CN111379592A - 涡轮发动机的混合转子叶片 - Google Patents
涡轮发动机的混合转子叶片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111379592A CN111379592A CN201911299481.XA CN201911299481A CN111379592A CN 111379592 A CN111379592 A CN 111379592A CN 201911299481 A CN201911299481 A CN 201911299481A CN 111379592 A CN111379592 A CN 111379592A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- airfoil
- dovetail
- rotor blade
- base portion
- top portion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011153 ceramic matrix composite Substances 0.000 claims description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 34
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 14
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
- F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/282—Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/284—Selection of ceramic materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/30—Application in turbines
- F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
- F05D2220/323—Application in turbines in gas turbines for aircraft propulsion, e.g. jet engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/50—Building or constructing in particular ways
- F05D2230/51—Building or constructing in particular ways in a modular way, e.g. using several identical or complementary parts or features
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/60—Assembly methods
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/20—Rotors
- F05D2240/24—Rotors for turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
- F05D2300/17—Alloys
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
- F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
- F05D2300/6033—Ceramic matrix composites [CMC]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
本发明题为“涡轮发动机的混合转子叶片”。一种燃气涡轮(10)包括转子叶片(16),该转子叶片(16)包括翼型件(25)。该翼型件(25)由压力面(26)和横向相对的吸力面(27)限定,该压力面(26)和该吸力面(27)在相对的前缘和后缘(28,29)之间轴向延伸,并且在外侧尖端(31)和与转子叶片的根部(21)的连接部之间径向延伸。该翼型件(25)可以包括非一体部分,其中:该翼型件(25)的基部部分(101)由第一材料制成;并且该翼型件(25)的顶部部分(102)由第二材料制成。该翼型件(25)可以包括将顶部部分(102)连接到基部部分(101)的燕尾榫接头(105)。该燕尾榫接头(105)可以包括从顶部部分(102)延伸的燕尾榫(111),该燕尾榫(111)被接纳在形成于所述基部部分(101)中的互补燕尾榫凹槽(112)内。
Description
背景技术
本申请涉及燃气涡轮发动机中的转子叶片。更具体地,但不是以限制的方式,本申请涉及用于在涡轮发动机中使用的具有混合翼型件的转子叶片的设计和制造。
通常,燃烧涡轮发动机或燃气涡轮发动机(以下称为“燃气涡轮”)包括压缩机部段和涡轮部段,其中多排叶片轴向堆叠成级。每个级通常包括一排固定的周向间隔开的定子叶片和一排围绕中心涡轮轴线或轴旋转的转子叶片。在操作中,通常,压缩机转子叶片围绕轴旋转,并且与定子叶片协同作用来压缩空气流。然后,压缩空气的这种供应物用于在燃烧器内燃烧燃料供应物。通常称为工作流体的所产生的热膨胀燃烧气体流然后通过发动机的涡轮部段膨胀。在涡轮内,工作流体被定子叶片重定向到转子叶片上,从而为旋转提供动力。转子叶片连接到中心轴,使得转子叶片的旋转使轴旋转。以这种方式,包含在燃料中的能量被转换成旋转轴的机械能,该机械能例如可以用于旋转压缩机的转子叶片,从而产生燃烧所需的压缩空气的供应物,以及例如使发电机的线圈旋转以产生电能。在操作期间,由于热气体路径的温度、工作流体的速度和发动机的旋转速度,涡轮内的转子叶片在极端的机械和热负荷下变得特别地受到应力。
许多工业应用,诸如涉及发电和航空的应用,仍然严重依赖燃气涡轮,并且因此,更高效的发动机的工程设计仍然是重要的目标。机器性能、效率或成本效益的不断提高在受该技术影响的竞争日益激烈的市场中提供了显著优势。虽然有几种已知的提高燃气涡轮效率的策略(诸如例如增加发动机的尺寸、增加通过热气体路径的温度、或者增加转子叶片的旋转速度),但是这些策略中的每一种通常都会对叶片和其他热气体路径部件施加额外的应变,这种应变已经接近常规设计的极限。因此,仍然需要改进的设备、方法和/或系统,其能够减轻此类操作应力,或者另选地增强部件的耐用性以更好地承受应力。这种需求对于涡轮转子叶片尤为明显,就涡轮转子叶片而言,市场竞争非常激烈,并且许多设计考虑因素相互关联且复杂。因此,诸如本文中提出的那些新颖的转子叶片设计以优化或增强一个或多个期望的性能标准的方式平衡这些考虑因素,同时仍然充分促进了结构坚固性、零件寿命、成本效益高的发动机操作和/或冷却剂的有效使用,这种设计代表了相当有价值的技术进步。
发明内容
因此,本申请描述了一种用于在涡轮发动机的涡轮中使用的转子叶片。转子叶片可以包括:根部和翼型件。翼型件可以从与根部的连接部延伸到外侧尖端。翼型件可以包括非一体部分,其中:基部部分由第一材料制成;并且顶部部分由第二材料制成。翼型件还可以包括连接器,顶部部分通过该连接器固定到基部部分。连接器可以是燕尾榫接头。
本申请还描述了一种燃气涡轮,该燃气涡轮包括转子叶片,该转子叶片包括翼型件。翼型件被限定在压力面和横向相对的吸力面之间,压力面和吸力面在相对的前缘和后缘之间轴向延伸,并且在外侧尖端和与转子叶片的根部的连接部之间径向延伸。翼型件可以包括非一体部分,其中:翼型件的基部部分由第一材料制成;并且翼型件的顶部部分由第二材料制成。翼型件可以包括将顶部部分连接到基部部分的燕尾榫接头。燕尾榫接头可以包括从顶部部分延伸的燕尾榫,该燕尾榫被接纳在形成于基部部分中的互补燕尾榫凹槽内。
在结合附图和所附权利要求书评阅以下优选实施方案的详细描述时,本申请的这些及其他特征将变得显而易见。
