用于燃气轮机的包含一个或多个封装空洞的翼型制造技术

本技术提出一种用于燃气轮机的翼型、具有翼型的压气机、用于涉及翼型的方法以及用于制造翼型的方法。翼型从平台延伸，并且包括在后缘和前缘处相交的凹入侧和凸出侧。翼型具有顶端。此外，翼型具有一个或多个空洞。一个或多个空洞中的每个空洞被完全地封装在翼型内，从而一个或多个空洞中的每个空洞不与翼型的外部流体连接。此外，一个或多个空洞的总体积在翼型的总体积的5％至30％之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃气轮机的包含一个或多个封装空洞的翼型
本专利技术涉及燃气轮机，更具体地，涉及用于燃气轮机的翼型。
技术介绍
当燃气轮机在给定运行阶段运行时，例如在空转阶段、起飞阶段、爬升阶段、巡航阶段等运行时，燃气轮机的压气机部中的翼型会根据燃气轮机的运行的阶段而遭受各种激励频率。翼型所遭受的激励频率总体上与涡轮的转速相关，而涡轮的转速又取决于涡轮的运行阶段。激励频率还可能取决于其它因素，如翼型周围的气流中的扰动。翼型能够以不同的振动模式振动，例如以弯折模式、沿边模式、扭转模式、外倾模式等振动。翼型的给定振动模式的固有频率有时也被称为翼型的给定振动模式的振动模式频率。如果翼型经受与其给定振动模式的固有频率或振动模式频率相等的激励频率，翼型以及因此具有翼型的动叶容易因翼型中发生的共振而损坏。因此，在给定运行阶段的运行条件期间，防止翼型中的共振是重要的。因此，在翼型中，期望将某些频率(即，固有频率或振动模式频率)调谐至非期望范围(即，在给定运行阶段的激励频率附近的频率)之外，以排除或至少降低在燃气轮机的给定阶段的振动模式频率与激励频率大体匹配的可能性，即，使翼型将会经受激励频率的次数减少，该激励频率与翼型的多个固有频率中的、在给定运转条件下的一个固有频率相等。
技术实现思路
因此，本公开的目的在于提供一种用于燃气轮机的翼型，其中翼型的某些部分的质量和刚度被控制，使得翼型的给定振动模式的固有频率或振动模式频率被调谐至非期望范围之外，即，调谐至涡轮的给定运行阶段的激励频率左右的频率之外。上述目的通过本技术的根据权利要求1的翼型、根据权利要求10的用于燃气轮机的压气机、根据权利要求11的用于设计用于燃气轮机的翼型的方法以及根据权利要求23的用于制造用于燃气轮机的翼型的方法实现。本技术的有利实施例在从属权利要求中提供。权利要求1、10、11、23的特征可以与其各自的从属权利要求的特征进行组合，并且从属权利要求的特征可以被组合在一起。在本技术的第一方面，提出了一种用于燃气轮机或涡轮机的翼型。该翼型从平台延伸。该翼型包括：总体凹入侧(也被称为压力侧)，以及总体凸出侧(也被称为吸力侧)。凹入侧和凸出侧在一端的后缘处以及在另一端的前缘处相交。该翼型具有顶端。此外，翼型具有一个或多个空洞。一个或多个空洞中的每个空洞被完全地封装在翼型内，从而一个或多个空洞中的每个空洞与翼型的外部没有流体连接，即，诸如空气、气体或冷却液的流体不能从翼型的外部流到翼型的空洞中。类似地，诸如空气、气体或冷却液的流体不能或不会从翼型的空洞流到翼型的外部。此外，一个或多个空洞的总体积，即，所有空洞(无论是一个空洞还是多个空洞)的总体积均在翼型的体积的5％至30％之间。翼型的体积是由凹入侧、凸出侧、前缘、后缘、顶端以及平台的表面限定的体积，翼型从平台的表面径向延伸。对于翼型的给定振动模式，对应于翼型的给定振动模式的振动模式频率取决于翼型的挠曲部或挠曲区域的质量和刚度，挠曲部或挠曲区域即翼型中承受最大翘曲或弯折并且继而在给定振动模式下恢复形状的区域。对应于翼型的给定振动模式的振动模式频率还取决于翼型中翼型的挠曲区域周围的区域的质量和刚度。改变翼型中挠曲区域或包围挠曲区域的区域的质量和刚度会改变翼型的给定振动模式的振动模式频率。通过在翼型中翼型的挠曲区域或在挠曲区域周围的区域中引入一个或多个空洞，来改变翼型中挠曲区域或挠曲区域周围的区域的质量和刚度，并且这转而改变(即，降低或提高)对于给定振动模式的振动模式频率。因此，与翼型中不存在一个或多个空洞的情形相比，通过在翼型中相对于挠曲区域(即，在挠曲区域中或在挠曲区域外)具有一个或多个空洞，振动模式频率有所不同。如果是在没有一个或多个空洞的翼型中，振动模式频率会与在运行的特定阶段中运行的燃气轮机中翼型可能遭受的激励频率相同或大体相似，但是现在，在具有一个或多个空洞的翼型中，振动模式频率与在运行的特定阶段中运行的燃气轮机中翼型可能承受的激励频率不同。这样确保了当燃气轮机在运行的特定阶段运行时，翼型的给定振动模式出现的可能性降低。在本技术的第二方面，提出了一种燃气轮机的压气机。压气机包括根据本技术的第一方面所提出的翼型。在本技术的第三方面，提出了一种用于设计用于燃气轮机的翼型的方法。该方法包括：识别翼型中的挠曲部的步骤，其中挠曲部对应于翼型的预定振动模式、以及确定翼型的振动模式频率的步骤，其中振动模式频率对应于翼型的预定振动模式。