具有末端沟槽的涡轮机叶片制造技术

一种涡轮机叶片（1）包括设置在叶片翼型件（10）的外壁（12）上的末端盖（32）。沟槽（40）限定在末端盖（32）的面向热气体路径流体的径向外侧上。沟槽（40）由沟槽底部（42）形成，所述沟槽底部在横向相对侧上与第一和第二沟槽侧面（44、46）侧面相接，使得沟槽底部（42）相对于末端盖（32）的径向外表面（32b）径向向内定位。沟槽（40）从位于或接近翼型件前缘（18）的沟槽入口（52）延伸至位于或接近翼型件后缘（20）的沟槽出口（54）。沟槽（40）构造成夹带末端泄漏流从沟槽入口（52）到沟槽出口（54）。

Turbine blades with end grooves

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有末端沟槽的涡轮机叶片
本专利技术涉及用于燃气涡轮发动机的涡轮机叶片，并且特别地涉及涡轮机叶片末端。
技术介绍
在诸如燃气涡轮发动机的涡轮机中，空气在压缩机区段中加压，并且然后在燃烧器区段中与燃料混合并燃烧，以产生热的燃烧气体。热的燃烧气体在发动机的涡轮机区段内膨胀，在涡轮机区段中，能量被提取以向压缩机区段提供动力并且产生有用功，诸如使发电机转动以产生电力。热的燃烧气体行进通过涡轮机区段内的一系列涡轮机级。涡轮机级可以包括一排固定翼型件，即导叶，后面是一排旋转翼型件，即涡轮机叶片，其中涡轮机叶片从热燃烧气体提取能量以提供输出功率。通常，涡轮机叶片由在一端处的根部和形成从联接到根部的平台向外延伸的翼型件的细长部分形成。该翼型件包括在径向外端处的末端、前缘和后缘。涡轮机叶片的末端通常具有末端特征，以减小涡轮机的气体路径中的环段和叶片之间的空隙的尺寸，以防止末端流泄漏，这减小了由涡轮机叶片产生的扭矩量。末端特征通常被称为凹槽末端（squealertip），并且经常结合到叶片的末端上，以帮助减少涡轮机级之间的压力损失。这些特征设计成使叶片末端与环段之间的泄漏最小化。
技术实现思路
简言之，本专利技术的方面提供了一种涡轮机叶片，其具有用于减少泄漏流的改善的叶片末端设计。根据本专利技术的一方面，提供了一种涡轮机叶片。该叶片包括翼型件，该翼型件包括由在前缘处和在后缘处接合的压力侧和吸力侧形成的外壁。叶片具有在第一径向端处的叶片末端和在与第一径向端相对的第二径向端处的叶片根部，所述叶片根部用于支撑叶片和用于将叶片联接到盘。叶片末端包括设置在翼型件的外壁上的末端盖。沟槽限定在末端盖的面向热气体路径流体的径向外侧上。沟槽由沟槽底部形成，沟槽底部在横向相对侧上与第一和第二沟槽侧面侧面相接（flanked），使得沟槽底部相对于末端盖的径向外表面径向向内定位。沟槽从位于前缘处或接近前缘的沟槽入口延伸到位于后缘处或接近后缘的沟槽出口。沟槽构造成夹带末端泄漏流从沟槽入口到沟槽出口。附图说明借助于附图更详细地示出本专利技术。附图示出了具体的构造，并且不限制本专利技术的范围。图1是已知类型的涡轮机叶片的透视图；图2是沿图1中的截面II-II的截面视图；图3是根据本专利技术的一个实施例的具有末端沟槽的涡轮机叶片的径向俯视图；图4是沿图3中的截面IV-IV的截面视图；图5是具有基线凹槽末端构造的涡轮机叶片的透视图，其示出了描绘末端泄漏流的流线；图6是具有末端沟槽构造的涡轮机叶片的透视图，其示出了描绘末端泄漏流的流线；图7是根据本专利技术的另一实施例的具有末端沟槽的涡轮机叶片的径向俯视图；以及图8、图9和图10是示出了本专利技术的包括末端沟槽和一个或多个凹槽末端壁的组合的各种其它实施例的截面图。具体实施方式在优选实施例的以下具体实施方式中，参考了构成其一部分的附图，并且在附图中，通过说明而非限制的方式示出了可以实施本专利技术的具体实施例。要理解的是，可以使用其它实施例，并且可以在不背离本专利技术的精神和范围的情况下进行改变。