附图说明
通过仔细研究以下结合附图对本发明示例性实施方案的更详细描述,将更全面地理解和体会本发明的这些及其他特征,其中:
图1是根据本申请的可能方面和实施方案的示例性燃气涡轮的示意图,该燃气涡轮可以包括涡轮叶片;
图2是图1的燃气涡轮的压缩机部段的剖视图;
图3是图1的燃气涡轮的涡轮部段的剖视图;
图4是根据本申请的可能方面和实施方案的示例性涡轮转子叶片的侧视图,该涡轮转子叶片包括内部冷却构造和结构布置;
图5是沿着图4的视线5–5的剖视图;
图6是沿着图4的视线6–6的剖视图;
图7是沿着图4的视线7–7的剖视图;
图8是具有部分翼展护罩的示例性涡轮转子叶片的透视图,该部分翼展护罩包括根据本申请的可能方面和实施方案的构造;
图9是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件和燕尾榫连接器的示例性转子叶片的分解透视图;
图10是具有混合翼型件的示例性转子叶片的透视图,该混合翼型件具有燕尾榫连接器实施方案,其展示了组装方法;
图11是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的透视图,该混合翼型件具有燕尾榫连接器;
图12是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的分解侧视图,该混合翼型件具有线锁连接器;
图13是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的分解侧视图,该混合翼型件具有线锁连接器;
图14是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的横截面前视图,该混合翼型件具有线锁连接器;
图15是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的分解透视图,该混合翼型件具有销连接器;
图16是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的组装透明视图,该混合翼型件具有销连接器;
图17是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的分解透视图,该混合翼型件具有销连接器;并且
图18是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的透视图,该混合翼型件具有销连接器。
具体实施方式
本申请的各个方面和优点在以下描述中进行了阐述,或者可以从描述中显而易见,或者可以通过本公开的实践来了解。现在将详细参考本公开的实施方案,其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字标记来指代附图中的特征。附图和说明书中的相似或类似的标记可用于指代本公开的实施方案的相似或类似的零件。应当理解,每个示例都是通过说明的方式提供的,而不是对本公开的限制。事实上,对于本领域的技术人员显而易见的是,在不脱离本公开的范围或实质的情况下,可以在本公开中进行修改和变型。例如,作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可以用在另一个实施方案上,以产生又一个实施方案。本公开旨在涵盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这些修改和变型。应当理解,除非另有说明,否则本文提及的范围和界限包括位于规定界限内的所有子范围,包括界限本身。另外,已经选择了某些术语来描述本发明及其组成子系统和零件。在可能的程度上,这些术语是基于技术领域的通用术语选择的。仍然,应当理解,此类术语通常会有不同的解释。例如,本文可以被称为单个部件的东西,可以在别处被称为由多个部件组成,或者,本文可以被称为包括多个部件的东西,可以在别处被称为单个部件。因此,在理解本公开的范围时,不仅应当注意所使用的特定术语,还应当注意所附的描述和上下文,以及所引用和描述的部件的结构、构造、功能和/或使用,包括该术语与几个附图相关的方式,当然还包括所附权利要求中术语的使用。以下示例是关于特定类型的涡轮发动机而呈现的。然而,应当理解,如相关技术领域的普通技术人员所理解的,本申请的技术可以适用于其他类别的涡轮发动机,而不限于此。因此,除非另有说明,否则术语“涡轮发动机”在本文的使用旨在为广义的,并且不限制所要求保护的发明在不同类型的涡轮发动机中的使用,包括各种类型的燃烧涡轮发动机或燃气涡轮发动机以及蒸汽涡轮发动机。
鉴于涡轮发动机操作方式的性质,有几个术语在描述其功能的某些方面时可能特别有用。例如,术语“下游”和“上游”在本文中用于指示在指定导管或流动路径内相对于移动通过它的流体的流动的方向或“流动方向”的位置。因此,术语“下游”是指流体流过指定导管的方向,而“上游”是指与此相反的方向。这些术语应被解释为在给定正常或预期操作的情况下通过导管的流动方向。给定涡轮发动机的构造,特别是部件围绕公共或中心轴或轴线的布置,可以有规律地使用描述相对于轴线的位置的术语。就这一点而言,应当理解,术语“径向”是指垂直于轴线的移动或位置。与此相关,可能需要描述离中心轴线的相对距离。在这种情况下,例如,如果第一部件比第二部件更靠近中心轴线,则第一部件将被描述为沿第二部件“径向向内”或在第二部件的“内侧”。另一方面,如果第一部件比第二部件更远离轴线,则第一部件将被描述为沿第二部件“径向向外”或在第二部件的“外侧”。如本文所用,术语“轴向”是指平行于轴线的移动或位置,而术语“周向”是指围绕轴线的移动或位置。除非另有说明或通过上下文清楚地表明,否则这些术语应被解释为与涡轮的中心轴线相关,该中心轴线由延伸穿过其中的轴限定,即使在这些术语描述或要求在其中起作用的非一体部件(诸如转子或定子叶片)的属性时。最后,术语“转子叶片”是指在操作期间围绕涡轮发动机的中心轴线旋转的叶片,而术语“定子叶片”是指保持固定的叶片。
通过背景技术,现在具体参照附图,图1至3示出了根据本发明的或者在其中可以使用本发明的示例性燃气涡轮发动机(或“燃气涡轮”)。如图1所示,燃气涡轮10包括上游压缩机部段(或“压缩机”)11,该上游压缩机部段通过公共轴或转子机械地耦接到下游涡轮部段(或“涡轮”)12。燃烧器13定位在压缩机11和涡轮12之间。燃气涡轮10围绕公共中心轴线19形成。
图2示出了可以用于图1的燃气涡轮中的示例性多级轴流式压缩机11。如图所示,压缩机11可以具有多个级,每个级包括一排压缩机转子叶片14和一排压缩机定子叶片15。因此,第一级可以包括围绕中心轴旋转的一排压缩机转子叶片14,随后是在操作期间保持固定的一排压缩机定子叶片15。
图3示出了可以用于图1的燃气涡轮中的示例性涡轮部段或涡轮12的局部视图。涡轮12也可以包括多个级。示出了三个示例性级,但可以存在更多或更少的级。每个级可以包括多个涡轮喷嘴或定子叶片17,它们在操作期间保持固定;随后是多个涡轮动叶或转子叶片16,它们在操作期间围绕轴旋转。涡轮定子叶片17通常彼此周向间隔开并且围绕旋转轴线固定到外部壳体。涡轮转子叶片16可以安装在涡轮叶轮或转子盘(未示出)上,以围绕中心轴线旋转。应当理解,涡轮定子叶片17和涡轮转子叶片16位于穿过涡轮12的热气体路径或工作流体流动路径中。燃烧气体或工作流体在工作流体流动路径内的流动方向由箭头指示。
在燃气涡轮10的操作的一个示例中,轴流式压缩机11内的压缩机转子叶片14的旋转可以压缩空气流。在燃烧器13中,当将压缩空气与燃料混合并点燃时,能量可以被释放。来自燃烧器13的热气体或工作流体的所得流然后被引导越过涡轮转子叶片16,这引起了涡轮转子叶片16围绕轴的旋转。以这种方式,工作流体流的能量被转换成旋转叶片的机械能,并且在给定转子叶片和轴之间的连接的情况下,转换成旋转轴的机械能。然后可以使用轴的机械能来驱动压缩机转子叶片14的旋转,使得产生必要的压缩空气供应物,并且还例如驱动发电机来产生电力。
图4至图7提供了根据本发明的各方面或在其中可以实施本发明的各方面的涡轮转子叶片16的视图。应当理解,提供这些附图是为了示出转子叶片的常见构造,并描绘此类叶片内的部件和区域之间的空间关系,以供以后参考,同时还描述了影响其内部和外部设计的几何约束和其他标准。虽然该示例的叶片是转子叶片,但是应当理解,除非另有说明,否则本发明也可以应用于燃气涡轮内的其他类型的叶片。如上所述,对此类部件的描述可以包括基于燃气涡轮发动机的取向和功能,更具体地说,基于工作流体流动路径内的取向和功能来获得含义的术语。因此,例如,在上下文适用的情况下,与转子叶片相关的描述可以理解为假设转子叶片在预期或正常操作条件下在发动机内被正确安装并起作用。
如图所示,转子叶片16可以包括根部21,该根部21被构造成附接到转子盘。例如,根部21可以包括连接器22,该连接器22被构造成安装在转子盘的周边中的对应燕尾榫狭槽中。根部21还可以包括在连接器22和平台24之间延伸的柄部23。如图所示,平台24通常形成根部21和翼型件25之间的接合部,翼型件25是转子叶片16的主动部件,该主动部件拦截通过涡轮12的工作流体的流动并引发期望的旋转。因此,平台24可以限定翼型件25的内侧端部。平台还可以限定穿过涡轮12的工作流体流动路径的内侧边界的部段。
转子叶片的翼型件25通常可以包括凹形压力面26和周向或横向相对的凸形吸力面27。压力面26和吸力面27可以分别在相对的前缘28和后缘29之间轴向延伸,并且在径向方向上在内侧端部和外侧尖端31之间轴向延伸,内侧端部可以限定在与平台24的接合部处。翼型件25可以包括设计用于促进期望的空气动力学性能的弯曲或成轮廓的形状。如图4和图5所示,翼型件25的形状可以随着其在平台24和外侧尖端31之间延伸而逐渐渐缩。渐缩可以包括如图4所示的轴向渐缩,该轴向渐缩使翼型件25的前缘28和后缘29之间的距离变窄,以及如图5所示的周向渐缩,该周向渐缩减小了如限定在吸力面26和压力面27之间的翼型件25的厚度。如图6和图7所示,当翼型件25从平台24延伸时,翼型件25的成轮廓形状还可以包括围绕翼型件25的纵向轴线的扭转。应当理解,扭转可以包括在内,以便逐渐改变翼型件25在内侧端部和外侧尖端31之间的交错角。
出于描述的目的,如图4所示,转子叶片16的翼型件25可以进一步被描述为包括限定到轴向中线32的每一侧的前缘部段或半部和后缘部段或半部。根据其在本文中的使用,轴向中线32可以通过在平台24和外侧尖端31之间连接翼型件25的弧线35的中点34而形成。另外,翼型件25可以被描述为包括限定在翼型件25的径向中线33的内侧和外侧的两个径向堆叠部段。因此,如本文所用,翼型件25的内侧部段或半部在平台24和径向中线33之间延伸,而外侧部段或半部在径向中线33和外侧尖端31之间延伸。最后,翼型件25可以被描述为包括压力面部段或半部和吸力面部段或半部,应当理解,它们被限定到翼型件25的弧线35的每一侧和翼型件25的对应面26、27。
转子叶片16还可以包括内部冷却构造36,该内部冷却构造36具有一个或多个冷却通道37,冷却剂在操作期间通过该冷却通道37循环。此类冷却通道37可以从穿过转子叶片16的根部21形成的到供应源的连接部径向向外延伸。冷却通道37可以是线性的、弯曲的或其组合,并且可以包括一个或多个出口或表面端口,冷却剂通过该出口或表面端口从转子叶片16排出并进入工作流体流动路径中。
图8提供了根据本发明或者在其中可以实施本发明的各方面的示例性涡轮转子叶片的视图,该叶片具有中翼展或部分翼展护罩。具体地,提供了转子叶片16的透视图,其中翼型件25包括示例性部分翼展护罩75。一般来讲,部分翼展护罩75被构造成横跨在一排安装的转子叶片16内的相邻翼型件之间。部分翼展护罩通常定位成与翼型件25的中部区域径向重合。因此,如图4所示,部分翼展护罩75可以定位在翼型件25的径向中线33附近。根据本文使用的定义,部分翼展护罩75可以广义地定义为定位在翼型件25的外侧尖端31内侧和平台24外侧的护罩。根据本文使用的另一个定义,部分翼展护罩75也可以被定义为设置在翼型件25的径向范围内的护罩。因此,根据某些实施方案,该径向范围可以被定义为在翼型件25的径向高度的大约25%的内侧边界和翼型件25的径向高度的大约85%的外侧边界之间。根据其他更具体的实施方案,部分翼展护罩75的位置范围被定义为在翼型件25的径向高度的大约33%的内侧边界和翼型件25的径向高度的大约66%的外侧边界之间。
部分翼展护罩75可以包括从翼型件25的侧面延伸的翼状突起。这些翼状突起中的每一个翼状突起可以根据其延伸的翼型件25的面26、27来指代。因此,出于本文描述的目的,部分翼展护罩75被称为包括从翼型件25的压力面26突出的压力翼76和从翼型件25的吸力面27突出的吸力翼77。如图所示,翼76、77中的每一者都可以被构造为轴向和周向突出的部件,其在径向尺寸上与翼型件25的径向高度相比相对较薄。部分翼展护罩75的翼76、77中的每一者可以被构造成在功能上与在叶片排内紧靠其定位的相邻转子叶片的翼76、77中的相对的一者配合。具体地,从第一转子叶片16的压力面26延伸的压力翼76可以被构造成与从位于第一转子叶片16的一侧的第二转子叶片16的吸力面27延伸的吸力翼77配合。类似地,从第一转子叶片16的吸力面27延伸的吸力翼77可以被构造成与从位于第一转子叶片16的另一侧的第三转子叶片16的压力面26延伸的压力翼76配合。以这种方式,部分翼展护罩75可以用于在操作期间在相邻转子叶片16的翼型件25之间产生接触点。这种接触可以是间歇的或恒定的,并且可以取决于燃气涡轮的操作模式。应当理解,以这种方式连结转子叶片16的翼型件25可以用来增加组件的固有频率并阻尼操作振动,这可以降低转子叶片16上的总机械应力并延长使用寿命。如本文所用,压力翼的远侧端部被设计为压力翼周向面86,并且吸力翼的远侧端部被指定为吸力翼周向面87。
现在转向本公开的示例性实施方案,图9至图18示出了具有混合翼型件设计的涡轮转子叶片,其中翼型件的顶部部分由与翼型件的基部部分不同的材料制成。在优选实施方案中,顶部部分由诸如复合材料的较轻的材料制成,而基部部分保留诸如金属的较重的材料。应当理解,大多数常规的转子叶片完全由金属制成,并且由于产生的重量,需要大量的冷却空气和坚固的根部结构来满足部件寿命要求。通过以本文建议的方式用较轻的材料替换翼型件的顶部部分,转子叶片上的离心拉载荷可以显著减小。这种降低可用于延长转子叶片的寿命、减少对冷却空气的依赖、并且/或者实现更高的点火温度,所有这些都可以有助于燃气涡轮中更高的输出和效率。此外,如将要看到的,本发明的混合翼型件构造允许顶部部分的简化几何形状,这可以极大地简化整个制造过程,特别是与用复合材料制造整个转子叶片相比。以这种方式,转子叶片的基部部分和根部的更复杂的几何形状可以通过常规工艺(例如单件铸造)用金属制成,而根据本公开,顶部部分的简化几何形状允许用复合材料和与之相关联的常规制造工艺进行有效的构造。
根据本公开,翼型件的复合顶部部分通过连接器固定到叶片的金属基部部分,如将要看到的,该复合顶部部分可以被构造为实心件或中空的,以进一步减轻重量。根据下面给出的示例性实施方案,该连接器可以采取几种不同的形式,已经发现每种形式都以促进坚固结构、改善应力扩散特性和延长部件寿命的方式有效地连接不同材料类型的顶部和基部翼型件部分,同时还低成本地制造。根据一个示例性实施方案(参照图9至图11),连接器包括燕尾榫接头,该燕尾榫接头在基部和顶部翼型件部分之间产生互锁配合。该示例中的替代实施方案包括轴向或周向接合的燕尾榫接头。根据另一个实施方案(参照图12至图14),连接器包括本文中将称为“线锁”的部件,以将顶部固定到翼型件的基部部分。最后,参照图15至图18,连接器包括销连接器,其中一个或多个销将顶部固定到翼型件的基部部分。如下所述,这种类型构造中的替代方案包括单销或双销布置。
此外,根据示例性实施方案,混合翼型件可以包括部分翼展护罩,该部分翼展护罩接近或邻近分隔两个翼型件部分的分界线或界面线定位。已经发现将部分翼展护罩结合到混合翼型件设计中提供了几个优点。例如,因为部分翼展护罩提供相邻翼型件之间的接触点,所以它们与混合翼型件一起使用可以被用来在不同材料的界面处或非常接近界面的关键位置处提供额外的支撑,这可以减轻在接合处出现的特定应力集中并延长使用寿命。除了支撑翼型件,部分翼展护罩还可用于减少振动,否则振动会过早磨损混合翼型件的连接器。使用部分翼展护罩的另一个好处包括它们为混合翼型件连接器提供空间优势。如将会看到的,特别是关于销连接器,连接器的某些特征可以集成到由部分翼展护罩提供的额外空间中,而不会降低它们的功能或性能。
现在将讨论关于本公开的混合翼型件的一些一般特性和特征。除非另有说明,否则这些特性和特征中的每一者都旨在适用于图9至图18中所示的和下面讨论的每个实施方案。另外,在理解本公开时,应当理解,当转子叶片和翼型件部件相对于方向或取向特性进行描述时,这些与使用这些部件的涡轮发动机相关。因此,除非另有说明,否则这种类型的描述假设部件在涡轮发动机(例如,燃气涡轮)内被正确地安装并起作用。如本文所用,此类燃气涡轮取向特性可以包括关于延伸穿过压缩机和涡轮的燃气涡轮的中心轴线限定的相对径向、轴向和周向定位。另外,相对于定位在燃气涡轮的前端部的压缩机和定位在燃气涡轮的后端部的涡轮,限定了向前方向和向后方向。
首先,总体参照图9至图18的示例性实施方案,翼型件25可以是涡轮发动机中使用的翼型件或叶片。更具体地,翼型件25可以是燃气涡轮中转子叶片16(例如,涡轮转子叶片)的翼型件。如已经讨论的,翼型件25可以大体在与转子叶片的根部21的连接部和翼型件25的外侧尖端31之间延伸。
如将要看到的,翼型件25可以是混合翼型件,其通过连接翼型件的非一体部分而形成。如本文所用,非一体部分包括基部部分101和顶部部分102。基部部分101和顶部部分102中的每一者可以被限定为翼型件25的径向部段。沿着翼型件25的表面,基部部分101和顶部部分102可以沿着界面线106(图11和图16中示出)邻接或接合。翼型件25的基部部分101可以包括外侧面107,应当理解,该外侧面107是在与顶部部分102组装时邻接该顶部部分102的面。因此,基部部分101可以被描述为翼型件25的径向部段,其在翼型件25与根部21的连接部和外侧面107之间延伸。翼型件25的顶部部分102可以包括内侧面108,应当理解,该内侧面108是在与基部部分101组装时邻接该基部部分101的面。因此,顶部部分102可以被描述为在外侧尖端31和内侧面108之间延伸的翼型件25的径向部段。应当理解,基部部分101的外侧面107的周边和顶部部分102的内侧面108的周边邻接以形成界面线106。
其次,继续总体参照图9至图18,基部部分101和顶部部分102可以被构造成使得界面线106出现在翼型件25的中部部分附近或内部。例如,根据示例性实施方案,顶部部分102的径向高度在翼型件25的径向高度(即,基部部分101和顶部部分102两者的高度)的25%和55%之间。此外,当翼型件25包括部分翼展护罩75时,翼型件25可以被构造成使得界面线106定位在部分翼展护罩75附近或邻近部分翼展护罩75。根据优选实施方案,例如,翼型件25的基部部分101和顶部部分102被构造成使得界面线106定位在部分翼展护罩75的外侧并且接近或邻近它。
第三,继续总体参照图9至图18,翼型件25的顶部部分102可以包括中空室或凹穴109。例如,根据一个优选实施方案,中空凹穴109可以从穿过翼型件25的外侧尖端31形成的开口110延伸到顶部部分102中。根据本公开,中空凹穴109的一个原因是从翼型件25的顶部部分102移除重量。因此,中空凹穴109可以被构造成相对于顶部部分102的体积具有显著的体积。根据示例性实施方案,例如,中空凹穴109的体积大于顶部部分102的体积的1/4。
最后,继续总体参照图9至图18,根据示例性实施方案,翼型件25的基部部分101和顶部部分102由不同的材料制成。也就是说,翼型件25可以通过连接非一体部分来构造,其中:基部部分101由第一材料制成;并且顶部部分102由第二材料制成。一般来讲,为基部部分101选择的材料是比为顶部部分102选择的材料更重的材料。如已经讨论的,这种构造的一个原因是从翼型件25的外径向部分移除重量,从而显著降低操作期间的拉载荷。根据示例性实施方案,基部部分101的第一材料是金属,例如钢或镍合金。根据示例性实施方案,顶部部分102的第二材料是复合材料,例如陶瓷基复合材料。其他材料也是可能的。
现在具体参照图9至图11,示出了连接器100,其在翼型件25的非一体部分(即,基部部分101和顶部部分102)之间产生互锁配合。在这种情况下,连接器100是燕尾榫接头105,其将顶部部分102固定到翼型件25的基部部分101。
根据本公开,燕尾榫接头105将被描述为具有形成在基部部分101和顶部部分102之间的相对侧上的互补互锁特征,基部部分101和顶部部分102在组装时在两者间形成连接。燕尾榫接头105的第一特征在本文中将被称为“燕尾榫”111。然而,该术语并不意味着是限制性的,并且除非另外限定,否则它旨在广义地指互锁连接器或燕尾榫接头的阳部件。因此,燕尾榫111通常可以被定义为从具有横截面轮廓的表面延伸的成形突起,该横截面轮廓随着燕尾榫111远离该表面延伸而张开或扩大(或者,从另一角度来看,随着燕尾榫111接近该表面而渐缩或变窄)。燕尾榫接头105的第二特征在本文中将被称为“燕尾榫凹槽”112,其是被构造成接纳燕尾榫111并由此形成互锁连接的互补特征。同样,该术语并不意味着是限制性的,并且除非另外限定,否则它旨在广义地指互锁连接器或燕尾榫接头的阴部件。因此,燕尾榫凹槽111可以被定义为在表面内形成的成形凹槽,该成形凹槽随着其进一步延伸到该表面中而变宽(或者,从另一个角度来看,随着其接近该表面而变窄)。
因此,如本文所用,燕尾榫接头105是连接器,其具有至少一个此类燕尾榫111,该燕尾榫111被接纳并保持在至少一个此类互补燕尾榫凹槽112内。应当理解,燕尾榫111和燕尾榫凹槽112可以形成在翼型件25的基部部分101和顶部部分102中的相对的一者上。例如,燕尾榫111可以形成在翼型件25的基部部分101上,或者,如在图示示例中所示,燕尾榫111可以形成在翼型件25的顶部部分102上。燕尾榫凹槽112可以形成在翼型件25的顶部部分102上,或者如图所示,燕尾榫凹槽112可以形成在翼型件25的基部部分101上。
例如,燕尾榫111可以具有随着其远离在上面形成该燕尾榫111的表面延伸而扩大的横截面形状,该表面可以包括基部部分101或顶部部分102各自的外侧面107或内侧面108。燕尾榫凹槽112可以具有对应于燕尾榫111的横截面形状的横截面形状,这导致燕尾榫凹槽112随着其接近在其中形成该燕尾榫凹槽112的表面而变窄,该表面可以包括翼型件25的基部部分101或顶部部分102各自的外侧面107或内侧面108。如本文所用,燕尾榫凹槽112穿过其形成的表面开口可以被称为“口”113。根据本公开,燕尾榫接头105被构造成使得燕尾榫111在燕尾榫凹槽112内的接合限制顶部部分102从翼型件25的基部部分101径向分离。已经发现,在几个优点中,互锁的燕尾榫接头105形成对操作期间施加到翼型件25的拉伸应力的有效阻力。
如图9和图10的示例性实施方案所示,本公开的燕尾榫接头105可以是轴向接合的燕尾榫接头。如本文所用,轴向接合的燕尾榫接头是通过翼型件25的顶部部分102和基部部分101之间的相对轴向移动(相对于燃气涡轮的轴线)接合的燕尾榫接头。如图所示,根据优选实施方案,燕尾榫111可以定位在顶部部分102的内侧面108上,并且燕尾榫凹槽112可以从限定在基部部分101的外侧面107上的口113延伸到基部部分101中。给定这种布置,燕尾榫111具有在其长度上保持基本恒定的横截面形状,该长度在轴向方向上限定,而该轮廓被成轮廓为使得当燕尾榫111远离顶部部分102的内侧面108延伸时,其在周向方向上扩大。燕尾榫凹槽112具有对应于燕尾榫111的形状的横截面形状。因此,燕尾榫凹槽112的横截面形状在其沿轴向方向限定的长度上保持基本恒定,而该轮廓被成轮廓为使得当燕尾榫凹槽112进一步延伸到基部部分101的外侧面107中时,其在周向方向上变宽。
燕尾榫111在第一端部和第二端部之间伸长,给定燕尾榫111的轴向取向,第一端部和第二端部也可以称为前端部和后端部。这些端部的定位可以不同。如图9所示,根据一个优选实施方案,燕尾榫111的前端部定位在翼型件25的前缘28处。在这种情况下,一旦燕尾榫111完全接合在燕尾榫凹槽112内,燕尾榫111的前端部限定翼型件25的前缘28的径向部段。燕尾榫111的长度可以不同。根据图9的示例性实施方案,燕尾榫111的长度使得燕尾榫111的后端部定位在翼型件25的轴向中线32之外。
如图10的图示实施方案所示,燕尾榫111可以在分别偏离翼型件25的前缘28和后缘29的前端部和后端部之间伸长。也就是说,前端部偏离翼型件25的前缘28一段距离,并且后端部偏离翼型件25的后缘29一段距离。在这种情况下,出于连接燕尾榫接头105的目的,可以在燕尾榫凹槽112附近形成组装开口114。应当理解,组装开口114被构造成接纳燕尾榫111,使得在安装期间燕尾榫111可以穿过组装开口114,从而实现与燕尾榫凹槽112的径向对准。一旦实现了这种对准,燕尾榫111就可以通过在轴向方向上移动来滑入燕尾榫凹槽112中。如图10所示,可以提供多个燕尾榫111和燕尾榫凹槽112对。在这种情况下,为每对提供组装开口114中的一个组装开口。
如图11的示例性实施方案所示,本公开的燕尾榫接头105可以是周向接合的燕尾榫接头。如本文所用,周向接合的燕尾榫接头是通过翼型件25的顶部部分102和基部部分101之间的相对周向移动(相对于燃气涡轮的轴线)接合的燕尾榫接头。在这种情况下,燕尾榫接头105可以包括从顶部部分102延伸的多个燕尾榫111和形成在基部部分101中的多个燕尾榫凹槽112。多个燕尾榫111中的每一个燕尾榫可以保持在多个燕尾榫凹槽112中相应的一个燕尾榫凹槽中。几个互锁燕尾榫/燕尾榫凹槽对可以用于提供对施加到翼型件的拉伸应力的有效阻力,并且增强接头内的应力扩散特性。除非另外特别说明,否则应当理解,互锁的燕尾榫/燕尾榫凹槽对的数量和放置以及其具体轮廓可以取决于与具体应用相关联的设计标准。
具体参照图12至14,示出了用于混合翼型件的替代连接器100。在这种情况下,“线锁连接器”115用于将顶部部分102固定到翼型件25的基部部分101,该翼型件可以包括上述任何翼型件。根据本公开,线锁连接器115可以包括:突出部117,其从基部部分101和顶部部分102中的一者延伸;互补狭槽118,其用于接纳形成在基部部分101和顶部部分102中的另一者中的突出部117;第一凹槽121,其形成在突出部117的侧面123中;第二凹槽122,其形成在狭槽118的侧面124中;保持孔125(参见图14),一旦突出部117完全接纳在狭槽118中,保持孔125通过第一凹槽121和第二凹槽122的对准而配合地形成;和保持线126,其被容纳在保持孔125内(具体如图14所示)。优选地,保持线126的尺寸被设计成当其安装在保持孔125内时填充第一凹槽121和第二凹槽122。以这种方式,保持线126产生机械过盈配合,其限制翼型件25的顶部部分102和基部部分101之间的相对径向移动。尽管其他材料也是可能的,但是保持线126可以由与基部部分101的材料相同的材料制成。
根据示例性实施方案,线锁连接器115可以包括安装孔128。安装孔128可以从形成在翼型件25的表面上的开口129穿过翼型件25延伸到与保持孔125的端部中的一个端部对准的位置。应当理解,一旦突出部117已经完全插入狭槽118中,以便对准第一凹槽121和第二凹槽122,安装孔128可以用于将保持线126插入到保持孔125中。应当理解,一旦安装完成,保持线126的延长部可以保留在安装孔128中。
根据示例性实施方案,突出部117可以定位在翼型件25的顶部部分102的内侧面108上。在这种情况下,应当理解,狭槽118将形成在翼型件25的基部部分101上,从限定在基部部分101的外侧面107上的口或开口延伸到基部部分101中。突出部117和狭槽118的相对放置也是可能的。
根据示例性实施方案,突出部117在第一端部和第二端部之间在大致轴向方向上伸长,由于它们的相对位置,第一端部和第二端部也可以分别称为前端部和后端部。优选地,突出部117的前端部定位在翼型件25的轴向中线的前侧,而后端部定位在轴向中线的后侧。如在图示实施方案中所示,突出部117的前端部可以偏离翼型件25的前缘28一段距离,并且突出部117的后端部可以偏离翼型件25的后缘一段距离。
根据示例性实施方案,保持孔125和容纳在其中的保持线126可以延伸突出部117的整个长度,或者在替代实施方案中,延伸突出部117的一部分长度。具体地,如图13所示,保持孔125和容纳在其中的保持线126可以延伸突出部117的整个长度。任选地,如图12的替代方案所示,保持孔125和容纳在其中的保持线126可以仅延伸突出部117的一部分长度。例如,保持孔125和容纳在其中的保持线126可以从突出部117的前端部延伸到不到突出部117的后端部的位置。在这种情况下,保持孔125和和容纳在其中的保持线126优选地延伸到限定在突出部117的轴向长度(从突出部117的前端部测量)的40%和80%之间的范围内的位置。
如图12和图13所示,根据一个替代实施方案,辅助连接器130可以包括在线锁连接器115中。例如,辅助连接器130可以包括径向销131和径向孔133,它们被构造成在翼型件25的顶部部分102和基部部分101之间形成第二连接。如图所示,径向销131可以从基部部分101的外侧面107径向延伸,而互补的径向孔133形成在顶部部分102的内侧面108中,以用于接纳径向销131。根据优选实施方案,辅助连接器130位于线锁连接器115的突出部117和狭槽118的后部。以这种方式,辅助连接器130可以用于抵抗在操作期间施加到翼型件25的扭转载荷。
虽然图12和图13仅示出了单个线锁连接器115,但是图14示出了使用多个线锁连接器115的替代实施方案。如图所示,在这种情况下,第二线锁连接器115形成在突出部117的与第一线锁连接器115相对的一侧上。其他实施方案可以包括形成在突出部117的与第一线锁连接器115相同的一侧上的第二线锁连接器115。
已经发现,线锁连接器115的特征提供了对施加到翼型件25的拉伸应力的有效阻力,同时也被有效地构造和修理。例如,由于其简单的构造,保持线126是易于制造或者以其他方式廉价获得的部件。此外,线锁连接器115的构造允许导致保持线126累积连接器内发生的很多磨损的布置。因为保持线126可以随着磨损的累积而方便地更换,所以可以低成本地延长与线锁连接器115相关联的另一个更昂贵的部件的寿命,同时仍然保持翼型件部分之间的连接的坚固性。
现在具体参照图15至图18,公开了销连接器145用于将顶部部分102固定到混合翼型件25的基部部分101的实施方案,该混合翼型件25可以包括上面已经描述的任何翼型件。
根据示例性实施方案,销连接器145可以包括:突出部147,其从基部部分101和顶部部分102中的一者延伸;互补狭槽148,其用于接纳突出部147(其中狭槽148形成在基部部分101和顶部部分102中的另一者中);细长销腔150,其穿过翼型件25的邻近狭槽148的内部区域形成(其中销腔150与狭槽148相交,使得销腔150被分成第一和第二销腔段,第一和第二销腔段从分别限定在狭槽148的相对的第一和第二侧壁上的第一和第二开口远离狭槽148延伸);突出部孔151,其穿过突出部147形成(其中突出部孔151定位成在突出部147被接纳在狭槽148内时与销腔150对准);和锁定销152,其连续地延伸穿过销腔150的第一段、突出部孔151和销腔150的第二段。应当理解,给定这种布置,一旦接合,锁定销152就通过与周围结构(即,形成销腔150和突出部孔151的结构)的接触来限制翼型件25的顶部部分102和基部部分101之间的相对径向移动。
销连接器145可以形成有单个锁定销152,如图17的示例所示,或者销连接器145可以包括两个锁定销152,如图15和图16的示例所示。在后一种情况下,如图所示,销连接器145可以包括两个销腔150和两个相应的锁定销152,同时具有单个突出部147,突出部孔151中的两个突出部孔穿过该突出部147形成。第二销腔150可以轴向偏离第一销腔150,并且第二突出部孔151可以轴向偏离第一突出部孔151。应当理解,在突出部147插入到狭槽148时,第一突出部孔151定位在突出部147上,使得其与第一销腔150对准,而第二突出部孔151定位在突出部147上,使得其与第二销腔150对准。第一和第二锁定销152然后可以分别接合第一和第二销腔150以及第一和第二突出部孔151。尽管其他材料也是可能的,但是一个或多个锁定销152可以由与翼型件25的基部部分101的材料相同的材料制成。
根据本公开,如图15-17所示,销连接器145的优选实施方案可以包括定位在顶部部分102的内侧面108上的突出部147。在这种情况下,销腔150穿过翼型件25的基部部分101的内部区域形成,并且狭槽148形成在基部部分101中(即,狭槽148从限定在基部部分101的外侧面107上的口延伸到基部部分101中)。如图所示,示例性实施方案可以包括定向成使得其在大致轴向方向上伸长的突出部147。因此,突出部147可以具有第一端部和第二端部,其中第一端部相对于第二端部具有向前位置。
翼型件25可以包括恰好定位在界面线106内侧的部分翼展护罩75。如将要看到的,根据本公开,示例性实施方案可以包括有利地将锁定销152和销腔150与部分翼展护罩75的方面结合。如上所述,部分翼展护罩75可以包括从翼型件25的压力面延伸的压力翼76和从翼型件25的吸力面延伸的吸力翼77。此外,压力翼76的远侧端部可以包括压力翼周向面86,并且吸力翼77的远侧端部可以包括吸力翼周向面87。根据示例性实施方案,销腔150的至少一部分被限定在部分翼展护罩75的压力翼76和吸力翼77中的一者内。更具体地,销腔150的第一段可以在第一表面开口155和限定在狭槽148的第一侧壁上的第一开口之间延伸。在优选实施方案中,第一表面开口155形成在部分翼展护罩75的压力翼周向面86或吸力翼周向面87上。
替代实施方案可以包括延伸穿过部分翼展护罩75的两个翼76、77的锁定销152和销腔150。也就是说,销腔150的第一段可以在第一表面开口155和限定在狭槽148的第一侧壁上的第一开口之间延伸,并且销腔150的第二段可以在第二表面开口155和限定在狭槽148的第二侧壁上的第二开口之间延伸。在这种情况下,第一表面开口155和第二表面开口155可以分别形成在部分翼展护罩75的压力翼周向面86和吸力翼周向面87上。应当理解,这导致锁定销152和销腔150结合到部分翼展护罩75的两个翼76、77中。在这种情况下,锁定销152的端部可以定位在销腔150的表面开口155处或附近。具体地,锁定销152可以被描述为在第一端部和第二端部之间伸长,其中第一端部位于第一表面开口155附近,并且第二端部位于相对的第二表面开口155附近。
根据本公开,示例性实施方案可以包括具有可变横截面形状的锁定销152,该横截面形状从较厚的中间部分朝向第一和第二端部渐缩。如图17和图18的示例所示,这种形状可以有效地结合到部分翼展护罩75中,因为考虑到每个翼随着其远离翼型件25延伸而从较厚的区域渐缩,通常压力翼76和吸力翼77一起形成类似的形状。因此,锁定销152可以成形为与部分翼展护罩75的压力翼76和吸力翼77的可变横截面形状相对应,从而使锁定销152具有更厚且(对于销连接器来说是有利的)更强的中间部分。销腔150可以被构造成具有可变的横截面形状,该横截面形状至少部分地对应于锁定销152的可变横截面形状。在一个优选实施方案中,销腔150的可变横截面形状在一个端部处充分地变窄,以产生有助于组装锁定销152的机械止动件,即,一旦锁定销152在销腔150内达到完全安装位置,机械止动件就防止锁定销152的进一步插入。
如图18所示,示例性实施方案可以包括具有两个独立销连接器145的连接器。根据一个优选实施方案,两个销连接器145轴向堆叠。此外,示例性实施方案可以包括突出部147,突出部147形成在翼型件25的基部部分101和顶部部分102两者上。因此,第一销连接器145a可以包括定位在顶部部分102的内侧面108上的突出部147和穿过基部部分101的外侧面107形成的相对狭槽148,而第二销连接器145b包括定位在基部部分101的外侧面107上的突出部147和穿过顶部部分102的内侧面108形成的相对狭槽148。
与上面讨论的其他连接器一样,已经类似地发现,销连接器145的特征提供了对施加到翼型件25的拉伸应力的有效阻力,同时也被有效地构造和修理。此外,以与关于保持线126描述的相同方式,销连接器145的锁定销152是可以随着磨损累积而方便地更换的部件,以便延长连接器的使用寿命。
如本领域普通技术人员将理解的,可进一步选择性地应用上文关于几个示例性实施方案描述的许多变化的特征和构造,以形成本发明的其他可能的实施方案。为了简洁起见并考虑到本领域普通技术人员的能力,未详细提供或讨论所有可能的迭代,但所有组合和可能的实施方案均被涵盖在下文的几项权利要求中,或者以其他方式旨在成为本申请的一部分。此外,根据本发明的几个示例性实施方案的以上描述,本领域技术人员将认识到相关的改进、改变和修改。本领域技术范围内的此类改进、改变和修改同样旨在由所附权利要求涵盖。此外,应当显而易见的是,前述内容仅涉及本申请的所述实施方案,并且在不脱离由以下权利要求及其等同物限定的本申请的实质和范围的情况下,可在本文中进行许多改变和修改。
Claims (12)
1.一种用于在涡轮发动机(10)的涡轮(12)中使用的转子叶片(16),所述转子叶片(16)包括:
根部(21);
翼型件(25),所述翼型件(25)具有压力面(26)和横向相对的吸力面(27),所述压力面(26)和所述吸力面(27)在相对的前缘和后缘(28,29)之间轴向延伸,并且从与所述根部(21)的连接部径向延伸到外侧尖端(31),其中,所述翼型件(25)包括非一体部分,其中:
基部部分(101)包括第一材料,所述第一材料是金属,所述基部部分(101)在与所述根部(21)的所述连接部到所述基部部分(101)的外侧面(107)之间延伸;并且
顶部部分(102)包括第二材料,所述第二材料是重量比所述第一材料轻的复合材料,所述顶部部分(102)在所述顶部部分(102)的内侧面(108)和所述翼型件(25)的所述外侧尖端(31)之间延伸;
连接器(100),所述顶部部分(102)在界面线(106)处通过所述连接器(100)固定到所述基部部分(101),其中,所述连接器(100)包括燕尾榫接头(105),所述燕尾榫接头(105)具有定位在所述顶部部分(102)的所述内侧面(108)上的燕尾榫(111)和从所述外侧面(107)延伸到所述基部部分(101)中的互补燕尾榫凹槽(112);
其中,所述燕尾榫接头(105)被构造成使得所述燕尾榫(111)在所述燕尾榫凹槽(112)内的接合限制在所述翼型件(25)的所述基部部分(101)和所述顶部部分之间的径向分离。
2.根据权利要求1所述的转子叶片(16),其中,所述基部部分(101)的所述外侧面(107)的周边和所述顶部部分(102)的所述内侧面(108)的周边邻接以形成所述界面线(106)。
3.根据权利要求1或2所述的转子叶片(16),其中,所述顶部部分(102)的径向高度在所述翼型件(25)的径向高度的25%和55%之间。
4.根据权利要求1或2所述的转子叶片(16),其中,所述翼型件(25)包括部分翼展护罩(75);并且其中,所述翼型件(25)的所述顶部部分和基部部分(102,101)被构造成使得所述界面线(106)定位在所述部分翼展护罩(75)的外侧并且邻近所述部分翼展护罩(75)。
5.根据任一前述权利要求所述的转子叶片(16),其中,所述基部部分(101)的所述第一材料包含镍合金;并且其中,所述顶部部分(102)的所述第二材料包含陶瓷基体复合材料。
6.根据权利要求1所述的转子叶片(16),其中,所述顶部部分(102)包括中空凹穴(109),所述中空凹穴(109)从穿过所述翼型件(25)的所述外侧尖端(31)形成的开口(110)延伸到所述顶部部分(101)中;其中,所述中空凹穴(109)包括大于所述翼型件(25)的所述顶部部分(102)的体积的1/4的体积。
7.根据权利要求1所述的转子叶片(16),其中:
所述燕尾榫接头(105)包括轴向接合的燕尾榫接头;
所述燕尾榫(111)包括当所述燕尾榫(111)远离所述内侧面(108)延伸时在周向方向上变宽的横截面形状;并且
所述燕尾榫凹槽(112)包括当所述燕尾榫凹槽(112)从限定在所述外侧面(107)上的口(113)延伸到所述基部部分(101)中时在周向方向上变宽的横截面形状。
8.根据权利要求7所述的转子叶片(16),其中,所述燕尾榫(111)在第一端部和第二端部之间伸长,所述第一端部包括相对于所述第二端部的向前位置;并且其中:
所述第一端部定位在所述翼型件(25)的所述前缘(28)处,并限定所述翼型件(25)的所述前缘(28)的径向部段;并且
所述第二端部相对于所述翼型件(25)的轴向中线定位在所述翼型件(25)的后部部分内。
9.根据权利要求7所述的转子叶片(16),其中,所述燕尾榫(111)在第一端部和第二端部之间伸长,所述第一端部包括相对于所述第二端部的向前位置;并且其中:
所述第一端部偏离所述翼型件(25)的所述前缘(28);并且
所述第二端部偏离所述翼型件(25)的所述后缘(29)。
10.根据权利要求7所述的转子叶片(16),还包括邻近所述外侧面(107)中的所述燕尾榫凹槽(112)形成的组装开口(114);
其中,所述组装开口(114)包括开口(114),所述开口(114)被构造成接纳所述燕尾榫(111),使得在所述顶部部分(102)的安装期间所述燕尾榫(111)与所述燕尾榫凹槽(112)径向对准,以在所述径向对准之后通过所述燕尾榫(111)在轴向方向上的移动而接合在所述燕尾榫凹槽(112)内。
11.根据权利要求1所述的转子叶片(16),其中,所述燕尾榫接头(105)包括:
多个所述燕尾榫(111),所述多个所述燕尾榫(111)从所述顶部部分(102)延伸;和
多个所述燕尾榫凹槽(112),所述多个所述燕尾榫凹槽(112)形成在所述基部部分(101)中;
其中,所述多个所述燕尾榫(111)中的每一个燕尾榫保持在所述多个所述燕尾榫凹槽(112)中相应的一个燕尾榫凹槽中;并且
其中,所述燕尾榫接头(105)包括周向接合的燕尾榫接头。
12.一种燃气涡轮(10),包括转子叶片(16),所述转子叶片包括限定在压力面(26)和横向相对的吸力面(27)之间的翼型件(25),所述压力面(26)和所述吸力面(27)在相对的前缘和后缘(28,29)之间轴向延伸,并且在外侧尖端(31)和与所述转子叶片(16)的根部(21)的连接部之间径向延伸;
其中,所述翼型件(25)包括:
非一体部分,其中:
所述翼型件(25)的基部部分(101)由第一材料制成;并且
所述翼型件(25)的顶部部分(102)由第二材料制成;
燕尾榫接头(105),所述燕尾榫接头(105)将所述顶部部分(102)连接到所述基部部分(101);
其中,所述燕尾榫接头(105)包括从所述顶部部分(102)的内侧面(108)延伸的燕尾榫(111),所述燕尾榫(111)被接纳在形成于所述基部部分(101)的所述外侧面(107)中的互补燕尾榫凹槽(112)内;
其中,所述基部部分(101)的所述外侧面(107)的周边和所述顶部部分(102)的所述内侧面(108)的周边邻接以形成界面线(106);并且
其中,所述翼型件(25)包括邻近所述界面线(106)定位的部分翼展护罩(75)。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16/235,079 | 2018-12-28 | ||
US16/235,079 US10815786B2 (en) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Hybrid rotor blades for turbine engines |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111379592A true CN111379592A (zh) | 2020-07-07 |
Family
ID=71123985
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911299481.XA Pending CN111379592A (zh) | 2018-12-28 | 2019-12-16 | 涡轮发动机的混合转子叶片 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10815786B2 (zh) |
CN (1) | CN111379592A (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021102582A1 (en) * | 2019-11-28 | 2021-06-03 | Exonetik Turbo Inc. | Temperature barrier coating for rim-rotor |
US11143036B1 (en) * | 2020-08-20 | 2021-10-12 | General Electric Company | Turbine blade with friction and impact vibration damping elements |
US11867082B2 (en) * | 2021-04-21 | 2024-01-09 | General Electric Company | Rotor blade with detachable tip |
US11834964B2 (en) | 2021-11-24 | 2023-12-05 | General Electric Company | Low radius ratio fan blade for a gas turbine engine |
Family Cites Families (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US980562A (en) * | 1909-06-28 | 1911-01-03 | Gen Electric | Turbine-bucket construction. |
US3002675A (en) * | 1957-11-07 | 1961-10-03 | Power Jets Res & Dev Ltd | Blade elements for turbo machines |
US5269057A (en) * | 1991-12-24 | 1993-12-14 | Freedom Forge Corporation | Method of making replacement airfoil components |
US7393182B2 (en) | 2005-05-05 | 2008-07-01 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Composite tip shroud ring |
US7429165B2 (en) | 2006-06-14 | 2008-09-30 | General Electric Company | Hybrid blade for a steam turbine |
US7762783B2 (en) * | 2007-01-11 | 2010-07-27 | General Electric Company | Turbine blade apparatus |
US8511999B1 (en) * | 2009-03-31 | 2013-08-20 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Multiple piece turbine rotor blade |
US8186953B1 (en) * | 2009-06-17 | 2012-05-29 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Multiple piece turbine blade |
US8678764B1 (en) * | 2009-10-27 | 2014-03-25 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Tip cap for a turbine rotor blade |
US8251658B1 (en) * | 2009-12-08 | 2012-08-28 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Tip cap for turbine rotor blade |
US9394795B1 (en) * | 2010-02-16 | 2016-07-19 | J & S Design Llc | Multiple piece turbine rotor blade |
US8979498B2 (en) * | 2010-03-03 | 2015-03-17 | Siemens Energy, Inc. | Turbine airfoil having outboard and inboard sections |
US8444389B1 (en) * | 2010-03-30 | 2013-05-21 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Multiple piece turbine rotor blade |
US20150192023A1 (en) * | 2012-06-08 | 2015-07-09 | Nicholas Joseph Kray | Mechanical Interlock Feature for Multi-Material Airfoils |
US20140255194A1 (en) * | 2012-12-21 | 2014-09-11 | General Electric Company | Tip shrouds of turbine rotor blades and methods of manufacture related thereto |
US10267156B2 (en) * | 2014-05-29 | 2019-04-23 | General Electric Company | Turbine bucket assembly and turbine system |
US20150345309A1 (en) * | 2014-05-29 | 2015-12-03 | General Electric Company | Turbine bucket assembly and turbine system |
US20150345307A1 (en) * | 2014-05-29 | 2015-12-03 | General Electric Company | Turbine bucket assembly and turbine system |
US9884393B2 (en) * | 2015-10-20 | 2018-02-06 | General Electric Company | Repair methods utilizing additively manufacturing for rotor blades and components |
US10370975B2 (en) * | 2015-10-20 | 2019-08-06 | General Electric Company | Additively manufactured rotor blades and components |
US20180298765A1 (en) * | 2017-04-14 | 2018-10-18 | General Electric Company | Engine component with replaceable tip element |
US11028696B2 (en) * | 2017-08-07 | 2021-06-08 | General Electric Company | Ceramic matrix composite airfoil repair |
US10822955B2 (en) * | 2018-12-28 | 2020-11-03 | General Electric Company | Hybrid rotor blades for turbine engines |
US10731471B2 (en) * | 2018-12-28 | 2020-08-04 | General Electric Company | Hybrid rotor blades for turbine engines |
-
2018
- 2018-12-28 US US16/235,079 patent/US10815786B2/en active Active
-
2019
- 2019-12-16 CN CN201911299481.XA patent/CN111379592A/zh active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20200208526A1 (en) | 2020-07-02 |
US10815786B2 (en) | 2020-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9995149B2 (en) | Structural configurations and cooling circuits in turbine blades | |
EP1890008B1 (en) | Rotor blade | |
CN111379592A (zh) | 涡轮发动机的混合转子叶片 | |
CN107035422B (zh) | 带中跨护罩的涡轮转子叶片 | |
EP1939405B1 (en) | Axial flow turbine assembly | |
JP4572405B2 (ja) | ガスタービンロータブレードを冷却するための方法及び装置 | |
EP3184742B1 (en) | Turbine airfoil with trailing edge cooling circuit | |
JP7486942B2 (ja) | タービンエンジン用のハイブリッドロータブレード | |
JP2017122444A (ja) | シュラウド付きタービンロータブレード | |
US11732593B2 (en) | Flared central cavity aft of airfoil leading edge | |
US9957818B2 (en) | Removably attachable snubber assembly | |
US9528381B2 (en) | Structural configurations and cooling circuits in turbine blades | |
JP4341231B2 (ja) | ガスタービンノズルを冷却するための方法と装置 | |
KR20100080452A (ko) | 로터 블레이드 | |
US9759071B2 (en) | Structural configurations and cooling circuits in turbine blades | |
KR20170128127A (ko) | 에어포일 선행 에지 통로의 후미에서 외벽에 걸쳐 있는 중간 중앙 통로 | |
EP2581559B1 (en) | Adaptor assembly for coupling turbine blades to rotor disks | |
US10822955B2 (en) | Hybrid rotor blades for turbine engines | |
US9765631B2 (en) | Structural configurations and cooling circuits in turbine blades | |
CN113464209A (zh) | 具有带有偏移肋的冷却回路的涡轮机转子叶片 | |
KR20230138896A (ko) | 터빈 동익, 터빈 동익 조립체, 가스 터빈 및 가스 터빈의 보수 방법 | |
CN118401742A (zh) | 涡轮转子和用于这种转子的平台 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20240110 Address after: Swiss Baden Applicant after: GENERAL ELECTRIC CO. LTD. Address before: New York, United States Applicant before: General Electric Co. |
|
TA01 | Transfer of patent application right |