该方法进一步包括确定翼型的外激励频率的步骤，其中外激励频率对应于燃气轮机的运行阶段。该方法最后包括通过在翼型中引入一个或多个空洞来改变翼型的振动模式频率的步骤，一个或多个空洞相对于挠曲部而被定位在翼型的内部，从而使改变后的翼型的振动模式频率区别于外激励频率。在该方法中，一个或多个空洞中的每个空洞被完全地封装在翼型内，从而一个或多个空洞中的每个空洞与翼型的外部没有流体连接，并且其中一个或多个空洞的总体积在翼型体积的5％至30％之间。通过在翼型中在挠曲区域或挠曲区域周围的区域中引入一个或多个空洞，来改变翼型中挠曲区域或挠曲区域周围的区域的质量和刚度，并且这转而改变(即，降低或提高)对于给定振动模式的振动模式频率。因此，该设计翼型的方法确保了当燃气轮机在运行的特定阶段运行时，翼型的给定振动模式出现的可能性降低。在设计方法的一个实施例中，在改变振动模式频率的步骤中，在翼型的挠曲部中引入一个或多个空洞，以降低振动模式频率。在方法的另一实施例中，在改变振动模式频率的步骤中，在翼型的挠曲部的外部引入一个或多个空洞，以提高振动模式频率。在该方法中，翼型的预定振动模式是弯折模式、扭转模式、延展模式、外倾模式及其组合中的一种。在本技术的第四方面，提出一种制造用于燃气轮机的翼型的方法。该方法包括根据本技术的第三方面的设计用于燃气轮机的翼型的步骤、以及根据所设计的翼型形成翼型的步骤。在该方法的一个实施例中，形成翼型的步骤包括增材制造技术。附图说明通过参考以下结合附图对本技术的实施例的描述，本技术的上述属性和其它特征及优点以及实现它们的方式将变得更加明显，并且将更好地理解本技术本身，在附图中：图1示出部分涡轮发动机的截面图，其中包含本技术的翼型；图2示意性地示出根据本技术的各方面的具有空洞的翼型的示例性实施例的前视图；图3示意性地示出具有图2所示空洞的翼型的侧视图的横截面；图4示意性地示出具有图2和图3所示空洞的翼型的顶视图的横截面；图5示意性地示出具有多个空洞的翼型的另一示例性实施例；图6示意性地示出具有多个空洞的翼型的另一示例性实施例，其示出确定翼型内每个空洞的位置的方案；图7示意性地示出具有空洞的翼型的示例性实施例，其示出空洞的位置的方案；图8示意性地示出具有空洞的翼型的另一示例性实施例，其示出空洞的位置的另一方案；图9示意性地示出具有空洞的翼型的又另一示例性实施例，其示出空洞的位置的又另一方案；图10示意性地示出具有空洞的图9所示翼型的替代示例性实施例，其示出与图9中所示位置的方案相对的空洞的位置的替代方案；图11示意性地示出具有空洞的翼型的另一示例性实施例，其示出空洞的位置的另外的方案；图12示意性地示出具有空洞的图11所示翼型的替代示例性实施例，其示出与图11所示的位置的方案相对的空洞的位置的替代方案；图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃气轮机(10)的翼型(1)，所述翼型(1)从一个平台(60)延伸并且包括：‑一个凸出侧(104)和一个凹入侧(102)、一个顶端(110)以及一个或多个空洞(70、71、72)，所述凸出侧(104)和所述凹入侧(102)在一个后缘(108)和一个前缘(106)处相交，其中所述一个或多个空洞(70、71、72)中的每个空洞被完全地封装在所述翼型(1)内，从而所述一个或多个空洞(70、71、72)中的每个空洞与所述翼型(1)的外部(5)没有流体连接，并且其中所述一个或多个空洞(70、71、72)的总体积在所述翼型(1)的体积的5％至30％之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.17 GB 1604525.41.一种用于燃气轮机(10)的翼型(1)，所述翼型(1)从一个平台(60)延伸并且包括：-一个凸出侧(104)和一个凹入侧(102)、一个顶端(110)以及一个或多个空洞(70、71、72)，所述凸出侧(104)和所述凹入侧(102)在一个后缘(108)和一个前缘(106)处相交，其中所述一个或多个空洞(70、71、72)中的每个空洞被完全地封装在所述翼型(1)内，从而所述一个或多个空洞(70、71、72)中的每个空洞与所述翼型(1)的外部(5)没有流体连接，并且其中所述一个或多个空洞(70、71、72)的总体积在所述翼型(1)的体积的5％至30％之间。2.