CN105473823B - 用于燃气涡轮发动机的叶片或导叶装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的叶片或导叶装置具有围绕轴线被安装至各个平台并且限定工作气体流动所通过的通道的翼型的阵列。装置具有基准并且翼型具有径向跨度。各翼型具有压力侧、抽吸侧、前缘区域和从前缘区域延伸的前缘根部，前缘根部具有脊线。平台限定沟道和平台前缘，沟道具有最小径向高度线，并且平台前缘部分地限定二次流动所通过的出口。脊线大致在工作气体流动的方向上对齐并且最小径向高度线大致在二次流动的方向上对齐。

Description

用于燃气涡轮发动机的叶片或导叶装置
技术领域
本发明涉及叶片或导叶装置，并且特别但非排他性地特别涉及用于燃气涡轮发动机的转子叶片或定子导叶的翼型和平台配置。
背景技术
在涡轮发动机中，压气机和涡轮机典型地具有轴向装置且交替的转子叶片(rotorblade)和定子导叶(stator vane)的组或级。定子导叶被安装至壳体并且转子叶片被安装至转子盘。转子叶片和定子导叶各包括被安装在平台上的翼型，并且表面限定工作气体流动沟道。
发动机的效率强烈地受到转子叶片和定子导叶的空气动力学表面的形状和配置的影响。经过压气机和涡轮机的主工作气体流动的行为高度复杂并且可以依赖于发动机输出、通向主工作气体流动且局部贯穿气体流动通道的二次气体流动的输入而变化。
特别是对于涡轮机而言，工作气体流动中的附加的复杂性可以产生于来自燃烧器的工作气体流动的温度跨度(temperature traverse)和涡轮机叶片和定子导叶的热特性。已进行了使叶片和导叶设计的某些方面优化的许多尝试以提高气体流动通道表面的级效率和热管理。
WO0061918A2公开一种布置在叶片或导叶与其端壁或平台的相交处的漩涡消除装置。漩涡消除装置具有带有直的或曲线的前缘的大致三角形形状并且与翼型和端壁为一体或者被附接至翼型和端壁上。漩涡消除装置通过产生对抗径向平衡和停滞流动力的径向前缘力来防止当流动流越过翼型的前缘时前缘漩涡的形成，由此提供了围绕翼型前缘的平滑的流动流。
EP1074697 A2公开一种用于抑制核心气体流动远离核心气体流动路径的中央径向区域并朝向内侧和外侧径向边界的径向传递的方法。流动导向结构包括具有镶边(fillet)的翼型，镶边使核心气体流动远离翼型毗邻端壁所在区域转移。翼型的前缘毗邻壁所在的区域中的核心气体流动的增加的速度妨碍了迫使核心气体从核心气体的中央区域朝向壁的沿着翼型的表面的压力梯度的形成。
在路易斯安那州立大学CEBA 1419B机械工程系的第363至390页的由SumantaAcharya和Gazi Mahmood发表的“涡轮机叶片空气动力学”中，公开有一种在端壁附近前缘镶边或前缘成型。镶边被安置在前缘与端壁的汇合处。两种类型镶边轮廓的基本构造可以被确定：(i)具有从叶片表面到端壁的变化的高度的轮廓；和(ii)在外周具有表面厚度的球泡状的轮廓。
然而，这些文献都没有解决与来自主工作气体流动和在成组转子叶片或定子导叶的紧上游外出的二次或泄漏流动的相互作用有关的问题。
发明内容
本发明的一个目的或优点是提高叶片或导叶装置的效率。另一目的是减少或消除由主工作气体流动与二次或泄漏流动的相互作用招致的空气动力学损失。另一目的是减少或消除在翼型的前缘处或附近形成的马蹄形漩涡。另一目的是改进工作气体流动流线，使得它们显著地更加线性和平滑。另一目的是创建用于提高整体发动机效率的更加空气动力学高效的翼型和平台装置。另一目的是减少或消除特别地从压力侧至抽吸侧的交叉通道二次或泄漏流动。
本发明的另一目的或优点是叶片前方空气动力学负载上的减少和使主工作气体的交叉通道流动减少的更加有利的压力梯度。使交叉通道二次流动减少的又另一优点在于，冷却剂在更进一步的下游保持附着于平台表面，而不是在传统设计中的相对早期地横跨通道扫过。这给予叶片平台冷却改进的益处和赋予在翼型内的热量的减少。
