CN101666327A - 涡轮机翼型件的同步 - Google Patents

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CN101666327A CN200910170582A CN200910170582A CN101666327A CN 101666327 A CN101666327 A CN 101666327A CN 200910170582 A CN200910170582 A CN 200910170582A CN 200910170582 A CN200910170582 A CN 200910170582A CN 101666327 A CN101666327 A CN 101666327A
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Abstract

本发明涉及涡轮机翼型件的同步。具体而言，一种涡轮发动机的压缩机中的翼型件(130)组件，包括至少三个轴向叠置的翼型件排：中间翼型件排(136)、第一上游翼型件排(134)，以及第一下游翼型件排(138)。中间翼型件排(136)可由第一上游翼型件排和第一下游翼型件排在各侧限定边界。第一上游翼型件排(134)和第一下游翼型件排(138)均可包括在工作期间以大致相同速度旋转的一排转子叶片(120)。中间翼型件排可包括在工作期间保持大致静止的一排定子叶片(122)。第一上游翼型件排的至少90％的翼型件(130)和第一下游翼型件排的至少90％的翼型件(130)可构成在25％至75％的间距之间的同步关系。

Description

涡轮机翼型件的同步
技术领域
[101]本申请涉及涡轮发动机。更具体而言，但并非通过限制的方式，本申请涉及将一排中的翼型件相对于邻近或相邻排中的翼型件进行定位，以便实现一定的工作益处。
背景技术
[102]燃气涡轮发动机通常包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩机和涡轮通常包括轴向地叠置成多级的成排的翼型件或叶片。各级通常均包括一排固定的周向间隔开的定子叶片，以及一组围绕中心轴线或轴旋转的周向间隔开的转子叶片。通常在工作中，压缩机转子中的转子叶片围绕轴旋转，以压缩空气流。所供送的压缩空气用于燃烧器中，以燃烧供送来的燃料。由燃烧产生的热气流扩散穿过涡轮，致使涡轮转子叶片围绕轴旋转。以此方式，燃料中所含有的能量转换成旋转叶片的机械能，该机械能可用于旋转压缩机的转子叶片以及使发电机的线圈旋转来发电。在工作期间，由于极端温度、工作流体的速度，以及转子叶片的转速，穿过压缩机和涡轮二者的定子叶片和转子叶片都为高应力零件。
[103]通常，在涡轮发动机的压缩机段和涡轮段中，相邻或邻近级的定子叶片排或转子叶片排构造成具有数目大致相同的周向间隔开的叶片。在致力于改善涡轮发动机的航空效率期间，已经努力使一排中的叶片的周向位置相对于相邻或邻近排中的叶片的周向位置变换角度(index)或“同步(clock)”。然而，尽管仅极小地或可忽视地改善了发动机的航空效率，但已发现这类常规同步方法的作用通常会增大工作期间作用在翼型件上的机械应力。当然，增大的工作应力会引起叶片故障，这可导致对燃气涡轮发动机的大范围损坏。至少，增大的工作应力会缩短翼型件的零件寿命，这会增加运行发动机的成本。
[104]对能量日益增加的需求使得设计出效率更高的涡轮发动机成为正在进行的且相当重要的一个目标。然而，使涡轮发动机更为高效的许多方法将附加的应力置于发动机的压缩机段和涡轮段的翼型件上。也就是说，涡轮机的效率通常可通过多种方式来提高，包括较大的尺寸、点火温度和/或转速，所有这些都在工作期间将较大的应变置于翼型件上。结果，需要减小涡轮机翼型件上的应力的新的方法及系统。减小作用于翼型件上的工作应力的用于使涡轮机翼型件同步的新的方法及系统将成为朝向设计出更为高效的涡轮发动机的重要一步。
发明内容
[105]因此，本申请描述了一种涡轮发动机的压缩机中的翼型件组件，其包括至少三个轴向叠置的翼型件排：中间翼型件排、第一上游翼型件排，以及第一下游翼型件排。中间翼型件排可由第一上游翼型件排和第一下游翼型件排在各侧限定边界，该第一上游翼型件排包括在中间翼型件排上游方向的第一排翼型件，该第一下游翼型件排包括在中间翼型件排下游方向的第一排翼型件。第一上游翼型件排和第一下游翼型件排可具有大致相同数目的相似形状的翼型件。第一上游翼型件排和第一下游翼型件排均可包括在工作期间以大致相同速度旋转的一排转子叶片。中间翼型件排可包括在工作期间保持大致静止的一排定子叶片。第一上游翼型件排的至少90％的翼型件和第一下游翼型件排的至少90％的翼型件可构成处于25％至75％的间距之间的同步关系。
