CN103510994B - 具有带有弯曲安装几何形状的叶片段的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有带有弯曲安装几何形状的叶片段的系统。更具体而言，本公开的实施例包括具有叶片段的系统，该叶片段具有叶片和联接到叶片的安装段。另外，安装段包括第一接触面和第二接触面，其中第一和第二接触面相对于叶片段的纵向轴线为凹形的。为了减小安装段内的应力，安装段还包括联接第一接触面和第二接触面的下部面，其中下部面为跨叶片段的纵向轴线成凸形的。
Description
关于联邦政府资助的研发的声明
本发明按照美国能源部授予的DE-FC26-05NT42643号合同在美国政府支持下进行。美国政府在本发明中享有一定权利。
技术领域
本文中所公开的主题涉及涡轮机叶片。更具体地，本文中所公开的主题涉及在涡轮机复合叶片中的转子接口几何形状。
背景技术
诸如压缩机和涡轮的涡轮机包括围绕轴或转子旋转以在转子和流体之间传递能量的叶片。例如，涡轮发动机提供推力以为航空器、船舶和发电机提供动力。叶片可大体上由转子支承。例如，涡轮机叶片可附连到转子或安装在转子中。在涡轮机的操作期间，叶片可由于叶片的快速旋转和/或高的操作温度而经受高应力。遗憾的是，高应力可造成叶片降级和在某些情况下的机械失效。
发明内容
在范围方面与初始要求保护的发明相一致的某些实施例总结如下。这些实施例不意图限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例意图仅提供本发明的可能形式的简短总结。实际上，本发明可包括可类似于或不同于下文所述实施例的各种形式。
在第一实施例中，一种系统包括具有叶片的叶片段和联接到叶片的安装段，其中安装段的至少一部分构造成插入转子的狭槽内以形成接头(joint)。另外，安装段包括各自具有近端和远端的第一接触面和第二接触面，其中每个近端构造成插入狭槽内，并且每个远端构造成当接头形成时保持在狭槽的外部。安装段还包括联接第一和第二接触面的相应近端的下部面，其中下部面大体上径向远离叶片伸出。
在第二实施例中，一种系统包括具有叶片的复合涡轮机叶片段和联接到叶片的安装段。另外，安装段包括第一接触面和第二接触面，其中第一和第二接触面相对于涡轮机叶片段的纵向轴线为凹形的。安装段还包括联接第一接触面和第二接触面的下部面，其中下部面为跨涡轮机叶片段的纵向轴线远离叶片弯曲的。
在第三实施例中，一种系统包括涡轮机转子，其具有围绕涡轮机转子周向间隔的多个狭槽和围绕转子周向间隔的多个盘柱(disk post)。另外，每个盘柱将多个狭槽的第一狭槽与第二狭槽分开，并且每个盘柱包括：第一保持表面，其构造成接合第一狭槽内的第一涡轮机叶片段的第一部分；以及第二保持表面，其构造成接合第二狭槽内的第二涡轮机叶片段的第二部分，并且第一和第二保持表面经由远离涡轮机转子的旋转轴线弯曲的顶部表面联接。
在一实施例中，一种系统，包括：叶片段，包括：叶片；以及安装段，其联接到叶片，其中，安装段的至少一部分构造成插入转子的狭槽内以形成接头，并且安装段包括：第一接触面和第二接触面，第一接触面和第二接触面各具有近端和远端，其中，各近端构造成插入狭槽内，并且各远端构造成当接头形成时保持在狭槽的外部，并且第一和第二接触面的相应的近端相对于叶片段的纵向轴线向外弯曲；以及下部面，其联接第一和第二接触面的相应的近端，其中，下部面大体上径向地远离叶片伸出。
在一实施例中，叶片段由复合材料构成。
在一实施例中，复合材料包括陶瓷基质复合物。
在一实施例中，下部面包括凸形圆弧表面。
在一实施例中，下部面分别在第一和第二拐角处联接到第一和第二接触面的相应的近端。
在一实施例中，包括具有狭槽的转子。
在一实施例中，狭槽由第一和第二盘柱之间的间隙所限定，第一和第二盘柱中的每一个从转子的旋转轴线径向向外延伸，并且狭槽包括：第一和第二盘柱各自的第一和第二保持表面，其中，第一保持表面构造成接合第一接触面的近端，并且第二保持表面构造成接合第二接触面的近端；并且其中，在接头形成时，叶片段的纵向轴线与底部表面的中央区域大致对准，底部表面连接第一和第二保持表面，并且底部表面在中央区域上是弯曲的。