对于这些及其他目的和优点而言提供有用于燃气涡轮发动机的叶片或导叶装置。装置具有围绕轴线被安装至各个平台并且限定工作气体流动所通过的通道的翼型的阵列。装置具有基准并且翼型具有径向跨度。各翼型具有压力侧、抽吸侧、前缘区域和从前缘区域延伸的前缘根部，前缘根部具有脊线。平台限定沟道和平台前缘，沟道具有最小径向高度线，并且平台前缘部分地限定二次流动所通过的出口。脊线大致在工作气体流动的方向上对齐并且最小径向高度线大致在二次流动的方向上对齐。
前缘根部和沟道可以具有相互平滑地交融的气洗面。
前缘根部和沟道可以在前缘的前方轴向地延伸以限定二次流动出口的一部分。
前缘根部可以在前缘区域的前方轴向地延伸至平台前缘。前缘根部可以在前缘区域的前方轴向延伸到翼型的弦长度的10％内至平台前缘。
前缘根部可以在基准上方在径向跨度的5％至25％的范围内的径向高度处与前缘区域相会。
最小径向高度线可以是在基准下方在径向跨度的2.5％与20％的范围内的径向高度处。最小径向高度线可以在沟道的最大深度处在基准下方在径向跨度的2.5％与20％的范围内的径向高度处。
最小径向高度线的最深或径向最内侧点可以近似在到前缘区域的轴向位置处。
线的最深或径向最内侧点可以是在前缘区域与抽吸侧上的冠部之间。线的最深或最内侧点可以在前缘区域处。线的最深或最内侧点可以在抽吸侧上的冠部处。
翼型具有前缘并且前缘区域可以被限定为从前缘开始直到翼型的弦长度的5％并且包括5％。前缘区域可以被限定为从前缘开始直到翼型的弦长度的10％并且包括10％。
前缘可以是几何形状前缘或空气动力学前缘中的任一个。脊线可以与翼型的几何形状的或空气动力学的前缘相会。
脊线可以是线性或曲线的或者可以是线性和弯曲的或其他弧形形式的组合。形式可以是相对于周向、径向或轴向轴线中的任一个或更多的。脊线可以相对于轴线成角度。相对于轴线的角度可以是当径向向内看观察时的。角度可以具有周向分量。脊线可以在0度与45度的范围内成角度。角度可以是当沿着转子或发动机的轴线观察时顺时针或逆时针的。
径向最低沟道路径线可以最初在轴线的30度内成角度。径向最低沟道路径线可以具有当径向向内观察时在轴线的30度内成角度的上游部分或入口部分。径向最低沟道路径线可以最初在近似平行于轴线内成角度。相对于轴线的角度可以是当径向向内看观察时的。
沟道可以从喉部区域平面开始并且包括喉部区域平面延伸至翼型的轴向幅度的10％内且包括10％。沟道可以在喉部区域平面的前方轴向延伸或后方轴向延伸。沟道可以轴向延伸至平台的后缘。沟道可以轴向延伸至翼型的后缘。沟道可以轴向延伸至平台的后缘与翼型的后缘之间。
最小径向高度线的周向定位可以从抽吸侧开始在翼型节距的20％至60％之间且包括20％和60％。最小径向高度线的周向定位可以在沟道进口处从抽吸侧开始在翼型节距的20％至60％之间且包括20％和60％。
最小径向高度线的至少一部分可以在喉部平面处或附近从抽吸侧开始位于节距的5％至35％之间且包括5％和35％。最小径向高度线的至少一部分可以位于喉部节距的5％至35％之间且包括5％和35％。
前缘根部可以在压力侧上从前缘区域开始在翼型弦长度的50％与100％之间且包括50％和100％的距离处交融。
前缘根部可以在抽吸侧上在抽吸侧冠部与喉部平面之间且包括抽吸侧冠部和喉部平面交融。抽吸侧冠部是翼型上的周向最前方的点。抽吸侧上的喉部平面是喉部平面与抽吸侧壁的表面相交所在的位置。
在平台的前缘处，脊线可以大致在工作气体流动的方向上对齐。在平台的前缘处，最小径向高度线可以大致在二次流动的方向上对齐。在平台的前缘处，脊线可以大致在工作气体流动的方向上对齐并且最小径向高度线可以大致在二次流动的方向上对齐。
叶片或导叶装置是叶片或导叶的环形阵列中的一个。转子组件可以包括支撑叶片的环形阵列的盘。定子组件可以包括支撑定子导叶的环形阵列的径向内侧或外侧壳体。压气机或涡轮机可以包括叶片或导叶装置中的任一个或两者。
叶片或导叶装置可以是用于航空、航海或工业应用的燃气涡轮发动机的。
附图说明
通过参照结合附图进行的发明的实施例的以下描述，该发明的上面提到的属性和其他特征及优点以及实现它们的方式将变得更加明显并且发明本身将更好理解，其中：
图1示出处于截面图中并且本发明被包含在其中的涡轮发动机的一部分，
图2示出图1中的区域A的放大图并且是已知的压气机-涡轮机的一部分，
图3是在压气机-涡轮机的叶片的阵列中的多个叶片处向后看时的视图并且特别地示出了依照本发明的包括沟道的平台的成型的表面和翼型的从其前缘延伸的前缘根部，
