用于气体温度控制的涡轮机桨叶平台成形及相关方法技术

本发明专利技术设计并公开一种涡轮机桨叶。所述涡轮机桨叶包括：径向内部安装部分；柄，其位于所述安装部分的径向向外位置；至少一个径向外部翼型，其具有前缘和后缘；大体平整的平台，其径向位于所述柄与所述至少一个径向外部翼型之间；至少一个轴向延伸的天使翼型密封法兰，其位于所述柄的前端上，从而沿着所述柄的所述前端形成周向延伸的沟槽腔，所述沟槽腔径向位于平台前缘的下侧与所述天使翼型密封法兰的径向外侧之间；以及斜面，其沿着所述平台的周向隔开的相对侧边缘延伸。所述斜面中的至少一个斜面形成为具有狗腿形，所述至少一个斜面的前端在周向偏离所述至少一个径向外部翼型的所述前缘的位置处终止。

【技术实现步骤摘要】
涡轮机桨叶、涡轮机叶轮以及控制净化空气流的方法
本专利技术大体涉及旋转式机器，确切地说，涉及在燃气涡轮机桨叶上的前部天使翼型(angelwing)密封件处对前叶轮空间腔净化流和燃烧气体流进行控制。
技术介绍
典型涡轮发动机包括用于对与燃料混合的空气进行压缩的压缩机。燃料空气混合物在燃烧室内点燃，以产生在约1100℃到2000℃范围内的加压热燃烧气体，该燃烧气体膨胀通过涡轮机喷嘴，该喷嘴将流引导到高压和低压涡轮机级，从而提供额外的旋转能以，例如，驱动发电机。具体而言，燃烧室内产生的热能转换成涡轮机内的机械能，方法是使热燃烧气体撞击一个或多个装有叶片的转子组件。每个转子组件通常包括至少一排周向隔开的转子叶片或桨叶。每片桨叶包括径向向外延伸的翼型，该翼型具有压力侧和吸入侧。每片桨叶还包括从柄径向向内延伸的鸠尾榫，其中该柄在平台与鸠尾榫之间延伸。该鸠尾榫用于将桨叶安装到转子盘或叶轮。如所属领域已知，可以将转子组件视作定子-转子组件的一部分。转子组件的叶轮或盘上的多排桨叶以及定子或喷嘴组件上的多排定子轮叶交替地延伸穿过燃烧气体的轴向定向的流路。离开定子或喷嘴的轮叶的热燃烧气体射流作用于桨叶上，并且致使涡轮机叶轮(和转子)在约3000到15000rpm的速度范围内进行旋转，其中速度具体取决于发动机类型。如下文所述附图所示，位于每级上的固定喷嘴与可旋转桨叶之间的接合处的轴向/径向开口可以允许热燃烧气体离开热气路径，并且进入位于桨叶径向向内位置的涡轮发动机的较冷叶轮空间。为了限制这种热气渗漏，叶片结构通常包括轴向突出的天使翼型密封件。根据典型设计，天使翼型与从相邻定子或喷嘴元件延伸的突出段或“阻隔件”配合。天使翼型与阻隔件重叠(或者，几乎重叠)，但并不接触彼此，这样就可限制气流。对于限制将热气不当吸入位于天使翼型密封件的径向向内位置的叶轮空间而言，由这些配合的特征形成的曲径密封件的效果较为关键。如上文提及，出于多种原因，热气通过这种路径渗漏到叶轮空间是不利的。首先，来自工作气流的热气的损失导致效率损失，从而导致输出损失。其次，将热气吸入到涡轮机叶轮空间以及其他腔中可能损坏一些部件，这些部件并未针对长期暴露于此类温度下而设计。一种用于减少来自工作气流的热气渗漏的公认技术涉及使用冷却空气，即“净化空气”，如第5，224，822号美国专利(利内翰(Lenehan)等人)所述。在典型设计中，空气可以从压缩机中转移或“放出”，并且用作涡轮机冷却回路的高压冷却空气。因此，冷却空气是次级流回路的一部分，该次级流回路可以大体穿过叶轮空间腔以及其他内侧转子区域。在将这种冷却空气从叶轮空间区域引导到前述天使翼型间隙中的一个间隙中时，该冷却空气可以产生额外的特定功能。进入该间隙的冷却空气的合成逆流提供额外的屏障，以防热气的多余流通过间隙并且进入叶轮空间区域。尽管来自次级流回路的冷却空气出于上述原因是非常有利的，但也存在与该冷却空气用途关联的缺点。例如，提取来自压缩机的空气以用于高压冷却和腔净化空气消耗了涡轮机的功，并且就发动机性能而言，可能成本相当高。