在一实施例中，底部表面朝转子的旋转轴线弯曲。
在一实施例中，底部表面的第一几何形状与安装段的下部面的第二几何形状大致匹配。
在一实施例中，安装段由多个层压层片形成，并且其中，下部面的几何形状构造成减小在层压层片之间的层间张力。
在一实施例中，转子包括通过盘柱与狭槽分开的第二附加狭槽，盘柱包括构造成接合第一接触面的近端的第一保持表面和构造成接合第二叶片段的第二保持表面，并且第一和第二保持表面由跨盘柱的第二纵向轴线弯曲的顶部表面连接。
在一实施例中，接头为燕尾件接头。
在一实施例中，下部面跨叶片段的纵向轴线弯曲。
附图说明
当参考附图阅读下面的具体实施方式时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有图中类似的标记表示类似的部件，在附图中：
图1是联合循环功率发生系统的实施例的示意图，该联合循环功率发生系统具有可利用具有弯曲安装段的涡轮机叶片段的燃气涡轮系统、蒸汽涡轮和热回收蒸汽发生(HRSG)系统；
图2是根据本公开的一个实施例的在图1的线2-2内截取的局部剖视轴向视图，并且示出具有带有弯曲安装段的周向安装的涡轮机叶片段的涡轮的转子的实施例；
图3是根据本公开的一个实施例在图2的线3-3内截取并且示出带有弯曲安装段的涡轮机叶片段的透视图和构造成保持弯曲的安装段的转子狭槽的局部透视图；
图4是根据本公开的一个实施例沿图3的线4-4截取的弯曲安装段的局部剖视图，示出了层片的构型；
图5是根据本公开的一个实施例在图2的线3-3内截取的局部剖视轴向视图，并且示出带有插入转子的狭槽内的弯曲安装段的涡轮机叶片段；
图6是根据本公开的一个实施例在图2的线3-3内截取的局部剖视轴向视图，并且示出带有插入转子的狭槽内的弯曲安装段的涡轮机叶片段；以及
图7是根据本公开的一个实施例在图2的线3-3内截取的局部剖视轴向视图，并且示出带有插入转子的狭槽内的弯曲安装段的涡轮机叶片段。
部件列表
8 联合循环系统
10 燃气涡轮系统
12 压缩机
14 燃烧器
16 燃料喷嘴
18 涡轮
20 加压燃烧气体
22 涡轮机叶片段
24 转子
26 旋转轴线
28 排气出口
30 压缩机叶片
32 加压空气
34 第一负载
36 热回收蒸汽发生器(HRSG)系统
38 受热排气
40 蒸汽
42 蒸汽涡轮
44 轴
46 第二负载
48 轴向方向
50 径向方向
52 周向方向
53 单一级
54 接头
56 涡轮叶片
58 安装段
60 第一接头部分
62 第二接头部分
64 狭槽
66 外表面
68 第一部分
70 第二部分
76 纵向轴线
78 盘柱
80 第一盘柱
82 第二盘柱
84 第一保持表面
86 第二保持表面
88 底部表面
90 顶部表面
92 顶部表面
94 第一接触面
96 第二接触面
98 远端
100 近端
102 下部面
104 拐角
106 复合组件
108 层压层片
114 纤维
116 纤维
118 纤维
110 最小颈部区域
112 应变方向
117 部分
120 纵向轴线
122 纵向轴线
124 圆弧表面
126 凸形圆弧表面
128 几何形状
130 腔体。
具体实施方式
下面将描述本公开的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简要说明，可能无法在本说明书中描述实际实施方案的所有特征。应当理解，如在任意工程或设计项目中的任何这种实际实施方案的开发中，必须做出大量的针对实施方案的决定以实现改进者的具体目标，例如遵守随各个实施方案而不同的与系统相关和与商业有关的限制。此外，应当理解，这样的开发努力可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的有益效果的本领域普通技术人员来说，这些都是设计、制作和生产中的常规任务。
