CN103306743A - 装配式涡轮机翼型 - Google Patents

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CN103306743A CN2013100713926A CN201310071392A CN103306743A CN 103306743 A CN103306743 A CN 103306743A CN 2013100713926 A CN2013100713926 A CN 2013100713926A CN 201310071392 A CN201310071392 A CN 201310071392A CN 103306743 A CN103306743 A CN 103306743A
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    • F01D5/12—Blades
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明公开一种装配式涡轮机翼型。所述装配式涡轮机翼型包括第一部分、第二部分以及第三部分；其中所述第一部分为其余部分提供结构支撑，所述第二部分与所述第一部分接合成一体，以及所述第三部分对所述第一部分和所述第二部分进行连接。

Description

装配式涡轮机翼型
技术领域
本发明大体涉及一种制成装配式产品的涡轮机翼型，且更确切地说，涉及一种提供装配式燃气涡轮机桨叶的设备和方法；其中径向最外层部分受到保护，以防其暴露于高温、高速气体或其他降级的(degrading)环境中。
背景技术
在燃气涡轮机中，从压缩机产生的压缩空气在燃烧室中与燃料混合并点燃，从而生成热压缩气体。热压缩气体从燃烧室流到一个或多个固定的涡轮机级和旋转的涡轮机级。每个旋转的涡轮机级包括多个翼型或桨叶，所述翼型或桨叶围绕轮盘等旋转元件径向设置。防护罩等的固定元件围绕旋转翼型径向设置，从而形成环形流路。能量从热压缩气体传递到旋转翼型，引起旋转元件旋转，从而将热压缩气体产生的热能和动能转换成机械扭矩。机械扭矩中的一部分通常用于驱动压缩机，而剩余部分的扭矩通常用于驱动发电机或其他旋转的机器。
每个燃气涡轮机桨叶通常包括从柄径向向外延伸的翼型，所述柄与旋转元件连接并将机械能传递到所述旋转元件。所述翼型通常为中空的或包括多个内部通道，压缩空气等的压缩流体穿过所述多个内部通道形成流，用于冷却翼型材料。此外，可以用叶尖来保护翼型的径向最外层部分，并赋予翼型径向最外层部分的结构完整性。所述叶尖必须能够承受高度降级的环境条件，包括高温和高速气体；同时具有足够的机械强度和刚度来实现以下诸项目的：保持翼型的气动形状，包括压缩的内部冷却流体，以及在所述叶尖接触固定防护罩的情况下承受高速摩擦。
用不同于翼型其余部分的材料制成叶尖，这种做法通常是有利的。此种组合可以提供多个益处，包括调整叶尖的热和机械特性以满足上述特定需求，降低桨叶的总重量，以及便于桨叶的修理。然而，作用在翼型上的热和机械负载可能导致所述材料组合显著不如整体式的翼型牢固和耐用。当具有不同的热和机械特性(例如，不同的热膨胀系数、导热性或弹性模量)的材料组合在一起时，此问题尤其严重。
发明内容
本发明提供一种用于将具有不同的热和机械特性的材料组合成产品的设备和方法，所述产品例如，燃气涡轮机桨叶。本发明还提供用于保护燃气涡轮机桨叶的径向最外层部分，以防其暴露于高温、高速气体或其他降级的环境中的装置。以下说明将部分阐明本发明的各方面和优点，或者，这些方面和优点在说明书中可能是显而易见的，或者通过实践本发明能够推导出。
在一项实施例中，装配式涡轮机翼型包括第一部分、第二部分以及第三部分；其中第一部分为其余部分提供结构支撑，第二部分与第一部分接合成一体，以及第三部分将第一部分和第二部分进行连接。
进一步的，其中所述第一部分包括气动形负载支承部件、第一端以
及第二端。
进一步的，其中所述第一端与转子成一体或附接到转子。
进一步的，其中所述第二端暴露于高温、高速气体或其它降级环境。
进一步的，其中所述第二部分保护所述第二端，以防其受到所述降
级环境的损害。
进一步的，其中所述第二部分由不同于所述第一部分和所述第三部
分的材料组成。
进一步的，其中所述第三部分包括护套。
进一步的，其中所述第二部分接合到所述第三部分。
进一步的，其中所述第二部分与所述第三部分之间的接合通过使用
铜焊合金而形成。
进一步的，其中所述第三部分附接到所述第一部分的所述第二端。
在另一项实施例中，制造装配式涡轮机翼型的方法包括以下步骤：形成第一部分，所述第一部分包括负载支承部件、第一端以及第二端；形成第二部分；形成第三部分；将第三部分附接到第一部分的第二端；以及以某种方式将第二部分附接到第三部分，使得第二部分与第一部分接合成一体而且第一部分为其余部分提供结构支撑。
进一步的，其中所述第一部分包括翼型。
进一步的，其中所述第一端与转子成一体或附接到转子。
进一步的，其中所述第二部分由不同于所述第一部分和所述第三部
分的材料组成。
进一步的，其中所述第三部分包括护套。
进一步的，其中所述第二部分接合到所述第三部分。
进一步的，其中所述第二部分与所述第三部分之间的接合通过使用
铜焊合金而形成。
进一步的，其中所述第三部分使用任何合适方法附接到所述第一部
分的所述第二端，所述方法产生具有高度机械完整性的接合。
本发明的其他目的和优势可以从以下具体实施方式中更好地了解。
附图说明
参考以下附图将对非限制和非详尽的各实施例进行描述，其中各图中相同的附图标记表示相同的部件，除非另有说明。
