CN1940306A - 带有削边顶部的压缩机叶片 - Google Patents

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CN1940306A CNA2006101523929A CN200610152392A CN1940306A CN 1940306 A CN1940306 A CN 1940306A CN A2006101523929 A CNA2006101523929 A CN A2006101523929A CN 200610152392 A CN200610152392 A CN 200610152392A CN 1940306 A CN1940306 A CN 1940306A
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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮发动机(12)转子盘的压缩机叶片(24)，该叶片具有纵向(X)、切向(Y)和径向(Z)的正交轴，所述叶片(24)在根部(28)和顶部(30)之间径向延伸，在导边(36)与尾边(38)之间纵向延伸，所述叶片(24)在表面覆有可研磨材料(40)的外定子盖(18)内部旋转。本发明的特征在于叶片(24)的顶部(30)至少具有一个削边(42)以便减少存在于所述叶片(24)顶部与可研磨材料(40)之间的接触区域。

Description

带有削边顶部的压缩机叶片
技术领域
本发明总体上涉及燃气轮机发动机领域，更特别涉及这种发动机的压缩机。
更具体地，本发明涉及这种发动机的压缩机叶片，该叶片具有纵向、切向、径向轴，该叶片在叶根与顶部之间沿径向延伸，在导边与尾边之间沿纵向延伸，所述叶片被设计成在表面覆有可研磨材料的外定子盖中旋转。
背景技术
传统的燃气轮机发动机包括燃烧部和置于压缩部下游的涡轮机部。气流流经的环形通道穿过发动机的这些不同部分轴向延伸。气流在与燃料混合并在燃烧室燃烧之前，由压缩部进行压缩。燃烧中产生的气体然后穿过涡轮机部以便提供推力并驱动通过各驱动轴被连接到压缩部旋转部件上的涡轮机。
燃气轮机发动机的压缩部可以包括多个沿着发动机轴向连续布置的压缩机，以增加对气流的压缩。
例如，双转子压缩机，从发动机上游部开始轴向延伸，压缩部接连地包括：风扇、低压压缩机和高压压缩机。每一个压缩机包括旋转部(转子)和固定部(定子)以及壳(壳体)。内转子盖和外定子盖限定气流通过压缩机的环形通道的径向程度。
定子包括许多多行定子叶片，其固定在外定子盖上并穿过流道延伸到内转子盖上。
压缩机的转子包括许多多行压缩机叶片，其从内转子盖穿过流道径向延伸到外定子盖附近。
为了提高压缩机的效率，优选地是使压缩机叶片的顶部与外定子盖之间的间隙最小化。与本发明不相关的一种技术，包括在外定子盖上覆盖一层研磨材料，适于在与该材料接触的任何时候研磨叶片顶部。
本发明应用的另一项技术，包括在外定子盖上覆盖一层可研磨材料，即适于在接触到该材料时特别是因为传播过发动机的振动时被叶片顶部研磨的材料。
申请人发现在叶片顶部与可研磨材料接触时，叶片顶部会受到因与所述材料接触所产生的机械力。
这些机械力构成通过叶片传播的振动源。在振幅和/或频率的某些级别上，这些振动能够使叶片以一种共振模式产生共振，因而使叶片疲劳并可能会造成损坏。
申请人还观察到位于特别靠近叶片根部的临界区出现纵向裂缝，因而叶片在该位置存在破裂的危险。
发明内容
本发明试图为外定子盖上覆有可研磨材料的压缩机，提供一种压缩机叶片，以防止出现这些裂缝并因此防止叶片破裂。
为了达到上述目的，本发明通过叶片的顶部至少具有一个削边以便减少存在于叶片顶部与可研磨材料之间的接触区域的事实实现其目的。
在已知的压缩机叶片中，叶片顶部的表面以工作中叶片朝相反方向转时所述表面沿基本上与外定子盖相切的平面延伸的方式定型。
因此，存在于叶片顶部与可研磨材料之间的接触区域基本上与叶片顶部的表面区域相对应。
相反地，在本发明发动机的操作中，根据本发明叶片的削边部分不位于基本上与外定子盖相切的平面内。
因此，可以理解在发动机工作时，存在于本发明叶片顶部与可研磨材料之间的接触区域比存在于现有技术中的相应区域小。
接触区域的减少用于减少叶片顶部在与可研磨材料层接触时受到的径向和切向力，并因此使叶片的振动最小化。
优选地，所述至少一个削边大致在叶片的整个长度上延伸，其中叶片长度自然地包含叶片的纵向。
此外，叶片顶部的导边和尾边构成翼弦的端部，并且在沿与翼弦垂直的平面观察时，所述削边最好包括相对于与叶片顶部相切的平面倾斜的部分。
以已知方式，叶片具有在根部与顶部之间径向延伸且在导边与尾边之间纵向延伸的吸力侧表面和压力侧表面，压力侧表面的径向高度最好稍稍大于吸力侧表面的径向高度。
因而可以理解所述至少一个削边布置在吸力侧。
在优选实施例中，所述叶片顶部具有单个削边，在翼弦的整个长度上削边倾角基本上相同。
所述倾角最好朝向叶片的吸力侧张开。
有利地，所述倾角在5°到20°范围内。
又有利地，叶片顶部的剩余区域的宽度在0.1毫米至0.9毫米范围内。
优选地，当发动机工作时所述剩余区域沿与外定子盖相切的平面延伸。
附图说明
通过下面对非限制性实施例给出的本发明实施方式的描述，本发明的其它特征和优势将会更加清楚。
该描述参考附图，其中：
图1是沿燃气轮机发动机的压缩部纵向的局部视图；
图2是顶部与外定子盖的可研磨层接触时本发明压缩机叶片的示意图；
图3是本发明压缩机叶片的俯视图；和
图4是与本发明叶片顶部的与翼弦垂直的平面的局部剖视图。
具体实施方式
图1示出了燃气轮机发动机12的压缩部10的局部。压缩部表现为用来输送气流的环形通道14，其穿过发动机纵向延伸并在转子盘的内盖16与定子的外盖18之间径向延伸。内盖适于被设置成围绕发动机的纵轴20沿箭头22所示方向旋转，同时定子的外盖保持静止。气流穿过通道的方向如图中箭头F所示。
转子盘支撑在转子盘的内盖16与定子的外盖18之间径向延伸的多行压缩机叶片24。每个压缩机叶片24包括接合在转子盘凹进中的根部28、叶片的底翼部26，和远离根部28的顶部30。
定子包括多个定子叶片33，其固定在定子的外盖18上并同时沿着定子外盖18与转子内盖16之间的气流通道延伸。如图1所示，成行的压缩机叶片24和定子叶片33沿着发动机12的轴向20交替布置。
图2是本发明压缩机叶片24，其最好属于，但不是必须地属于位于压缩机部下游端的压缩机叶栅。
本发明的压缩机叶片24设有参考正交标架，包括纵轴X，切向轴Y和径向轴Z。纵轴X沿流动方向F延伸，切向轴Y沿内转子盖16的旋转方向延伸，而径向轴Z从内盖16朝向外盖18径向延伸。
每个压缩机叶片24具有压力侧表面32和吸力侧表面(suction side surface)34，其在压缩机叶片24的底翼部26与顶部之间径向延伸，并在导边36与尾边38之间纵向延伸。
如图2所示，外定子盖18的内表面被覆盖一层可研磨材料40，即适于在压缩机叶片顶部与该材料接触时被研磨的材料。考虑到存在于压缩机叶片24的顶部与覆盖外定子盖18的材料层之间的小间隙，由于发动机中的振动可能会发生这种接触。
为使压缩机叶片在与可研磨材料层40接触时受到的力最小，如图4所示在叶片顶部设有削边42。
削边42最好在叶片24顶部30的翼弦44的整个长度上延伸，即基本上在导边36与尾边38之间延伸。
削边42最好具有平面46，其相对于与叶片顶部相切的平面呈β角倾斜。然而，削边可以是凹进或凸起的曲面，从而不超出本发明的范围。
因此，压力面32的径向高度h1稍稍大于吸力侧表面34的径向高度h2。
根据本发明的优选特征，倾角β位于5°到20°的范围内。在此范围内的数值，已观察到切向振幅和施加到叶片顶部上的径向力明显减小了。
在优选的变形实施例中，削边42没有完全延伸到压力侧表面32以使叶片的顶部还具有剩余表面48，其沿切向的宽度为图4中的e。
有利地，该剩余表面48在发动机工作时沿与外定子盖18的相切的平面延伸，其宽度位于0.1毫米至0.9毫米范围内。
本发明压缩机叶片24顶部的形状用来减少与可研磨材料层接触的区域，并因此用来减少叶片在与可研磨材料层40接触时所受到的机械力。这种外力的减少会抑制可能会造成叶片共振并可能因此导致叶片破裂的振动的出现。
尽管上述描述涉及双转子涡轮机的压缩机叶片，但是本发明也用于单转子涡轮机(无风扇)，或者在低压压缩机与高压压缩机之间布置了中间压缩机的三转子涡轮机中。
本发明还涉及一种至少具有一行根据本发明叶片的压缩机转子，和包括这种压缩机转子的涡轮机。

Claims (8)

1.一种用于涡轮发动机(12)转子盘的压缩机叶片(24)，所述叶片具有纵向(X)、切向(Y)和径向(Z)的正交轴，所述叶片(24)在根部(28)和顶部(30)之间径向延伸，且在导边(36)与尾边(38)之间纵向延伸，所述叶片(24)用于在表面覆有可研磨材料(40)的外定子盖(18)内部旋转，叶片(24)的顶部(30)至少具有一个削边(42)以便减少存在于所述叶片(24)顶部与可研磨材料(40)之间的接触区域，所述叶片的特征在于，当沿切向观察时所述叶片顶部的剩余接触面(48)宽度在0.1毫米至0.9毫米范围内。
2.如权利要求1所述的压缩机叶片，其特征在于所述至少一个削边(48)在所述叶片(24)的大致整个长度上延伸。
3.如权利要求1或2所述的压缩机叶片，其特征在于所述叶片(24)顶部(30)的导边(36)和尾边(38)构成翼部(44)的边缘，当从与所述翼部垂直的平面观察时，所述削边(42)包括相对于与所述叶片顶部(30)切面倾斜的部件(46)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的压缩机叶片，其特征在于所述叶片具有吸力侧表面(34)和压力侧表面(32)，在根部(28)与顶部(30)之间径向延伸并在导边(36)与尾边(38)之间纵向延伸，压力侧的径向高度(h1)稍稍大于吸力侧的径向高度(h2)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的压缩机叶片，其特征在于所述叶片(24)顶部(30)的导边(36)和尾边(38)构成翼部(44)的端部，其中，所述叶片具有一个削边(42)，所述削边(42)的倾角(β)在所述翼部(44)的整个长度上基本相同。
6.如权利要求5所述的压缩机叶片，其特征在于所述倾角(β)在5°至20°范围内。
7.一种压缩机转子，其特征在于包括至少一列依据权利要求1至6中任一项所述的叶片。
8.一种涡轮机，其特征在于包括依据权利要求7所述的转子。
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