在介绍本发明的各种实施例的元素时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在这些元素中的一个或多个。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在为包括性的并且意味着可存在除了所列元素之外的额外元素。
如上文所讨论的，涡轮机叶片段，并且更具体而言，涡轮机叶片安装段在涡轮机的操作期间可经受应力，这可使叶片段和/或安装段退化。具体而言，随着转子旋转，安装段可经受高的压缩载荷，这可导致在安装段的最小颈部区域的中央部内的高拉伸应力。张力可造成安装段断裂或分离。断裂或分离可弱化安装段并且可能是污垢或湿气的通道，污垢或湿气可进一步弱化安装段。因此，目前认识到，可期望提供设计用于减小或最小化安装段内的张力的涡轮机叶片段。
在前面的描述的基础上，所公开的实施例包括用于将涡轮机叶片联接到涡轮机的转子的弯曲的涡轮机叶片安装段。具体而言，安装段的底部可以是相对于叶片向外弯曲的(例如，弧形的或蘑菇形的)。安装段的弯曲可用来增加涡轮机叶片段的承载能力并对抗由叶片的拉动所施加的载荷。另外，某些实施例包括涡轮机转子，其包括构造成与安装段接合的狭槽和/或盘柱。狭槽和/或盘柱的一个或多个表面也可是弯曲的(例如，弧形的或蘑菇形的)。因此，由安装段、涡轮机的转子和涡轮机叶片经受的应力可减小，从而增加安装段、转子和涡轮机叶片的使用寿命。应当指出的是，虽然本发明的实施例在带有安装到转子的涡轮机叶片段的涡轮机的背景中讨论，但它们也可适用于具有类似附件的任何系统。例如，当前实施例也可适用于例如在航空器、风力涡轮机等中的推进器。
现在转到附图，图1是联合循环系统8的实施例的示意性框图，系统8具有配有改进的叶片安装系统(例如，燕尾件接头)的各种涡轮机。具体而言，涡轮机包括带有弯曲安装段(例如，燕尾件接头的第一燕尾件部分)的涡轮机叶片段，该安装段可联接到转子的狭槽或凹部(例如，燕尾件接头的第二燕尾件部分)。如图所示，联合循环系统8包括燃气涡轮系统10，其具有压缩机12、具有燃料喷嘴16的燃烧器14、以及涡轮18。如下面进一步详细讨论的，压缩机12产生压缩空气并将压缩空气提供至燃烧器14。类似地，燃料喷嘴16将液体燃料和/或诸如天然气和合成气的气体燃料导引(route)至燃烧器14中。燃烧器14点燃并燃烧通过混合压缩空气和液体和/或气体燃料而产生的燃料空气混合物，然后将所得的热加压燃烧气体20传送到涡轮18中。
在涡轮18中，热加压燃烧气体经过联接到转子24的一系列涡轮机叶片段22。如下文参照图2进一步详细讨论地，每个涡轮机叶片段22经由相应的弯曲安装段联接到转子24(图2)。因此，当燃烧气体20在涡轮18中经过涡轮机叶片段22时，叶片段22造成转子24沿旋转轴线26旋转。最终，燃烧气体20经由排气出口28(例如，排气管、排气烟囱、消音器等)离开涡轮18。
在图示实施例中，压缩机12包括压缩机叶片30。压缩机12内的压缩机叶片30也例如使用根据本公开的弯曲安装段联接到转子24。当转子24被涡轮机叶片段22驱动至旋转时，压缩机叶片20旋转，如上所述。因此，由热燃烧气体对涡轮机叶片段22所做的功的至少一部分可用来驱动压缩机12。当压缩机叶片30在压缩机12内旋转时，压缩机叶片30将来自进气口的空气压缩成加压空气32，加压空气32被导引至燃烧器14、燃料喷嘴16和联合循环系统8的其它部分。燃料喷嘴16接着将加压空气和燃料混合以产生合适的燃料-空气混合物，该混合物在燃烧器14中燃烧以生成用于驱动涡轮18的燃烧气体20。此外，转子24可联接到第一负载34，第一负载34可经由转子24的旋转驱动。例如，第一负载34可以是可经由联合循环系统8的旋转输出生成功率的任何合适的装置，例如，发电设备或外部机械负载。例如，第一负载34可包括发电机、航空器的螺旋桨等。
