CN104246134A - 包括由铰接接头连接的构件的翼片 - Google Patents

Abstract

一种翼片包括本体，该本体具有平台，从平台的一侧向外延伸的翼片，以及从平台的另一侧向外延伸的根部。构件在铰接接头中连接至本体。

Description

包括由铰接接头连接的构件的翼片

技术领域

本公开涉及一种翼片，诸如用于燃气涡轮发动机的翼片。

背景技术

涡轮、风扇和压缩机翼片结构通常使用模铸技术制造。例如，翼片在限定了外部翼片表面的模具内铸造。可以在模具内使用核心结构以形成冲击孔、冷却通道、肋或翼片内其他结构。模铸技术固有地限制了翼片结构的几何形状、尺寸、壁厚度和位置。因此，传统翼片的设计受限于可以使用模铸技术制造的结构，其进而会限制翼片的性能。

发明内容

根据本公开的示例性方面的翼片包括本体，所述本体具有平台，从平台的一侧向外延伸的翼片，以及从平台的另一侧向外延伸的根部。构件在铰接接头中连接至本体。

在以上示例的另一非限制性实施例中，构件包括邻近平台延伸的本体。

在任意之前示例的另一非限制性实施例中，铰接接头包括插口，以及与插口可移动地互锁的插口构件。

在任意之前示例的另一非限制性实施例中，插口固定在根部上。

在任意之前示例的另一非限制性实施例中，本体限定了纵向轴线，并且插口相对于纵向轴线而纵向细长。

在任意之前示例的另一非限制性实施例中，本体限定了纵向轴线，并且插口构件相对于纵向轴线而纵向细长。

在任意之前示例的另一非限制性实施例中，构件是包括邻近平台延伸的减震器本体的减震器构件，并且插口包括限定了开口的插口侧壁，减震器构件的减震器本体延伸穿过该开口。

在任意之前示例的另一非限制性实施例中，开口小于插口构件，使得插口构件无法适合穿过开口。

在任意之前示例的另一非限制性实施例中，铰接接头包括在插口与插口构件之间的开放间隙。

在任意之前示例的另一非限制性实施例中，插口构件与插口不可移动地互锁，使得插口构件无法非破坏性地从插口移除。

在任意之前示例的另一非限制性实施例中，插口是槽口，并且插口构件是具有柄部和在柄部上的放大头部的按钮。

在任意之前示例的另一非限制性实施例中，构件是包括邻近平台延伸的减震器本体的减震器构件，并且本体限定了纵向轴线，而减震器构件的减震器本体包括相对于该纵向轴线的倾斜支承表面。

任意之前示例的另一非限制性实施例包括，从平台向外延伸至根部的第一支柱壁，以及从平台向外延伸至根部的第二支柱壁，第一支柱壁与第二支柱壁间隔开，并且构件在第一铰接接头中连接至第一支柱壁并且在第二铰接接头中连接至第二支柱壁。

在任意之前示例的另一非限制性实施例中，构件包括邻近平台延伸的本体，本体包括邻接平台的密封表面。

在任意之前示例的另一非限制性实施例中，本体具有均匀的从头至尾的厚度。

根据本公开的示例性方面的涡轮发动机包括，任选的风扇，压缩机区段，与压缩机区段流体流通的燃烧室，以及与燃烧室流体联通的涡轮区段。涡轮区段联接成驱动压缩机区段和风扇。风扇、压缩机区段和涡轮区段的至少一个包括翼片，该翼片具有本体，所述本体包括平台，从平台的一侧向外延伸的翼片，以及从平台的另一侧向外延伸的根部。构件在铰接接头中连接至本体。

根据本公开的示例性方面的用于处理翼片的方法包括，沉积粉末状金属的多个层到彼此之上，参照关于翼片的特定横截面的数据将该多个层结合到彼此，以及形成具有本体的翼片，该本体包括平台，从平台的一侧向外延伸的翼片，以及从平台的另一侧向外延伸的根部，以及在铰接接头中连接至本体的构件。

根据本公开的示例性方面的用于处理翼片的方法包括，提供包括本体的翼片，所述本体具有平台、从平台一侧向外延伸的翼片和从平台的另一侧向外延伸的根部，提供包括减震器本体的减震器构件，以及形成铰接接头以将本体和减震器构件连接在一起，使得减震器本体邻近平台延伸。

