TWI440768B - 氣渦輪引擎之定子葉片 - Google Patents

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Description

氣渦輪引擎之定子葉片
本發明係關於氣渦輪引擎之定子葉片，尤其係具有葉片平臺之定子葉片。
在一氣渦輪中係使用複數個固定的定子或導向葉片，其沿著渦輪部分之圓周配置成排。由於該等定子葉片常遭受由燃燒室流出之熱氣及具有高壓之影響，在定子葉片及平臺中會出現高應力。該平臺位於熱氣流和充滿冷空氣的空間之間。為密封該空間與熱氣隔絕，該平臺通常具有側壁，該等側壁具有在平臺之縱向延伸之凹槽。兩相鄰平臺之凹槽(在圓周方向)容納在兩平臺之間延伸的密封板。在一些例子中，在定子葉片之後緣和凹槽之間的距離(在氣渦輪之圓周方向)可為非常小。這會導致相當大的應力集中，尤其在定子葉片之後緣中及在定子葉片之後緣區域的平臺中。由於該等應力集中，定子葉片之使用壽命係顯著地降低了。
本發明解決該等問題。本發明欲提供氣渦輪之定子葉片，此定子葉片包含一具有改良設計之平臺，其降低在定子葉片之後緣及在定子葉片之後緣區域的葉片平臺之應力集中。
根據本發明，該等問題係藉由提供氣渦輪之定子葉片來解決，此定子葉片具有一包含請求項1之特徵的葉片平 臺。根據本發明的定子葉片之較佳實施例可在附屬請求項中發現。
根據本發明，一定子葉片具有一前緣和一後緣及至少在該前緣和後緣之間延伸的一平臺。該平臺具有實質在氣渦輪之軸向和徑向延伸的第一和第二側壁。第一側壁(至少在後緣區域)具有沿平臺之縱向延伸用於容納一密封板之凹槽，藉此在後緣區域內之密封板之第一側壁具有自凹槽延伸之凹部。
在定子葉片之後緣區域內之葉片平臺中的凹部降低在定子葉片之後緣中及在定子葉片之後緣區域的葉片平臺中之應力集中。因此降低在該等區域中之低循環疲勞及潛變率。
在本發明之一有益的實施例中，在氣渦輪之圓周方向的凹部之深度與凹槽之深度實質上相同。藉此，大幅降低了在定子葉片之後緣及在定子葉片之後緣區域之葉片平臺中的應力集中。
當結合附圖，本發明之上述及其他目的、特徵和優點將由以下描述之其若干較佳實施例而更為明顯。
圖5和6顯示先前技術之具有葉片平臺2的定子葉片1。在氣渦輪中係使用複數個這種固定的定子葉片1，其圍繞渦輪部分之圓周而配置成排。
定子葉片1具有前緣12和後緣8，藉此葉片平臺2至少在前緣12和後緣8之間延伸。附接元件13是提供於葉片平臺2 之徑向外側上用於在徑向及圓周方向上定位定子葉片1。
葉片平臺2進一步具有實質上在渦輪的縱向及徑向延伸之側壁5、6。
葉片平臺2是位於在熱氣流3和充滿冷卻空氣的空間4之間的徑向方向上。為密封該空間4與熱氣流隔絕，側壁5、6各具有在葉片平臺2之縱向延伸的凹槽7。兩相鄰葉片平臺2之凹槽7容納在兩葉片平臺之間延伸的一密封板。凹槽7在氣渦輪之軸向延伸至少在定子葉片1之後緣8區域中，且定子葉片1之後緣8與凹槽7之間在氣渦輪的圓周方向上的距離可為非常小，如圖6中可見，其顯示經由葉片部分之徑向外部區段的橫剖面，以及在凹槽7區域內之局部視圖。
由於定子葉片1在使用中常遭受流出燃燒室外之熱氣3及高壓的影響，在定子葉片1之後緣區域中及在定子葉片1之後緣區域的區域中之葉片平臺2中會出現高應力集中。由於在圖6之圓圈9區域內應力集中，定子葉片1之使用壽命係顯著地降低了。在圖5和6中，定子葉片1具有徑向外部的葉片平臺。然而，定子葉片1亦可具有徑向內部的葉片平臺，其同樣具有在葉片平臺之縱向上的凹槽，藉此在使用中應力集中出現在定子葉片1之後緣區域中以及在定子葉片1之後緣8區域的徑向內部的葉片平臺中。
圖1顯示根據本發明之一較佳實施例的包含葉片平臺2之定子葉片1。相似元件具有相似的參考標號。根據本發明，在後緣8區域內的葉片平臺2之第一側壁5具有自凹槽7 延伸的凹部10。在此較佳實施例中，凹部10是直接相對於在葉片平臺2之縱向上的後緣8。凹部10較佳為徑向向外並垂直於凹槽7延伸。尤其係，僅第一側壁5具有此一凹部10。
葉片平臺2在徑向上可具有一在凹部10之相對側的凸起部分11，藉此凹部10係提供於葉片平臺2之縱向上的凸起部分11之區域中。尤其係，凹部10可配置在葉片平臺2之縱向上的凸起部分11之下游端區域內。
參閱圖3，其顯示經由葉片部分之徑向外部區段之一橫剖面以及凹槽7區域的局部視圖，由圖可見在後緣8與在氣渦輪之圓周方向的凹部10之間的距離可小於或等於凹槽7之深度。然而，在此區域中的應力集中會因著此凹部10而予以降低，因此，在該等區域中的低循環疲勞和潛變率會予以降低。
在氣渦輪之圓周方向上的凹部10之深度較佳為與凹槽7之深度實質上相同，如由圖3所見。在葉片平臺2之縱向上的凹部10之寬度較佳為在其深度之一和三倍之間，且凹部之剖面較佳實質上為長方形。然而，剖面可具有其他形式，例如，具有以某一角度延伸至葉片平臺2之縱向上的側壁。
在圖1至4中，定子葉片具有徑向外部的葉片平臺2。然而，定子葉片亦可具有徑向內部的葉片平臺(未顯示)，其同樣具有在葉片平臺之縱向上的凹槽7，藉此，在使用中，應力集中出現在定子葉片的後緣區域中與在徑向內部 的葉片平臺中。在此狀況中，在後緣8區域中之徑向內部平臺之第一側壁可具有自凹槽7徑向向內延伸之凹部。
根據本發明之該等實施例的前述描述僅作例示之目的，且不應該被認為限制本發明之範圍。
尤其係，鑑於該等較佳實施例，熟習此項技術者可在不脫離本發明之範圍的情況下，在形式和細節上做不同的改變及修改。因此，本發明之揭示不應該予以限制。反而，本發明之揭示應該用來闡明在以下請求項中所提出之本發明的範圍。
1‧‧‧定子葉片
2‧‧‧平臺
3‧‧‧氣流
4‧‧‧空間
5‧‧‧第一側壁
6‧‧‧第二側壁
7‧‧‧凹槽
8‧‧‧後緣
9‧‧‧圓圈
10‧‧‧凹部
11‧‧‧凸起部分
12‧‧‧前緣
13‧‧‧附接元件
本發明係藉由參閱在圖式中示意描繪之實施例而予以說明，且在上文係參考該等圖式更具體地描述本發明。
圖1係根據本發明之一有利實施例之具有一平臺的一定子之透視圖；圖2係根據本發明之一有利實施例之具有一平臺的一定子之側視圖；圖3顯示根據本發明之一有利實施例之定子葉片的後緣與凹槽之間的關係；圖4係經由圖2的線A－A之平臺的剖視圖；圖5係為先前技術之具有一平臺的定子葉片之側視圖；圖6顯示先前技術之定子葉片的後緣與葉片平臺中的凹槽之間的關係。
1‧‧‧定子葉片
2‧‧‧平臺
3‧‧‧氣流
5‧‧‧第一側壁
6‧‧‧第二側壁
7‧‧‧凹槽
8‧‧‧後緣
10‧‧‧凹部
11‧‧‧凸起部分
12‧‧‧前緣
13‧‧‧附接元件

