尖端斜面涡轮机叶片制造技术

涡轮机叶片（10）包括从尖端底部（40）延伸的第一和第二尖端肋（36，36），以限定尖端腔（42）。离开斜面（44）桥接肋（36，38）且从底部（40）向尾部高度升高。

【技术实现步骤摘要】
尖端斜面涡轮机叶片本申请是专利申请号为200710141724.8、申请日为2007年8月21日、名称为“尖端斜面涡轮机叶片”的专利申请的分案申请。
本专利技术一般地涉及燃气涡轮发动机，且更特定地涉及其内的涡轮机叶片。
技术介绍
在燃气涡轮发动机中，空气在压缩机内被加压且在燃烧器内与燃料混合以生成燃气。多种涡轮机级从燃气获取能量以驱动发动机和产生功。高压涡轮机（HPT）直接跟随燃烧器且从最热的燃气获取能量以通过一个驱动轴来驱动上游压缩机。低压涡轮机（LPT）跟随HPT且从燃气中获取另外的能量以驱动另一个驱动轴。在涡扇航空发动机应用内，LPT驱动上游风扇，或在海运和工业应用中驱动外部轴。发动机效率和燃料消耗率（SFC）在现代燃气涡轮发动机中是极为重要的设计目的。多种涡轮机转子叶片及其相应的喷嘴导叶具有精确地构造的空气动力学表面，以控制其上的速度和压力分布以最大化空气动力学效率。叶片和导叶的相应翼片具有轴向地在相对的前缘和后缘之间的弦向内延伸的一般地凹入的压力侧和一般地凸出的吸力侧。翼片在径向截面上具有新月形外形，该外形从前缘起宽度迅速增加到最大宽度区域，且然后宽度逐渐地降低到后缘。翼片的周向或横向相对的侧也径向地在从根部到尖端的跨度内延伸。翼片典型地具有由超合金金属铸造形成的薄的侧壁，带有内部冷却回路，内部冷却回路具有多种实施例，这些实施例都特别地定制以在运行期间有效地冷却翼片同时使效率最大化。然而，涡轮机翼片的空气动力学设计由于在翼片的完整行内的单独翼片的三维（3D）构造而显著地复杂，且在运行期间在翼片之间引导了相应的复杂的燃气流。除此设计和环境复杂性外，在涡轮机叶片的径向外部尖端周围具有特别的流场，该涡轮机叶片在运行期间在围绕的静止的罩内高速旋转。在叶片尖端和涡轮机罩之间的运行缝隙或间隙应根据实际尽可能小以最小化燃气流通过它的泄漏，而同时也允许叶片和罩的热膨胀和收缩，而在旋转的尖端和静止的罩之间没有不希望的摩擦。在运行期间，涡轮机行内的叶片驱动支承转子盘旋转，使得翼片吸力侧在相对的翼片压力侧前。翼片从转子盘的周边在径向方向典型地从跟部到尖端扭曲，且前缘与发动机轴向中心线轴线倾斜地面向上游，以匹配协作的喷嘴导叶的倾斜的排放旋流角。燃气一般地在轴向下游方向流动，使得周向或切向分量首先在一个流动方向接合翼片前缘，且然后在翼片的后缘上以不同的流动方向离开翼片。翼片的压力侧和吸力侧具有相应的不同的3D外形，以最大化其间的差压和从热燃气中获得的能量。凹入的压力侧和凸出的吸力侧实现了其上不同的速度和压力分布，这相应地在前缘和后缘之间且从跟部到尖端变化。然而，在翼片尖端上方在要求的尖端缝隙内泄漏的燃气如果有则产生了很小的有用功。进一步使涡轮机叶片设计复杂化的是暴露的叶片尖端，该尖端因此浸入在运行中从其上方泄漏的燃气中，且要求对尖端的合适的冷却以保证涡轮机叶片在运行期间的长的使用寿命。现代涡轮机叶片设计典型地合并了振鸣（squealer）尖端肋，振鸣尖端肋是翼片的压力侧和吸力侧的从前缘到后缘的小的径向延伸。尖端肋典型地具有矩形截面且横向地或周向地分开以限定在翼片顶上的打开的尖端腔，该尖端腔具有封闭了典型的空心的翼片和其内的内部冷却回路的整体式尖端底部。小的尖端肋在尖端摩擦的情况下提供了牺牲材料，以保护尖端底部和内部冷却回路防止不希望地损坏。尖端肋增加了燃气流场的复杂性，从而引入了局部次级场，该次级场影响涡轮机效率、流动泄漏和尖端冷却。燃气的主流动方向是邻近的叶片之间所限定的流道内的轴向下游方向。轴向流也沿径向方向从每个翼片的跟部到尖端变化。且这些轴向和径向流动变化进一步在翼片尖端上方是复合的，在此处燃气在每个翼片的压力侧和吸力侧之间泄漏。因此，现有技术充满多种解决包括涡轮机效率、尖端泄漏和尖端冷却的不同问题和性能考虑的涡轮机叶片尖端构造。这三个重要的考虑至少在部分上是相互依赖的，但在翼片尖端处且在前缘和后缘之间的不同压力侧和吸力侧上方的复杂的3D流场致使对其相当复杂的评估。然而，现代计算流体动力学（CFD）包括强大的软件，软件改进了对燃气涡轮发动机内的复杂3D流动的流数学分析能力且提供了以其可实现涡轮机叶片设计的进一步改进的机制。例如，希望通过降低尖端流动泄漏，或增加涡轮机效率，或改进尖端冷却，或这些因素的分开的或一起的任何组合而改进涡轮机叶片尖端设计。
技术实现思路
涡轮机叶片包括从尖端底部延伸的第一和第二尖端肋，以限定尖端腔。离开斜面桥接肋且从底部向尾部高度升高。附图说明在如下的详细描述中，根据优选的和典型的实施例，结合附图更特定地描述了本专利技术及其进一步的目的和优点，各图为：图1是典型的涡轮机转子叶片的部分剖开的等轴视图；图2是通过图1中图示的涡轮机翼片且沿线2-2的径向截面视图；图3是图1中图示的翼片尖端的前等轴视图；图4是通过图1中图示的翼片尖端的尾部端且沿线4-4的弦向截面视图；图5是通过图3中图示的翼片尖端且沿线5-5的横向截面视图；图6是根据替代的实施例的在图1中图示的翼片尖端的等轴视图；图7是根据替代的实施例的在图1中图示的翼片尖端的等轴视图；图8是根据替代的实施例的在图1中图示的翼片尖端的等轴视图。具体实施方式图1图示了在燃气涡轮发动机的HPT内使用的典型的第一级涡轮机转子叶片10。典型地由超合金金属铸造的叶片带有翼片12、在其跟部处的平台14和整体式单件组件的支承燕尾榫16。燕尾榫16可以具有任何常规形式，例如在图1中图示的轴向进入的燕尾榫，它将叶片安装在支承转子盘（未示出）的周边内的相应的燕尾榫槽内。盘保持了相互周向分开的整行叶片，以在其之间限定叶片间流道。在运行期间，燃气18在发动机的燃烧室（未示出）内生成且合适地在相应的涡轮机叶片10上引导到下游，叶片10从燃气获得能量以驱动支承转子盘。单独的平台14提供了燃气的径向内部边界且毗邻涡轮机叶片的完整行内的邻近的平台。图1和图2中图示的翼片12包括周向或横向相对的压力侧20和吸力侧22，它们在相对的前缘24和后缘26之间的弦向内轴向延伸，且在从翼片跟部28的跨度内径向延伸以终止在径向外部尖端盖或尖端30处。翼片压力侧20一般地在前缘和后缘之间凹入且与在前缘和后缘之间一般地凸出的翼片吸力侧22互补。翼片的压力侧20和吸力侧22的外表面具有典型的新月形形状或外形，常规的构造为在运行期间实现燃气在其上的相应的速度和压力分布以最大化从燃气的能量获得。图2图示了翼片的示例性的径向截面及其典型的新月形外形，如从燃气获取能量所要求的，其合适地从翼片的根部到尖端变化。各种径向截面共同的是翼片在横向宽度上从前缘24向尾部到刚好在翼片的弦中之前的最大宽度的隆起位置迅速增加，使得翼片然后宽度逐渐减小到窄或者薄的后缘26。