此外，在一些发动机配置中，压缩机系统在至少一些发动机功率设置过程中可能无法在足够压力下提供净化空气。因此，热气仍可能会被吸入叶轮空间腔中。如上所述的天使翼型用于在一排桨叶和相邻固定喷嘴的上游侧与下游侧上形成密封件。具体而言，天使翼型密封件旨在防止热燃烧气体进入位于天使翼型密封件的径向向内位置的较冷叶轮空间腔，并且同时防止或最小化叶轮空间腔中的冷却空气排出到热气流。因此，相对于天使翼型密封件接合处而言，人们不断致力于了解热燃烧气体流和叶轮空间冷却或净化空气这二者的流型。此外，也担心相邻桨叶的平台之间的间隙，因为这是用于热燃烧气体进入的另一潜在途径。例如，已确定的是，即使天使翼型密封件较为有效并且防止热燃烧气体进入叶轮空间，但燃烧气体流涡流撞击在密封件表面上和/或撞击在相邻桨叶表面上可能损坏桨叶，因而缩短桨叶使用寿命。类似地，热气体进入相邻桨叶的平台之间的间隙可导致位于桨叶之间的平台斜面边缘和密封件热降解。本专利技术旨在提供独特的桨叶平台几何形状，以便在天使翼型接合处和/或在相邻桨叶的平台边缘或斜面之间的大体轴向定位的间隙中更好地控制次级冷却空气流，从而也控制燃烧气体流，使得桨叶的使用寿命延长。
技术实现思路
在一个示例性但非限制性实施例中，本专利技术提供一种涡轮机桨叶，其包括：径向内部安装部分；柄，其位于所述安装部分的径向向外位置；至少一个径向外部翼型，其具有前缘和后缘；大体平整的平台，其径向位于所述柄与所述至少一个径向外部翼型之间；至少一个轴向延伸的天使翼型密封法兰，其位于所述柄的前端上，从而沿着所述柄的所述前端形成周向延伸的沟槽腔，所述沟槽腔径向位于平台前缘的下侧与所述天使翼型密封法兰的径向外侧之间；以及斜面(slashface)，其沿着所述平台的周向隔开的相对侧边缘，所述斜面中的至少一个斜面具有狗腿形，一个所述至少一个斜面的前端在周向偏离所述至少一个径向外部翼型的所述前缘的位置处终止。另一方面，本专利技术提供一种涡轮机叶轮，其包括围绕所述叶轮成周向阵列的多片桨叶，每片桨叶包括：径向内部安装部分；柄，其位于所述安装部分的径向向外位置；径向外部翼型；以及大体平整的平台，其径向位于所述柄与所述径向外部翼型之间；至少一个轴向延伸的天使翼型密封法兰，其位于所述柄的前端上，从而沿着所述柄的所述前端形成周向延伸的沟槽腔，所述沟槽腔径向位于平台前缘的下侧与所述天使翼型密封法兰的径向外侧之间；斜面，其沿着所述平台的周向隔开的相对侧边缘，所述斜面中的至少一个斜面具有狗腿形，其中相邻桨叶上的所述斜面的前端在周向偏离相邻的径向外部翼型的前缘的位置处终止。又一方面，本专利技术提供一种在安装于转子叶轮上的桨叶的前端与固定喷嘴的表面之间的径向空间中控制净化空气流的方法，且其中涡轮机桨叶包括：径向内部安装部分；柄，其位于所述安装部分的径向向外位置；至少一个径向外部翼型，其具有前缘和后缘；大体平整的平台，其径向位于所述柄与所述至少一个径向外部翼型之间；至少一个轴向延伸的天使翼型密封法兰，其位于所述柄的前端上，从而沿着所述柄的所述前端形成周向延伸的沟槽腔，所述沟槽腔径向位于平台前缘的下侧与所述天使翼型密封法兰的径向外侧之间；以及斜面，其沿着所述平台的周向隔开的相对侧边缘，所述方法包括：形成相邻桨叶的相对斜面，以便在大体轴向上具有大体的狗腿形；以及将所述相对斜面的前端定位成周向位于相应径向外部翼型的前缘之间。现将结合以下附图来详细描述本专利技术。附图说明图1是涡轮机的一部分的截面的局部示意图；图2是涡轮机叶片的放大透视图；以及图3是根据本专利技术的一个示例性但非限制性实施例的涡轮机桨叶对的平面图，其中示出了扇形平台前缘以及沿着相对平台斜面的“狗腿形”接合处；图4是类似于图3所示的涡轮机桨叶对的平面图，但其中相对斜面之间的接合处是由连续曲线形成的；图5是类似于图3的平面图，但省略了沿着桨叶对的平台的扇形前缘；以及图6是类似于图4的平面图，但省略了沿着桨叶对的平台的扇形前缘。具体实施方式图1示意性地示出燃气涡轮机的一部分，所述燃气涡轮机通常标记为10，其包括转子，所述转子具有轴向隔开的转子叶轮12以及隔板(spacer)14，所述转子叶轮和隔板通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮机桨叶，其包括：径向内部安装部分；柄，其位于所述安装部分的径向向外位置；至少一个径向外部翼型，其具有前缘和后缘；大体平整的平台，其径向位于所述柄与所述至少一个径向外部翼型之间；至少一个轴向延伸的天使翼型密封法兰，其位于所述柄的前端上，从而沿着所述柄的所述前端形成周向延伸的沟槽腔，所述沟槽腔径向位于所述平台前缘的下侧与所述天使翼型密封法兰的径向外侧之间；以及斜面，其沿着所述平台的周向隔开的相对侧边缘延伸，所述斜面中的至少一个斜面具有狗腿形，所述至少一个斜面的前端在周向偏离所述至少一个径向外部翼型的所述前缘的位置处终止。

【技术特征摘要】
2011.10.26 US 13/282,0741.一种涡轮机桨叶，其包括：径向内部安装部分；柄，其位于所述安装部分的径向向外位置；至少一个径向外部翼型，其具有前缘和后缘；大体平整的平台，其径向位于所述柄与所述至少一个径向外部翼型之间；至少一个轴向延伸的天使翼型密封法兰，其位于所述柄的前端上，从而沿着所述柄的所述前端形成周向延伸的沟槽腔，所述沟槽腔径向位于所述平台前缘的下侧与所述天使翼型密封法兰的径向外侧之间；以及斜面，其沿着所述平台的周向隔开的相对侧边缘延伸，所述斜面中的至少一个斜面具有狗腿形，所述至少一个斜面的前端在周向偏离所述至少一个径向外部翼型的所述前缘的位置处终止，所述平台前缘包括一个轴向向外延伸的区域和一个轴向向内凹的区域，所述斜面的前端终止的所述位置在所述轴向向内凹的区域；所述平台前缘沿着翼型旋转的方向分为两个部分，所述轴向向内凹的区域为所述平台前缘的第一半部分，所述轴向向外延伸的区域为所述平台前缘的第二半部分。2.根据权利要求1所述的涡轮机桨叶，其中当所述涡轮机桨叶中的两片涡轮机桨叶以并排关系安装在涡轮机轮盘上时，所述两片涡轮机桨叶中的相应涡轮机桨叶的相邻斜面之间形成斜面间隙，所述斜面间隙定位成大体位于所述两片涡轮机桨叶的相邻径向外部翼型的相邻前缘之间的中间位置。3.根据权利要求1所述的涡轮机桨叶，其中所述狗腿形是由以介于90°与120°之间的角度会合的第一和第二大体平直的斜面部分组成的。4.根据权利要求1所述的涡轮机桨叶，其中所述狗腿形是由大体沿着从所述至少一个径向外部翼型的所述前缘到所述后缘的轮廓延伸的连续曲线组成的。5.根据权利要求2所述的涡轮机桨叶，其中所述狗腿形是由大体沿着所述相邻径向外部翼型的轮廓延伸的连续曲线组成的。6.根据权利要求2所述的涡轮机桨叶，其中连续曲线大体沿着相邻桨叶的所述径向外部翼型的轮廓延伸。7.根据权利要求1所述的涡轮机桨叶，其中所述平台的前缘成扇形，以界定交替的突起和凹处。8.根据权利要求7所述的涡轮机桨叶，其中所述斜面间隙定位成接近所述凹处。9.一种涡轮机叶轮，其包括围绕所述叶轮成周向阵列的多片桨叶，每片桨叶包括径向内部安装部分、位于所述安装部分的径向向外位置的柄、径向外部翼型以及径向位于所述柄与所述径向外部翼型之间的大体平整的平台；至少一个轴向延伸的天使翼型密封法兰，其位于所述柄的前端上，从而沿着所述柄的所述前端形成周向延伸的沟槽腔，所述沟槽腔径向位于平台前缘的下侧与所述天使翼型密封法兰的径向外侧之间；斜面，其沿着所述平台的周向隔开的相对侧边缘延伸，所述斜面中的至少一个斜面具有狗腿形，其中相...

【专利技术属性】
技术研发人员：CL英格拉姆，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：