[106]本申请还描述了一种运行具有压缩机的涡轮发动机的方法。该压缩机可具有至少三个轴向叠置的翼型件排：中间翼型件排，第一上游翼型件排，以及第一下游翼型件排。中间翼型件排可由第一上游翼型件排和第一下游翼型件排在各侧限定边界，该第一上游翼型件排包括在中间翼型件排上游方向的第一排翼型件，该第一下游翼型件排包括在中间翼型件排下游方向的第一排翼型件。第一上游翼型件排和第一下游翼型件排可具有大致相同数目的相似形状的翼型件。第一上游翼型件排和第一下游翼型件排均可包括在工作期间以大致相同速度旋转的一排转子叶片。中间翼型件排可包括在工作期间保持大致静止的一排定子叶片。该方法可包括步骤：构造第一上游翼型件排的翼型件和第一下游翼型件排的翼型件，使得第一上游翼型件排的至少90％的翼型件和第一下游翼型件排的至少90％的翼型件构成处于25％至75％的间距之间的同步关系。
[107]在燃气涡轮发动机的压缩机中，压缩机包括至少六个轴向叠置的翼型件排：第一转子叶片排、跟随之后的是第一定子叶片排、跟随之后的是第二转子叶片排、跟随之后的是第二定子叶片排、跟随之后的是第三转子叶片排、跟随之后的是第三排定子叶片，其中，第一排转子叶片、第二排转子叶片和第三排转子叶片都具有大致相同数目的相似形状的转子叶片，该转子叶片在工作期间以大致相同的速度旋转，本申请还描述了一种运行涡轮发动机的方法，其包括步骤：构造第一排转子叶片的翼型件和第二排转子叶片的翼型件，使得大致所有的第一排转子叶片翼型件和大致所有的第二排转子叶片翼型件都构成处于25％至75％的间距之间的同步关系；以及构造第二排转子叶片的翼型件和第三排转子叶片的翼型件，使得大致所有的第二排转子叶片的翼型件和大致所有的第三排转子叶片的翼型件都构成处于25％和75％的间距之间的同步关系。
[108]通过对优选实施例的如下详细描述，同时结合附图和所附权利要求，本申请的这些及其它特征将变得更为明显。
附图说明
[109]通过仔细研究本发明示例性实施例的如下更为详细的描述并结合附图，可更为完全地理解和认识本发明的这些及其它目的和优点，在附图中：
[110]图1为本申请的实施例可用于其中的示例性涡轮发动机的简图；
[111]图2为本申请的实施例可用于其中的燃气涡轮发动机的压缩机的截面图；
[112]图3为本申请的实施例可用于其中的燃气涡轮发动机的压缩机的截面图；
[113]图4为示出示例性同步关系的邻近翼型件排的简图；
[114]图5为示出示例性同步关系的邻近翼型件排的简图；
[115]图6为示出示例性同步关系的邻近翼型件排的简图；以及
[116]图7为示出示例性同步关系的邻近翼型件排的简图；以及
[117]图8为示出根据本申请的示例性实施例的同步关系的邻近翼型件排的简图。
零件清单
100燃气涡轮发动机
106压缩机
110涡轮
112燃烧器
118压缩机
120压缩机转子叶片
122压缩机定子叶片
124涡轮
126涡轮转子叶片
128涡轮定子叶片
130翼型件
134第一翼型件排
136第二翼型件排
138第三翼型件排
140，142箭头
171第一翼型件排
172第二翼型件排
173第三翼型件排
174第四翼型件排
175第五翼型件排
具体实施方式
[118]现参看附图，图1示出了燃气涡轮发动机100的简图。通常，燃气涡轮发动机通过从加压的热气流中获取能量来运行，该热气流通过燃烧压缩气流中的燃料而产生。如图1中所示，燃气涡轮发动机100可构造成具有轴向压缩机106，以及位于压缩机106与涡轮110之间的燃烧器112，其中，轴向压缩机106通过公共的轴或转子机械地联接到下游的涡轮段或涡轮110上。注意，如下发明可用于所有类型的涡轮发动机，包括燃气涡轮发动机、蒸汽涡轮发动机、飞行器发动机等。此外，本文所述的发明可用于具有多个轴和再加热构造的涡轮发动机，以及在燃气涡轮机的情形下具有带不同结构的燃烧器，例如，环形或筒形燃烧器构造。在下文中，将参照如图1中所示的示例性燃气涡轮发动机进行描述。如本领域的普通技术人员将会认识到的那样，这些描述仅为示例性的，而非以任何形式进行限制。
[119]图2示出了可用于燃气涡轮发动机的示例性多级轴向压缩机118的视图。如图所示，压缩机118可包括多个级。各级均可包括一排压缩机转子叶片120，跟随之后的是一排压缩机定子叶片122。因此，第一级可包括围绕中心轴旋转的一排压缩机转子叶片120，跟随之后的是在工作期间保持静止的一排压缩机定子叶片122。压缩机定子叶片122通常彼此周向地隔开，且围绕旋转轴线固定。压缩机转子叶片120围绕转子轴线周向地隔开并在工作期间围绕轴旋转。如本领域的普通技术人员将认识到的那样，压缩机转子叶片120构造成使得当围绕轴自旋时，它们就将动能施加给流过压缩机118的空气或工作流体。如本领域的普通技术人员将认识到的那样，压缩机118可具有超出图2中所示级以外的一些其它级。各个附加级均可包括多个周向间隔开的压缩机转子叶片120，跟随之后的是多个周向间隔开的压缩机定子叶片122。
