CN102808805B - 用于压缩机的翼型件形状 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于压缩机的翼型件形状，具体而言，公开了一种制件。该制件可具有大体符合表A中陈列的X、Y和Z笛卡尔坐标值的标称轮廓。X和Y可以对应于以英寸表示的距离，其在由平滑连续弧线连接时在以英寸表示的每一距离Z处限定了翼型件剖面，距离Z处的翼型件剖面彼此平滑地连结而形成完整的翼型件形状。

Description

用于压缩机的翼型件形状

技术领域

本主题大体涉及翼型件的设计。特别地，本主题涉及用于燃气涡轮压缩机的各级的压缩机翼型件轮廓，例如在压缩机的各级用作转子叶片和定子静叶。更特别地，本主题涉及用于“零级”转子叶片的压缩机翼型件轮廓。

背景技术

在燃气涡轮中，应在燃气涡轮流动路径区段的每一级都满足许多系统要求以满足设计目标。这些设计目标可以包括但不限于整体提高的效率、翼型件负载能力和构件的可靠性。例如，压缩机转子的转子叶片可以被设计成针对其所处的特定压缩机级实现热和机械操作要求。类似地，例如压缩机定子的定子静叶可以被设计成针对其所处的特定级实现热和机械操作要求。

因此，一种构造成满足上述设计目标的翼型件轮廓将会在本技术中受到欢迎。

发明内容

本发明的方面和优点将部分地在以下的描述中阐述，或者根据该描述可能是显而易见的，或者可以通过实践本发明而了解。

在一个方面，本主题公开了一种制件。该制件可以具有大体符合表A中陈列的X、Y和Z笛卡尔坐标值的标称轮廓(nominal profile)。X和Y可以对应于以英寸表示的距离，其在由平滑连续弧线连接时在以英寸表示的每一距离Z处限定了翼型件剖面，距离Z处的翼型件剖面彼此平滑地连结而形成完整的翼型件形状。

在另一方面，本主题公开了一种具有翼型件的转子叶片。该翼型件可以具有大体符合表A中陈列的X、Y和Z笛卡尔坐标值的标称轮廓。X和Y可以对应于以英寸表示的距离，其在由平滑连续弧线连接时在以英寸表示的每一距离Z处限定了翼型件剖面，距离Z处的翼型件剖面彼此平滑地连结而形成完整的翼型件形状。

在又一方面，本主题公开了一种压缩机，其具有转子轮和安装至转子轮的多个转子叶片。每一个转子叶片都包括翼型件。该翼型件可以具有大体符合表A中陈列的X、Y和Z笛卡尔坐标值的标称轮廓。X和Y可以是以英寸表示的距离，其在由平滑连续弧线连接时在以英寸表示的每一距离Z处限定了翼型件剖面，距离Z处的翼型件剖面彼此平滑地连结而形成完整的翼型件形状。

参照以下的描述和所附权利要求，本发明的这些及其他的特征、方面和优点将变得更好理解。并入该说明书中并构成该说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与该描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

在参照附图的说明书中阐述了致力于本领域普通技术人员的本发明的完整且可实现的公开内容，包括其最佳模式，在附图中：

图1示出了燃气涡轮的一个实施例的示意图；

图2示出了穿过燃气涡轮压缩机的多个级的流动路径的一个实施例的截面图；

图3和图4示出了根据本主题的方面的压缩机转子叶片的一个实施例的相应透视图，特别是示出了叶片翼型件及其对应的平台和楔形根部；

图5和图6示出了图3所示的转子叶片在分别从叶片翼型件的加压侧和吸入侧大致沿周向方向观察时的侧面正视图；

图7示出了大致绕图6的线7-7截取的叶片翼型件的截面图；

图8示出了图3所示的转子叶片的不同视图，特别是示出了在其上叠加了带有笛卡尔坐标系的X、Y和Z轴的转子叶片；

图9示出了根据本主题的方面的压缩机定子静叶的一个实施例的不同视图，特别是示出了在其上叠加了带有笛卡尔坐标系的X、Y和Z轴的定子静叶。

附图标记：

10 燃气涡轮

12 压缩机

14 燃烧区段

16 涡轮区段

18 驱动轴

20 轴向流动路径

22 入口导叶

24 箭头

26 转子叶片

28 转子轮

30 定子静叶(也称作叶片-[0022])

32 静止壳体

34 初始压缩机级

36 中心线

38 平台

40 根部

42 翼型件

44 翼型件基部

46 翼型件顶端

48 剖面

50 平台

52 根部

54 翼型件

56 翼型件基部

58 翼型件顶端

具体实施方式

现在将详细提及本发明的实施例，这些实施例的一个或更多示例在附图中示出。每一个示例都是以本发明的解释而不是本发明的限制的方式提供的。事实上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中做出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分图示或说明的特征可以用于另一实施例而得到又一实施例。因此，当落在所附权利要求及其等同的范围内时，本发明旨在涵盖了这样的修改和变型。

