[發(fā)明專利]航空力學(xué)葉片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810087060.6
• 申請日: 2008-04-11
• 公開（公告）號: CN101285402A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·R·凱羅;J·陳
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/14
• 分類號: F01D5/14;F01D5/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 溫大鵬;楊松齡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的披露內(nèi)容主要涉及渦輪機(jī)，特別是涉及航空力學(xué)葉片構(gòu)型。

背景技術(shù)

目前的航空力學(xué)葉片例如壓縮機(jī)葉片和渦輪機(jī)葉片可能在前緣處會經(jīng)受峰值應(yīng)力，這會導(dǎo)致前緣以及使葉片被附接到轉(zhuǎn)子盤上的根部附接部產(chǎn)生裂紋。通過一些設(shè)計特征例如底切特征而降低現(xiàn)有應(yīng)用中的前緣應(yīng)力的嘗試已經(jīng)提供了一些令人滿意的結(jié)果，但仍留出了用于進(jìn)行改進(jìn)的空間。葉片或根部附接部的設(shè)計方面的變化可使載荷路徑向后部移置而遠(yuǎn)離前緣從而由此降低前緣處的應(yīng)力水平，但這種設(shè)計的變化對于現(xiàn)有應(yīng)用中的使用而言可能是不可行的。因此，本領(lǐng)域需要一種克服了這些缺點(diǎn)的航空力學(xué)葉片布置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個實(shí)施例包括葉片。所述葉片包括金屬基底，所述金屬基底包括翼面，所述翼面的一部分包括位于所述翼面的表面內(nèi)的凹部，和被設(shè)置在所述凹部內(nèi)且被連結(jié)到所述凹部上的復(fù)合物嵌入件。

本發(fā)明的另一實(shí)施例包括渦輪機(jī)。所述渦輪機(jī)包括用來引導(dǎo)氣體流的外部框體、被設(shè)置在所述外部框體內(nèi)的轉(zhuǎn)子和與所述轉(zhuǎn)子可操作地連通的多個葉片。所述多個葉片中的至少一個葉片包括金屬基底，所述金屬基底包括翼面，所述翼面的一部分包括位于所述翼面的表面內(nèi)的凹部和被設(shè)置在所述凹部內(nèi)且被連結(jié)到所述凹部上的復(fù)合物嵌入件。

通過下面與附圖相結(jié)合地提供的對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)描述將更易于理解這些和其它優(yōu)點(diǎn)和特征。

附圖說明

參見典型附圖，在所述附圖中使用相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件，其中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的渦輪機(jī)；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的葉片的透視圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的葉片的側(cè)視圖；

圖4和圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的圖3所示葉片的剖視圖；

圖6、圖8和圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的多個實(shí)施例的葉片的側(cè)視圖；和

圖7、圖9和圖11分別示出了根據(jù)本發(fā)明的多個實(shí)施例的圖6、圖8、圖10所示葉片的剖視圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的一個實(shí)施例提供了一種經(jīng)過設(shè)計的材料體系的航空力學(xué)葉片(在本文中也被稱作“葉片”)，例如渦輪機(jī)葉片或壓縮機(jī)葉片，以便通過策略性地設(shè)置材料而使它們的性質(zhì)提供特定優(yōu)點(diǎn)從而利用不同材料的性質(zhì)。該經(jīng)過設(shè)計的材料體系利用了復(fù)合材料的高比強(qiáng)度和比剛度，所述復(fù)合材料的高比強(qiáng)度和高比剛度與耐磨損性和耐摩擦性、尺寸控制以及整體式金屬支撐結(jié)構(gòu)和根部附接部的總的堅(jiān)固性相結(jié)合起來而使載荷路徑向后移置而遠(yuǎn)離給定葉片設(shè)計的前緣。正如本文所使用地，術(shù)語“比強(qiáng)度”應(yīng)該指的是材料的任何給定強(qiáng)度(例如抗拉強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度或剪切強(qiáng)度)與材料密度之比。相似地，術(shù)語“比剛度”應(yīng)該指的是材料的任何給定剛度與材料密度之比。該經(jīng)過設(shè)計的材料體系還降低了葉片的平均密度從而使得降低了離心載荷。此外，該經(jīng)過設(shè)計的材料體系的參數(shù)使得允許調(diào)節(jié)葉片的固有頻率。

圖1示出了利用了多個渦輪機(jī)葉片和壓縮機(jī)葉片(圖2示出了所述多個渦輪機(jī)葉片和壓縮機(jī)葉片的一個實(shí)例)的渦輪機(jī)20，所述多個渦輪機(jī)葉片和壓縮機(jī)葉片通過轉(zhuǎn)子24與轉(zhuǎn)子軸22可操作地連通以便通過轉(zhuǎn)子24的旋轉(zhuǎn)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。氣體流入外部框體26內(nèi)且被外部框體26引導(dǎo)從而作用在多個渦輪機(jī)葉片上。渦輪機(jī)葉片提供了與氣體膨脹相關(guān)聯(lián)的能量向轉(zhuǎn)子24的旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)子24以本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到的方式被可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在緊靠渦輪機(jī)20的中心的位置處。渦輪機(jī)20可以是燃?xì)廨啓C(jī)，所述燃?xì)廨啓C(jī)使由于燃燒氣體的膨脹而產(chǎn)生的熱能發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而用于提供用來推進(jìn)交通工具例如飛機(jī)、船舶或火車的機(jī)械能、用于產(chǎn)生電力或者用于提供用于其它應(yīng)用例如泵送的機(jī)械能。另一種可選方式是，渦淪機(jī)20可以是蒸汽渦輪機(jī)，所述蒸汽渦輪機(jī)將由于高溫蒸汽的膨脹而產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為用于任何多種使用場合例如上面所述的那些使用場合的機(jī)械能。

現(xiàn)在參見圖2，圖中示出了復(fù)合物嵌入葉片50的一個實(shí)施例的透視圖。葉片50包括金屬支撐結(jié)構(gòu)54(在本文中也被稱作“基底”)和一組復(fù)合物嵌入件58。正如本文所使用地，附圖標(biāo)記58應(yīng)該指的是該成組的復(fù)合物嵌入件中的一個或多個嵌入件。金屬基底54包括一體的根部附接部62，例如多齒附接部或“冷杉形附接部(firtree)”(如圖2所示)和單齒附接部或“燕尾榫”(如圖3和圖5所示)。應(yīng)該意識到：附接62具有與設(shè)置在轉(zhuǎn)子盤65內(nèi)的開口63的幾何形狀互補(bǔ)的幾何形狀，以便通過轉(zhuǎn)子盤65將葉片50附接到轉(zhuǎn)子24上。葉片50還包括具有前緣66和后緣70的翼面64。