[120]图3示出了可用于燃气涡轮发动机的示例性涡轮124的局部视图。涡轮124可包括多个级。虽然示出了三个示例性的级，但涡轮124中可存在更多或更少的级。第一级包括在工作期间围绕轴旋转的多个涡轮动叶或涡轮转子叶片126，以及在工作期间保持静止的多个喷嘴或涡轮定子叶片128。涡轮定子叶片128通常彼此周向地隔开并围绕旋转轴线固定。涡轮转子叶片126可安装在涡轮叶轮(未示出)上以便围绕轴(未示出)旋转。还示出了涡轮124的第二级。第二级同样包括多个周向间隔开的涡轮定子叶片128，跟随之后的是多个周向间隔开的涡轮转子叶片126，其同样安装在涡轮叶轮上以便旋转。还示出了第三级，且其同样包括多个周向间隔开的涡轮定子叶片128和涡轮转子叶片126。将会认识到，涡轮定子叶片128和涡轮转子叶片126位于涡轮124的热气通路中。热气穿过热气通路的流向由箭头标示。如本领域的普通技术人员将认识到的那样，涡轮124可具有超出图3中所示级以外的一些其它级。各个附加级均可包括多个周向间隔开的压缩机定子叶片128，跟随之后的是多个周向间隔开的涡轮转子叶片126。
[121]注意如本文所用，在没有进一步专指的情况下，参看“转子叶片”是指参看或压缩机118或涡轮124的旋转叶片，其包括压缩机转子叶片120和涡轮转子叶片126二者。在没有进一步专指的情况下，参看“定子叶片”是指参看或压缩机118或涡轮124的静止叶片，其包括压缩机定子叶片122和涡轮定子叶片128。用语“翼型件”将在文中用于指示任一类型的叶片。因此，在没有进一步专指的情况下，用语“翼型件”包括所有类型的涡轮发动机叶片，包括压缩机转子叶片120、压缩机定子叶片122、涡轮转子叶片126，以及涡轮定子叶片128。
[122]在使用中，轴向压缩机118内的压缩机转子叶片120的旋转可压缩气流。在燃烧器112中，当压缩空气与燃料相混合且被点燃时，可释放出能量。来自于燃烧器112的最终所形成的热气流然后可引导到涡轮转子叶片126上，这可引起该涡轮转子叶片126围绕轴旋转，从而将热气流的能量转换成旋转轴的机械能。轴的机械能然后可用于驱动压缩机转子叶片120旋转，以便产生需要供给的压缩空气，以及例如还驱动发电机来发电。
[123]通常，在燃气涡轮机的压缩机106和涡轮110中，相邻或邻近排的翼型件130可具有大致相同的构造，即具有数目相同的尺寸相似的翼型件，其类似地围绕该排的圆周间隔开。当在这种情况时，以及此外，当两排或多排运行使得在各排之间(如在这种情况下，例如，在两排或多排转子叶片之间或在两排或多排定子叶片之间)没有相对运动时，这些排中的翼型件可为“同步的”。如本文所用，用语“同步的”或“同步”是指在一排中的翼型件的周向定位相对于相邻排中的翼型件的周向定位是固定的。
[124]图4至图7示出了成排的翼型件130可怎样同步的实例的简化示意图。这些附图包括并排示出的三排翼型件130。图4至图7中的外部两排翼型件130可分别表示转子叶片排，而中间的一排可表示定子叶片排，或如本领域的普通技术人员将认识到的那样，外部的两排可表示定子叶片排，而中间的一排可表示转子叶片排。如本领域的普通技术人员将认识到的那样，外部的两排，不论它们为定子叶片或转子叶片，在它们之间基本上没有相对运动(即在工作期间都保持静止或都以同样的速度旋转)，同时，该两个外部排均具有相对于中间排的大致相同的相对运动(即两个外部排旋转而中间排保持静止，或两个外部排保持静止而中间排旋转)。此外，如已经描述的那样，为了使两个外部排之间最为有效地同步，它们必须分别相似地进行构造。因此，图4至图7中的两个外部排可假定为具有数目大致相同的翼型件，且各排上的翼型件均可假定为尺寸相似和相似地围绕各排的圆周间隔开。
[125]对于图4至图7中的实例，外部的第一排翼型件可称为第一上游翼型件排或第一翼型件排134，中间的一排翼型件可称为中间翼型件排或第二翼型件排136，以及外部的另一排翼型件可称为第一下游翼型件排或第三翼型件排138。第一翼型件排134和第三翼型件排138的相对运动由箭头140标示。可表示穿过压缩机118或涡轮124的流动方向的流向，不论在何种情况下，都可由箭头142标示。注意，图4至图7中所用的示例性翼型件排已经用用语“第一”、“第二”以及“第三”进行了描述。在各图中，该描述仅适用于所示排关于其它排的相对定位，而并未示出相对于涡轮发动机中的其它翼型件排的总体定位。例如，其它翼型件排可定位在“第一翼型件排136”的上游(即第一翼型件排136不必是涡轮发动机中的第一排翼型件)。