系统8还可包括热回收蒸汽发生器(HRSG)系统36。来自涡轮18的受热的排气38被输送至HRSG系统36以加热水，从而产生用来驱动蒸汽涡轮42的蒸汽40。HRSG系统36可包括各种节约装置、冷凝器、蒸发器、加热器等，以生成并加热用来驱动蒸汽涡轮42的蒸汽40。由HRSG系统36产生的蒸汽40经过蒸汽涡轮42的涡轮叶片。蒸汽涡轮42的涡轮叶片可例如是具有弯曲安装段的涡轮机叶片段22。当蒸汽40在蒸汽涡轮42中经过涡轮叶片时，蒸汽涡轮42被驱动至旋转，这造成轴44旋转，从而为第二负载46提供动力。
在以下讨论中，可参照各种方向或轴线，例如，沿旋转轴线26的轴向方向48、远离轴线26的径向方向50、以及围绕涡轮18或蒸汽涡轮36的轴线26的周向方向52。另外，如上所述，虽然以下描述的安装段(例如，燕尾件接头的第一燕尾件部分)可与各种涡轮机(例如，压缩机12、燃气涡轮18或蒸汽涡轮36)或使用叶片的其它机械中的任一种一起使用，但以下讨论描述了在涡轮18(例如，燃气涡轮)的背景下的弯曲安装段(例如，燕尾件接头的第一燕尾件部分)。
图2是在图1的线2-2内截取的涡轮18的局部剖视轴向视图。特别地，图2示出了涡轮18的单个级53的实施例，涡轮18具有经由接头54(例如，燕尾件接头)联接到转子24的涡轮机叶片段22。如上所述，每个叶片段22包括涡轮叶片56和安装段58。另外，每个叶片段22具有纵向轴线76。每个安装接头54包括设置在每个叶片段22上的第一接头部分60(例如，第一燕尾件部分)和设置在转子24上的第二接头部分62(例如，第二燕尾件部分)。例如，第一接头部分60可以是凸起接头部分，并且第二接头部分62可以是凹入接头部分，或者反之亦然。在图示的实施例中，第一接头部分60包括凸起安装段58，并且第二接头部分62包括凹入的凹部或狭槽64。
具体而言，安装段58中的每一个部分地设置在形成于转子24的外表面66中且围绕转子24周向52间隔的狭槽64(例如，轴向狭槽)中的一个内。例如，多个狭槽64可环绕转子24。如图所示，每个安装段58的第一部分68设置在转子24的狭槽64内，同时每个安装段58的第二部分70沿径向方向50从转子24的外表面66向外延伸并且联接到相应的涡轮叶片56。因此，每个安装段58的第二部分70可设置成完全在狭槽64的外部或部分地在狭槽64的内部。为了安装每个涡轮机叶片段22，可将每个安装段58沿轴向方向48插入相应的狭槽64内。
图3是在图2的线3-3内截取的分解透视图，示出了其中涡轮叶片56和安装段58为单一件(例如，一体地形成)的涡轮机叶片段22的实施例。图3还描绘了转子24的安装段58和狭槽64的几何形状的相对布置。例如，如上所述，安装段58构造成至少部分地插入转子24的狭槽64内。应该指出的是，虽然安装段58在轴向48插入狭槽64的背景下示出和描述，但还应设想，安装段58可径向50插入转子24的周边狭槽64中。如图所示，安装段58和狭槽64可具有使涡轮机叶片段22和转子24可彼此联接地互补的几何形状。
在图示的实施例中，狭槽64形成于两个盘柱78之间。盘柱78沿周向方向52围绕转子24间隔并且沿径向方向50从转子24向外延伸。转子24可包括限定多个狭槽64的多个盘柱78，盘柱78可构造成与多个安装段58联接。因此，虽然可为了清楚起见而讨论了具体的狭槽64或盘柱78，但以下讨论的实施例可适用于多个狭槽64或盘柱78中的任一个。
在前面的描述的基础上，在图示实施例中，狭槽64形成为在第一盘柱80和第二盘柱82之间的间隙。第一盘柱80包括第一保持表面84，并且第二盘柱包括第二保持表面86，第一保持表面84和第二保持表面86由底部表面88连接。保持表面84和86构造成邻接安装段58的一部分，使得安装段58被保持在狭槽64内。下面进一步详细讨论第一保持表面84和第二保持表面86的特定构型。底部表面88可围绕狭槽64的内底部设置，并且保持表面84和86可围绕狭槽64的内侧设置。另外，第一保持表面84可与第一盘柱80的顶部表面90连接，并且第二保持表面86可与第二盘柱82的顶部表面92连接。虽然底部表面88描绘为与第一保持表面84和第二保持表面86连续的表面(例如，不被端部或拐角间隔开)，但应该指出，盘柱80和82可由多于一个表面连接，其中每个表面由拐角彼此间隔开。
盘柱78可构造成当接头54形成时接合安装段58的至少一部分。也就是说，盘柱78可被设计成当涡轮机叶片段22安装在涡轮18中时将安装段58的至少一部分保持在狭槽64内。例如，第一保持表面84和第二保持表面86以及顶部表面90和92可构造成邻接安装段58的一部分。特别地，在图示实施例中，第一保持表面84和第二保持表面86构造成邻接安装段58的第一接触面94和第二接触面96。如本文所定义地，面被限定为由端部(例如拐角)所定界的表面。此外，如本文所定义的，接触面是如下表面，即其中当涡轮正在旋转时表面的至少一部分邻接盘柱。另外，每个接触面94和96包括构造成保持在狭槽64的外部的远端98和构造成插入狭槽64内的近端100。根据本发明的实施例，当接头54形成(图2)并且涡轮18正在旋转时，第一保持表面84可至少邻接第一接触面94的近端100。类似地，第二保持表面86可至少邻接第二接触面96的近端100。另外，顶部表面90可至少邻接第一接触面94的远端98，同时顶部表面92可至少邻接第二接触面96的远端98。
安装段58还可包括大体上连接第一接触面94和第二接触面96的下部面102。下部面102可通过拐角104与第一接触面94和第二接触面96间隔开。具体而言，每个拐角104可以是其中两个面会聚的成角度的部分，并且更具体而言，每个拐角104可以是从向内弯曲的面(例如，第一或第二接触面96)到向外弯曲的面(例如，下部面102)的过渡点。在图示实施例中，下部面102为弯曲的以在安装段58的底部上产生凸角(lobe)或U形突起。类似地，底部表面88和顶部表面90、92可以是弯曲的。当与非弯曲安装段(例如，成角度的和/或平坦的)相比时，弯曲表面可提高安装段58的承载能力，以加强涡轮机叶片段22和附加地盘柱78的结构，从而减小叶片应变(例如，由于层间张力(ILT))。实际上，如以下进一步详细讨论地，以上列出的表面中的任一个可修改为具有各种弯曲度以减小叶片应变。
如上文所讨论地，涡轮机叶片段22可经受应力。这些应力可增加在涡轮18的操作期间安装段58中的断裂的可能性或幅度(图1)。通常，金属涡轮机叶片段22沿径向方向50(例如，径向向上)经受应力。相比之下，复合涡轮机叶片22更易经受不同类型的应力，例如ILT。实际上，ILT可对以下将更详细描述的复合叶片特别有害。然而，诸如陶瓷基质复合物(CMC)涡轮机叶片段22的具有复合安装段58的复合涡轮机叶片段22可有利地用于置于热气体路径内(例如在发动机中)的部件内，因为它们可能够在不接纳燃气涡轮的热气体路径内部的冷却空气的情况下操作。因此，安装段58可以是一个或多个层压层片的复合组件。
图4是沿图3的线4-4截取的安装段58的局部剖视图，示出了形成安装段58的主体(bulk)的层压层片108的复合组件106的实施例。在一些实施例中，如图所示，层压层片108可沿径向方向50从近端100延伸至安装段58的远端98(图3)。此外，层压层片108可相对于彼此大致平行地取向，并且可包括设置在基质内的多个纤维114，如下文讨论地。
层压层片108可具有在安装段58内或之中可以是均匀的或不均匀的特性(例如，几何形状和/或材料组成)。例如，安装段58的应力或压缩载荷可以是沿径向48、轴向50或周向52方向上不均匀的，并且因此层压层片108的特性可被设计成在安装段58内变化。