在本说明书的上下文中，术语“弦长”是指沿着翼型件弧线从前缘到后缘的距离。弧线是指在压力侧和吸力侧之间从翼型件的前缘到后缘居中地延伸的假想线。当位置被表示为弦长的百分比时，它指的是沿着弧线从前缘到从所述位置引出的垂线与弧线相交的点的距离，作为弦长的百分比。参考附图，其中相同的附图标记表示相同的元件，图1示出了涡轮机叶片1。叶片1包括大致中空的翼型件10，其从叶片平台6径向向外延伸，并且延伸到热气体路径流体流中。根部8从平台6径向向内延伸，并且可以包括例如用于将叶片1联接到转子盘（未示出）上的常规枞树形状。翼型件10包括外壁12，其由在前缘18处和在后缘20处接合在一起的大致凹入的压力侧14和大致凸出的吸力侧16形成，该前缘18和后缘20限定了弧线29。翼型件10从径向内端处的根部8延伸至径向外端处的末端30，并且可以采用适于从热气流中提取能量并引起转子盘旋转的任何构造。如图2中所示，中空翼型件10的内部可以包括限定在压力侧14的内表面14a和吸力侧16的内表面16a之间的至少一个内腔28，以形成用于涡轮机叶片1的内部冷却系统。内部冷却系统可以接收冷却剂，诸如从压缩机区段（未示出）转移的空气，所述冷却剂可以经由通常设置在叶片根部8中的冷却剂供应通道进入内腔28。在内腔28内，冷却剂可以沿大致径向方向流动，在经由外部孔口17、19、37、38排放到热气体路径中之前，从压力侧14和吸入侧16的内表面14a、16a吸收热量。特别是在高压涡轮机级中，叶片末端30可以常规地形成为所谓的“凹槽末端”。共同参考图1-2，叶片末端30可以由在外壁12的径向外端处设置在外壁12上的末端盖32形成。末端盖32包括面向内腔28的径向内表面32a和暴露于热气体路径流体的径向外表面32b。叶片末端30还包括一对凹槽末端壁，即压力侧凹槽末端壁34和吸力侧凹槽末端壁36，均从末端盖32径向向外延伸。压力侧凹槽末端壁34和吸力侧凹槽末端壁36可以基本上或完全地沿末端盖32的周边延伸，以在压力侧凹槽末端壁34的内表面34a和吸力侧凹槽末端壁36的内表面36a之间限定末端腔35。压力侧凹槽末端壁34的外表面34b可以与压力侧14的外表面14b邻接，而吸力侧凹槽末端壁36的外表面36b可以与吸力侧16的外表面16b邻接。叶片末端30可以另外包括多个冷却孔37、38，其将内腔28与叶片末端30的暴露于热气体路径流体的外表面流体地连接。在所示的示例中，冷却孔37形成为穿过压力侧凹槽末端壁34，而冷却孔38形成为穿过末端盖32而通向末端腔35。另外或替代地，冷却孔可以设置在叶片末端30处的其它位置处。凹槽末端壁34、36通常设计成涡轮机叶片中的牺牲特征，以保持叶片末端的径向最外侧点与固定涡轮机部件（诸如环段90）（见图2）之间的小的径向末端间隙G，以用于更好的涡轮机效率，并且在发动机瞬态操作期间，在末端30摩擦环段90的情况下，保护末端盖32下方的翼型件内部冷却系统。在操作中，涡轮机叶片1的压力侧和吸力侧之间的压力差可以驱动泄漏流FL通过在旋转叶片末端30和周围的固定涡轮机部件（未示出）之间的间隙而从压力侧到吸力侧。泄漏流FL可以导致涡轮机转子的效率降低。这种效率损失可能有两个主要原因：首先，末端泄漏流FL在叶片上不施加功，因此减少了所产生的功率；其次，当末端泄漏流离开间隙时，末端泄漏流FL可以与气体路径流体的主流FM（其大致沿轴向方向）混合，卷起到旋涡结构VT中（见图2）。称为末端泄漏涡流的旋涡结构VT导致压力损失和转子效率的进一步降低。将叶片末端构造成具有一个或多个凹槽末端壁34、36的凹槽可以减轻与末端泄漏流相关的一些问题。本专利技术的实施例的目的在于通过提供在叶片末端处结合有沟槽的新颖的叶片末端几何形状来进一步改善末端泄漏损失。