在任意之前示例的另一非限制性实施例中，所述形成包括，沉积粉末状金属的多个层到彼此之上，以及参照关于铰接接头的特定横截面的数据将该多个层结合到彼此。

任意之前示例的另一非限制性实施例包括，破坏性移除翼片的先前铰接接头的至少一部分，以及代替先前铰接接头形成铰接接头。

附图说明

对于本领域技术人员而言，本公开的各种特征和优点从以下详细说明书将变得明显。附于详细说明书的附图可以简要描述如下。

图1示出了示例燃气涡轮发动机。

图2示出了翼片的透视图。

图3A示出了翼片的铰接接头的横截面。

图3B示出了翼片的翼片密封的另一铰接接头的横截面。

图3C示出了翼片的另一铰接接头的横截面。

图4示出了在静止位置中铰接接头的横截面。

图5示出了在操作条件下铰接接头的横截面。

图6A示出了具有连接在铰接接头中的减震器构件的另一示例翼片的透视图。

图6B示出了图6A的减震器构件的修改版本的透视图。

图6C示出了在组装之前图6B的减震器构件。

图7A示出了具有连接在铰接接头中的减震器构件的另一示例翼片的透视图。

图7B示出了图7A中所示铰接接头的剖视图。

图8示出了用于处理翼片的方法。

具体实施方式

图1示意性示出了燃气涡轮发动机20。燃气涡轮发动机20在此公开作为双转子涡扇，其通常包括风扇区段22、压缩机区段24、燃烧室区段26以及涡轮区段28。替代的发动机除了其他系统或特征之外可以包括增压器区段（未示出）。风扇区段22驱动空气沿着旁路流径，而压缩机区段24驱动空气沿着核心流径以用于压缩并且传递递到燃烧室区段26中，随后通过涡轮区段28膨胀。尽管在所公开的非限制性实施例中描述为涡扇燃气涡轮发动机，应该理解的是，在此所述概念不限于使用涡扇，因为教导可以适用于包括三转子体系架构的其他类型涡轮发动机。

发动机20通常包括第一转子30和第二转子32，其安装用于经由数个轴承系统38相对于发动机静止结构36围绕发动机中心轴线A旋转。应该理解的是，可以替代地或者额外地提供在各种位置处的各种轴承系统38。

第一转子30通常包括互连了风扇42、第一压缩机44和第一涡轮46的第一轴40。第一轴40通过风扇驱动齿轮系统48的齿轮组件而连接至风扇42以比第一转子30低的速度驱动风扇42。第二转子32包括互连了第二压缩机52和第二涡轮54的第二轴50。第一转子30运行在比第二转子32相对低的压力下。应该理解的是在此使用的“低压”和“高压”及其变形是指示了高压高于低压的相对性术语。环形燃烧室56设置在第二压缩机52和第二涡轮54之间。第一轴40和第二轴50同心，并且经由轴承系统38围绕与它们的纵向轴线共线的发动机中心轴线A旋转。

核心气流由第一压缩机44压缩，随后由第二压缩机52压缩，在环形燃烧室56中与燃料混合并且燃烧，随后在第二涡轮54和第一涡轮46之上膨胀。第一涡轮46和第二涡轮54响应于膨胀而分别旋转地驱动第一转子30和第二转子32。

图2示出了示例翼片60。在该示例中，翼片60是涡轮区段28的涡轮桨片。翼片60可以与多个类似翼片一起以已知的方式安装在涡轮盘上。替选地，应该理解的是，尽管翼片60描述作为涡轮桨片，但本公开不限于涡轮桨片，并且在此所公开的概念适用于涡轮叶片、压缩机区段24中的压缩机翼片（桨片或叶片）、风扇区段22中的风扇翼片或者任何其他翼片结构。因此，对于所示涡轮桨片特定的一些特征视作是任选的。

翼片60包括翼片部分62，平台64和根部66。平台64和根部66对于涡轮桨片是特定的，并且因此可以在其他翼片结构中不同或者可以排除在其他翼片结构之外。

翼片60包括本体68，其限定了在平台64处的基底70与尖端部72之间的纵向轴线L。纵向轴线L在该示例中垂直于发动机中心轴线A。本体68包括前缘（LE）和后缘（TE），以及第一侧壁74（压力面）和与第一侧壁74间隔开的第二侧壁76（吸力面）。第一侧壁74和第二侧壁76连结前缘（LE）和后缘（TE）。

翼片部分62在过渡曲面（fillet）80处连接至平台64。平台64在支柱82处连接至根部66。根部66通常包括颈部84以及用于在盘中固定翼片60的锯齿部分86。

应该理解的是诸如“前”、“后”、“上部”、“下部”、“之上”、“之下”、“圆周”、“径向”等的相对位置术语是参照正常操作姿态和发动机中心轴线A，除非另外指示。此外，参照发动机20，翼片60的尖端部72通常称作翼片60的外径，而根部66通常称作翼片60的内径。平台64包括限制了通常示为G的气体路径的内径的上表面64a，在翼片部分62之上。一些翼片也可以包括在尖端部72处限制了气体路径G的外径的平台。

也参照图3A，翼片60包括安装在其外部上的构件88。构件88在该示例中是减震器构件，但是不限于减震器构件，并且在一个非限制性示例中可以是如图3B所示的密封件。因此，应该理解的是尽管构件88可以在此处的减震器构件的上下文中描述，但是在此所公开的示例不限于此并且可以有益于其他翼片结构。

在该示例中，减震器构件88包括减震器本体或指状体90，其从本体68延伸至邻近平台64的位置。减震器构件88在铰接接头92中连接至翼片60的本体68。铰接接头92包括插口94，以及与插口94可移动互锁的插口构件96。在该示例中，插口94固定在翼片60的根部66上。然而，插口94可以替代地位于翼片60的外部或内部上的其他位置处。此外，尽管插口94在该示例中固定在本体68上，但量应该理解的是，替代地，插口构件96可以固定在本体68以及连接至减震器本体90的插口94上以形成铰接接头92，如图3B所示。

插口94限定了插口侧壁94a，并且插口侧壁94a限定了减震器本体90延伸穿过其的开口97。开口97小于插口构件96以使得插口构件96无法安装通过开口97。

此外，在该示例中，插口94和插口构件96是纵向细长的。因此，插口构件96包括在插口94内延伸的纵向细长的部分96a。纵向细长部分96a沿纵向方向比开口97的纵向长度长。因此，插口构件96不可移除地互锁在插口94中。插口构件96在插口94内自由浮动以使得在插口侧壁94a与插口构件96之间具有开放间隙98。然而，插口构件96无法非破坏性地从插口94移除。

减震器本体90从铰接接头92向上延伸至邻近平台64的位置处。减震器本体90包括倾斜的支承表面90a。倾斜的支承表面90a相对于本体68的纵向轴线L而倾斜。如下面将详细描述的，倾斜的支承表面90a与平台64的对应支承表面64b对接。

在密封件的示例中（图3B），构件88的插口构件96是接头片（tab）。构件88包括具有密封表面90a’的本体或指状体90’。密封表面90a’在发动机工作期间大致平行于平台64的下侧以使得密封表面90a’邻接该下侧以密封在平台64与相邻翼片的平台之间的间隙。在该示例中，本体90’具有均匀的从头到尾的厚度，并且可以由片金属制成或者由以下所述的添加制造方法制成。

返回至减震器构件88的操作，图3A示出了处于正在制造条件下的减震器构件88。图4示出了处于静止位置的减震器构件88，其在发动机20组装期间可以看到。在静止位置下，插口构件96通常在插口94内向下移动。图5示出了处于工作位置下的减震器构件88，其在翼片围绕发动机中心轴线A旋转时在发动机20工作期间可以看到。在翼片60旋转时，插口构件96和减震器本体90纵向向外抛出以使得减震器本体90的倾斜支承表面90a接触平台64的支承表面64b。在倾斜支承表面90a与支承表面64b之间的摩擦移除了来自系统的能量，并且因此限制/抑制翼片60相对于相邻翼片60’的振动移动。在密封件的示例中（图3B），构件88和本体90’纵向向外抛出以使得密封表面90a’邻接平台64的下侧。

图6A示出了另一示例性翼片160。在该本公开中，相同的参考数字表示相同的元件，其中，带有附加的一百或者其倍数的合适参考数字标明修改元件，其被理解为包括对应元件的相同特征和优点。翼片160包括减震器构件188，其具有从本体168延伸至邻近平台64的位置的减震器本体或指状体190。

在该示例中，减震器构件188在第一铰接接头192a和第二铰接接头192b中连接至翼片160的本体168。支柱182间隔开，并且每一个包括插口194，以及与插口194可移动地互锁以形成各自铰接接头192a和192b的插口构件196。在该示例中，插口构件196的每一个是针脚，其通常从减震器本体190横向延伸至各自插口194中。插口构件196在各自插口194内自由移动，但是无法从各自插口194移除而不损坏插口构件196的至少一个或另一个。即，插口构件196和减震器构件190被不可移除地困在支柱182之间。

在工作中，插口构件196和减震器本体190在翼片工作期间纵向向外抛出，类似于上面所述的，以使得减震器本体190的倾斜支承表面190a接触对应支承表面64a以抑制翼片160的振动模式。

图6B和图6C示出了减震器构件188的变型。在图6A中，插口构件196与减震器本体190构成整体以使得减震器本体是单一零件。然而，在图6B和图6C中，插口构件196是初始与减震器本体190分离的杆以辅助组装减震器构件188。例如，减震器本体188位于支柱182之间，并且插口构件196滑动穿过插口194以及减震器本体190中的沟槽190a。插口构件196随后被焊接或者以其它方式结合至减震器本体188，使得插口构件196与插口194可移动地互锁以形成各自的铰接接头192a和192b。此外，尽管减震器本体190的楔形示出在该示例中，但是应该理解的是该示例也有益于其他结构或减震器设计。

图7A示出了另一变型的翼片260，其包括减震器构件288，其具有延伸至邻近平台64的位置的减震器本体或指状体290，类似于上面所描述的。在该示例中，减震器构件288在铰接接头292中连接至翼片260的本体268。如图所示，铰接接头292包括插口294和与插口294可移动地互锁的插口构件296。

在该示例中，插口294是槽口294a，而插口构件296是按钮296a。按钮296a包括柄部296a'和在柄部296a'上的放大头部296a"。柄部296a'固定至翼片260的颈部284。因此，放大头部296a"将按钮296a与槽口294a互锁。在该示例中，插口294连接至减震器本体290，使得减震器本体290和插口294可以相对于按钮296a纵向平移。应该理解的是按钮296a可以替代地固定至减震器本体290，而插口294固定至颈部284。

在工作中，在翼片260旋转时，减震器本体290纵向向外抛出以使得倾斜的支承表面290a接触平台64的对应支承表面64a以抑制翼片260的振动模式。

在此所公开的几何形状可以难以使用传统铸造技术形成。因此，处理具有在此所公开特征的翼片的方法包括附加的制造方法，如图8示意性所示。适用于航空翼片应用的粉末状金属被供给至例如可以提供真空的机器。机器沉积粉末状金属的多个层到彼此之上。参照计算机辅助设计数据将该多个层选择性地结合到彼此以形成关于翼片的特定横截面的固体结构。在一个示例中，使用直接金属激光烧结工艺或电子束熔化工艺而选择性熔化粉末状金属。对应于诸如空腔或开口的负性特征的其他层或者层的部分未被结合，并且因此保留作为粉末状金属。未结合的粉末金属可以稍后例如使用吹送空气而移除。由于该多个层建立在彼此之上并且横截面对横截面地（cross-section by cross-section）结合到彼此，可以形成具有任何或所有如上所述几何形状的翼片或者其部分，诸如用于修理。可以后处理翼片以提供期望的结构特征。例如，可以加热翼片以将结合层重新配置为单晶结构。

此外，在此公开的任意铰接接头92、192a、192b、292可以形成为现有翼片的翻新件或修理件。在翻新件中，将通过碾磨或机械加工表面并且使用上述方法以构建各自铰接接头92、192a、192b、292而合适地准备现有翼片。替代地，在修理件中，可以移除或者部分移除现有铰接接头，并且随后使用所述方法重建。例如，在铰接接头92中，可以破坏插口构件96和减震器本体90以由此从插口94移除插口构件96。随后可以使用所述方法在插口94内重建新的插口构件96和/或减震器本体90。类似的，在修复工序中，可以完全或者部分移除/破坏插口构件196和296，并且使用所述方法完全或者部分重建。

在一个替代的处理方法中，修复了图7A中所示的铰接接头292而没有采用附加的制造工艺。参照图7B，按钮296a可以完全或者部分地形成作为分立零件，使得柄部296a’被接纳穿过插口294a并且随后在结合界面B处焊接或者结合至颈部284。为了辅助所述结合，颈部284可以具有预先存在的小块或者突起，其可以是铸造特征。

尽管在所示的示例中示出了特征的组合，但是并非需要组合所有特征以实现本公开的各种实施例的优点。换言之，根据本公开实施例设计的系统不必包括在任意一个附图中所示的所有特征、或者在附图中示意性示出的所有部分。此外，一个示例实施例的选定特征可以与其它示例实施例的选定特征组合。

前述描述本质上是示例性而不是限制性的。对于本领域技术人员而言，不必脱离本公开的本质而对所公开示例的变形和修改可以变得明显。给予本公开的法律保护范围仅可以通过研究以下权利要求确定。

Claims (20)

1.一种翼片，其包括：

    本体，所述本体包括平台，从所述平台的一侧向外延伸的翼片，以及从所述平台的另一侧向外延伸的根部；以及

    构件，其在铰接接头中连接至所述本体。

2.根据权利要求1所述的翼片，其中，所述构件包括邻近所述平台延伸的本体。

3.根据权利要求1所述的翼片，其中，所述铰接接头包括插口和与所述插口可移动地互锁的插口构件。

4.根据权利要求3所述的翼片，其中，所述插口固定在所述根部上。

5.根据权利要求3所述的翼片，其中，所述本体限定了纵向轴线，并且所述插口相对于所述纵向轴线而纵向地细长。

6.根据权利要求3所述的翼片，其中，所述本体限定了纵向轴线，以及所述插口构件相对于所述纵向轴线而纵向地细长。

7.根据权利要求3所述的翼片，其中，所述构件是包括邻近所述平台延伸的减震器本体的减震器构件，以及所述插口包括限定了开口的插口侧壁，所述减震器构件的减震器本体延伸穿过所述开口。

8.根据权利要求7所述的翼片，其中，所述开口小于所述插口构件，使得所述插口构件无法适合通过所述开口。

9.根据权利要求3所述的翼片，其中，所述铰接接头包括在所述插口与所述插口构件之间的开放间隙。

10.根据权利要求3所述的翼片，其中，所述插口构件与所述插口不可移除地互锁，使得所述插口构件无法非破坏性地从所述插口移除。

11.根据权利要求3所述的翼片，其中，所述插口是槽口，并且所述插口构件是具有柄部和在所述柄部上的放大头部的按钮。

12.根据权利要求1所述的翼片，其中，所述构件是包括邻近所述平台延伸的减震器本体的减震器构件，以及所述本体限定了纵向轴线，并且所述减震器构件的减震器本体包括相对于所述纵向轴线的倾斜支承表面。

13.根据权利要求1所述的翼片，进一步包括，从所述平台向外延伸至所述根部的第一支柱壁，以及从所述平台向外延伸至所述根部的第二支柱壁，所述第一支柱壁与所述第二支柱壁间隔开，并且所述构件在第一铰接接头中连接至所述第一支柱壁、而在第二铰接接头中连接至所述第二支柱壁。

14.根据权利要求1所述的翼片，其中，所述构件包括邻近所述平台延伸的本体，所述本体包括邻接所述平台的密封表面。

15.根据权利要求14所述的翼片，其中，所述本体具有均匀的从头至尾的厚度。

16.一种涡轮发动机，包括：

任选地，风扇；

压缩机区段；

燃烧室，其与所述压缩机区段流体联通；以及

涡轮区段，其与所述燃烧室流体联通，所述涡轮区段联接成驱动所述压缩机区段和所述风扇，以及

所述风扇、压缩机区段和涡轮区段的至少一个包括具有本体的翼片，所述本体包括平台，从所述平台的一侧向外延伸的翼片，以及从所述平台的另一侧向外延伸的根部；以及在铰接接头中连接至所述本体的构件。

17.一种用于处理翼片的方法，所述方法包括：

    沉积粉末状金属的多个层到彼此之上；

参照关于翼片的特定横截面的数据将所述多个层结合到彼此；以及

形成具有本体的所述翼片，所述本体包括平台，从所述平台的一侧向外延伸的翼片，以及从所述平台的另一侧向外延伸的根部；以及在铰接接头中连接至所述本体的构件。

18.一种用于处理翼片的方法，所述方法包括：

提供包括本体的翼片，所述本体具有平台，从所述平台的一侧向外延伸的翼片，以及从所述平台的另一侧向外延伸的根部；

提供包括减震器本体的减震器构件；以及

形成铰接接头以将所述本体和减震器构件连接在一起，使得所述减震器本体邻近所述平台延伸。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述形成包括，沉积粉末状金属的多个层到彼此之上，以及参照关于所述铰接接头的特定横截面的数据将所述多个层结合到彼此。

20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括，破坏性地移除所述翼片的先前铰接接头的至少一部分，以及代替所述先前铰接接头，形成所述铰接接头。