翼片12典型地是空心的且包括内部冷却回路32，冷却回路32可以具有任何常规的构造，例如图示的两个终止在前缘后且后缘前的相应的流道内的三通蜿蜒回路。冷却回路延伸通过平台和燕尾榫，在燕尾榫基部带有相应的入口，用于从发动机的压缩机（未示出）以任何常规的方式接收加压的冷却空气34。以此方式，叶片通过内部冷却空气从跟部到尖端且在前缘和后缘之间被内部冷却，然后冷却空气可以通过薄的翼片侧壁以多种具有常规尺寸和构造的膜冷却孔的行排放。因为翼片前缘典型地受到最热的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮机叶片（10），其包括：翼片（12）、平台（14）和整体式燕尾榫（16）；所述的翼片（12）包括在相对的前缘（24）和后缘（26）之间的弦向延伸且在从跟部（28）到尖端（30）的跨度内纵向延伸的横向相对的压力侧（20）和吸力侧（22）；所述的尖端（30）包括在所述前缘（24）和后缘（26）之间从尖端底部（40）沿所述的压力侧（20）和吸力侧（22）向外延伸的第一尖端肋（36）和第二尖端肋（38），以限定尖端腔（42）；和离开斜面（44），其在所述后缘（26）附近的其尾部接合处桥接所述第一肋（36）和第二肋（38）且从所述尖端底部（40）向尾部高度升高。

【技术特征摘要】
2006.08.21 US 11/5071161.一种涡轮机叶片，其包括：中空翼片、平台和整体式燕尾榫；所述翼片包括横向相对的压力侧和吸力侧，压力侧和吸力侧在相对的前缘和后缘之间的弦向延伸且在从跟部到尖端的跨度内纵向延伸，所述压力侧是凹入，所述吸力侧是凸出的，所述压力侧和所述吸力侧向尾部朝所述后缘会聚在一起；所述尖端包括在所述前缘和后缘之间从尖端底部沿所述压力侧和吸力侧向外延伸的第一尖端肋和第二尖端肋，以限定尖端腔，所述尖端底部封闭了内部冷却回路，所述第一尖端肋和第二尖端肋分别与所述压力侧和吸力侧形成整体，且界定所述尖端腔，以向尾部宽度会聚到肋接合处；和离开斜面，其在所述后缘附近的其尾部接合处桥接所述第一尖端肋和第二尖端肋且从所述尖端底部向尾部高度升高，所述斜面向尾部宽度会聚，所述斜面包括向前与所述尖端底部融合的前部地区、与所述尖端肋的所述尾部接合处融合的尾部地区，和从所述前部地区向外倾斜到所述尾部地区的中间地区，所述前部地区弦向凹入且所述尾部地区弦向凸出。2.根据权利要求1所述的叶片，其中所述斜面的长度大于所述尖端腔的深度。3.根据权利要求1所述的叶片，其中所述斜面以浅的倾斜角向尾部升高。4.根据权利要求1所述的叶片，其中所述前部地区和尾部地区与所述尖端底部和肋接合处不同地融合。5.根据权利要求1所述的叶片，其中所述中间地区长于所述前部地区且与其平滑地融合，以及长于所述尾部地区且与其平滑地融合。6.根据权利要求1所述的叶片，其中所述中间地区弦向是直的。7.根据权利要求1所述的叶片，其中所述第一尖端肋和第二尖端肋界定所述压力侧和吸力侧，以限定向尾部会聚到单个离开斜面的单个尖端腔。8.一种中空涡轮机叶片，其包括第一尖端肋和第二尖端肋，以及离开斜面，所述第一尖端肋和所述第二尖端肋在前缘与后缘之间从尖端底部沿着压力侧和吸力侧向外延伸以在其间限定出尖端腔，所述尖端底部封闭了内部冷却回路，所述离开斜面桥接所述尖...

【专利技术属性】
技术研发人员：KS克拉辛，李经邦，PH维特，BD凯思，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US