CN103256078A - 尖端带有护罩的轮叶 - Google Patents

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CN103256078A CN2013100511089A CN201310051108A CN103256078A CN 103256078 A CN103256078 A CN 103256078A CN 2013100511089 A CN2013100511089 A CN 2013100511089A CN 201310051108 A CN201310051108 A CN 201310051108A CN 103256078 A CN103256078 A CN 103256078A
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
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    • F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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Abstract

本发明提供一种尖端具有护罩的轮叶，该尖端具有护罩的轮叶包括可围绕轴向中心线旋转的翼型件。还包括连接在翼型件的径向外部尖端处的尖端护罩，其中尖端护罩包括关于由翼型件的径向外部尖端限定的切向轴线成角度的至少一个部分。

Description

尖端带有护罩的轮叶
技术领域
本申请中所公开的主题涉及涡轮机系统，并且更具体地涉及尖端护罩。
背景技术
燃气涡轮机斗叶或轮叶是设计成将流动气体的热能和动能转化成转子的机械旋转的翼型形状部件。可以通过在翼型件的尖端处设置密封件以阻止将通过其它方式绕过翼型件并且因此不会在转子上做任何功的空气流过翼型件的尖端上方来增强涡轮机性能。因此，这种尖端密封件减小斗叶与周围的固定外壳之间的间隙。
典型地，尖端护罩设置于翼型件的尖端并且相邻的涡轮机斗叶在冷组装条件下对准。然而，在热操作条件下，尖端护罩趋向于具有某种程度的失准。两个相邻的护罩之间的径向失准将造成主流动路径中的阻塞，从而导致低效率和可能的分离。切向失准将导致泄漏空气的区域，所述空气因此并不在转子上做功。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种尖端具有护罩的轮叶包括可围绕轴向中心线旋转的翼型件。还包括连接在翼型件的径向外部尖端处的尖端护罩，其中尖端护罩包括关于由翼型件的径向外部尖端所限定的切向轴线成角度的至少一个部分。
根据本发明的另一个方面，一种尖端具有护罩的轮叶包括翼型件，翼型件远离轴向中心线延伸并且可围绕轴向中心线旋转。还包括设置在翼型件的尖端处的尖端护罩，其中尖端护罩关于/相对切向轴线倾斜、并且围绕径向轴线扭转。
根据本发明的又一个方面，一种具有至少一行沿周向对准的尖端具有护罩的轮叶的涡轮机系统包括具有第一翼型件的第一涡轮机斗叶。还包括设置在第一翼型件的外部尖端处的第一尖端护罩，其中第一尖端护罩关于/相对由第一翼型件的外部尖端所限定的切向轴线成角度倾斜。还包括第二涡轮机斗叶，第二涡轮机斗叶具有布置成邻近第一翼型件的第二翼型件。还包括设置在第二翼型件的外部尖端处的第二尖端护罩，其中在涡轮机系统的稳态操作期间，第二尖端护罩成角度倾斜，以与第一尖端护罩相对应。
通过下文结合附图的描述，这些和其它的优点以及特征将变得更加显而易见。
附图说明
被认为是本发明的主题在说明书结尾处的权利要求书中特别指出并且明确要求保护。通过下文结合附图的详细描述，本发明的上述和其它的特征以及优点是显而易见的，在附图中：
图1是涡轮机斗叶的透视图；
图2是第一尖端护罩和相邻的第二尖端护罩的俯视平面图；
图3是第一尖端护罩的后部和第二尖端护罩的前部的侧立视图；以及
图4是第一尖端护罩的后部和第二尖端护罩的前部的后立视图。
参照附图通过示例的详细的描述解释了本发明的实施例以及优点和特征。
具体实施方式
参照图1和图2，示出了燃气涡轮机斗叶10并且燃气涡轮机斗叶10包括翼型件12。翼型件12拦截由涡轮机系统内的上游部件(例如压缩机和燃烧器(均未示出))产生、并且从所述上游部件输送的气体流。翼型件12用作风车叶片，以将气体流的能量转化成切向运动，从而接着使燃气涡轮机斗叶10连接至其上的转子旋转。接近翼型件12的外部尖端14布置有尖端护罩16。尖端护罩16包括密封件轨道18，密封件轨道18大体沿翼型件12的外部尖端14延伸，并且因此沿尖端护罩16延伸。
