[發(fā)明專利]具有其中帶有凹陷表面區(qū)的平臺的旋轉(zhuǎn)翼型構(gòu)件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310235196.8
• 申請日: 2013-06-14
• 公開（公告）號: CN103510995A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S.N.吉里;H.博馬納卡特;M.巴納卡;J.D.小沃德;J.M.羅馬斯
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/02
• 分類號: F01D5/02;F01D5/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強(qiáng);楊炯

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及燃?xì)鉁u輪和其它渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)翼型構(gòu)件。更特別地，本發(fā)明涉及具有構(gòu)造成提高徑向剛度和減小其中的壓縮應(yīng)力的平臺的渦輪翼型構(gòu)件。

背景技術(shù)

輪葉(葉片)和噴嘴(導(dǎo)葉)是位于燃?xì)鉁u輪的渦輪區(qū)段內(nèi)的熱氣路徑中的構(gòu)件的示例。而噴嘴是靜止構(gòu)件，輪葉是旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件安裝到渦輪區(qū)段內(nèi)的轉(zhuǎn)子輪上，以將熱的燃燒氣體的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。

作為非限制性示例，圖1示意性地顯示功率發(fā)生工業(yè)中使用的類型的陸上燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的輪葉10。如圖1中顯示的那樣，輪葉10包括從柄部14延伸的翼型12。輪葉10另外顯示為配備有形成于其柄部14上的鳩尾16，傳統(tǒng)上，輪葉10可通過鳩尾16來錨定到轉(zhuǎn)子輪(未顯示)上，因為鳩尾16接收在限定在輪的周邊中的互補(bǔ)槽口中。鳩尾16傳統(tǒng)上構(gòu)造成“軸向進(jìn)入”類型，其中，鳩尾16具有適于配合轉(zhuǎn)子輪中的互補(bǔ)形鳩尾槽口的“杉樹”形狀。輪葉10的翼型12直接經(jīng)受燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的渦輪區(qū)段內(nèi)的熱氣路徑。還顯示了輪葉10具有平臺18，平臺18形成熱氣路徑的徑向內(nèi)側(cè)邊界的一部分，并且因此，平臺18經(jīng)歷非常高的熱負(fù)荷。輪葉10的其它相對傳統(tǒng)的特征包括沿軸向凸離柄部14的前端和后端的密封凸緣(“天使翼”)19。

燃?xì)鉁u輪的輪葉(和葉片)典型地由具有對渦輪運行溫度和條件合乎需要的機(jī)械屬性和環(huán)境屬性的鎳基超合金、鈷基超合金或鐵基超合金形成。因為燃?xì)鉁u輪的效率取決于其運行溫度，所以需要一種能夠經(jīng)受住不斷升高的溫度的構(gòu)件。隨著構(gòu)件的最大局部溫度達(dá)到其合金的熔化溫度，強(qiáng)制空氣冷卻變得必不可少。由于這個原因，燃?xì)鉁u輪輪葉的翼型往往需要復(fù)雜的冷卻方案，其中，空氣被強(qiáng)制通過翼型內(nèi)的內(nèi)部冷卻通道，以及然后通過翼型表面處的冷卻孔而排出。

平臺18所經(jīng)受的高的熱負(fù)荷也會損害構(gòu)件壽命。特別地，高的熱負(fù)荷可使平臺18凸脹和過度變形，從而導(dǎo)致可能有低循環(huán)疲勞(LCF)和蠕變失效。在圖2中示意性地顯示平臺變形的一個形式，圖2顯示了輪葉10的平臺區(qū)的局部視圖。如圖2中顯示的那樣，平臺18的變形可在平臺18的徑向最外部(上部)表面20引起凸脹部22。凸脹部22沿輪葉10的翼展方向凸起(由圖2中的箭頭指示)，翼展方向?qū)?yīng)于翼型12從平臺18延伸的方向。由于熱的燃燒氣體在平臺表面20上流動(也由圖2中的箭頭指示)，凸脹部22可引起下游渦流，渦流會導(dǎo)致性能損失。為了減小熱負(fù)荷及其損害后果，傳統(tǒng)的做法是對輪葉10的柄部14和平臺18采用冷卻方案，這通常是由從發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)區(qū)段(未顯示)泄放出的空氣獲得的冷卻空氣流的形式。但是，這個吹掃流對于渦輪發(fā)動機(jī)的整體性能是代價高昂的，并且因此冷卻空氣流的任何減少對于渦輪效率都將是有利的。

考慮到以上，在不需要冷卻空氣流有任何進(jìn)一步提高的情況下降低輪葉平臺變形的趨勢和程度將是合乎需要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)翼型構(gòu)件，其中，構(gòu)件具有沿構(gòu)件的翼展方向?qū)?zhǔn)的翼型部分、柄部部分，以及在翼型部分和柄部部分之間定向成橫向于翼展方向的平臺。平臺構(gòu)造成沿構(gòu)件的翼展方向提高剛度，以便在渦輪機(jī)的運行期間，減小平臺的變形和應(yīng)力。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，平臺具有在翼型部分附近的外徑向表面，以及在柄部部分附近且設(shè)置成與外徑向表面相對的內(nèi)徑向表面。外徑向表面適于在構(gòu)件安裝在渦輪機(jī)中時，限定氣體流徑的徑向內(nèi)側(cè)邊界，以便經(jīng)受沿渦輪機(jī)的流向流過渦輪機(jī)的氣體流。平臺的橫截面由外徑向表面和內(nèi)徑向表面限定，并且沿翼展方向在外徑向表面和內(nèi)徑向表面之間。平臺另外由相對地設(shè)置的第一端壁和第二端壁界定，第一端壁和第二端壁中的各個都在外徑向表面和內(nèi)徑向表面之間且與外徑向表面和內(nèi)徑向表面相連，并且大致對準(zhǔn)流向。至少第一凹陷區(qū)限定在平臺的外徑向表面中。第一凹陷區(qū)沿與翼展方向相反的柄部方向從平臺平面延伸，平臺平面包含外徑向表面的在與流向相反的上游方向上在第一凹陷區(qū)的上游的部分，而且還包含外徑向表面的在流向上在第一凹陷區(qū)的下游的部分。第一凹陷區(qū)與第一端壁相連，并且從第一端壁延伸向翼型部分。第一凹陷區(qū)限定在柄部方向上看到的表面形狀，并且限定橫向于流向且從第一端壁延伸向翼型部分的輪廓形狀。

根據(jù)本發(fā)明的特定的方面，旋轉(zhuǎn)翼型構(gòu)件可為陸上燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的輪葉。根據(jù)本發(fā)明的另一個特定的方面，平臺的內(nèi)徑向表面具有互補(bǔ)部分，互補(bǔ)部分具有與第一凹陷區(qū)的輪廓形狀互補(bǔ)的輪廓形狀，使得第一凹陷區(qū)和互補(bǔ)部分之間的平臺的橫截面具有大致均勻的厚度。