在某些实施例中，层压层片108的材料组成可被设计成使安装段58经受高的机械应力或热应力。例如，层压层片108可由陶瓷、金属、聚合物、玻璃纤维、环氧树脂、另一种合适材料、或它们的任意组合构成。在某些实施例中，层压层片108可以是陶瓷基质复合物。例如，材料组成可在相邻的层压层片108之间从陶瓷到金属交替变化。在其它实施例中，如上所述，层压层片108可以是CMC材料，其中多个纤维114(例如，碳化硅纤维)设置在基质材料内，基质材料可与用来构造纤维114的材料相同，包含用来构造纤维114的材料的一种或多种组分(例如，硅/碳化硅)，或者可不同于纤维114。另外，在其中层压层片108包括这样的纤维114的实施例中，纤维114可具有任何相对取向。例如，如图所示，第一组纤维116可具有第一取向，同时第二组纤维118具有第二取向。实际上，第一和第二取向可采取任何几何形式，并且具有相对于彼此的任何几何关系。因此，第一组纤维116和第二组纤维118可取向成相对于彼此大致平行，相对于彼此交叉(例如，以会聚、发散、正交或类似的关系)，或者可以以弧形、圆形或半圆形方式取向。在某些实施例中，可希望纤维114沿径向方向50在安装段58内大致对齐，以便增加安装段58在操作期间承受剪切、应变和张力的能力。
虽然复合安装段58可由于至少上文阐述的原因是有利的，但它们可经受超出复合材料的抗张强度的层间应力。具体而言，当复合涡轮叶片段22旋转时，复合安装段58可能在安装段58的最小颈部区域110中经受高ILT。更具体而言，应变可发生在由箭头112所指示的方向上。ILT可造成层压层片108横向分离或剥离(例如，沿周向方向52上)。层压层片108的分离可在安装段58中产生或加剧之前存在的断裂。此外，安装段58可经受沿接触表面94和96的部分117的高径向载荷，这可使层压层片114破裂。为了解决这些问题，所公开的实施例为弯曲安装段58和盘柱78提供了不同程度的弯曲，这可用来加强结构并减小安装段58的应变，从而减小涡轮机叶片段22的应力。
图5为涡轮机叶片段22和狭槽64在图2的线3-3内截取的局部剖视轴向视图，示出了安装段58和盘柱78的实施例。在图示的实施例中，安装段58的第一接触面94和第二接触面96相对于涡轮机叶片段22的纵向轴线76向内弯曲。因此，在图示实施例中，第一接触面94和第二接触面96相对于纵向轴线76为凹形的。实际上，如本文中所定义的，相对于安装段58，凹形被定义为朝涡轮机叶片段22弯曲，而凸形被定义为远离涡轮机叶片段22弯曲。因此，可构造成当接头54形成时邻接第一接触面94和第二接触面96的第一保持表面84和第二保持表面86也可相对于涡轮机叶片段22为凹形的。此外，第一保持表面84可是远离第一盘柱80的纵向轴线120弯曲的或相对于纵向轴线120凸形的。类似地，第二保持表面86可是远离第二盘柱82的纵向轴线122弯曲的。
在图示实施例中，每个接触面94和96分别从其远端98向其近端100弯曲。照此，每个顶部表面90和92也可是弯曲的以分别接合第一接触面94和第二接触面96。具体而言，每个顶部表面90和92可远离转子24的旋转轴线26弯曲。换言之，每个顶部表面90和92可分别跨纵向轴线120和122弯曲。当接头54形成时，纵向轴线120和122可大致平行于涡轮机叶片段58的纵向轴线76。也就是说，纵向轴线120和122可从纵向轴线76偏移至在测量中存在一定不确定性的程度。在其它实施例中，纵向轴线120和122可不平行。在图示实施例中，顶部表面90和92弯曲为圆弧表面124。在一个实施例中，圆弧表面124为弯曲的，使得第一盘柱80和第二盘柱82的峰(例如，到旋转轴线26的最远点)分别与它们的纵向轴线120和122大致对齐。此外，对于某些实施例来说弯曲程度可变化。例如，每个圆弧表面124可是圆的四分之一、三分之一、二分之一、三分之二或四分之三。每个圆弧表面124可具有大于约0º且小于约270º的弧角。以非限制性示例的方式，每个圆弧表面124可具有在约30º与240º之间、在60º与210º之间、在90º与180º之间、或在120º与150º之间的弧角。
在图示实施例中，安装段58的下部面102也是弯曲的。具体而言，下部面102为径向远离涡轮机叶片段22弯曲的。更具体而言，下部面102在拐角104之间弯曲以产生凸形圆弧表面126。凸形圆弧表面126也是相对于转子24的旋转轴线26为凹形的。如上所述，圆弧表面126为弯曲的，使得安装段58的最低点(例如，到叶片56的最远点)与纵向轴线76大致对齐。圆弧表面126可具有与圆弧表面124相同或不同的弯曲程度。也就是说，圆弧表面126可具有大于约0º且小于约270º的弧角。以非限制性示例的方式，圆弧表面126可具有在约30º和240º之间、在60º和210º之间、在90º和180º之间、或在120º和150º之间的弧角。
