刀齿。然而，在蜂窝结构已被切过且尖端间隙建立后，由于刀齿没起作用，如果在发动机操作的初始时间后刀齿能够被去除，这将是有利的。然而，在已知的转子组件，为了去除刀齿，发动机将关闭且转子组件去除以使使用者能够从发动机去除刀齿。
发明内容
一方面，提供用于制作涡轮机轮叶的方法以有利于减少尖端罩蠕变。该方法包括提供涡轮机轮叶，其包括包含至少一个密封导轨的尖端罩。该方法也包括联接至少一个刀齿到尖端罩，其中至少一个刀齿由可消耗材料制作，其使在涡轮发动机的操作期间至少一个刀齿能够从尖端罩去除。
另一方面，提供用于燃气涡轮机轮叶的翼片轮叶。轮叶包括从翼片突出的尖端罩和从尖端罩延伸的至少一个刀齿。刀齿由构造成在燃气涡轮发动机的操作期间磨损掉的材料制作。
附图说明
图1为示范性的涡轮发动机的示意性图示；
图2为可以与图1中显示的涡轮发动机使用的示范性的高压涡轮机的部分的示意性图示；
图3为图2中显示且沿区域3截取的高压涡轮机的部分的放大示意性图示；和
图4为图3中显示的示范性的涡轮机尖端罩的示意性顶视图。
具体实施方式
图1为联接到发电机16的示范性的燃气涡轮发动机10的示意性图示。在示范性的实施例中，燃气涡轮机系统10包括布置在单个转子或者轴18中的压缩机12、涡轮机14、和发电机16。在可替换的实施例中，轴18分割成多个轴段，其中每个轴段联接到相邻轴段以形成转子轴18。压缩机12提供压缩空气到燃烧室20，其中空气与通过蒸汽22提供的燃料混合。
在操作中，空气流动通过压缩机12且压缩空气提供到燃烧室20。来自燃烧室20的燃烧气体28推进涡轮机14。涡轮机14围绕纵向轴线30旋转转子轴18、压缩机12、和发电机16。
图2为可以与涡轮发动机10使用的例如涡轮机14的高压涡轮机的部分的示意性图示。涡轮机14包括多个级40，其每个包括旋转排的涡轮机叶片或者轮叶46和静止排的定子导叶48。涡轮机轮叶46由联接到例如转子轴18的转子轴的转子盘50支撑。涡轮机壳体52围绕涡轮机轮叶46和定子导叶48周向延伸，使得定子导叶48由壳体52支撑。
图3为图2中显示且沿区域3截取的涡轮机14的放大的部分。具体地，图3图示从涡轮机轮叶46径向向外安放的示范性的尖端罩60。多个外壳罩段64联接到壳体52，使得每个段64在相应的涡轮机级40内从涡轮机叶片46的排径向向外。在示范性的实施例中，每个罩段64包括包含蜂窝密封材料68的蜂窝密封插件66。蜂窝密封插件66有利于减少轮叶尖端罩60和外壳罩段64之间的气体泄漏。而且，蜂窝密封插件66有利于提高轮叶尖端罩60和外壳罩段64之间的摩擦容限。在示范性的实施例中，罩外壳段64也包括密封导轨70，其也有利于减少外壳罩段64和轮叶尖端罩60之间的气体泄漏。
涡轮机轮叶尖端罩60包括具有在其上形成的密封导轨74的平台72。密封导轨74接合蜂窝密封插件66以切割或者切槽蜂窝材料68，使得在轮叶尖端罩60和外壳罩段64之间限定希望的间隙。尽管图3中显示的涡轮机轮叶尖端罩60仅包括两个密封导轨74，应该理解，涡轮机尖端罩60可以制作有比两个更多或者更少的密封导轨74。类似地，外壳罩段64可以制作有任何数量的径向密封导轨70。例如，在一个实施例中，外壳罩段64不包括任何密封导轨70。
图4为涡轮机轮叶尖端罩60的示意性顶视图。涡轮机轮叶46包括翼片78(虚线轮廓中显示)。涡轮机轮叶尖端罩60在翼片78的尖端处形成。为了利于切割或者切槽蜂窝材料68(图3中显示)，密封导轨74提供有刀齿80。在示范性的实施例中，至少一个刀齿80提供在密封导轨74的每个侧。在发动机10的操作期间，刀齿80在蜂窝材料68内生成凹槽。刀齿80可以提供在涡轮机14的一个或者多个级40(图2中显示)上。在示范性的实施例中，刀齿80提供在涡轮机14的最后级40的至少一个上。
在本发明的示范性的实施例中，刀齿80制作成牺牲刀齿。更具体地，刀齿80为临时刀齿，其由设计成在涡轮机轮叶46的热气体环境中腐蚀或者侵蚀的材料制作。可选择地，刀齿80可以由设计成在发动机操作的初始时间后释放而不导致下游气体路径部件损害的材料制作。例如，在一个实施例中，刀齿80可以从易腐蚀的含铁材料制作。可替换地，刀齿80可以由低铬镍合金制作。刀齿80也可以由例如冷轧钢材料的材料制作，其易于侵蚀，但是足够强以持续足够长时间以切槽蜂窝材料68。刀齿80可以使用包括激光切割过程或者水射流过程的不同的已知制作方法制作。可替换地，刀齿80可以使用进模过程冲压。制作后，刀齿80可以用油或者其他防腐剂涂层以防止过早侵蚀。在一个实施例中，刀齿80可以通过点焊接联接到密封导轨74。可替换地，刀齿80可以通过钎焊接或者任何其他已知联接过程附接到密封导轨74。在另一实施例中，刀齿80热喷射到密封导轨74。由于刀齿80是临时的，或者变得不显著，刀齿80不需要加工以从尖端罩60去除。
在示范性的实施例中，刀齿80安放在接近密封导轨74的外部端。然而，需要理解的是，刀齿80可以安放在沿密封导轨74的任何点处。刀齿80的临时性属性排除策略地定位刀齿块的需要。而且，有刀齿80的尖端罩60不会遭受蠕变的实质增加。此外，刀齿80的临时性属性与先前安装的刀齿相比有利于减少气体流动路径中的紊流。
上述设备提供能够定位于沿密封导轨的任何地方而不产生实质蠕变问题的刀齿。在发动机操作的初始时间期间，刀齿在蜂窝罩中形成希望的凹槽，且随着连续的发动机操作磨损掉或者侵蚀掉以变得不显著。可选择地，刀齿可以被去除而不需要大量的停机时间或者大量成本。刀齿设计有利于以成本有效和可靠的方式改善涡轮机组件的可维持性和改善燃气涡轮发动机的操作效率。
用于切槽涡轮发动机中的蜂窝罩的刀齿的示范性的实施例在上文详细描述。设备不限于在此描述的具体实施例，但相反，刀齿可以从在此描述的其他部件单独地和分离地使用。例如，刀齿可以应用于存在的无刀齿轮叶而不要求铸造工具改变。因此，蜂窝罩可以使用在当前不使用该技术的发动机中。而且，刀齿可以为不同尺寸的轮叶合适地调节。
尽管本发明已经关于不同的具体实施例描述，本领域的技术人员将认识到本发明能够由在权利要求书的精神和范围内的修改实施。
零件列表
燃气涡轮发动机  10
压缩机          12
涡轮机          14
发电机          16
转子轴          18
燃烧室          20
燃烧气体        28
纵向轴线        30
级              40
涡轮机轮叶      46
定子导叶        48
转子盘          50
涡轮机壳体      52
轮叶尖端罩      60
罩段            64
蜂窝密封插件    66
蜂窝材料        68
密封导轨        70
平台            72
密封导轨        74
翼片            78
刀齿            80

Claims (8)

1.一种用于涡轮发动机(10)的翼片轮叶(46)，所述轮叶包括：
从所述翼片延伸的尖端罩(60)；和
从所述尖端罩延伸的至少一个刀齿(80)，所述至少一个刀齿由构造为在涡轮发动机的操作期间磨损掉的材料制作。
2.根据权利要求1所述的轮叶(46)，其中所述至少一个刀齿(80)由含铁材料制作。
3.根据权利要求1所述的轮叶(46)，其中所述至少一个刀齿(80)由铬镍合金制作。
4.根据权利要求1所述的轮叶(46)，其中所述至少一个刀齿(80)从冷轧钢制作。
5.根据权利要求1所述的轮叶(46)，其中所述至少一个刀齿(80)点焊接到所述尖端罩。
6.根据权利要求1所述的轮叶(46)，其中所述至少一个刀齿(80)钎焊接到所述尖端罩。
7.根据权利要求1所述的轮叶(46)，其进一步包括从所述尖端罩延伸的至少一个密封导轨(70)。
8.根据权利要求1所述的轮叶(46)，其进一步包括在所述至少一个刀齿(80)上延伸的涂层。
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