涡轮发动机的混合转子叶片制造技术

本发明专利技术题为“涡轮发动机的混合转子叶片”。一种燃气涡轮(10)包括转子叶片(16)，该转子叶片(16)包括翼型件(25)。该翼型件(25)由压力面(26)和横向相对的吸力面(27)限定，该压力面(26)和该吸力面(27)在相对的前缘和后缘(28,29)之间轴向延伸，并且在外侧尖端(31)和与转子叶片的根部(21)的连接部之间径向延伸。该翼型件(25)可以包括非一体部分，其中：该翼型件(25)的基部部分(101)由第一材料制成；并且该翼型件(25)的顶部部分(102)由第二材料制成。该翼型件(25)可以包括将顶部部分(102)连接到基部部分(101)的燕尾榫接头(105)。该燕尾榫接头(105)可以包括从顶部部分(102)延伸的燕尾榫(111)，该燕尾榫(111)被接纳在形成于所述基部部分(101)中的互补燕尾榫凹槽(112)内。

【技术实现步骤摘要】
涡轮发动机的混合转子叶片
技术介绍
本申请涉及燃气涡轮发动机中的转子叶片。更具体地，但不是以限制的方式，本申请涉及用于在涡轮发动机中使用的具有混合翼型件的转子叶片的设计和制造。通常，燃烧涡轮发动机或燃气涡轮发动机(以下称为“燃气涡轮”)包括压缩机部段和涡轮部段，其中多排叶片轴向堆叠成级。每个级通常包括一排固定的周向间隔开的定子叶片和一排围绕中心涡轮轴线或轴旋转的转子叶片。在操作中，通常，压缩机转子叶片围绕轴旋转，并且与定子叶片协同作用来压缩空气流。然后，压缩空气的这种供应物用于在燃烧器内燃烧燃料供应物。通常称为工作流体的所产生的热膨胀燃烧气体流然后通过发动机的涡轮部段膨胀。在涡轮内，工作流体被定子叶片重定向到转子叶片上，从而为旋转提供动力。转子叶片连接到中心轴，使得转子叶片的旋转使轴旋转。以这种方式，包含在燃料中的能量被转换成旋转轴的机械能，该机械能例如可以用于旋转压缩机的转子叶片，从而产生燃烧所需的压缩空气的供应物，以及例如使发电机的线圈旋转以产生电能。在操作期间，由于热气体路径的温度、工作流体的速度和发动机的旋转速度，涡轮内的转子叶片在极端的机械和热负荷下变得特别地受到应力。许多工业应用，诸如涉及发电和航空的应用，仍然严重依赖燃气涡轮，并且因此，更高效的发动机的工程设计仍然是重要的目标。机器性能、效率或成本效益的不断提高在受该技术影响的竞争日益激烈的市场中提供了显著优势。虽然有几种已知的提高燃气涡轮效率的策略(诸如例如增加发动机的尺寸、增加通过热气体路径的温度、或者增加转子叶片的旋转速度)，但是这些策略中的每一种通常都会对叶片和其他热气体路径部件施加额外的应变，这种应变已经接近常规设计的极限。因此，仍然需要改进的设备、方法和/或系统，其能够减轻此类操作应力，或者另选地增强部件的耐用性以更好地承受应力。这种需求对于涡轮转子叶片尤为明显，就涡轮转子叶片而言，市场竞争非常激烈，并且许多设计考虑因素相互关联且复杂。因此，诸如本文中提出的那些新颖的转子叶片设计以优化或增强一个或多个期望的性能标准的方式平衡这些考虑因素，同时仍然充分促进了结构坚固性、零件寿命、成本效益高的发动机操作和/或冷却剂的有效使用，这种设计代表了相当有价值的技术进步。
技术实现思路
因此，本申请描述了一种用于在涡轮发动机的涡轮中使用的转子叶片。转子叶片可以包括：根部和翼型件。翼型件可以从与根部的连接部延伸到外侧尖端。翼型件可以包括非一体部分，其中：基部部分由第一材料制成；并且顶部部分由第二材料制成。翼型件还可以包括连接器，顶部部分通过该连接器固定到基部部分。连接器可以是燕尾榫接头。本申请还描述了一种燃气涡轮，该燃气涡轮包括转子叶片，该转子叶片包括翼型件。翼型件被限定在压力面和横向相对的吸力面之间，压力面和吸力面在相对的前缘和后缘之间轴向延伸，并且在外侧尖端和与转子叶片的根部的连接部之间径向延伸。翼型件可以包括非一体部分，其中：翼型件的基部部分由第一材料制成；并且翼型件的顶部部分由第二材料制成。翼型件可以包括将顶部部分连接到基部部分的燕尾榫接头。燕尾榫接头可以包括从顶部部分延伸的燕尾榫，该燕尾榫被接纳在形成于基部部分中的互补燕尾榫凹槽内。在结合附图和所附权利要求书评阅以下优选实施方案的详细描述时，本申请的这些及其他特征将变得显而易见。附图说明通过仔细研究以下结合附图对本专利技术示例性实施方案的更详细描述，将更全面地理解和体会本专利技术的这些及其他特征，其中：图1是根据本申请的可能方面和实施方案的示例性燃气涡轮的示意图，该燃气涡轮可以包括涡轮叶片；图2是图1的燃气涡轮的压缩机部段的剖视图；图3是图1的燃气涡轮的涡轮部段的剖视图；图4是根据本申请的可能方面和实施方案的示例性涡轮转子叶片的侧视图，该涡轮转子叶片包括内部冷却构造和结构布置；图5是沿着图4的视线5–5的剖视图；图6是沿着图4的视线6–6的剖视图；图7是沿着图4的视线7–7的剖视图；图8是具有部分翼展护罩的示例性涡轮转子叶片的透视图，该部分翼展护罩包括根据本申请的可能方面和实施方案的构造；图9是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件和燕尾榫连接器的示例性转子叶片的分解透视图；图10是具有混合翼型件的示例性转子叶片的透视图，该混合翼型件具有燕尾榫连接器实施方案，其展示了组装方法；图11是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的透视图，该混合翼型件具有燕尾榫连接器；图12是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的分解侧视图，该混合翼型件具有线锁连接器；图13是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的分解侧视图，该混合翼型件具有线锁连接器；图14是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的横截面前视图，该混合翼型件具有线锁连接器；图15是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的分解透视图，该混合翼型件具有销连接器；图16是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的组装透明视图，该混合翼型件具有销连接器；图17是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的分解透视图，该混合翼型件具有销连接器；并且图18是根据本申请的可能方面和实施方案的具有混合翼型件的示例性转子叶片的透视图，该混合翼型件具有销连接器。具体实施方式本申请的各个方面和优点在以下描述中进行了阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过本公开的实践来了解。现在将详细参考本公开的实施方案，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字标记来指代附图中的特征。附图和说明书中的相似或类似的标记可用于指代本公开的实施方案的相似或类似的零件。应当理解，每个示例都是通过说明的方式提供的，而不是对本公开的限制。事实上，对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，可以在本公开中进行修改和变型。例如，作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可以用在另一个实施方案上，以产生又一个实施方案。本公开旨在涵盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这些修改和变型。应当理解，除非另有说明，否则本文提及的范围和界限包括位于规定界限内的所有子范围，包括界限本身。另外，已经选择了某些术语来描述本专利技术及其组成子系统和零件。在可能的程度上，这些术语是基于
的通用术语选择的。仍然，应当理解，此类术语通常会有不同的解释。例如，本文可以被称为单个部件的东西，可以在别处被称为由多个部件组成，或者，本文可以被称为包括多个部件的东西，可以在别处被称为单个部件。因此，在理解本公开的范围时，不仅应当注意所使用的特定术语，还应当注意所附的描述和上下文，以及所引用和描述的部件的结构、构造、功能和/或使用，包括该术语与几个附图相关的方式，当然还包括所附权利要求中术语的使用。以下示例是关于特定类型的涡轮发动机而呈现的。然而，应当理解，如相关技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在涡轮发动机(10)的涡轮(12)中使用的转子叶片(16)，所述转子叶片(16)包括：/n根部(21)；/n翼型件(25)，所述翼型件(25)具有压力面(26)和横向相对的吸力面(27)，所述压力面(26)和所述吸力面(27)在相对的前缘和后缘(28,29)之间轴向延伸，并且从与所述根部(21)的连接部径向延伸到外侧尖端(31)，其中，所述翼型件(25)包括非一体部分，其中：/n基部部分(101)包括第一材料，所述第一材料是金属，所述基部部分(101)在与所述根部(21)的所述连接部到所述基部部分(101)的外侧面(107)之间延伸；并且/n顶部部分(102)包括第二材料，所述第二材料是重量比所述第一材料轻的复合材料，所述顶部部分(102)在所述顶部部分(102)的内侧面(108)和所述翼型件(25)的所述外侧尖端(31)之间延伸；/n连接器(100)，所述顶部部分(102)在界面线(106)处通过所述连接器(100)固定到所述基部部分(101)，其中，所述连接器(100)包括燕尾榫接头(105)，所述燕尾榫接头(105)具有定位在所述顶部部分(102)的所述内侧面(108)上的燕尾榫(111)和从所述外侧面(107)延伸到所述基部部分(101)中的互补燕尾榫凹槽(112)；/n其中，所述燕尾榫接头(105)被构造成使得所述燕尾榫(111)在所述燕尾榫凹槽(112)内的接合限制在所述翼型件(25)的所述基部部分(101)和所述顶部部分之间的径向分离。/n...

【技术特征摘要】
20181228 US 16/235,0791.一种用于在涡轮发动机(10)的涡轮(12)中使用的转子叶片(16)，所述转子叶片(16)包括：
根部(21)；
翼型件(25)，所述翼型件(25)具有压力面(26)和横向相对的吸力面(27)，所述压力面(26)和所述吸力面(27)在相对的前缘和后缘(28,29)之间轴向延伸，并且从与所述根部(21)的连接部径向延伸到外侧尖端(31)，其中，所述翼型件(25)包括非一体部分，其中：
基部部分(101)包括第一材料，所述第一材料是金属，所述基部部分(101)在与所述根部(21)的所述连接部到所述基部部分(101)的外侧面(107)之间延伸；并且
顶部部分(102)包括第二材料，所述第二材料是重量比所述第一材料轻的复合材料，所述顶部部分(102)在所述顶部部分(102)的内侧面(108)和所述翼型件(25)的所述外侧尖端(31)之间延伸；
连接器(100)，所述顶部部分(102)在界面线(106)处通过所述连接器(100)固定到所述基部部分(101)，其中，所述连接器(100)包括燕尾榫接头(105)，所述燕尾榫接头(105)具有定位在所述顶部部分(102)的所述内侧面(108)上的燕尾榫(111)和从所述外侧面(107)延伸到所述基部部分(101)中的互补燕尾榫凹槽(112)；
其中，所述燕尾榫接头(105)被构造成使得所述燕尾榫(111)在所述燕尾榫凹槽(112)内的接合限制在所述翼型件(25)的所述基部部分(101)和所述顶部部分之间的径向分离。


2.根据权利要求1所述的转子叶片(16)，其中，所述基部部分(101)的所述外侧面(107)的周边和所述顶部部分(102)的所述内侧面(108)的周边邻接以形成所述界面线(106)。


3.根据权利要求1或2所述的转子叶片(16)，其中，所述顶部部分(102)的径向高度在所述翼型件(25)的径向高度的25％和55％之间。


4.根据权利要求1或2所述的转子叶片(16)，其中，所述翼型件(25)包括部分翼展护罩(75)；并且其中，所述翼型件(25)的所述顶部部分和基部部分(102,101)被构造成使得所述界面线(106)定位在所述部分翼展护罩(75)的外侧并且邻近所述部分翼展护罩(75)。


5.根据任一前述权利要求所述的转子叶片(16)，其中，所述基部部分(101)的所述第一材料包含镍合金；并且其中，所述顶部部分(102)的所述第二材料包含陶瓷基体复合材料。


6.根据权利要求1所述的转子叶片(16)，其中，所述顶部部分(102)包括中空凹穴(109)，所述中空凹穴(109)从穿过所述翼型件(25)的所述外侧尖端(31)形成的开口(110)延伸到所述顶部部分(101)中；其中，所述中空凹穴(109)包括大于所述翼型件(25)的所述顶部部分(102)的体积的1/4的体积。


7.根据权利要求1所述的转子叶片(16)，其中：
所述燕尾榫接头(105)包括轴向接合的燕尾榫接头；
所述燕尾榫(111)包括当所述燕尾榫(111)远离所述内侧面(108)延伸时在周向方向上变宽的横截面形状；并且
所述燕尾榫凹槽(11...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修·特洛伊·哈夫纳，约翰·麦康内尔·德尔沃，詹姆斯·张，杰弗里·克拉伦斯·琼斯，彼得·德迭戈，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US