[126]一排翼型件的“间距”在文中用于表示围绕特定排的圆周的重复式样(pattern)的尺寸。因此，间距可描述为例如特定排中的翼型件的前缘与同一排中的任一邻近翼型件的前缘之间的周向距离。例如，间距还可描述为特定排中的翼型件的后缘与同一排中的任一邻近翼型件的后缘之间的周向距离。将会认识到，为了使同步更为有效，两排通常将具有相似的间距尺寸。如图所示，第一翼型件排134和第三翼型件排138具有大致相同的间距，其已在图4的第三翼型件排138中表示为距离144。还要注意，提供了图4至图7的同步实例，以便可绘出和理解描述相邻或邻近翼型件排之间的各种同步关系的一致方法。总而言之，如下文更为充分地描述，两排之间的同步关系将给定为间距尺寸的百分比。也就是说，间距尺寸的百分比指出了两排上的翼型件同步或偏移的距离。因此，间距尺寸的百分比例如可描述特定排上的翼型件前缘和第二排上的对应翼型件的前缘相对于彼此偏移的周向距离。
[127]图4至图7提供了两个外部排(即第一翼型件排134与第三翼型件排138)之间的不同同步关系的几个实例。在图4中，如将认识到的那样，第三翼型件排138相对于第一翼型件排134偏移大约0％的间距。因此，如图所示，第三翼型件排138中的翼型件130的周向位置落后第一翼型件排134中的对应翼型件130大约0％的间距尺寸的偏移，这当然意指第三翼型件排138中的翼型件130保持与第一翼型件排134中的对应翼型件130大致相同的周向位置。同样，第一翼型件排134中的翼型件130的前缘(其中的一个以参考标号148标示)领先第三翼型件排138中的对应翼型件130前缘(其以参考标号150标示)大约0％的间距尺寸的周向距离，这意指对应翼型件的前缘占据大致相同的周向位置。
[128]在图5中，如将认识到的那样，第三翼型件排138相对于第一翼型件排134偏移大约25％的间距。因此，如图所示，第三翼型件排138中的翼型件130的周向位置落后(给定外部排的相对运动方向)第一翼型件排134中的对应翼型件130大约25％的间距尺寸的偏移。同样，第一翼型件排134中的翼型件130的前缘(其中的一个以参考标号154标示)领先第三翼型件排138中的对应翼型件130前缘(其以参考标号156标示)大约25％的间距尺寸的周向距离。
[129]在图6中，如将认识到的那样，第三翼型件排138相对于第一翼型件排134偏移大约50％的间距。因此，如图所示，第三翼型件排138中的翼型件130的周向位置落后(给定外部排的相对运动方向)第一翼型件排134中的对应翼型件130大约50％的间距尺寸的偏移。同样，第一翼型件排134中的翼型件130的前缘(其中的一个以参考标号158标示)领先第三翼型件排138中的对应翼型件130前缘(其以参考标号160标示)大约50％的间距尺寸的周向距离。
[130]在图7中，如将认识到的那样，第三翼型件排138相对于第一翼型件排134偏移大约75％的间距。因此，如图所示，第三翼型件排138中的翼型件130的周向位置落后(给定外部排的相对运动方向)第一翼型件排134中的对应翼型件130大约75％的间距尺寸的偏移。同样，第一翼型件排134中的翼型件130的前缘(其中的一个以参考标号162标示)领先第三翼型件排138中的对应翼型件130前缘(其以参考标号164标示)大约75％的间距尺寸的周向距离。
[131]当然，翼型件130可与上述关系(即0％、25％、50％、75％的间距)不同地同步(即保持第一翼型件排与第三翼型件排之间的不同偏移)。尽管上述的一些同步关系是在当前发明(如下文更为详细地描述)的一些实施例内，但它们也是示例性的，且旨在使用于描述多个相邻或邻近的翼型件排之间的同步关系的方法变得清楚。本领域的普通技术人员将认识到其它方法也可用于描述同步关系。本文所用的示例性方法并非旨在以任何方式进行限制。相反，如下文和权利要求中所述，重要的是相邻翼型件之间的相对定位(即同步关系)，而非描述同步关系的方法。
[132]通过分析模型和实验数据，已经发现有些同步构造为压缩机118和涡轮124提供了一定的工作益处。更具体而言，已发现翼型件排在工作期间所经受的机械应力或工作应力(这可包括翼型件尤其是定子叶片的振动和摇摆)可受到邻近和/或相邻的翼型件排的同步关系的显著影响。一些同步关系增大了作用在特定翼型件排上的工作应力，同时其它同步关系减小了作用在该排上的应力。此外，尽管图4至图7仅示出了涉及3个翼型件排的同步构造，但已发现跨越附加排的同步关系也可以使用，以便能实现更多的工作益处。
[133]图8示出了根据本发明示例性实施例的同步构造。图8包括并排示出的五个翼型件排；第一翼型件排171；第二翼型件排172；第三翼型件排173；第四翼型件排174；以及第五翼型件排175。如本领域的普通技术人员将认识到的那样，第一翼型件排171、第三翼型件排173，以及第五翼型件排175可表示转子叶片，且在这些转子叶片排之间，第二翼型件排172和第四翼型件排174可表示定子叶片排。作为备选，第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175也可表示定子叶片。在这种情况下，在定子叶片排之间，第二翼型件排172和第四翼型件排174可表示转子叶片。此外，如本领域的普通技术人员将认识到的那样，第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175，不论它们是否分别为定子叶片或是转子叶片，在工作期间它们之间大致没有相对运动(即，所有排如果它们为定子叶片则保持静止而如果为转子叶片则以相同的速度旋转)。还有，第二翼型件排172和第四翼型件排174，不论它们是否分别为定子叶片或是转子叶片，在工作期间它们之间大致没有相对运动(即，这两排如果它们为定子叶片则保持静止而如果为转子叶片则以相同的速度旋转)。假定这样的话，第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175当然将具有相对于第二翼型件排172和第四翼型件排174的大致相同的相对运动(即，第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175旋转而第二翼型件排172和第四翼型件排174保持静止，或该三排保持静止而第二翼型件排172和第四翼型件排174旋转)。如本领域的普通技术人员将认识到的那样，图8中的翼型件排可定位在涡轮发动机的压缩机118或涡轮124中。
[134]此外，如已经描述的那样，为了使同步构造更为有效地执行，第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175通常可构造成大致相同。同样，图8中的第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175通常可具有数目相同的翼型件或数目大致相同的翼型件。各排上的翼型件也可为大致相同的尺寸，且围绕各排的圆周大致相同地间隔开。
[135]在图8中，根据当前申请的示例性实施例，第三翼型件排173可以大约50％的间距相对于第一翼型件排171同步。因此，如图所示，第三翼型件排173中的翼型件的周向位置落后(给定多排的相对运动方向)第一翼型件排171中的对应翼型件大约50％的间距尺寸的偏移。同样，第一翼型件排171中的翼型件的前缘(其中的一个以参考标号182标示)领先第三翼型件排173中的对应翼型件的前缘(其以参考标号184标示)大约50％的间距尺寸的周向距离。
[136]除了其它优点之外，分析模型和实验数据已经证实，所示在第一翼型件排171与第三翼型件排173之间具有近似值的同步构造(即50％的间距)减小了在工作期间作用于第二翼型件排172的翼型件上的应力，包括诸如振动和摇摆的机械应力。也就是说，已经发现，通过按照图8中所示的方式使两个邻近的翼型件排(即，位于特定排两侧上的翼型件排)同步，可实现显著减小作用于该特定排的翼型件上的工作应力，以及非常接近或处在50％的间距值的同步构造在一些实施例和应用中提供了接近最高水平的应力消除。还有，已经确定，在50％的间距值±10％范围内的同步值提供了接近最大应力减小水平的应力减小。(如本文所用，50％的间距±10％为在45％至55％之间的间距范围。)如本领域的普通技术人员将认识到的那样，除了其它优点之外，工作应力的减小可延长翼型件的零件寿命，从而容许涡轮以成本效益更为合算的方式工作。
[137]在一些实施例中，在两个翼型件排如第一翼型件排171和第三翼型件排173同步的情况下，第一翼型件排171可为一排压缩机转子叶片120、第二翼型件排172可为一排压缩机定子叶片122，而第三翼型件排173可为一排压缩机转子叶片120。更具体而言，在本申请的示例性实施例中，第一翼型件排171可为压缩机第十四级中的一排压缩机转子叶片120，第二翼型件排172可为压缩机第十四级中的一排压缩机定子叶片122，而第三翼型件排173可为压缩机第十五级中的一排压缩机转子叶片120。在该示例性实施例的一些情形中，第十四级和第十五级可为由通用电气公司(Schenectady，New York)制造的7F或9F燃气涡轮发动机的F系列压缩机的第十四级和第十五级。此外，在该实例以及一些实施例中，压缩机可具有总共17级翼型件，各级均具有单排转子叶片，跟随之后的是单排定子叶片。除了17级，F系列压缩机还可具有一排进口导叶和两排出口导叶。第十四级中的转子叶片排可具有总共64个转子叶片，而第十五级中的转子叶片排可具有总共64个转子叶片。最后，在一些实施例中，第十四级中的定子叶片排可具有总共132个定子叶片，而第十五级中的定子叶片排可具有总共130个定子叶片。通过实验数据和分析模型已经发现，如本文所述和要求保护的那样，同步关系可结合本段以上所述的压缩机构造良好地运行。
[138]此外，在备选实施例中，第一翼型件排171可为压缩机第十五级中的一排压缩机转子叶片120，第二翼型件排172可为压缩机第十五级中的一排压缩机定子叶片122，而第三翼型件排173可为压缩机第十六级中的一排压缩机转子叶片120。在该示例性实施例的一些情形中，第十五级和第十六级可为由通用电气公司(Schenectady，NewYork)制造的7F或9F燃气涡轮发动机的F系列压缩机的第十五级和第十六级。此外，在该实例以及一些实施例中，压缩机可具有总共17级翼型件，各级均具有单排转子叶片，跟随之后的是单排定子叶片。第十五级中的转子叶片排可具有总共64个转子叶片，而第十六级中的转子叶片排可具有总共64个转子叶片。最后，在一些实施例中，第十五级中的定子叶片排可具有总共130个定子叶片，而第十六级中的定子叶片排可具有总共132个定子叶片。通过实验数据和分析模型已经发现，如本文所述和要求保护的那样，同步关系可结合本段以上所述的压缩机构造良好地运行。
[139]分析模型和实验数据还证实，通过比上文所述的范围更宽的同步构造可以实现工作益处和应力减小，只是在一些实施例中，优点并非那么大。在为大约50％的间距±50％的第一翼型件排171和第三翼型件排173之间的同步构造内，可减小工作应力。(如本文所用，50％的间距±50％为在25％至75％之间的间距范围。)如上文所述，当偏移范围接近50％的间距水平时可实现更好的结果。大约50％的间距±30％的范围(即在35％至65％的间距之间的间距范围)内的偏移比该较窄范围外的值可提供更为明显的工作益处和应力减小。
[140]图8还包括两个附加的翼型件排，第四翼型件排174和第五翼型件排175。以与上述第二翼型件排172相同的方式，通过使第五翼型件排175相对于第三翼型件排173同步，可减小第四翼型件排174上的工作应力。在一些实施例中，在两个翼型件排同步对于中间的翼型件排有利的情况下，中间的翼型件排可为定子叶片排，而两个同步的翼型件排可为转子叶片排。在其它实施例中，中间的翼型件排可为转子叶片排，而两个同步的翼型件排可为定子叶片排。翼型件排可为压缩机翼型件排或涡轮翼型件排。
[141]此外，已经发现，通过使两个以上的邻近翼型件排(即直接在各侧上的翼型件)同步，可进一步减小作用于特定翼型件排上的工作应力。第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175可相对于彼此同步，使得在一些实施例中，位于第四翼型件排174的相对位置上的排可受到更为明显减小的工作应力。在这种情况下，第三翼型件排173可以大约50％的间距相对于第一翼型件排171同步，而第五翼型件排175可以大约50％的间距相对于第三翼型件排173同步。因此，如图所示，第一翼型件排171中的翼型件前缘(见参考标号182)领先第三翼型件排173中的对应翼型件的前缘(见参考标号184)大约50％的间距尺寸的周向距离，而第三翼型件排173中的翼型件前缘(见参考标号184)领先第五翼型件排175中的对应翼型件的前缘大约50％的间距尺寸的周向距离。可用于涉及三个同步翼型件排的实施例的间距值范围与可用于涉及两个同步翼型件排的实施例的间距值范围相同。也就是说，当第三翼型件排173以大约50％的间距相对于第一翼型件排171同步且第五翼型件排175以大约50％的间距相对于第三翼型件排173同步时，定位在第四翼型件排174中的翼型件可实现接近最大的应力消除。
[142]还已确定，在上述范围内的第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175的其它同步构造提供了明显且重要的工作益处，以及减小了第四翼型件排174的工作应力。同样，在45％与55％的间距之间、35％至65％的间距之间、或25％至75％的间距之间的间距范围都可有不同程度地成功使用。此外，第一翼型件排171与第三翼型件排173以及第三翼型件排173与第五翼型件排175之间的同步关系不必为了实现工作益处和减小应力而相同(尽管它们可能大致相同)。也就是说，在三排同步的情况下，只要第一翼型件排171与第三翼型件排173之间的同步关系在其中的一个上述范围内而第三翼型件排173与第五翼型件排175之间的同步关系也在其中的一个上述范围内(但不同于第一翼型件排171与第三翼型件排173之间的同步关系)，便可实现工作益处和减小应力。简而言之，只要两者都在最宽的间距范围内，即在25％至75％的间距之间，就将看到工作益处。在一些实施例中，使第一翼型件排171与第三翼型件排173以及第三翼型件排173与第五翼型件排175以相同或接近相同的间距同步可增大所实现的工作益处和减小应力。