大体上，本主题公开了一种制件，其具有大体符合在下面的表A中陈列的X、Y和Z笛卡尔坐标值的标称轮廓。在若干实施例中，该制件可以包括适合用于在燃气涡轮压缩机的其中一个级中使用的翼型件。在这样的实施例中，X和Y值可以大致对应于在由平滑连续弧线连接时在每一距离Z(以英寸测量)处限定翼型件剖面的距离(以英寸测量)，其中距离Z处的翼型件剖面彼此平滑地连结而形成完整的翼型件形状。因此，在一个实施例中，X、Y和Z坐标值可以为燃气涡轮压缩机转子叶片限定标称翼型件轮廓。例如，本文中公开的翼型件轮廓可以被用于形成包括压缩机的第一旋转级(“零级”或“R0”)的转子叶片。可选地，X、Y和Z坐标值可以为燃气涡轮压缩机的定子静叶限定标称翼型件轮廓。

由表A中的坐标值限定的标称翼型件轮廓与具有相似应用的其他类似翼型件轮廓相比通常可以提供众多优点。特别是，本主题的发明者已经发现，所公开的翼型件轮廓可以提高转子和/或定子级的气流效率，改善空气力学，增强压缩机级之间的相互作用以提供级到级的平滑层流，减小作用在翼型件上的热应力和机械应力并且增强根部翼型件的根部和顶端稳定性，以及向压缩机和/或燃气涡轮的整体性能提供众多其他优点。

而且，应该意识到，翼型件在使用期间变热。因此，翼型件轮廓将由于机械负载和温度而改变。所以，出于制造目的，低温或室温轮廓由表A中的X、Y和Z坐标给出。在垂直于沿着标称轮廓的任何表面位置的方向上从标称轮廓加上或减去大约0.160英寸(+/-0.160″)并且包括任何涂层的距离为该翼型件限定了轮廓包络面(envelope)，因为所制造的翼型件轮廓可能不同于表A中提供的标称翼型件轮廓。

现在参照附图，图1示出了燃气涡轮10的示意图。燃气涡轮10包括压缩机12、具有多个燃烧器的燃烧区段14以及涡轮区段16。压缩机12和涡轮区段16可由驱动轴18联接。驱动轴18可以是单根轴或联接在一起而形成驱动轴18的多个轴段。在燃气涡轮10的运行期间，压缩机12向燃烧区段14供应压缩空气。压缩空气与燃料混合并在每一个燃烧室内燃烧，并且，热的燃烧气体从燃烧区段14流至涡轮区段16，在此从热的气体提取能量以做功。

现参照图2，示出了燃气涡轮压缩机12的轴向流动路径20的一个实施例。如图所示，压缩机12大体上包括设置在压缩机12的入口处的入口导叶22以及沿轴向流动路径20(由箭头24表示的流动路径20内的气流方向)设置在入口导叶22下游的多个压缩机级。每一个压缩机级大体上可以包括转子级和每一个转子级之后的定子级，转子级具有安装到压缩机12的转子轮28上的多个转子叶片26，定子级具有附接至压缩机12的静止壳体32的多个定子静叶30。例如，设置在压缩机12的流动路径20内的初始压缩机级34可以对应于压缩机12的“零级”，并且压缩机12下游方向的后续压缩机级被顺序地编号(例如“一级”、“二级”等)。因此，设置在初始压缩机级34内的转子叶片26可以对应于“零级”或“R0”转子叶片26，并且设置在初始压缩机级34内的定子静叶30可以对应于“零级”或“R0”定子静叶30。

通常，交错排列的转子叶片26和定子静叶30可以被设计成在流过压缩机12的空气中引起期望的压力升高。例如，转子叶片26可以被构造成向气流施加动能，并且定子静叶30可以被构造成通过扩散而将气流内增加的旋转动能转化为增加的静压。因此，应该意识到，在每一个转子叶片26和/或定子静叶30中包括的翼型件的特定构造(及其与周围的相邻转子叶片26和/或定子静叶30的翼型件的相互作用)通常可以提供级气流效率、改善的空气力学、级到级的平滑层流、减小的热应力、增强的级的相互关联以有效地从级到级输送气流、以及减小的机械应力。

如上所述，每一个转子级大体上可以包括围绕压缩机12的中心线36安装到其中一个转子轮28上的周向间隔开的多个转子叶片26。转子轮28继而可以附接至燃气涡轮10(图1)的驱动轴18以与其一起旋转。驱动轴18然后可以被联接至燃气涡轮10(图1)的涡轮区段16，使得在涡轮区段16中提取的能量可以被用于驱动压缩机12。

现在参照图3-图8，压缩机12的每一个转子叶片26大体上可以包括平台38、从平台38径向向内延伸的根部40以及从平台38径向向外延伸的翼型件42。根部40可以大体上被构造成提供用于将每一个转子叶片26附接至其中一个转子轮28的工具。例如，根部40可以被构造为基本上或接近于轴向进入的楔形榫，用于与转子轮28的互补形状的匹配楔形榫(未示出)相连接。每一个转子叶片26的翼型件42可以大体上在设置于平台38处的翼型件基部44和设置成与翼型件基部44相反的翼型件顶端46之间径向延伸。另外，翼型件42大体上可以限定空气动力学形状。例如，如图7所示，每一个转子叶片26的翼型件42大体上可以在从翼型件基部44到翼型件顶端46的任意横截面处具有剖面48。

现参照图9，类似于转子叶片26，压缩机12的每一个定子静叶30大体上可以包括平台50、从平台50径向向外延伸的根部52以及从平台50径向向内延伸的翼型件54。根部52可以大体上被构造成提供用于将每一个定子静叶30附接至压缩机12的一部分静止壳体32的工具。另外，每一个定子静叶30的翼型件54可以大体上在设置于平台50处的翼型件基部56和设置成与翼型件基部56相反的翼型件顶端58之间径向延伸。翼型件54还可以限定空气动力学形状，并且由此可以具有与图7中所示的剖面48相同或类似的剖面。

为了限定压缩机12的转子叶片26和/或定子静叶30的翼型件轮廓，提供了特有的点的设定或轨迹(由以下表A的X、Y和Z笛卡尔坐标确定)，以为提高的压缩机性能实现必要的效率、可操作性、耐久性和成本要求。特别是，这种特有的点轨迹已通过源代码、迭代模型和/或其他设计方法开发出来，使得由点限定的翼型件轮廓大体满足用于“零级”或“R0”转子叶片26的级需求，从而使得R0转子叶片26可以制造出并且满足级效率的期望要求以及减小的热应力和机械应力。

应该意识到，表A中提供的笛卡尔坐标系的X、Y和Z值限定了在沿翼型件长度的各个位置处的翼型件轮廓。针对X、Y和Z坐标的坐标值以英寸阐述，但是在将数值适当转换后也可以使用其他单位的尺寸。这些值不包括平台的倒角区域。另外，X、Y和Z坐标可以在每一Z位置处平滑连结而形成平滑连续的翼型件截面。而且，在X、Y平面中限定的每一个翼型件截面都沿Z方向与相邻的翼型件截面平滑连结而形成完整的翼型件形状。

另外，本文中使用的笛卡尔坐标系具有正交相关的X、Y和Z轴。仅仅为了参考的目的，如图6所示，沿着所公开翼型件轮廓的堆叠轴线建立了穿过翼型件和平台的相交部分的零点。因此，在本文公开的实施例中，零点可以被限定为表A的Z坐标处于0.000英寸的参考剖面，这就可以设定与压缩机中心线36的预定距离。另外，如图8和图9所示，X轴可以被限定成平行于转子叶片26和/或定子静叶30的楔形榫轴线，其可以平行于压缩机中心线36或与其成角度。正的X坐标值例如可以是沿轴向朝向压缩机12后方的排气端。正的Y坐标值可以垂直于楔形榫轴线定向。正的Z坐标值可以定向为沿径向朝向翼型件42、54的顶端46、58，对于转子叶片26而言其可以沿径向向外朝向压缩机12的静止壳体32，对于定子静叶30而言其可以沿径向向内朝向压缩机12的中心线36。

通过限定在垂直于X、Y平面的Z方向上的选择位置处的X和Y坐标值，可以在沿翼型件长度的每一个Z距离处确定翼型件的剖面，例如但不限于图7中所示的剖面48。通过用平滑连续弧线连接X和Y值，能够确定每一个距离Z处的每个剖面48。距离Z之间的各个表面位置的翼型件轮廓通过将相邻的剖面48彼此平滑地连接因而形成翼型件轮廓而确定。应该意识到，如上所述，表A中提供的数值表示处于未运行或非高温的环境条件下的翼型件轮廓，并且是对于无涂层翼型件而言。

表A的坐标值被生成并显示为三位小数，用于确定翼型件的轮廓。存在着典型的制造公差以及涂层，在翼型件的实际轮廓中应考虑这些。因此，所给出的针对轮廓的数值是针对标称翼型件而言的。因此，将意识到，+/-典型制造公差(例如包括涂层厚度的+/-值)可以添加至X值和Y值。因此，在垂直于沿着翼型件轮廓的任何表面位置的方向上的大约+/-0.160″的距离限定了针对所公开翼型件设计的翼型件轮廓包络面。换言之，在垂直于沿着翼型件轮廓的任何表面位置的方向上的大约+/-0.160″的距离限定了介于标称低温或室温下位于实际翼型件表面上的测量点以及那些点在相同温度下的理想位置之间的变化范围，正如由本发明所实施的那样。

在以下的表A中给出的坐标值提供了针对“零级”或“R0”转子叶片26的示范性实施例的标称轮廓包络面。然而，如上所述，应该意识到，在可选实施例中，公开的坐标值可以被用于加工不同压缩机级的转子叶片26和/或压缩机12各级中任一级的定子静叶30的翼型件轮廓。

表A

应该意识到，在表A中公开的标称翼型件轮廓可在几何形状上按比例放大或按比例缩小以用在其它类似的翼型件设计中。因此，标称翼型件轮廓的X、Y和Z坐标值可以是常数的函数。也就是说，X、Y和Z坐标值可乘以或除以相同的常数或数字，以提供翼型件轮廓的“按比例放大”或“按比例缩小”的型式，同时保持本文中公开的翼型件截面形状。

还应该意识到，由表A的坐标值限定的翼型件轮廓通常可以应用于本领域中已知的任意合适的燃气涡轮压缩机，包括但不限于由通用电气提供的各种压缩机，例如“7F”压缩机、“7FA”压缩机、“7FA+”压缩机和“7FA+e”压缩机。此外，应该意识到，由表A的坐标值限定的翼型件轮廓还可以应用于使用翼型件形状和/或使用具有翼型件形状的构件的任意其他合适的机械中。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任意设备或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这种其他示例包括与权利要求的字面语言并无区别的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言并无实质区别的等同结构要素，那么这种其他示例意图落在权利要求的范围之内。

Claims (11)

1.一种燃气涡轮机的翼型件，所述翼型件具有大体符合表A中陈列的X、Y和Z笛卡尔坐标值的标称轮廓，并且其中，X和Y是以英寸表示的距离，其在由平滑连续弧线连接时在以英寸表示的每一距离Z处限定翼型件(42，54)的剖面(48)，所述Z距离处的所述翼型件(42，54)的剖面(48)彼此平滑地连结而形成完整的翼型件(42，54)的形状。

2.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述标称轮廓在垂直于翼型件表面位置的方向上处于±0.160英寸的包络面中。

3.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件包括转子叶片(26)。

4.根据权利要求3所述的翼型件，其特征在于，所述转子叶片(26)包括压缩机(12)的零级转子叶片。

5.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件包括定子静叶(30)。

6.一种转子叶片(26)，包括翼型件(42，54)，所述翼型件(42，54)具有大体符合表A中陈列的X、Y和Z笛卡尔坐标值的标称轮廓，并且其中，X和Y是以英寸表示的距离，其在由平滑连续弧线连接时在以英寸表示的每一距离Z处限定翼型件(42，54)的剖面(48)，所述Z距离处的所述翼型件(42，54)的剖面(48)彼此平滑地连结而形成完整的翼型件(42，54)的形状。

7.根据权利要求6所述的转子叶片(26)，其特征在于，所述转子叶片(26)的形式包括压缩机(12)的零级转子叶片。

8.根据权利要求6所述的转子叶片(26)，其特征在于，所述标称轮廓在垂直于翼型件(42，54)表面位置的方向上处于±0.160英寸的包络面中。

9.一种压缩机(12)，包括：

转子轮(28)；和

安装至所述转子轮(28)的多个转子叶片(26)，所述多个转子叶片(26)中的每一个均包括翼型件(42，54)，所述翼型件(42，54)具有大体符合表A中陈列的X、Y和Z笛卡尔坐标值的标称轮廓，并且其中，X和Y是以英寸表示的距离，其在由平滑连续弧线连接时在以英寸表示的每一距离Z处限定翼型件(42，54)的剖面(48)，所述Z距离处的所述翼型件的剖面彼此平滑地连结而形成完整的翼型件(42，54)的形状。

10.根据权利要求9所述的压缩机(12)，其特征在于，所述标称轮廓在垂直于翼型件(42，54)表面位置的方向上处于±0.160英寸的包络面中。

11.根据权利要求9所述的压缩机(12)，其特征在于，所述多个转子叶片(26)形成所述压缩机(12)的零级的部分。