图4是在叶片54处沿着图3中示出的箭头B在周向上看时的视图。另外图4示出定子导叶的阵列中的一个的导叶平台的下游端，
图5是一个喷嘴引导导叶和一个转子叶片的径向向内看时的示意性平面图和在特定设计点处的工作气体流动的相对转动速率和速度矢量，
图6A是两个翼型的径向向内看时的示意性俯视图，示出了翼型节距、喉部平面和轴向翼型弦Cax的相对比例，
图6B是一个翼型和平台的径向向内看时的示意性俯视图，并且示出了沟道与前缘根部的角度
图7A和图7B分别是传统设计和本发明的密封和出口区域的周向视图并且示出了从出口外出的密封泄漏流动，
图8A和图8B是示出了分别针对传统设计和本发明的主工作气体流动的流线的翼型的俯视图，和
图9A和图9B是示出了分别针对传统设计和本发明的密封泄漏气体流动的流线的翼型的俯视图。
具体实施方式
图1是具有入口12、压气机14、燃烧器系统16、涡轮机系统18、排气管20和双轴装置22、24的涡轮发动机10的一般布置的示意性图示。涡轮发动机10大致围绕轴线26布置，对于转动的组成部件而言轴线26是它们的转动轴线。装置22、24可以具有相同或相反的转动方向。燃烧系统16包括燃烧器单元17的环形阵列，仅示出其中的一个。涡轮机系统18包括通过双轴装置的第一轴22被驱动连接至压气机14的高压涡轮机28或压气机-涡轮机。涡轮机系统18还包括经由双轴装置的第二轴24被驱动连接至负载(未示出)的低压涡轮机30。
术语径向、周向和轴向是相对于轴线26的。术语上游和下游是相对于气体流动经过涡轮机的大致方向并且当在图1中看时大致从左到右。
压气机14包括被以传统方式安装的定子导叶和转子叶片的轴向系列。定子或压气机导叶可以是固定的或者具有可变的几何形状以提高到下游转子或压气机叶片上的空气流动。各涡轮机28、30包括经由被以传统方式布置和操作的盘安装的定子导叶和转子叶片的轴向系列。
在操作中，空气32经过入口12被吸引到发动机10内并且到压气机14内，在那里导叶和叶片的连续级在将压缩空气输送到燃烧系统16内之前将空气压缩。在燃烧系统16的燃烧器中，压缩空气与燃料的混合物被点燃。所得的热工作气体流动被导向到高压涡轮机28内并驱动它，高压涡轮机28进而经由第一轴22驱动压气机14。在通过了高压涡轮机28之后，热工作气体流动被导向到低压涡轮机30内，低压涡轮机30经由第二轴24驱动负载。
低压涡轮机30也可以被称作动力涡轮机并且第二轴24可以被称作动力轴。负载典型地是用于产生电力的发电机或者是诸如泵或过程压气机等的机械机器。其他已知负载可以经由低压涡轮机被驱动。燃料可以是以气体或液体的形式。
参照图1示出并描述的涡轮发动机10只是该发明可以被包含在其中的多个涡轮发动机的一个示例。这样的发动机包括航海、工业和航空领域中应用的单、双和三轴发动机。该发明也可以应用于蒸汽涡轮机。事实上，该轴装置的配置可以用于针对诸如船舶螺旋桨轴和陆地运输轴等的在其他情况中见到的轴。
图2是图1中的区域A的放大图并且是已知的压气机-涡轮机28的一部分。压气机-涡轮机28在由箭头29示出的工作气体流动系列中包括定子导叶36的环形阵列和转子叶片38的环形阵列。定子导叶和转子叶片的进一步的环形阵列位于下游。
定子导叶36的环形阵列被设置成将旋流或周向矢量赋予来自燃烧器的工作气体流动以有利地将工作气体导向到转子叶片38上以驱动转子盘30并进而经由轴22驱动压气机14。
定子导叶36的环形阵列中的各导叶36包括被安装在径向内侧导叶平台40与径向外侧导叶平台42之间的翼型37。定子导叶36的环形阵列被以在这里称作导叶底座46的传统方式固定。其环形阵列中的各转子叶片38包括被安装在叶片平台44上且在包围转子组件的壳体41内转动的翼型39。
导叶和叶片两者的翼型37、39都包括按照惯例相会并限定前缘和后缘的压力侧壁和抽吸侧壁。一般情况下，压力侧壁是凹形的并且抽吸侧壁是凸形的。一个翼型的一个压力侧壁面对另一翼型的周向上相邻的抽吸侧壁并且一起形成翼型通道；围绕叶片或导叶阵列的周向有着相应数量的翼型通道。
传统的转动叶片平台44的该环形阵列形成了锥形的且轴对称的气体洗涤的表面45。传统的小镶边被设置在平台44与翼型39之间以给予它们的表面以平滑过渡，以降低应力。
平台和壳体形成了穿过涡轮机28的工作气体通道43并且是气体洗涤的表面。密封50由导叶36的环形阵列/导叶底座46与转子组件38、30限定。
在导叶平台40和叶片平台44的径向向内且轴向上大致在导叶底座46与叶片/盘组件38、30之间的是盘轮空间48。以传统方式使用冷却空气以冷却导叶阵列36、转子叶片38和盘30。冷却空气中的一些进入盘轮空间48。在轮空间48处还施加附加的冷却空气以防止热气体摄入进入轮空间。具有摄入的热流体的该冷却空气经过密封50如由箭头31所示排放并且进入工作气体通道43。密封50和外出的冷却流动是期望的，因为盘轮空间48中的冷却剂的正压力在正常情况下防止热工作气体29进入密封50并且到盘轮空间48内。
在操作期间，该传统配置招致了在端壁平台区域中的横跨翼型通道的工作气体的强交叉流动。这是由从压力侧壁到抽吸侧壁的高压力梯度引起的。此外，在前缘与平台之间的汇合处的翼型的前缘区域前面的气体流动停滞引起强马蹄形漩涡的形成。交叉流动和马蹄形漩涡两者都导致显著的二次流动或空气动力学损失。
因此在上面描述的传统装置的一个问题是工作气体流动29与来自盘轮空间48的冷却剂的排放密封流动31的空气动力学相互作用。该相互作用导致空气动力学损失、气体通道中的表面的温度增加以及在发动机的一些操作条件中的热工作气体摄入到侧轮空间48内。
现在参见描绘了本发明的示例性实施例的图3和图4。图3是在压气机-涡轮机28的叶片52的阵列中的多个叶片54处向后看时的图并且特别地示出了依照本发明的平台56的成型的表面56。图4是在叶片54处沿着图3中示出的箭头B在周向上看时的图。除图3之外，图4还示出在上面示出且描述的定子导叶36的阵列中的一个导叶的导叶平台40的下游端64。
叶片54包括具有相会并限定前缘61和后缘62的压力侧壁59和抽吸侧壁60的翼型58。翼型58被安装至叶片平台56，叶片平台56进而被安装在将叶片固定至转子盘的固定件上。该固定件是传统配置的。
本发明涉及包括限定第一表面70的前缘根部69的翼型和被成形且包括具有第二表面72的沟道的平台56。该装置也可能被描述为具有向前延伸的平台；和作为限定第一、第二表面70、72的平台。
基准49在图3中用圆形线49指示出，圆形线49以转子的转动轴线26为中心并且围绕转动轴线26外切在翼型58的前缘61与平台56之间的各标称汇合点。基准表面或平面还在图4中用线49P指示出，线49P也可以代表传统平台的气洗面的轮廓的一部分。基准表面或平面49P通过线49P围绕转动轴线26的转动而形成。在这里基准表面大致是截头锥形的，或者在其他情况中它可以是柱形的。基准表面49P和基准线49可以是依照本发明的第一、第二表面70、72的径向高度的平均平面或线。在本发明的一个示例中，翼型之间的并且径向上面对端壁(平台和壳体)的流动通道的横截面面积与传统等效配置相同。在其他示例中，流动通道的横截面面积可以大于或小于传统等效配置。本发明的以下描述参考基准线49和基准平面49P。
第一表面70与传统的轴对称且圆形的转子平台相比在半径上被升高并且相对于基准线49或平面49P被升高。第二表面72与传统的轴对称且圆形的转子平台相比在半径上被降低或者相对于基准线49或平面49P径向上被降低。
平台56的平台前缘68在翼型前缘61的前方轴向延伸。前缘根部69在平台前缘68处或靠近平台前缘68开始。轴向或密封间隙66形成在导叶平台40的下游端64与平台前缘68之间。密封凸起67在前缘68的前方延伸以与导叶底座46的相应的密封特征一起形成有效密封以形成密封50。
第一表面70具有相对于基准线49并用脊线71示出的最大径向高度。第二表面72具有相对于基准线49并用最小径向高度线73(沟道线)示出的最小径向高度。线75是两个表面70、72之间的拐点的线。在该实施例中，第一表面72在平台的前缘68处是凸形的并且挨着前缘根部69区域向后且周向地延伸。凸形形状在翼型的前缘61的下游交融(blend out)。在该示例性实施例中，凸形形状在前缘根部69的紧下游交融。在其他实施例中，凸形形状可以在喉部平面80附近处交融。第二表面72是凹形的。第一表面70和第二表面72交融以提供平滑的气洗面。