图1为根据本发明各方面的燃气涡轮机桨叶的一项实施例的透视图，所述燃气涡轮机桨叶制成装配式产品。
图2为周向观察图1示出的燃气涡轮机桨叶的叶尖区域的放大透视图。
图3为沿着线3-3观察图1和图2示出的燃气涡轮机桨叶的叶尖区域的截面图。
具体实施方式
现在参考附图，图1示出根据本发明各方面的燃气涡轮机桨叶10的一项示例性实施例，所述燃气涡轮机桨叶制成装配式产品。桨叶10可以包括鸠尾榫12，所述鸠尾榫附接到转子盘(未示出)。柄14从鸠尾榫12径向向外延伸，而且止于平台16中，所述平台从柄14径向向外突出并包围所述柄。
以翼型18的形式存在的第一部分从平台16径向向外延伸。翼型18在与平台16的接合处具有叶根20以及在其径向外端具有叶尖22。翼型18具有在前缘28和后缘30处接合在一起的凹入的压力侧壁24和外凸的吸入侧壁26。翼型18可以采用适用于从热气流中提取能量并引起转子旋转的任何配置。这导致翼型上具有大量的机械负载，所述机械负载由于压力侧壁24与吸入侧壁26之间的气压差产生。翼型18可以为中空的或包括多个内部通道，压缩空气等的压缩流体穿过所述多个内部通道形成流，用于冷却翼型材料。柄14和平台16可以类似地进行冷却。翼型18、柄14，以及平台16通常由铸高强度的镍基超耐热合金制成，但是也可以使用任何合适的工艺以及用任何合适的材料制成，以用于执行本说明书中所述的功能。
图2更详细示出叶尖22。第二部分100以某种方式与叶尖22接合成一体并将所述叶尖封闭，使得能够保持翼型压力侧壁24、吸入侧壁26、前缘28，以及后缘30的气动和结构连续性。第二部分100可以采用适用于保持桨叶10的气动形状和效率的任何配置，而且可以使用任何合适的工艺以及用任何合适的材料制成，用于赋予叶尖结构完整性而且为叶尖22提供环境保护。应理解，第二部分100可以径向向内延伸到翼型18的径向翼展上的任何合适位置，只要翼型18在桨叶10旋转或在所述桨叶静止时，在结构上支撑第二部分100。
第二部分100可以由不同于翼型18的材料制成；例如，难熔金属或金属复合材料、金属问化合物、陶瓷或陶瓷复合材料。在一项示例性实施例中，第二部分100由陶瓷材料通过如下步骤制成：首先使用等静压工艺形成近净(near net)“未加工”形状，接着使用中间煅烧工序加固未加工形状，然后使用机械加工工序获得所需形状，最后使用煅烧工序获得第二部分100的最终尺寸和特性。应理解，这些工艺工序并不详尽，可以根据形成第二部分100的材料，以及最终所需的尺寸公差、表面抛光和机械特性，使用任何合适的工艺工序过程和顺序。
图3示出沿着线3-3观察的叶尖22的截面。第二部分100包括颈120，所述颈形成径向向内表面140。以护套160的形式存在的第三部分以某种方式设置在翼型18的径向向内表面140与径向向外表面180之间，使得护套160嵌入翼型压力侧壁24和吸入侧壁26内，而且切变方向上承担大多数的离心荷重。应理解，径向向内表面140和径向向外表面180可以以任何合适的方式进行设置，用于保持组件的机械完整性。护套160可以是连续的或不连续的，而且可以使用任何合适的工艺以及由任何合适的材料制成，以用于保持组件的机械完整性和热变形的抗性。在一项示例性实施例中，护套160由镍基超耐热合金制成，方法是使用冲压或挤压工艺，随后机械加工得到所需的最终形状、尺寸以及表面抛光。
护套160可以使用铜焊工艺焊接到径向向内表面140。在一项示例性实施例中，铜焊合金，例如PalniroTM-1(50％金、25％镍、25％钯)，可以使用合适的热处理使所得接合处达到高度的机械完整性。应理解，机械特征可以添加到护套160和径向向内表面140中，从而提高焊接的机械强度，尤其是提高切变方向上焊接的机械强度。
护套160可以使用任何合适的方法附接到径向向外表面180；所述方法例如，铜焊、焊接、机械附接，或以上方法的组合，从而使所得接合处达到高度的机械完整性，尤其是切变方向上的机械完整性，以及在修理和整修桨叶10时，提供移除护套160和第二部分100组件的装置。
总而言之，本发明考虑的是装配式翼型；其中径向最外层部分受到保护，以防其暴露于高温、高速气体或其他降级的环境中。上文详细描述了所述装配式翼型的示例性实施例。
尽管本说明书中所述的设备和方法在制造涡轮机翼型中进行描述，但是应理解，所述设备和方法并不限于涡轮机械应用。此外，尽管前述描述包括许多细节，但是这些并不应视为对本发明的范围的限制，而仅仅是对此处一些优选实施例的说明。类似地，本发明的其他实施例可以在不脱离本发明的精神或范围的前提下进行设计。不同实施例的特征可以组合在一起进行使用。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书及其法律等效物指出并进行限制，而非由前述描述指出并进行限制。此外，属于权利要求书的意义和范围内的本说明书中所揭示的对本发明的删除和修改由此得以涵盖。
本说明书中所用的元件或步骤以单数形式列举，并用字词“一”或“一个”引出，应理解，所述元件或步骤并不排除多个元件或步骤，除非明确列出所述排除情况。此外，本发明对“一项实施例”的引用并不代表不存在同样包括所述特征的其他实施例。
本说明书使用各个实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并且可以包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或者如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。