如上文所讨论地，顶部表面90和92以及下部面102的弯曲可能对于在接头54形成时加强涡轮机叶片段22的结构是理想的。特别地，弯曲可用来增加叶片段22的承载能力，并且可在操作期间抵消或减小ILT。此外，弯曲程度可与承载能力有关。例如，在90º和270º之间或100º和200º之间的弧角可对于承载能力而言是最佳的。
在某些实施例中，底部表面88也可是弯曲的，使得底部表面88朝转子24的旋转轴线26向内弯曲。实际上，可希望底部表面88的几何形状与下部面102的几何形状大致匹配，以允许在它们之间的一些移动，同时也提供大致均匀的配合。因此，在图示实施例中，底部表面88具有与凸形圆弧表面126的几何形状大致匹配的几何形状128。此外，在图示实施例中，狭槽64比安装段58的插入部分更深，使得当接头54形成时腔体130可设置在底部表面88和下部面102之间。在一个实施例中，腔体130可构造成接收冷却空气(例如，压缩空气)，以便能够冷却涡轮机叶片段22。然而，在某些实施例中，狭槽64和安装段58可构造成使得腔体130被最小化或使得下部面102邻接底部表面88。
图6是涡轮机叶片段22和狭槽64在图2的线3-3内截取的局部剖视轴向视图，示出了安装段58和盘柱78的实施例。在图示实施例中，下部面102和底部表面88可分别被设计为凸形圆弧表面126和128，如参照图4所描述的。然而，顶部表面90和92可分别跨纵向轴线120和122上为大致平坦的。因此，第一接触面94和第二接触面96的远端98也可是平坦的，以分别与平坦顶部表面90和92接合。
图7是涡轮机叶片段22和狭槽64沿图2的线3-3所截取的局部剖视轴向视图，示出了安装段58和盘柱78的实施例。在图示实施例中，下部面102可大体上径向远离涡轮机叶片段22伸出。也就是说，下部面102的至少一部分可相对于涡轮机叶片段22向外弯曲，并且下部面的部分可是平坦的或相对于涡轮机叶片段22向外倾斜的。在某些实施例中，下部面102可是跨纵向轴线76弯曲的或凸形的。例如，下部面102可在下部面102的0%至100%、10%至90%、20%至80%、30%至70%、或40%至60%内弯曲的。另外，在图示实施例中，顶部表面90和92也为大体弯曲的，使得每个顶部表面90和92的至少一部分相对于旋转轴线26径向向外伸出。具体而言，顶部表面90和92分别是跨纵向轴线120和122弯曲的。此外，顶部表面90和92可是在它们相应的表面的0%至100%、10%至90%、20%至80%、30%至70%、或40%至60%内弯曲的。
底部表面88也可被设计成从涡轮机叶片段22大体上径向向外伸出。类似于下部面102，底部表面88的至少一部分可是朝旋转轴线26弯曲的，并且下部面的部分可是平坦的或相对于旋转轴线26向内倾斜的。在某些实施例中，当接头54形成时，底部表面88可为跨纵向轴线76弯曲的或凸形的。另外，当接头54形成时，纵向轴线可与底部表面88的中心区域120大致对齐。在某些实施例中，底部表面88可为跨中心区域120弯曲的。此外，底部表面88可在底部表面88的0%至100%、10%至90%、20%至80%、30%至70%、或40%至60%内是弯曲的。
该书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域技术人员能实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求所限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果这种其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它示例预期在权利要求的范围内。
Claims (9)
1.一种涡轮机系统，包括：
转子，其包括：
第一盘柱，其具有形成在所述转子外表面内的第一保持表面；
第二盘柱，其具有形成在所述转子的所述外表面内的第二保持表面；及
狭槽，其形成在所述转子的所述外表面内并位于所述第一保持表面和所述第二保持表面之间；以及
叶片段(22)，包括：
叶片(56)；以及
安装段(58)，其联接到所述叶片(56)，其中，所述安装段(58)包括：
具有第一近端和第一远端的第一接触面(94)，其中所述第一接触面从所述第一近端朝向所述第一远端凹入；和
具有第二近端和第二远端的第二接触面(96)，其中，所述第二接触面从所述第二近端朝向所述第二远端凹入，所述第一接触面(94)和所述第二接触面(96)的所述第一近端和所述第二近端(100)构造成插入所述狭槽内以形成接头，并且所述第一接触面和第二接触面的所述第一远端和所述第二远端(98)构造成当所述接头(54)形成时保持在所述狭槽(64)的外部；其中，在具有所述叶片段的涡轮机系统运行期间且当所述第一近端和所述第二近端插入到所述狭槽内时，所述第一近端和所述第二近端构造成分别抵靠于所述第一盘柱的第一保持表面和所述第二盘柱的第二保持表面；以及
下部面(102)，其联接所述第一接触面和所述第二接触面的所述第一近端和所述第二近端，其中，所述下部面(102)大体上径向(50)地远离所述叶片(56)伸出，并且所述下部面和所述第一近端和所述第二近端在第一和第二弯曲拐角处会聚。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述叶片段(22)由复合材料(106，108，114，116，118)构成，所述安装段由多个层压层片形成，所述多个层压层片中的每个层压层片在所述安装段内纵向延伸。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述复合材料(106，108，114，116，118)包括陶瓷基质复合物。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述下部面(102)包括具有100到200度的圆弧角度的凸形圆弧表面(126)。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一和第二盘柱(80；82)从所述转子的旋转轴径向向外延伸，并且所述转子包括形成在所述转子的所述外表面内的底部表面，其中，在所述接头(54)形成时，所述叶片段(22)的纵向轴线(76)与所述底部表面(88)的中央区域大致对准，并且所述底部表面(88)在所述中央区域上朝向所述转子的所述旋转轴弯曲的。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述底部表面(88)的第一几何形状(128)与所述安装段(58)的下部面(102)的第二几何形状(124，126)大致匹配。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述安装段(58)由多个层压层片(108)形成，并且其中，所述下部面(102)的第二几何形状(124，126)构造成减小在所述层压层片(108)之间的层间张力，所述多个层压层片中的每个层压层片包括基质材料和设置在所述基质材料中的多个纤维，所述多个层压层片中的每个层压层片的所述多个纤维在所述多个层压层片的相应的层压层片中纵向定位。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接头(54)为燕尾件接头。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述下部面(102)跨所述叶片段(22)的纵向轴线(76)弯曲。
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