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”。本发明专利技术公开了一种燃气涡轮(10)，燃气涡轮包括转子叶片(16)，转子叶片包括翼型件(25)。翼型件(25)可包括非一体部分，其中：基部部分(101)由第一材料制成；并且顶部部分(102)由第二材料制成。翼型件(25)可包括连接器(100)，连接器将翼型件(25)的基部部分(101)连接到顶部部分(102)，其中连接器(100)包括线锁连接器(115)，线锁连接器包括：突出部(117)，其从顶部部分(102)延伸；互补狭槽(118)，其形成在基部部分(101)中以用于接纳突出部(117)；第一凹槽(121)，其形成在突出部(117)的侧面(123)中；第二凹槽(122)，其形成在狭槽(118)的侧面(124)中；保持孔(125)，其在突出部(117)被接纳到狭槽(118)中后通过第一凹槽(121)和第二凹槽(122)的对准而配合地形成；和保持线(126)，其容纳在保持孔(125)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，但不是作为限制，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造成额外的应变，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，其能够减轻这种操作应力，或者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的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，同时仍然充分促进结构坚固性、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
本申请因此描述了燃气涡轮，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。翼型件可包括连接器，该连接器将基部部分固定到翼型件的顶部部分，其中连接器包括线锁连接器，该线锁连接器包括：突出部，该突出部从基部部分和顶部部分中的一个延伸；互补狭槽，该互补狭槽用于接纳形成在基部部分和顶部部分中的另一个中的突出部；第一凹槽，该第一凹槽形成在突出部的侧面中；第二凹槽，该第二凹槽形成在狭槽的侧面中；保持孔，该保持孔在突出部被接纳到狭槽中后通过第一凹槽和第二凹槽的对准而配合地形成；和保持线，该保持线容纳在保持孔内。在结合附图和所附权利要求书评阅以下优选实施方式的详细描述时，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，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已经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，每个示例都是通过解释的方式提供的，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精神的情况下，可以在本公开中进行修改和变化。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化。应当理解，除非另有说明，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，此类术语经常会有不同的解释。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
的普通技术人员所理解的，本申请的技术可以适用于其他类别的涡轮发动机本文档来自技高网...

【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翼型件(25)，所述翼型件从与根部(21)的连接部延伸到外侧尖端(31)，所述翼型件包括非一体部分，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其中所述基部部分(101)和所述顶部部分(102)沿着界面线(106)接合以共同限定压力面(26)和横向相对的吸力面(27)，所述压力面和吸力面在相对的前缘(28)和后缘(29)之间轴向延伸；/n连接器(100)，所述连接器将所述翼型件(25)的所述基部部分(101)连接到所述顶部部分(102)，其中所述连接器(100)包括线锁连接器(115)，所述线锁连接器包括：/n突出部(117)，所述突出部从所述顶部部分(102)的所述内侧面(108)延伸；/n互补狭槽(118)，所述互补狭槽形成在所述基部部分(101)的所述外侧面(107)中以用于接纳所述突出部(117)；/n第一凹槽(121)，所述第一凹槽形成在所述突出部(117)的侧面(123)中；/n第二凹槽(122)，所述第二凹槽形成在所述狭槽(118)的侧面(124)中；/n保持孔(125)，所述保持孔在所述突出部(117)被接纳到所述狭槽(118)中后通过所述第一凹槽(121)和所述第二凹槽(122)的对准而配合地形成；和/n保持线(126)，所述保持线的尺寸设计成填充由所述第一凹槽(121)和所述第二凹槽(122)限定的所述保持孔(125)，以产生机械过盈配合，所述机械过盈配合限制所述翼型件(25)的所述顶部部分(102)和所述基部部分(101)之间的径向移动。/n...

【技术特征摘要】
20181228 US 16/235,0951.一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：
翼型件(25)，所述翼型件从与根部(21)的连接部延伸到外侧尖端(31)，所述翼型件包括非一体部分，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；
其中所述基部部分(101)和所述顶部部分(102)沿着界面线(106)接合以共同限定压力面(26)和横向相对的吸力面(27)，所述压力面和吸力面在相对的前缘(28)和后缘(29)之间轴向延伸；
连接器(100)，所述连接器将所述翼型件(25)的所述基部部分(101)连接到所述顶部部分(102)，其中所述连接器(100)包括线锁连接器(115)，所述线锁连接器包括：
突出部(117)，所述突出部从所述顶部部分(102)的所述内侧面(108)延伸；
互补狭槽(118)，所述互补狭槽形成在所述基部部分(101)的所述外侧面(107)中以用于接纳所述突出部(117)；
第一凹槽(121)，所述第一凹槽形成在所述突出部(117)的侧面(123)中；
第二凹槽(122)，所述第二凹槽形成在所述狭槽(118)的侧面(124)中；
保持孔(125)，所述保持孔在所述突出部(117)被接纳到所述狭槽(118)中后通过所述第一凹槽(121)和所述第二凹槽(122)的对准而配合地形成；和
保持线(126)，所述保持线的尺寸设计成填充由所述第一凹槽(121)和所述第二凹槽(122)限定的所述保持孔(125)，以产生机械过盈配合，所述机械过盈配合限制所述翼型件(25)的所述顶部部分(102)和所述基部部分(101)之间的径向移动。


2.根据权利要求1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。


3.根据权利要求1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(102)和所述基部部分(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)的外侧和附近。


4.根据权利要求1所述的转子叶片(16)，其中所述基部部分(101)的所述第一材料包括镍合金；并且
其中所述顶部部分(102)的所述第二材料包括陶瓷基体复合材料。


5.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)，所述中空凹穴从穿过所述翼型...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯坦利·凯文·维德纳，约翰·麦康内尔·德尔沃，马修·特洛伊·哈夫纳，詹姆斯·张，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