Claims (10)

1.一种装配式涡轮机翼型，其包括第一部分、第二部分以及第三部分；其中所述第一部分为其余部分提供结构支撑，所述第二部分与所述第一部分接合成一体，以及所述第三部分对所述第一部分和所述第二部分进行连接。
2.根据权利要求1所述的翼型，其中所述第一部分包括气动形负载支承部件、第一端以及第二端。
3.根据权利要求2所述的翼型，其中所述第一端与转子成一体或附接到转子。
4.根据权利要求2所述的翼型，其中所述第二部分保护所述第二端，以防其受到所高温、高速气体或其它降级环境的损害。
5.根据权利要求1所述的翼型，其中所述第三部分包括护套。
6.根据权利要求1所述的翼型，其中所述第二部分与所述第三部分之间的接合通过使用铜焊合金而形成。
7.根据权利要求2所述的翼型，其中所述第三部分使用任何合适方法附接到所述第一部分的所述第二端，所述方法产生具有高度机械完整性的接合。
8.一种装配式涡轮机桨叶，其包括第一部分、第二部分以及第三部分；其中所述第一部分为其余部分提供结构支撑而且所述第一部分包括负载支承部件、与转子成一体或附接到转子的第一端以及暴露于高温、高速气体或其它降级环境的第二端，所述第二部分保护所述第二端，以防其受到降级环境的损害；所述第三部分对所述第一部分和所述第二部分进行连接；所述第二部分与所述第三部分之间的接合通过使用铜焊合金而形成；所述第三部分使用任何合适方法附接到所述第一部分的所述第二端，所述方法产生具有高度机械完整性的接合。
9.根据权利要求8所述的桨叶，其中所述第一部分包括翼型。
10.根据权利要求8所述的桨叶，其中所述第三部分包括护套。
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PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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