根据权利要求1所述的翼型(1)，其中所述一个或多个空洞(70、71、72)至少包括第一空洞(71)，所述第一空洞(71)具有被定位在第一径向距离(h1)和第一周向距离(c1)处的一个形心(73)，所述第一径向距离(h1)从所述平台(60)而被测量，并且所述第一周向距离(c1)从所述前缘(106)而被测量，并且-其中所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一径向距离(h1)在所述翼型(1)的高度(H)的60％至90％之间，所述高度(H)沿所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一径向距离(h1)而被测量，并且所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一周向距离(c1)在所述翼型(1)的弦长(C)的30％至70％之间，所述弦长(C)沿所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一周向距离(c1)而被测量。3.根据权利要求1所述的翼型(1)，其中所述一个或多个空洞(70、71、72)至少包括第一空洞(71)，所述第一空洞(71)具有被定位在第一径向距离(h1)和第一周向距离(c1)处的一个形心(73)，所述第一径向距离(h1)从所述平台(60)而被测量，并且所述第一周向距离(c1)从所述前缘(106)而被测量，并且-其中所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一径向距离(h1)在所述翼型(1)的高度(H)的5％至20％之间，所述高度(H)沿所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一径向距离(h1)而被测量，并且所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一周向距离(c1)在所述翼型(1)的弦长(C)的30％至70％之间，所述弦长(C)沿所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一周向距离(c1)而被测量。4.根据权利要求2或3所述的翼型(1)，其中所述一个或多个空洞(70、71、72)至少包括第二空洞(72)，所述第二空洞(72)具有被定位在第二径向距离(h2)和第二周向距离(c2)处的一个形心(74)，所述第二径向距离(h2)从所述平台(60)而被测量，并且所述第二周向距离(c2)从所述前缘(106)测量，并且-其中所述第二空洞(72)的所述形心(74)的所述第二径向距离(h2)在所述翼型(1)的高度(H)的40％至60％之间，所述高度(H)沿所述第二空洞(72)的所述形心(74)的所述第二径向距离(h2)测量，并且所述第二空洞(72)的所述形心(74)的所述第二周向距离(c2)在所述翼型(1)的弦长(C)的30％至70％之间，所述弦长(C)沿所述第二空洞(72)的所述形心(74)的所述第二周向距离(c2)而被测量。5.根据权利要求1所述的翼型(1)，其中所述一个或多个空洞(70、71、72)至少包括第一空洞(71)，所述第一空洞(71)具有被定位在第一径向距离(h1)和第一周向距离(c1)处的一个形心(73)，所述第一径向距离(h1)从所述平台(60)而被测量，并且所述第一周向距离(c1)从所述前缘(106)或所述后缘(108)而被测量，并且-其中所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一径向距离(h1)在所述翼型(1)的高度(H)的5％至20％之间，所述高度(H)沿所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一径向距离(h1)测量，并且所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一周向距离(c1)在所述翼型(1)的弦长(C)的10％至25％之间，所述弦长(C)沿所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一周向距离(c1)测量。6.根据权利要求5所述的翼型(1)，其中所述一个或多个空洞(70、71、72)至少包括第二空洞(72)，所述第二空洞(72)具有被定位在第二径向距离(h2)和第二周向距离(c2)处的一个形心(74)，所述第二径向距离(h2)从所述平台(60)而被测量，并且所述第二周向距离(c2)从所述前缘(106)或所述后缘(108)而测量，并且-其中所述第二空洞(72)的所述形心(74)的所述第二径向距离(h2)在所述翼型(1)的高度(H)的5％至20％之间，所述高度(H)沿所述第二空洞(72)的所述形心(74)的所述第二径向距离(h2)测量，并且所述第二空洞(72)的所述形心(74)的所述第二周向距离(c2)在所述翼型(1)的弦长(C)的75％至90％之间，所述弦长(C)沿所述第二空洞(72)的所述形心(74)的所述第二周向距离(c2)而被测量，并且-其中所述第一空洞(71)和所述第二空洞(72)被定位在从所述前缘(106)和所述后缘(108)中选择的不同边缘处。