[發(fā)明專利]具有氣流引導(dǎo)的像素化表面特征樣式的渦輪機(jī)可磨耗層

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580021779.8
• 申請日: 2015-02-18
• 公開（公告）號: CN106232946B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: G.B.默里爾;M.C.P.布魯內(nèi)利;J.E.小施珀;D.G.桑索姆;C.施利希;D.措瓦;N.希奇曼
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號: F01D11/12
• 分類號: F01D11/12;F01D11/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 孟璞,張昱

優(yōu)先權(quán)聲明和相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求在下列美國專利申請下的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文：

于2014年2月25日提交的、分配的序列號為14/188,941的“TURBINE ABRADABLE LAYER WITH PROGRESSIVE WEAR ZONE HAVING A FRANGIBLE OR PIXELATED NIB SURFACE”；以及

于2014年2月25日提交的、分配的序列號為14/188,958的“TURBINE ABRADABLE LAYER WITH PROGRESSIVE WEAR ZONE MULTI LEVEL RIDGE ARRAYS”。

案卷編號為2014P23740WO，并且分配的序列號未知的發(fā)明名稱為“TURBINE COMPONENT COOLING HOLE WITHIN A MICROSURFACE FEATURE THAT PROTECTS ADJOINING THERMAL BARRIER COATING”的同時提交的國際專利申請被指明為相關(guān)申請并且通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及用于渦輪發(fā)動機(jī)（包括燃?xì)饣蛘哒羝麥u輪發(fā)動機(jī)）的可磨耗表面，包含這種可磨耗表面的發(fā)動機(jī)，以及用于減少發(fā)動機(jī)葉片尖端磨損和葉片尖端泄露的方法。更具體地，本發(fā)明的各種實(shí)施例涉及具有細(xì)長像素化主平面形態(tài)樣式（pixelated major planform patterns，“PMPP”）的可磨耗表面，用于在葉片尖端與基底表面之間選擇性地引導(dǎo)氣流。PMPP由多個非連續(xù)微型表面特征（micro surface features，“MSF”）構(gòu)成，該多個非連續(xù)微型表面特征從基底表面突出橫過大部分周向掃掠路徑從渦輪機(jī)葉片的尖端到尾端。在一些實(shí)施例中，PMPP沿著掃掠路徑在葉片尖端旋轉(zhuǎn)方向上徑向地重復(fù)。MSF形成的磨損區(qū)具有比先前已知的實(shí)心肋更小的截面面積，這保留了期望的葉片尖端間隙并減少了葉片尖端磨損和摩擦生熱。具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)造的MSF輪廓的磨損區(qū)PMPP平面形態(tài)減少了葉片尖端泄露，以提高渦輪發(fā)動機(jī)的效率，還減小了潛在的葉片和可磨耗接觸表面面積。

背景技術(shù)

已知渦輪發(fā)動機(jī)（包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)和蒸汽渦輪發(fā)動機(jī)）包含軸裝式渦輪葉片，渦輪葉片在周向上被渦輪殼體或者殼體包圍。流過渦輪葉片的熱氣體引起葉片旋轉(zhuǎn)，葉片旋轉(zhuǎn)將熱氣體內(nèi)的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，其可用于向諸如發(fā)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)器提供動力。參照圖1-6，諸如燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)80的已知渦輪發(fā)動機(jī)包括：多級壓縮機(jī)部段82、燃燒器部段84、多級渦輪機(jī)部段86和排氣系統(tǒng)88。大氣壓力的進(jìn)入空氣通常沿渦輪發(fā)動機(jī)80的軸向長度在流動箭頭F的方向上被吸入到壓縮機(jī)部段82中。進(jìn)入空氣通過成排的旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)葉片在壓縮機(jī)部段82中被逐漸地加壓，并且由相配的壓縮機(jī)導(dǎo)葉引導(dǎo)至燃燒器部段84，在該處其與燃料混合并且被點(diǎn)燃。點(diǎn)燃的燃料/空氣混合物（現(xiàn)在比原始的進(jìn)入空氣處于更高的壓力和速度下）被引導(dǎo)至渦輪機(jī)部段86中的相繼的多排R₁、R₂等。發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子和軸90具有多排翼面（airfoil）橫截面形狀的渦輪葉片92，其在壓縮機(jī)部段82和渦輪機(jī)部段86中終止于遠(yuǎn)端葉片尖端94。為了方便和簡潔，關(guān)于發(fā)動機(jī)中的渦輪葉片和可磨耗層的進(jìn)一步討論將集中在渦輪機(jī)部段86的實(shí)施例和應(yīng)用上，盡管類似的結(jié)構(gòu)也可適用于壓縮機(jī)部段82。每個葉片92均具有凹形輪廓高壓側(cè)96和凸形低壓側(cè)98。沿燃燒流動方向F流動的高速且高壓燃燒氣體施加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動在葉片92上，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。如眾所周知的，施加在轉(zhuǎn)子軸上的一些機(jī)械動力可用于執(zhí)行有用功。在轉(zhuǎn)子遠(yuǎn)端通過渦輪殼體100并且在轉(zhuǎn)子近端通過空氣密封件102徑向地約束燃燒氣體。參照圖2中示出的排1（Row 1）部段，相應(yīng)的上游導(dǎo)葉104和下游導(dǎo)葉106引導(dǎo)上游燃燒氣體使其大體上平行于渦輪葉片92的前緣的入射角并且使離開葉片的后緣的下游燃燒氣體轉(zhuǎn)向。