[143]在一些实施例中，在三个翼型件排同步的情况下，第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175可为转子叶片排，而第二翼型件排172和第四翼型件排174可为定子叶片排。在其它实施例中，第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175可为定子叶片排，而第二翼型件排172和第四翼型件排174可为转子叶片排。在任一情况下，翼型件排可定位在涡轮发动机的压缩机或涡轮中。作为另外的优点，还可减小作用在相对于彼此同步的翼型件排上的工作应力，该翼型件排例如可包括第一翼型件排171和第三翼型件排173，或可包括第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175。
[144]此外，在一些实施例中，在三个翼型件排如第一翼型件排171、第三翼型件排173以及第五翼型件排175同步的情况下，第一翼型件排171可为一排压缩机转子叶片120，第二翼型件排172可为一排压缩机定子叶片122，第三翼型件排173可为一排压缩机转子叶片120，第四翼型件排174可为一排压缩机定子叶片122，而第五翼型件排175可为一排压缩机转子叶片120。更具体而言，在本发明的示例性实施例中，第一翼型件排171可为压缩机第十四级中的一排压缩机转子叶片120，第二翼型件排172可为压缩机第十四级中的一排压缩机定子叶片122，第三翼型件排173可为压缩机第十五级中的一排压缩机转子叶片120，第四翼型件排174可为压缩机第十五级中的一排压缩机定子叶片122，而第五翼型件排175可为压缩机第十六级中的一排压缩机转子叶片120。在该示例性实施例的一些情形中，第十四级、第十五级和第十六级可为由通用电气公司(Schenectady，NewYork)制造的7F或9F燃气涡轮发动机的F系列压缩机的第十四级、第十五级和第十六级。此外，在该实例以及一些实施例中，压缩机可具有总共17级翼型件，各级均具有单排转子叶片，跟随之后的是单排定子叶片。第十四级中的转子叶片排可具有总共64个转子叶片，第十五级中的转子叶片排可具有总共64个转子叶片，而第十六级中的转子叶片排可具有总共64个转子叶片。最后，在一些实施例中，第十四级中的定子叶片排可具有总共132个定子叶片，第十五级中的定子叶片排可具有总共130个定子叶片，而第十六级中的定子叶片排可具有总共132个定子叶片。通过实验数据和分析模型已发现，如本文所述和要求保护的同步关系可结合本段上述的压缩机构造良好地运行。
[145]根据本发明的上述说明和优选实施例，本领域的技术人员可构思出改进方案、变化以及修改。期望的是，本领域技术范围内的这些改进方案、变化和修改由所附权利要求所覆盖。此外，显然的是，上文仅涉及本申请所描述的实施例，以及在不脱离由所附权利要求及其等同方案所限定的本申请的精神和范围的情况下，可作出许多变化和修改。

Claims (10)

1.一种涡轮发动机(100)的压缩机(106)中的翼型件(130)组件，所述组件包括至少三个轴向叠置的翼型件(130)排：中间翼型件排(136)、第一上游翼型件排(134)，以及第一下游翼型件排(138)；
其中：
所述中间翼型件排(136)由所述第一上游翼型件排(134)和所述第一下游翼型件排(138)在各侧限定边界，所述第一上游翼型件排(134)包括在所述中间翼型件排(136)上游方向的第一排翼型件，所述第一下游翼型件排(138)包括在所述中间翼型件排(136)下游方向的第一排翼型件；
所述第一上游翼型件排(134)和所述第一下游翼型件排(138)具有大致相同数目的相似形状的翼型件(130)；
所述第一上游翼型件排(134)和所述第一下游翼型件排(138)均包括一排转子叶片(120)，所述一排转子叶片(120)在工作期间以大致相同的速度旋转；
所述中间翼型件排(136)包括一排定子叶片(122)，所述一排定子叶片(122)在工作期间保持大致静止；以及