Claims (9)

  1. 一種氣渦輪引擎之定子葉片，其包含一前緣(12)和一後緣(8)及至少在該前緣和該後緣(8)之間延伸的一葉片平臺，該葉片平臺(2)具有實質上在該氣渦輪引擎之徑向和軸向延伸的第一和第二側壁(5、6)，藉此，至少該第一側壁(5)，其至少在該後緣(8)的該區域內具有在該葉片平臺(2)之縱向延伸之用於容納一密封板之一凹槽(7)，其特徵在於：在該後緣(8)的該區域內之該葉片平臺(2)之該第一側壁(5)具有自該凹槽(7)延伸之一凹部(10)，且該氣渦輪之該圓周方向之該凹部(10)之深度與該凹槽(7)之深度實質上相同。
  2. 如請求項1之定子葉片，其特徵在於該凹部(10)係提供於該定子葉片之一徑向外部平臺(2)中。
  3. 如請求項1之定子葉片，其特徵在於該凹部(10)徑向向外並實質上垂直於該凹槽(7)延伸。
  4. 如請求項1之定子葉片，其特徵在於該凹部(10)經配置成在該葉片平臺(2)之該縱向上與該後緣(8)直接相對。
  5. 如請求項1之定子葉片，其特徵在於該後緣(8)和在該氣渦輪之該圓周方向之該凹部(10)之間的距離係小於或等於該凹槽(7)之深度。
  6. 如請求項1之定子葉片，其特徵在於在該葉片平臺(2)之該縱向的該凹部(10)之寬度是介於其深度的一倍與三倍之間。
  7. 如請求項1之定子葉片，其特徵在於該凹部(10)之剖面為 長方形。
  8. 如請求項1之定子葉片，其特徵在於該葉片平臺(2)具有一凸起部分在該凹部(10)之該相對側上，該凸起部分處於該凹部(10)之該區域中。
  9. 如請求項1之定子葉片，其特徵在於該凹部(10)係提供於一徑向內部葉片平臺(2)中，藉此該凹部徑向向內並實質上垂直於該凹槽(7)延伸。
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