图3和图4中描述了本专利技术的第一示例性实施例，其中相同的附图标记用于相同的元件。类似于图1-2中所示的构造，图3-4中所示的涡轮机叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮机叶片（1），包括：/n翼型件（10），其包括由在前缘（18）处和在后缘（20）处接合的压力侧（14）和吸力侧（16）形成的外壁（12），/n在第一径向端处的叶片末端（30）以及在与所述第一径向端相对的第二径向端处的叶片根部（8），所述叶片根部用于支撑所述叶片（1）并且用于将所述叶片（1）联接到盘，/n其中，所述叶片末端（30）包括：/n末端盖（32），其设置在所述翼型件（10）的所述外壁（12）上，/n其中，沟槽（40）限定在所述末端盖（32）的面向热气体路径流体的径向外侧上，所述沟槽（40）由沟槽底部（42）形成，所述沟槽底部在横向相对侧上与第一沟槽侧面和第二沟槽侧面（44、46）侧面相接，使得所述沟槽底部（42）相对于所述末端盖（32）的径向外表面（32b）径向向内定位，/n其中，所述沟槽（40）从位于所述前缘（18）处或接近所述前缘的沟槽入口（52）延伸至位于所述后缘（20）处或接近所述后缘的沟槽出口（54），所述沟槽（40）构造成夹带末端泄漏流从所述沟槽入口（52）至所述沟槽出口（54）。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涡轮机叶片（1），包括：
翼型件（10），其包括由在前缘（18）处和在后缘（20）处接合的压力侧（14）和吸力侧（16）形成的外壁（12），
在第一径向端处的叶片末端（30）以及在与所述第一径向端相对的第二径向端处的叶片根部（8），所述叶片根部用于支撑所述叶片（1）并且用于将所述叶片（1）联接到盘，
其中，所述叶片末端（30）包括：
末端盖（32），其设置在所述翼型件（10）的所述外壁（12）上，
其中，沟槽（40）限定在所述末端盖（32）的面向热气体路径流体的径向外侧上，所述沟槽（40）由沟槽底部（42）形成，所述沟槽底部在横向相对侧上与第一沟槽侧面和第二沟槽侧面（44、46）侧面相接，使得所述沟槽底部（42）相对于所述末端盖（32）的径向外表面（32b）径向向内定位，
其中，所述沟槽（40）从位于所述前缘（18）处或接近所述前缘的沟槽入口（52）延伸至位于所述后缘（20）处或接近所述后缘的沟槽出口（54），所述沟槽（40）构造成夹带末端泄漏流从所述沟槽入口（52）至所述沟槽出口（54）。


2.根据权利要求1所述的涡轮机叶片（1），其中，
所述沟槽入口（52）位于所述前缘（18）处或所述压力侧（14）上或所述吸力侧（14）上、在所述翼型件（10）的0-30%弦长之间的位置处，以及
所述沟槽出口（54）位于所述后缘（20）处或所述压力侧（14）上或所述吸力侧（16）上、在所述翼型件（10）的60%-100%弦长之间的位置处。


3.根据权利要求2所述的涡轮机叶片（1），其中，所述沟槽入口（52）位于所述压力侧（14）上或所述吸力侧（14）上，在所述翼型件（10）的5%-20%弦长之间的位置处。


4.根据权利要求2和3中的任一项所述的涡轮机叶片（1），其中，所述沟槽出口（54）位于所述压力侧（14）上或所述吸力侧（14）上、在所述翼型件（10）的65%-95%弦长之间的位置处。


5.根据权利要求2至4中的任一项所述的涡轮机叶片（1），其中，所述沟槽入口（52）和所述沟槽出口（54）均位于所述吸力侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：A阿克图尔克，A米勒，K莫汉，D蒙克，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE