CN1928325B - 带有顶端架的涡轮叶片弧形声响(检漏)器顶端 - Google Patents

带有顶端架的涡轮叶片弧形声响(检漏)器顶端 Download PDF

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Abstract

燃气轮机的叶片(18)包括一个根部、一个顶端、一个前缘(24)、一个后缘(26)、及大体上沿径向轴线延伸而相反的压力侧壁(20)和抽吸侧壁(22)。在压力侧壁(20)和抽吸侧壁(22)之间延伸着一个顶端盖(32)，从该顶端盖(32)沿径向向外延伸着互相间隔开的抽吸侧顶端壁(36)和压力侧顶端壁(34)，在它们之间形成一个顶端凹腔(38)。该压力侧顶端壁(34)包括一个连续向内弯曲的弧形部(52)，该部至少有一段离开叶片的径向轴线在圆周方向上向外延伸，至少有一部分压力侧顶端壁(34)从压力侧壁(20)向内缩进，形成一个面向外的顶端架(56)，这样，压力侧顶端壁(34)和顶端架(56)便在其间形成一个凹坑(58)。

Description

带有顶端架的涡轮叶片弧形声响(检漏)器顶端
发明领域
本发明总的涉及燃气轮机的翼面，特别是涉及顶端泄漏可减少的涡轮翼面。
背景技术
燃气轮机包括一个将增压空气供到燃烧室的压缩机，在那里空气和燃料混合并被点燃以产生炽热的燃烧气体。这些燃气向下游流动到一个或多个涡轮上，涡轮从其中抽取能量，将动力供给压缩机，并提供有用功，诸如给飞行中的飞机提供动力。在涡轮中，一排翼形涡轮叶片从转子支承盘沿径向向外伸出。
这些翼面具有相反的压力侧和负压侧，沿轴向在相应的前缘和后缘之间延伸，并沿径向在根部和顶端之间延伸。该叶片顶端与周围的涡轮覆环精密地间隔开。在该压力侧顶端和抽吸侧顶端之间的燃气压力差造成该燃气从压力侧顶端经该顶端和该覆环的间隙或缝隙泄漏到抽吸侧顶端。该顶端泄漏气流不能产生有用的涡轮功，会造成性能损失。这样，发动机的最大效率，是在使顶端间隙减到最小情况下获得的。但该间隙能被减小的程度是受限制的，因为需容许该转子叶片和涡轮覆环之间不同的热和机械膨胀和收缩以免发生不希望有的顶端摩擦。
因此，现有技术的涡轮叶片设计包括减少泄漏及/或提高膜式冷却效果的各种细节如“顶端架”和成斜角的声响(检漏)器顶端。
尽管如此，仍旧需要一种减少总的顶端泄漏气流以提高该涡轮效率的涡轮叶片顶端。
本发明概述
本发明可满足上述需要。按照其一个方面提供的燃气轮机翼面，包括一个根部、一个顶端、一个前缘、一个后缘、及大体上沿着径向轴线延伸而相反的压力侧壁和抽吸侧壁。该翼面包括一个在压力侧壁和抽吸侧壁之间延伸的顶端盖；并且有间隔开的抽吸侧和压力侧顶端壁从该顶端盖沿径向向外伸出，在其间形成一个凹腔。该压力侧顶端壁包括一个连续向内弯进的弧形部，该部至少有一段从叶片的径向轴线在圆周方向上向外伸出。至少有一部分压力侧顶端壁是从压力侧壁向内缩进，从而形成一个面向外的顶端架，这样该压力侧顶端壁和该顶端架便在其间形成一个凹坑。
按照本发明另一个方面，燃气轮机的涡轮叶片总体包括一个适宜被接纳在环绕纵轴线旋转的圆盘内的鸠尾；一个从该鸠尾沿径向向外设置而沿侧向伸出的平台；和一个翼面，该翼面包括一个根部、一个顶端、一个前缘、一个后缘、及大体上沿径向轴线延伸而相反的压力侧壁和抽吸侧壁。该翼面包括一个在压力侧壁和抽吸侧壁之间延伸的顶端盖；并且有间隔开的抽吸侧和压力侧顶端壁从该顶端盖向外伸出，在其间形成一个凹腔。该压力侧顶端壁包括一个连续向内弯进的弧形部，该部至少有一段是从叶片的径向轴线在圆周方向上向外伸出。至少有一部分压力侧顶端壁是从压力侧壁向内缩进，从而形成一个面向外的顶端架，这样该压力侧顶端壁和该顶端架便在其间形成一个凹坑。
附图简述
参考下面结合附图而作的说明，可最好地了解本发明。在附图中：
图1为一按照本发明构造的示范的涡轮叶片的透视图；
图2为图1中涡轮叶片一部分的放大图；
图3为图2中沿3-3线切开的横截面图；及
图4为图2中沿4-4线切开的横截面图。
本发明的详细说明
参阅附图，其中相同的标号指各图中相同的元件。图1示出的示范的涡轮叶片10包括一个传统的鸠尾12，该鸠尾可具有包括柄舌在内的任何合适的形式，该柄舌与转子盘(未示出)内互补的鸠尾柄舌槽接合以在操作中转子盘旋转时在径向上将该叶片10保持在盘内。叶片柄14沿径向从鸠尾12向上延伸并终止在平台16上，该平台从该柄14出发沿侧向向外伸出并环绕该柄。有一空心翼面18沿径向从该平台16向外伸出并进入到炽热的燃气流中。翼面18具有一内凹的压力侧壁20和一外凸的抽吸侧壁22，两者在前缘24和后缘26上被连结在一起。翼面18从根部28延伸到顶端30，可采用任何合适的形状只要能从炽热的燃气流中提取能量并使转子盘旋转即可。叶片10可被制成超合金的单一铸件，合适的超合金如镍基超合金在燃气轮机中高温操作时具有可被接受的强度。至少有一部分翼面18通常覆盖有保护涂层如抗环境涂层、或热障涂层、或两者。
如在图2中较清晰地示出，翼面18包括一个铸入的顶端盖32，和一个所谓的“声响(检漏)器”，该顶端具有间隙开的压力侧和抽吸侧顶端壁34和36，它们分别从顶端盖32向上延伸并环绕翼面18的周边，从而形成一个敞开的顶端凹腔38。该声响(检漏)器可以作为翼面18的一部分整体铸出或者可被分开制出再连结到其上。
参阅图3，压力侧顶端壁34有一个面向顶端凹腔38的内表面40，一个面向主要燃气流的外表面42，和一个在内、外表面40和42之间延伸而面向径向外的顶端表面44。抽吸侧顶端壁36也有一个面向顶端凹腔的内表面46，一个面向燃气流的外表面48，和一个在内、外表面46和48之间延伸而面向径向外的顶端表面50。
至少在翼面18的中弦区域即图2中标有“B”的区域内，压力侧顶端壁34被缩进或从压力侧壁20偏离，从而形成一个面向径向外的顶端架56。压力侧顶端壁34和该顶端架形成一个凹坑58。有多个第一冷却孔60延伸穿过该顶端架56。每一个第一冷却孔60各有一个被设置得在气流上与翼面18的内部凹腔连通再与冷却空气源连通的进口62，并且各有一个被设置得在气流上与凹坑58连通的出口66。
在前和后的方向上，压力侧顶端壁的偏离可逐渐减少或“混而为一”。图4所示横截面图既可表示设在弦中区域B前面的前缘区域“A”，也可表示设在弦中区B后面的后缘区域“C”。在“A”和“C”的区域中，顶端架56就不见了。有多个第二冷却孔68穿越压力侧壁并与内部凹腔64连通。
如同图3和4所示，压力侧顶端壁34的外表面42在圆周方向上延伸离开翼面18的径向轴线R形成一个连续向内弯曲的弧形部52。在该弧形部52和该压力侧顶端表面44的连接处形成一个顶端角54。该顶端角54在圆周方向上的位置可被改变以适合具体的用途。在所示的例子中，它位在压力侧壁20平面的外侧。该弧形部52可延伸到翼面18的整个轴向长度，或者它可被逐渐混和使该压力侧顶端壁34在其前端和后端呈现传统的平行侧的形状如图1所示。
在运转时，翼面18从主要燃气流提取能量使其上安装叶片的涡轮转子(未示出)旋转。翼面还会受到沿压力侧壁20在图3和4中箭头“X”所示径向上向外的次级气流的影响。由于该次级气流在顶端角54必须转过大于90度的角度，它会在顶端表面44的顶上造成气流分离气泡，并有效地减少在翼面18和覆环“S”之间的有效的顶端间隙，从而减少顶端泄漏气流。这个效果与现有技术中具有倾斜声响(检漏)器的翼面相似。但曲线壁的方法允许增加局部的径向泵压，这样当气流转过大于度的角时，就可增加上述分离气泡的大小。该弧形部52会引导该次级气流使它离开径向轴线更远，并且需要一个比直边径向的或倾斜鸣哨的顶端壁更为尖锐的转角。因此泄漏气流的减少将更为有效。
另外，在中弦区域B内的顶端架将会隔离冷却膜不让它与热燃气混合以达到较好的膜效果。具体点说，顶端架56在翼面的压力侧壁20上造成不连续，使燃气在流过压力侧顶端壁34时离开其表面而减少流到压力侧顶端壁34内的热量。该顶端架56还提供一个区域供冷却空气从第一冷却孔60排出其内而积聚起来以便在燃气和压力侧顶端壁34之间提供一个膜式冷却幕以进一步保护压力侧顶端壁使它少受燃气的影响而得到冷却。
以上说明了具有曲线声响(检漏)器和顶端架的燃气轮机翼面。虽然已说明了本发明的具体实施例，但显然本行业的行家能在不偏离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改。因此，上述本发明的优选实施例和实施本发明的最佳模式的说明只是为了阐明的目的而提供，而非为了限制本发明。本发明只能由权利要求书来限定。

Claims (10)

1.燃气轮机的翼面(18)，包括一个根部(28)、一个顶端(30)、一个前缘(24)、一个后缘(26)、和大体上沿径向轴线延伸的相反的压力侧壁(20)和负压侧壁(22)，并具有：
一个在所说压力侧壁(20)和抽吸侧壁(22)之间延伸的顶端盖(32)；及
从所说顶端盖(32)沿径向向外延伸而在其间限定一个顶端凹腔(38)的间隔的抽吸侧顶端壁(36)和压力侧顶端壁(34)；
其中所说压力侧顶端壁(34)包括一个连续凹曲的弧形部(52)，该弧形部至少有一段自所说翼面(18)的径向轴线沿圆周向外伸出，并且所说压力侧顶端壁(34)是从所说压力侧壁(20)凹进的，从而限定一个面向径向外的顶端架(56)，使所说压力侧顶端壁(34)和所说顶端架(56)在其间限定一个凹坑(58)。
2.权利要求1的翼面(18)，其特征在于还包括多个穿过所说顶端架(56)的第一冷却孔(60)，所说第一冷却孔(60)各有一个被设置成与冷却空气源成流动连通的进口(62)和一个被设置成与所说凹坑(58)成流动连通的出口(66)。
3.权利要求1的翼面(18)，其特征在于所说顶端架(56)从所说前缘(24)延伸到所说后缘(26)，延伸了所说翼面(18)的基本上整个轴向长度。
4.权利要求1的翼面(18)，其特征在于顺序地包括一前缘区、中弦区域、和后缘区域，而所说顶端架(56)基本上被包含在所说中弦区域内。
5.权利要求4的翼面(18)，其特征在于所说弧形部(52)从所说前缘(24)延伸到所说后缘(26)，延伸了所说翼面(18)的基本上整个轴向长度。
6.权利要求4的翼面(18)，其特征在于所说弧形部(52)从所说前缘(24)延伸到所说后缘，延伸了小于所说翼面(18)的整个长度。
7.权利要求1的翼面(18)，其特征在于所说压力侧顶端壁(34)包括由一个径向朝向的顶端表面(44)连接的间隔内表面(40)和外表面(42)；并且在所说外表面(42)和所说顶端表面(44)的连接处限定一个顶端角(54)。
8.权利要求7的翼面(18)，其特征在于所说顶端角(54)按圆周方向测量经所说压力侧壁(20)的外表面(42)延伸。
9.权利要求7的翼面(18)，其特征在于所说顶端角(54)按圆周方向测量，经所说压力侧壁(20)的外表面(42)不延伸。
10.权利要求1的翼面(18)，其特征在于还包括多个设在所说压力侧壁(20)上的冷却孔(68)，这些冷却孔适宜从一供源接受冷却空气，并将其排出成覆盖在所说压力侧顶端壁(34)的弧形部(52)上的冷却膜。
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