翼型54具有径向跨度51，径向宽度51在这里被限定为从基准49到翼型的顶部或径向最外部分。翼型具有弦长度，弦长度被限定为沿着在压力侧或抽吸侧上从前缘至后缘的线。翼型54被周向地间隔开并且这样的间距被称作节距。
图5是一个喷嘴引导导叶36和一个转子叶片54的示意性俯视图，连同在特定设计点处的工作气体流动的速度矢量。工作气体流动撞击在喷嘴引导导叶36上并且被迫遵循导叶的曲率使得当气体流动离开导叶的后缘时，它具有包括周向和轴向速度分量的速度矢量C2。转子叶片54被朝着在周向方向上在速度箭头Ωb的方向上的撞击的工作气体所转动。因此到转子叶片54的前缘61上的气体流动的相对速度沿着线V2。
在该示例性实施例中，前缘根部69延伸至密封间隙66。在密封间隙66处，径向高度与传统平台或基准表面49大约相同。前缘根部69具有它被交融到形成密封间隙66的一部分的前缘68内所在的平滑过渡。脊线71与前缘68相会所在的汇合处的径向高度与传统平台前缘设计近似相同。在与平台的前缘的相交处，脊线71在径向定位或高度(是径向跨度51的12.5％且相对于基准49)处与相对速度矢量V2对齐并且与叶片的几何形状前缘61相会。该径向高度可以相对于基准49在径向跨度51的5％至25％之间且包括5％和25％，以得到本发明的益处中的至少一些，但对于大多数应用而言优选地该径向高度在径向跨度51的10％至15％之间。
几何形状前缘61是翼型54的轴向前部并且在该示例中是几何形状前缘或沿着翼型54的径向幅度的最前方的线。对于前缘61而言也可以被限定为空气动力学前缘，其被限定为气体流动在压力侧流动与抽吸侧流动之间分开所在的点。空气动力学前缘的位置可以依赖于发动机的操作状态而变化。几何形状和空气动力学前缘在前缘区域63内，前缘区域63在特定径向位置处从几何形状前缘61向后延伸翼型的弦长度的5％的距离。
前缘根部69具有在翼型的径向跨度51的12.5％的径向高度处与翼型54的空气动力学前缘61在位置76(在图4中)处相会的脊线71。申请人认为，当根部在脊71与前缘61的相交处的径向高度在径向跨度51的5％至25％之间且包括5％和25％时，本发明是有利的。认为根部在相交处的径向高度的最有效的范围是在翼型的径向跨度51的10％与15％之间且包括10％和15％。
在翼型的压力侧59上，前缘根部69朝向转子叶片54的后缘62交融并且与平台上的沟道74的表面平滑地过渡。前缘根部69在压力侧59上的交融或轴向幅度是在弦中间位置84与后缘62之间。该交融获得了到翼型压力侧59和平台沟道74的平滑过渡。在图3的该示例性实施例中，交融出现在从前缘61开始的翼型弦长度的75％的位置处。前缘根部69的交融或轴向幅度可以在从前缘61开始的弦长度的50％与100％之间且包括50％和100％。
在翼型的抽吸侧60上，前缘根部69与在下面更详细描述的平台沟道74会合以形成平滑过渡。抽吸侧60上的交融可以发生在如6A和图6B所示的抽吸侧冠部78与喉部平面80之间。在该示例中，前缘根部69的交融或轴向幅度出现在从前缘61开始的抽吸表面弦长度的近似50％处。在其他示例中，前缘根部69可以在抽吸侧冠部78与喉部平面80之间交融且包括抽吸侧冠部78和喉部平面80。
图6A是两个周向上相邻的翼型54的径向向内看时的俯视图。示出了翼型节距90、喉部平面80与轴向幅度Cax的比例。比例可以解释为这些几何形状参数的百分比。翼型节距90是从一个翼型到另一翼型并且如所示从一个翼型的前缘61到相邻翼型的前缘61的周向距离。喉部平面80是由翼型与(取决于针对叶片或导叶的应用的)任何端壁、平台或壳体限定的气体通道的最小面积的部位。在该示例中，喉部平面80位于从一个翼型的抽吸侧(0％)到相邻叶片的接近于后缘的压力侧(100％)且在带镶边的后缘轮廓恰好开始之前的位置处。轴向幅度Cax是从翼型的前缘61(0％)开始并且在轴向向后方向上平行于发动机轴线26测量的，其中在后缘62处为100％。
图6B是一个翼型54与平台的径向向内看时的俯视图，示出了沟道74与前缘根部69相对于轴线26的角度。前缘根部69的脊线71与具有相对速度矢量V2的迎面而来的主工作气体流动29对齐。在该示例中，脊线71大致为线性的且平行于相对速度矢量V2。然而，在其他示例中，脊线71可以相对于迎面而来的主工作气体流动29成角度，并且在不同工作条件下相对速度矢量V2可以归因于例如转子的不同速率Ωb而不同。脊线71的角度92可以相对于发动机轴线26在0度至45度的范围内成角度。在导叶的情况中，脊线71的角度92可以相对于发动机轴线26在-45度至0度的范围内成角度。
此外，脊线71可以是如用线93所示的曲线的。曲线脊线93的上游部分可以成角度为与迎面而来的主工作气体流动方向对齐并且进而协助将流动转向到翼型的压力侧表面。
沟道74由平台表面或第二表面72形成。不是如用基准线49指示出的传统设计的柱形或锥形平台表面，平台表面72如图3、图4和图6A及图6B所示被朝向径向最低线或最小径向高度线73在径向上降低。沟道进口82被形成在平台前缘处并且它在缘密封出口区域50中。沟道进口82延伸到并部分地形成轴向或密封间隙66。
最小径向高度线73从密封间隙66开始最初与外出的密封泄漏流动31的方向对齐，并且延伸直到喉部平面或区域80。最小径向高度线73在径向内向看时的俯视图中最初在轴线26的30度的范围内成角度。当密封泄漏流动31沿着平台表面55行进或在行进过平台表面上时，它趋向于遵循叶片翼型的曲率经过气体通道。
喉部平面80由一个翼型的后缘62与相邻翼型的抽吸表面之间的最小距离限定。沟道74可以在喉部平面80的前方轴向缩短或在后方轴向缩短。然而，在任一情况中所得的喉部区域都可能会受到影响并因此这应该在叶片或导叶阵列的设计中被考虑。在该示例性实施例中，沟道74延伸至喉部平面80，但可以延伸至从喉部区域平面80开始的翼型的轴向幅度Cax的10％内。
最大沟道深度或其最小径向高度线73在径向上比基准线49或传统轴对称平台低叶片的径向跨度51的近似10％。认为从标称开始的最大深度或径向降低可以直到翼型的径向跨度51的20％并且最小是2.5％，具有有益的效果。一个优选的或最佳的范围是在翼型的径向跨度51的5％至10％之间且包括5％和10％。最小径向高度线73相对于基准平台49的最深点或者沟道74的最大深度是当Cax＝0时，即，在叶片的前缘61轴向定位处或该点的直到抽吸侧冠部78轴向位置的紧下游处。该装置在使沟道74的径向最低部分或最大深度在前缘61与抽吸表面冠部78之间的轴向范围内时是有利的，因为流场减速并因此增加了抽吸侧上的静压力以创建减少交叉通道二次流动的更加有利的压力梯度。
在沟道进口82处，在平台前缘68处，最小径向高度线73/沟道74的相对径向高度取决于密封装置67的类型。对于在这里描述的示例而言，这是优选的配置；然而，当使用缘密封67的其他配置时，沟道的径向高度可以变化。最小径向高度线73/沟道74在喉部平面80附近交融。在其他示例中，最小径向高度线73/沟道74可以在进一步的下游并超过喉部平面80延伸并且朝向翼型后缘62或甚至朝向平台44的后缘延伸。
沟道74的最小径向高度线73周向上在长形前缘根部69之间、在平台上以朝向抽吸侧60偏置的位置开始。对于任何给定几何形状而言的确切定位由缘密封出口50和沟道进口82处的峰值外出流动位置确定并且在周向意义上相对于转子叶片前缘61。优选地，最小径向高度线73的定位在正常情况下从抽吸侧60开始在如图6A和图6B所示的叶片节距的20％至60％之间。在叶片通道内，最小径向高度线73是喉部平面80处的叶片喉部节距范围的近似20％的距离。在其他示例中，最小径向高度线73是在等效于喉部平面80处的叶片喉部节距范围的5％至35％的距离的范围内。
叶片平台上游进口区域82处的沟道定向主要由平均外出流动方向确定并且其到叶片平台上的投影在正常情况下近似平行于机器轴向方向26并且可以在轴线26的±30°内。当最小径向高度线73接近翼型的抽吸侧时轴向向后移动遵循了流方向(streamwisedirection)直到它在喉部平面80处或之前与传统轴对称平台会合。
翼型和平台配置同样适用于叶片阵列或导叶阵列。对于导叶阵列而言，翼型和平台配置可以应用于径向内侧或径向外侧的气体通道表面中的任一个或两者。
翼型和平台配置是有利的，因为主工作气体流动和密封泄漏流动由于减少了二次流动和排放密封流动的更好的控制而招致通道中的较少粘性混合；因此存在着在级效率上的增加。另外，平台的表面气体温度上的降低已被确定。此外，密封泄漏流动在进一步的下游保持附着于平台表面55，由此增加了冷却覆盖。还发现，凭借归因于叶片和二次流动的减少了的前缘负载的更有利的外部驱动压力，存在着到热工作流体的盘轮空间的摄入的降低了的可能性。
参见图7A和图7B，传统设计和本发明的密封50和出口区域的这些周向视图分别示出从出口66外出的密封泄漏流动31。在图7A中，外出的泄漏流动被迫径向向外并且在用基准线49示出的传统平台之上。在该情况中，外出的流动31在出口66周围且紧下游与主工作气体流动29混合，引起了湍流并引起热工作气体撞击在平台45和翼型表面上。对于如图7B所示的本发明而言，外出的泄漏流动31被迫到沟道74内并且连同前缘根部69在主工作气体流动上的效果而使两个气体流动分开，防止了或显著降低了混合。
主工作气体流动29或挨着沟道的流线的在平台进口区域处和到平台沟道内的降低了的进口点指示出泄漏流动31当它被主流流动推到该沟道内时相对于主流流动的角度减小。这意味着外出的冷却剂流动31在沟道中保持附着于平台表面并且它较少与主流流动混合。这降低了当两个流动混合时与它们相关联的空气动力学损失。当外出的冷却剂或泄漏流动31进入翼型之间的通道时，其温度低于传统设计，这具有用于改进的平台冷却的益处。
本发明的进一步的优点可以在示出了分别针对传统设计和本发明的主工作气体流动29的速度流线的图8A和图8B中看出。这些速度流线在端壁区域或接近于平台的表面发起。在图8A中，传统设计引起马蹄形漩涡96，这在空气动力学上是低效的。对于图8B中示出的本发明而言，马蹄形漩涡被显著地减少并且可以被完全消除。如可以看出的，主工作气体流动29流线显著地更加线性且平滑。因此这创建了更加空气动力学高效的状态，提高了整体发动机效率。此外，从压力侧59到抽吸侧60的交叉通道二次或泄漏流动31凭借前缘根部69和沟道74也被显著地减少。
本发明的前缘根部69和沟道74特征导致叶片前方空气动力学负载上的减少并因此导致了使主工作气体的交叉通道流动减少的更加有利的压力梯度。这进一步有助于减少二次流动31并因此较少的二次流动损失。交叉通道二次流动上的进一步减少也帮助外出的冷却剂停留在平台表面更进一步的下游上，而不是在传统设计中相对早期地横跨通道扫过。这给予叶片平台冷却改进的益处。
图9A和图9B是示出了分别针对传统设计和本发明的密封泄漏气体流动的翼型的俯视图。对于图9A中的传统设计而言，存在有用箭头98示出的强交叉通道流动。换言之，流线箭头98具有显著的周向速度矢量。然而，在图9B中，在相同定位中，速度矢量箭头100具有在周向方向上的较小的速度矢量。对于本发明而言，流线与气体通道形状更加对齐。因此交叉流动上的该减少提高了气体流动的效率和气体涡轮发动机的整体效率。
虽然已针对优选实施例详细地图示出并描述了发明，但发明不限于这些公开的示例，并且本领域技术人员可以在实践所要求保护的发明时演绎出其他变型。

Claims (18)

1.一种用于燃气涡轮发动机(10)的叶片或导叶装置，所述装置具有翼型的阵列，所述翼型的阵列围绕轴线(26)被安装至各个平台并且限定工作气体流动(29)所通过的通道(43)，
所述装置具有基准(49，49P)并且所述翼型具有径向跨度(51)，
每个翼型具有压力侧(59)、抽吸侧(60)、前缘区域(63)和从所述前缘区域(63)延伸的前缘根部(69)，所述前缘根部(69)具有脊线(71)，
所述平台(56)限定沟道(74)和平台前缘(68)，所述沟道(74)具有最小径向高度线(73)，并且所述平台前缘(68)部分地限定二次流动(31)所通过的出口(66)，
其中所述脊线(71)大致在所述工作气体流动(29)的方向上对齐并且所述最小径向高度线(73)大致在所述二次流动(31)的方向上对齐。
2.根据权利要求1所述的叶片或导叶装置，其中所述前缘根部(69)和所述沟道(74)具有相互平滑地交融的气洗面。
3.根据权利要求1所述的叶片或导叶装置，其中所述前缘根部(69)和所述沟道(74)在所述前缘(61)的前方轴向地延伸以限定二次流出口(66)的一部分。
4.根据权利要求1所述的叶片或导叶装置，其中所述前缘根部(69)在所述前缘区域(63)的前方轴向地延伸至所述平台前缘(68)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片或导叶装置，其中所述前缘根部(69)在所述基准(49，49P)上方在所述径向跨度(51)的5％至25％的范围内的径向高度处与所述前缘区域(63)相会。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片或导叶装置，其中所述最小径向高度线(73)是在所述沟道(74)的最大深度处在所述基准(49，49P)下方在所述径向跨度(51)的2.5％与20％的范围内的径向高度处。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片或导叶装置，其中所述最小径向高度线(73)的最深或径向最内侧点近似在所述前缘区域(63)的轴向位置处。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片或导叶装置，其中所述最小径向高度线(73)的最深或径向最内侧点是在所述前缘区域(63)与所述抽吸侧上的冠部(78)之间。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片或导叶装置，其中所述翼型具有前缘(61)并且所述前缘区域(63)被限定为从所述前缘(61)开始直到所述翼型的弦长度的5％并且包括5％。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片或导叶装置，其中所述翼型具有作为几何形状的或空气动力学的前缘中的任一个的前缘(61)并且所述脊线(71)与所述前缘(61)相会。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片或导叶装置，其中所述脊线(71)是线性或曲线的(93)并且相对于所述轴线(26)在0度与45度的范围内成角度。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片或导叶装置，其中最小径向高度线(73)最初在所述轴线(26)的30度内成角度。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片或导叶装置，其中所述沟道(74)从喉部区域平面(80)开始并且包括所述喉部区域平面延伸至所述翼型的轴向幅度的10％内。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片或导叶装置，其中所述最小径向高度线73)的周向定位在沟道进口(82)处从所述抽吸侧(60)开始在翼型节距(90)的20％至60％之间且包括20％和60％。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片或导叶装置，其中所述最小径向高度线73)的至少一部分在喉部平面(80)处或附近从所述抽吸侧(60)开始位于节距(90)的5％至35％之间且包括5％和35％。
16.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片或导叶装置，其中所述前缘根部(69)在所述压力侧(59)上从所述前缘区域(63)开始在翼型弦长度的50％与100％之间且包括50％和100％的距离处交融。
17.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片或导叶装置，其中所述前缘根部(69)在所述抽吸侧(60)上在所述抽吸侧冠部与喉部平面(80)之间且包括抽吸侧冠部和喉部平面交融。
18.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片或导叶装置，其中在所述平台的所述前缘(68)处，所述脊线(71)大致在所述工作气体流动(29)的方向上对齐并且所述最小径向高度线(73)大致在所述二次流动(31)的方向上对齐。
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