涡轮机系统包括多行沿周向对准的涡轮机斗叶10。密封件轨道18围绕所述多行中的至少一行沿周向延伸足够多地超过翼型件12，以与设置在相邻的翼型件12的外部尖端14处的密封件导轨18相对配合，由此阻止流绕过所述行以使得空气流必须导向翼型件12的长度，从而保证转子更高效的旋转。
翼型件12围绕涡轮机系统的轴向中心线22沿方向20旋转。翼型件12的外部尖端14处的切向轴线24和轴向轴线26相对于外部尖端14的旋转方向20形成。轴向轴线26沿涡轮机系统的轴向方向延伸，并且与轴向中心线22平行。此外，径向轴线27沿翼型件12的纵向方向延伸，并且具体而言是朝向尖端护罩16从轴向中心线22沿径向向外延伸的轴线。
在涡轮机系统操作(例如稳态操作)期间，涡轮机斗叶10和尖端护罩16经受显著的力和热应力，所述显著的力和热应力会导致尖端护罩16的不对称偏转。尖端护罩16的这种不对称偏转造成相邻的尖端护罩16之间的失准，从而造成低效率和/或应力失衡，这会导致材料蠕变。
现在参照图3，尖端护罩16在冷的、非操作条件下组装成使得尖端护罩16构造成关于/相对轴向轴线26倾斜。相对于翼型件12的旋转方向20，尖端护罩16包括前部区域28和后部区域30。尖端护罩16倾斜的方向和幅度通过使用的应用确定、并且基于试验和分析设定，所述试验和分析说明了在各种操作条件下发生的偏转的幅度和方向。在图示示例中，尖端护罩16在冷的、非操作条件下向前倾斜，使得前部区域28相比后部区域30更靠近涡轮机系统的转子或者轴向中心线22，然而，该向前倾斜仅仅是为了说明性目的，并且应当领会，能够构想向后倾斜。例如，在涡轮机斗叶10操作(例如稳态操作)期间，尖端护罩16由于上文所描述的施加在其上的力和热负荷而旋转。尖端护罩16的这种预倾斜和旋转降低了操作期间相邻的尖端护罩16失准的程度。预倾斜可得到相邻的尖端护罩16的有利对准。
参照图4，除了关于轴向轴线26倾斜，尖端护罩16还在冷的非操作条件下组装成使得尖端护罩16构造成关于切向轴线24倾斜。尖端护罩16包括上游区域32和下游区域34。像关于轴向轴线2任何6倾斜的情况一样，尖端护罩16关于切向轴线24倾斜的方向和幅度由使用的应用确定。在图示示例中，尖端护罩16在上游方向倾斜，使得上游区域32相比下游区域34更靠近涡轮机系统的转子或者轴向中心线22，然而，该上游倾斜仅仅是为了说明性目的，并且应当领会，能够构想下游倾斜。类似于关于轴向轴线26倾斜的作用/效果，关于切向轴线24倾斜降低了部件之间失准的程度。此外，尖端护罩16围绕径向轴线27预扭转，使得在涡轮机斗叶10的操作期间出现尖端护罩16的期望取向。成角度(例如，倾斜、扭转等)的程度可以基于应用发生变化，然而，能够构想这种角度将处于沿围绕相应轴线的任一旋转方向的+/-10度之间的范围内，并且更典型地处于沿任一旋转方向的+/-5度之间的范围内。
尖端护罩16可以具有各种构造和特征，其中包括接近尖端护罩16的后部区域30的凹入部40，凹入部40构造成允许来自相邻的尖端护罩16的前部区域28的凸出部42任选地布置在其中。这种布置允许尖端护罩16在涡轮机斗叶10操作期间相对于彼此进行旋转运动。
如上文所描述的，使尖端护罩16预倾斜或预扭转以考虑发生在涡轮机斗叶10操作期间的变形是有利的，特别是关于多个轴线(例如轴向轴线26、径向轴线27和切向轴线24)的变形。备选地，能够构想施加并且通过使用的应用确定仅一个预倾斜或预扭转，并且此外，可以围绕多于两个的轴线旋转。尖端护罩16仅需围绕沿任何方向相对于轴向中心线22的方向偏置的一些轴线旋转。这指的是相对于轴向中心线22沿径向、沿切向、或者沿轴向移位的旋转轴线。尖端护罩16构造成使得其可以在稳态操作期间偏转至相对呈平面的构件中，并且在与翼型件12的外部尖端14相切的平面内定向。
不考虑精确的尖端护罩16构造，应当领会，可以通过这种组件获得若干优点。当尖端护罩16随着翼型件以预定速度旋转而处于操作位置时，可实现密封件轨道18的稳态对准。密封件轨道18的对准使得总体流动路径泄漏较低，例如通过相对于密封件轨道18沿径向向外定位的蜂窝状外壳表面的泄漏。此外，翼型件12的尖端部段中的应力状态得到平衡，并且分离的可能性得到降低。通过本说明书中所公开的尖端护罩16实现了这些和其它的优点。
尽管已经仅结合数量有限的实施例对本发明进行了详细描述，但是应当易于理解，本发明并不限于这种所公开的实施例。相反，能够将本发明修改成结合到目前为止并未进行描述但是与本发明的精神和范围相当的任何数量的改型、变型、替代或等同布置。此外，尽管已经对本发明的各个实施例进行了描述，但是应当理解，本发明的各个方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明并不受到上文的描述的限制，而是仅仅通过所附权利要求的范围进行限定。

Claims (20)

1.一种尖端具有护罩的轮叶，所述尖端具有护罩的轮叶包括：
翼型件，所述翼型件可围绕轴向中心线旋转；以及
尖端护罩，所述尖端护罩连接在所述翼型件的径向外部尖端处，其中所述尖端护罩包括关于由所述翼型件的所述径向外部尖端所限定的切向轴线成角度倾斜的至少一个部分。
2.根据权利要求1所述的尖端具有护罩的轮叶，其特征在于，所述尖端护罩还包括围绕由所述翼型件的纵向方向所限定的径向轴线旋转的至少一个部分。
3.根据权利要求2所述的尖端具有护罩的轮叶，其特征在于，所述尖端护罩构造成随着所述翼型件以预定速度旋转而可移动地调节至操作位置，其中所述尖端护罩在处于所述操作位置时基本在与所述径向轴线相切的平面中定向。
4.根据权利要求1所述的尖端具有护罩的轮叶，其特征在于，所述尖端护罩关于轴向轴线成角度倾斜，其中所述轴向轴线与所述轴向中心线相对平行，其中所述尖端护罩包括前部区域和后部区域，其中所述前部区域相比所述后部区域更接近所述轴向中心线。
5.根据权利要求1所述的尖端具有护罩的轮叶，其特征在于，所述尖端护罩关于所述切向轴线成大约2度至大约10度之间的角度。
6.根据权利要求2所述的尖端具有护罩的轮叶，其特征在于，所述尖端护罩关于切向轴线成角度倾斜，其中所述尖端护罩包括上游区域和下游区域，其中所述上游区域相比所述下游区域更接近所述轴向中心线。
7.根据权利要求2所述的尖端具有护罩的轮叶，其特征在于，所述尖端护罩关于所述径向轴线成大约2度至大约10度之间的角度。
8.一种尖端具有护罩的轮叶，所述尖端具有护罩的轮叶包括：
翼型件，所述翼型件远离轴向中心线延伸、并且可围绕所述轴向中心线旋转；以及
尖端护罩，所述尖端护罩设置在所述翼型件的尖端处，其中所述尖端护罩关于切向轴线倾斜、并且围绕径向轴线扭转。
9.根据权利要求8所述的尖端具有护罩的轮叶，其特征在于，所述尖端护罩构造成随着所述翼型件以预定速度旋转而可移动地调节至操作位置，其中所述尖端护罩在处于所述操作位置时基本在与径向轴向相切的平面中定向。
10.根据权利要求8所述的尖端具有护罩的轮叶，其特征在于，所述尖端护罩关于轴向轴线成角度倾斜，其中所述轴向轴线与所述轴向中心线相对平行，其中所述尖端护罩包括前部区域和后部区域，其中所述前部区域相比所述后部区域更接近所述轴向中心线。
11.根据权利要求8所述的尖端具有护罩的轮叶，其特征在于，所述尖端护罩关于所述切向轴线倾斜大约2度至大约10度之间。
12.根据权利要求8所述的尖端具有护罩的轮叶，其特征在于，所述尖端护罩包括上游区域和下游区域，其中所述上游区域相比所述下游区域更接近所述轴向中心线。
13.根据权利要求8所述的尖端具有护罩的轮叶，其特征在于，所述尖端护罩围绕所述径向轴线扭转大约2度至大约10度之间。
14.一种具有至少一行沿周向对准的尖端具有护罩的轮叶的涡轮机系统，所述涡轮机系统包括：
第一涡轮机斗叶，所述第一涡轮机斗叶具有第一翼型件；
第一尖端护罩，所述第一尖端护罩设置在所述第一翼型件的外部尖端处，其中所述第一尖端护罩关于由所述第一翼型件的所述外部尖端所限定的切向轴线成角度；
第二涡轮机斗叶，所述第二涡轮机斗叶具有第二翼型件，所述第二翼型件布置成邻近所述第一翼型件；以及
第二尖端护罩，所述第二尖端护罩设置在所述第二翼型件的外部尖端处，其中所述第二尖端护罩在所述涡轮机系统的稳态操作期间成角度倾斜，以与所述第一尖端护罩相对应。
15.根据权利要求14所述的涡轮机系统，其特征在于，所述第一尖端护罩关于由所述第一翼型件的纵向方向所限定的径向轴线成角度倾斜。
16.根据权利要求14所述的涡轮机系统，其特征在于，所述第一尖端护罩关于轴向轴线成角度倾斜，其中所述第一尖端护罩和所述第二尖端护罩均包括前部区域和后部区域，其中所述前部区域相比所述后部区域更接近轴向中心线。
17.根据权利要求14所述的涡轮机系统，其特征在于，所述尖端护罩关于所述切向轴线成大约2度至大约10度之间的角度。
18.根据权利要求17所述的涡轮机系统，其特征在于，所述第一尖端护罩和所述第二尖端护罩均关于切向轴线成角度倾斜，其中所述第一尖端护罩和所述第二尖端护罩均包括上游区域和下游区域，其中所述上游区域相比所述下游区域更接近所述轴向中心线。
19.根据权利要求15所述的涡轮机系统，其特征在于，所述尖端护罩关于所述径向轴线成大约2度至大约10度之间的角度。
20.根据权利要求17所述的涡轮机系统，其特征在于，所述第二尖端护罩的所述前部区域延伸至所述第一尖端护罩的后部的凹入部中。
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