7.根据权利要求1所述的翼型(1)，其中所述一个或多个空洞(70、71、72)至少包括第一空洞(71)，所述第一空洞(71)具有被定位在第一径向距离(h1)和第一周向距离(c1)处的一个形心(73)，所述第一径向距离(h1)从所述平台(60)而被测量，并且所述第一周向距离(c1)从所述前缘(106)或所述后缘(108)而被测量，并且-其中所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一径向距离(h1)在所述翼型(1)的高度(H)的80％至90％之间，所述高度(H)沿所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一径向距离(h1)而被测量，并且所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一周向距离(c1)在所述翼型(1)的弦长(C)的10％至25％之间，所述弦长(C)沿所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一周向距离(c1)而被测量。8.根据权利要求7所述的翼型(1)，其中所述一个或多个空洞(70、71、72)至少包括第二空洞(72)，所述第二空洞(72)具有被定位在第二径向距离(h2)和第二周向距离(c2)处的一个形心(74)，所述第二径向距离(h2)从所述平台(60)而被测量，并且所述第二周向距离(c2)从所述前缘(106)或所述后缘(108)而被测量，并且-其中所述第二空洞(72)的所述形心(74)的所述第二径向距离(h2)在所述翼型(1)的高度(H)的80％至90％之间，所述高度(H)沿所述第二空洞(72)的所述形心(74)的所述第二径向距离(h2)而被测量，并且所述第二空洞(72)的所述形心(74)的所述第二周向距离(c2)在所述翼型(1)的弦长(C)的75％至90％之间，所述弦长(C)沿所述第二空洞(72)的所述形心(74)的所述第二周向距离(c2)而被测量，并且-其中所述第一空洞(71)和所述第二空洞(72)被定位在从所述前缘(106)和所述后缘(108)中选择的不同边缘处。9.根据权利要求1所述的翼型(1)，其中所述一个或多个空洞(70、71、72)至少包括第一空洞(71)，所述第一空洞(71)具有被定位在第一径向距离(h1)和第一周向距离(c1)处的一个形心(73)，所述第一径向距离(h1)从所述平台(60)而被测量，并且所述第一周向距离(c1)从所述前缘(106)而被测量，并且-其中所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一径向距离(h1)在所述翼型(1)的高度(H)的15％至40％之间，所述高度(H)沿所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一径向距离(h1)而被测量，并且所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一周向距离(c1)在所述翼型(1)的弦长(C)的40％至60％之间，所述弦长(C)沿所述第一空洞(71)的所述形心(73)的所述第一周向距离(c1)而被测量。10.一种用于燃气轮机(10)的压气机(14)，其中所述压气机(14)包括根据权利要求1至9中任一项所述的翼型(1)。11.一种设计用于燃气轮机(10)的翼型(1)的方法(900)，所述方法(900)包括：-识别所述翼型(1)中的一个挠曲部(75)的步骤(500)，其中所述挠曲部(75)对应于所述翼型(1)的一个预定振动模式；-确定所述翼型(1)的一个振动模式频率的步骤(600)，其中所述振动模式频率对应于所述翼型(1)的所述预定振动模式；-确定所述翼型(1)的一个外激励频率的步骤(700)，其中所述外激励频率对应于所述燃气轮机(10)的一个运行阶段；以及-通过在所述翼型(1)中引入一个或多个空洞(70、71、72)来改变所述翼型(1)的所述振动模式频率的步骤(800)，所述一个或多个空洞(70、71、72)相对于所述挠曲部(75)而被定位在所述翼型(1)的内部，从而使改变后的所述翼型(1)的所述振动模式频率区别于所述外激励频率，-其中所述一个或多个空洞(70、71、72)中的每个空洞被完全地封装在所述翼型(1)内，从而所述一个或多个空洞(70、71、72)中的每个空洞与所述翼型(1)的外部(5)没有流体连接，并且其...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·米尔纳，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE