CN104234754B - 用于燃气涡轮的翼型件、叶片和导叶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于燃气涡轮的翼型件、叶片和导叶。具体而言，本发明涉及一种用于燃气涡轮的翼型件，其包括设置在翼型件与平台之间的复合圆角，其中，复合圆角由第一弧和第二弧构成，第一弧的第一端部沿切向邻接翼型件的外表面，第一弧的第二端部沿切向邻接第二弧的第一端部，且第二弧的第二端部沿切向邻接平台的表面，其中，满足以下方程：0.15≤R1/s≤0.45、和0.09≤a/s≤0.27，其中R1代表第一弧的半径，s代表翼型件的弦长，且a代表第一弧的第一端部邻接翼型件的外表面的点与平台的顶部表面之间在沿翼型件的外表面的延长线方向上的距离。利用本发明，优化了叶片/导叶的结构，且延长了其工作寿命。

Description

用于燃气涡轮的翼型件、叶片和导叶

技术领域

本发明涉及一种用于燃气涡轮的翼型件，具体而言，涉及翼型件与平台之间的复合圆角(compoundfillet)。本发明还涉及一种用于燃气涡轮的叶片和导叶。

背景技术

燃气涡轮通常包括至少一个转子组件，其中多个叶片/导叶围绕转子盘沿周向配合和分布，该多个叶片/导叶包括从平台沿径向延伸的翼型件。在操作期间，离心力在旋转叶片中生成周向边沿应力。至于导叶，气体压力和振动也可生成应力。这些应力可集中于平台与翼型件之间的过渡区处。该应力集中可通过平台/翼型件连接部分处的圆角来最小化。然而，仅可通过适当地确定尺寸和形状的圆角来实现适当的应力消除。

通常期望减小平台的尺寸，或备选地，当在最终设计阶段中发现翼型件与平台边缘之间允许将圆角沿切向连结到平台表面的空间不足时避免叶片/导叶的返工。因此，期望提供一种由多个曲线区段构成的复合圆角，其需要较少的平台表面空间，而不损害机械完整性。

在EP2184442A1中公开了一种用于涡轮叶片的复合圆角，其覆盖翼型件与平台的连结，且构造成包括第一弧和第二弧。第一弧具有与翼型件表面相切的第一端部。第二弧具有沿切向邻接第一弧的第二端部的第一端部、和邻接平台表面的第二端部。第一弧的半径大于第二弧的半径。此外，在此参考文献中还公开了另一种复合圆角，其包括第一弧和第二弧，其中，第二弧非切向地邻接平台表面。

在GB2353826A中公开了叶片/导叶翼型件的表面与翼型件端部处的平台之间的一类过渡区，其包括不同半径的至少两条曲线，离翼型件表面最近的曲线的半径大于离平台最近的曲线的半径。该过渡区可包括由直线区段分开的不同半径的两条曲线，或它可形成椭圆区段。

在US6190128B1中公开了一种用于燃气涡轮的冷却的移动叶片，其具有由椭圆形弯曲的表面形成的轮廓的底座部分、和直线表面部分，其中，直线表面部分设在热应力较大的叶片的毂部分处。

即使在上述公开文献中提出了不同的复合圆角，但仍存在关于优化复合圆角参数的进一步发展空间，以便改善叶片/导叶的应力消除能力，从而改善叶片或导叶的工作寿命。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于叶片和/或导叶的翼型件，其可优化结构来用于应力消除，以便延长其工作寿命。

在本发明的一个方面中，提供了一种用于燃气涡轮的翼型件，其包括设置在翼型件与平台之间的复合圆角，其中，复合圆角由第一弧和第二弧构成，第一弧的第一端部沿切向邻接翼型件的外表面，第一弧的第二端部沿切向邻接第二弧的第一端部，且第二弧的第二端部沿切向邻接平台的表面，其中，满足以下方程：

0.15≤R1/s≤0.45，和

0.09≤a/s≤0.27，

其中R1代表第一弧的半径，s代表翼型件的弦长，且a代表第一弧的第一端部邻接翼型件的外表面的点与平台的顶部表面之间在沿翼型件外表面的延长线方向上的距离。

根据本发明的一个可能的实施例，还满足以下方程：

0.024≤R2/s≤0.072,

其中R2代表第二弧的半径。

在本发明的另一个方面中，提出了一种用于燃气涡轮的叶片，其包括根据本发明的翼型件。

在本发明的另一个方面中，提出了一种用于燃气涡轮的导叶，其包括根据本发明的翼型件。

利用本发明，翼型件、包括该翼型件的叶片和/或包括该翼型件的导叶的结构在应力消除能力和防止叶片和/或导叶操作期间的过早开裂方面得到改善。

附图说明

在参照附图阅读仅为了举例的目的给出的本发明的优选实施例的以下非限制性描述时，本发明的目的、优点和其它特征将变得更加显而易见，在附图中：

图1示出根据本发明的示例实施例的用于燃气涡轮的叶片的翼型件的示意性截面图；

图2示出根据本发明的示例实施例的用于燃气涡轮的叶片的翼型件的示意性截面图；并且

图3示出根据本发明的示例实施例的用于燃气涡轮的导叶的翼型件的示意性截面图。

参考标号列表

100叶片

110翼型件

112翼型件的外表面

120平台

122平台的顶部表面

130复合圆角

132第一弧

133第一弧的第一端部

134第二弧

135第一弧的第二端部

136第二弧的第一端部

137第二弧的第二端部

O1第一弧的中心

R1第一弧的半径

O2第二弧的中心

R2第二弧的半径

A第一弧沿切向邻接翼型件的点

B第二弧沿切向邻接平台的点

C翼型件表面的延长线与平台的延长线的交点

200导叶

210翼型件

212翼型件的外表面

220平台

222平台的顶部表面

230复合圆角

232第一弧

233第一弧的第一端部

234第二弧

235第一弧的第二端部

236第二弧的第一端部

237第二弧的第二端部

O1第一弧的中心

R1第一弧的半径

O2第二弧的中心

R2第二弧的半径

A第一弧沿切向邻接翼型件的点

B第二弧沿切向邻接平台的点

C翼型件表面的延长线与平台的延长线的交点。

具体实施方式

图1示出根据本发明的示例实施例的用于燃气涡轮的叶片100的翼型件110的示意性剖视图。叶片100包括具有外表面112的翼型件110、和具有顶部表面122的平台120。复合圆角130设置在翼型件110与平台120之间。大体上，叶片100的轮廓代表对称结构。因此，如图1所示，出于简化和清楚的目的标记和描述了翼型件110的一侧。复合圆角130包括具有半径R1和中心O1的第一弧132、和具有半径R2和中心O2的第二弧134，其中第一弧132在点A处以其第一端部133沿切向邻接翼型件110的外表面112，且第二弧134在点B处以其第二端部137沿切向邻接平台120的顶部表面122，且第一弧132的第二端部135和第二弧134的第一端部136沿切向彼此邻接。如图1所示，限定长度a，长度a指出点A与平台120之间在翼型件的外表面112的延长线方向上的距离，即，a代表第一弧132的第一端部133邻接翼型件110的外表面112的点A与平台120的顶部表面122之间在沿翼型件110的外表面112的延长线方向上的距离。如图1所示，示出了由虚线代表的翼型件110的外表面112的延长线和同样由虚线代表的平台120的顶部表面122的延长线在点C处相交。在此情况下，长度a代表长度AC。

图2示出叶片100或导叶200(图3所示)的翼型件110的截面图，其中s代表叶片100或导叶200的弦(chord)。本领域技术人员应将用语“弦”理解为在本领域中提到的普通意义。即，叶片/导叶的弦是指叶片/导叶轮廓在弦线上的垂直投影长度，其中如果二维叶片/导叶区段为平坦表面上的凸形侧，则弦线指叶片/导叶区段的前部和后部将触碰表面的点之间的线。

根据一个可能的实施例，翼型件110在结构方面确定为满足以下方程：

0.15≤R1/s≤0.45，和(1)

0.09≤a/s≤0.27(2)

根据另一个可能的实施例，除方程(1)和(2)之外，翼型件还在结构方面确定为满足以下方程：

0.024≤R2/s≤0.072(3)

满足根据本发明的实施例的方程(1)、(2)和(3)的翼型件110可提供如下叶片，当该叶片在高温和高压下以高速操作时，该叶片优化了应力消除能力。因此，显著延长叶片的工作寿命。

图3示出根据本发明的示例实施例的用于燃气涡轮的导叶200的翼型件210的示意性剖视图。导叶200包括具有外表面212的翼型件210和具有顶部表面222的平台220。复合圆角230设置在翼型件210与平台220之间。复合圆角230包括具有半径R1和中心O1的第一弧232、和具有半径R2和中心O2的第二弧234，其中第一弧232在点A处以其第一端部233沿切向邻接翼型件210的外表面212，且第二弧234在点B处以其第二端部237沿切向邻接平台220的顶部表面222，且第一弧232的第二端部235和第二弧234的第一端部236沿切向彼此邻接。如图3所示，限定长度a，长度a指出点A与平台220之间在翼型件的外表面212的延长线方向上的距离，即，a代表第一弧232的第一端部233邻接翼型件210的外表面212的点A与平台220的顶部表面222之间在沿翼型件210的外表面212的延长线方向上的距离。如图3所示，示出由虚线代表的翼型件的外表面212的延长线和同样由虚线代表的平台220的顶部表面222的延长线在点C处相交。在此情况下，长度a代表长度AC。

如图3所示，且如本领域技术人员已知的那样，导叶200的轴线通常以一定的角度相对于平台成角度。因此，翼型件210的左侧和右侧上的复合圆角230在形状上彼此不同。根据本发明的实施例，设计为在两侧上适用R1、R2、a和s，只是O1和O2的位置不同。

如本文所述，本发明可广泛地应用于燃气涡轮的叶片和导叶两者。本领域技术人员应理解，本发明的总体构想旨在涵盖在燃气涡轮中使用的叶片和导叶两者。目标在于优化叶片和/或导叶的结构，以便延长其工作寿命且防止因由高速旋转、高温和/或高压生成的应力造成的过早开裂。

尽管已经仅结合有限数目的实施例描述了本发明，但应容易理解的是，本发明不限于此类公开实施例。相反，本发明可改变，以结合至此未描述的任何数目的改型、变化、置换或等同布置，但它们与本发明的精神和范围相当。此外，尽管已经描述了本发明的各种实施例，但应理解的是本发明的方面可仅包括所述实施例中的仅一些。因此，本发明不应被看作是由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (4)

1.一种用于燃气涡轮的翼型件，包括设置在所述翼型件与平台之间的复合圆角，其中，所述复合圆角由第一弧和第二弧构成，所述第一弧的第一端部沿切向邻接所述翼型件的外表面，所述第一弧的第二端部沿切向邻接所述第二弧的第一端部，且所述第二弧的第二端部沿切向邻接所述平台的顶部表面，其中，满足以下方程：

0.15≤R1/s≤0.45，和

0.09≤a/s≤0.27，

其中R1代表所述第一弧的半径，s代表所述翼型件的弦长，且a代表所述第一弧的第一端部邻接所述翼型件的外表面的点与所述平台的顶部表面之间在沿所述翼型件的外表面的延长线方向上的距离。

2.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，还满足以下方程：

0.024≤R2/s≤0.072，

其中R2代表所述第二弧的半径。

3.一种用于燃气涡轮的叶片，其特征在于，所述叶片包括根据权利要求1或2的翼型件。

4.一种用于燃气涡轮的导叶，其特征在于，所述导叶包括根据权利要求1或2的翼型件。