所述第一上游翼型件排(134)的至少90％的翼型件(130)和所述第一下游翼型件排(138)的至少90％的翼型件(130)构成处于25％至75％的间距之间的同步关系。
2.根据权利要求1所述的翼型件(130)组件，其特征在于，所述第一上游翼型件排(134)的至少90％的翼型件(130)和所述第一下游翼型件排(138)的至少90％的翼型件(130)构成处于35％至65％的间距之间的同步关系。
3.根据权利要求1所述的翼型件(130)组件，其特征在于，所述第一上游翼型件排(134)的至少90％的翼型件(130)和所述第一下游翼型件排(138)的至少90％的翼型件(130)构成大约50％的间距的同步关系。
4.根据权利要求1所述的翼型件(130)组件，其特征在于：
所述第一上游翼型件排(134)包括处于所述压缩机(106)的第十四级中的一排转子叶片(120)；
所述中间翼型件排(136)包括处于所述压缩机(106)的第十四级中的一排定子叶片(122)；以及
所述第一下游翼型件排(138)包括处于所述压缩机(106)的第十五级中的一排转子叶片(120)。
5.根据权利要求4所述的翼型件(130)组件，其特征在于，所述压缩机(106)包括由通用电气公司(Schenectady，NewYork)生产的F系列压缩机，以及所述涡轮发动机包括由通用电气公司(Schenectady，NewYork)生产的7F燃气涡轮发动机和9F燃气涡轮发动机中的一者。
6.根据权利要求4所述的翼型件(130)组件，其特征在于，所述第十四级中的所述一排转子叶片(120)包括64个转子叶片(120)，所述第十五级中的所述一排转子叶片(120)包括64个转子叶片(120)，以及所述第十四级中的所述一排定子叶片(122)包括132个定子叶片(122)。
7.根据权利要求1所述的翼型件(130)组件，其特征在于，所述翼型件(130)组件还包括：
第二上游翼型件排(172)，其限定所述第一上游翼型件排(173)的边界并且包括在所述中间翼型件排(174)上游方向上的所述第二排翼型件(130)；以及
第三上游翼型件排(171)，其限定所述第二上游翼型件排(172)的边界并且包括在所述中间翼型件排(174)上游方向上的所述第三排翼型件(130)；
其中：
所述第三上游翼型件排(171)、所述第一上游翼型件排(173)以及所述第一下游翼型件排(175)具有大致相同数目的相似形状的翼型件(130)；
所述第三上游翼型件排(171)、所述第一上游翼型件排(173)以及所述第一下游翼型件排(175)均包括一排转子叶片(120)，所述一排转子叶片(120)在工作期间以大致相同的速度旋转；
所述第二上游翼型件排(172)包括一排定子叶片(122)，所述一排定子叶片(122)在工作期间保持大致静止；以及
所述第三上游翼型件排(171)的至少90％的翼型件(130)和所述第一上游翼型件排(173)的至少90％的翼型件(130)构成处于25％至75％的间距之间的同步关系。
8.根据权利要求7所述的翼型件(130)组件，其特征在于，所述第三上游翼型件排(171)的至少90％的翼型件(130)和所述第一上游翼型件排(173)的至少90％的翼型件(130)构成处于35％至65％的间距之间的同步关系。
9.根据权利要求7所述的翼型件(130)组件，其特征在于，所述第三上游翼型件排(171)的至少90％的翼型件(130)和所述第一上游翼型件排(173)的至少90％的翼型件(130)构成处于45％至55％的间距之间的同步关系。
10.根据权利要求7所述的翼型件(130)组件，其特征在于：
所述第三上游翼型件排(171)包括在所述压缩机(106)的第十四级中的一排转子叶片(120)；
所述第二上游翼型件排(172)包括在所述压缩机(106)的第十四级中的一排定子叶片(122)；
所述第一上游翼型件排(173)包括在所述压缩机(106)的第十五级中的一排转子叶片(120)；
所述中间翼型件排(174)包括在所述压缩机(106)的第十五级中的一排定子叶片(122)；
所述第一下游翼型件排(175)包括在所述压缩机(106)的第十六级中的一排转子叶片(120)；以及
在所述第十四级中的所述一排转子叶片(120)包括64个转子叶片(120)，在所述第十五级中的所述一排转子叶片(120)包括64个转子叶片(120)，在所述第十六级中的所述一排转子叶片(120)包括64个转子叶片(120)，在所述第十四级中的所述一排定子叶片(122)包括132个定子叶片(122)，以及在所述第十五级中的所述一排定子叶片(122)包括130个定子叶片(122)。
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