渦輪機槳葉平臺前緣以及相關方法技術

本發明專利技術公開一種渦輪機槳葉。所述渦輪機槳葉包括平臺和翼型。平臺前部的前緣由連續曲線周向限定，從而形成至少一個軸向延伸的突起以及相鄰凹處，所述軸向延伸的突起鄰近所述翼型的前緣定位。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術大體涉及旋轉式機器，確切地說，涉及在燃氣渦輪機槳葉上的前部天使翼(angel wing)密封件處對前葉輪空間腔凈化流和燃燒氣體流進行控制。
技術介紹
一種典型渦輪發動機包括用于對與燃料混合的空氣進行壓縮的壓縮機。燃料空氣混合物在燃燒室內點燃以產生在約iioo°c到2ooo°c范圍內的加壓熱燃燒氣體，該燃燒氣體膨脹通過渦輪機噴嘴，該噴嘴將流引導到高壓和低壓渦輪機級，從而提供額外的旋轉能以，例如，驅動發電機。具體而言，燃燒室內產生的熱能通過使熱燃燒氣體撞擊一個或多個裝有葉片的轉子組件來轉換成渦輪機內的機械能。每個轉子組件通常包括至少一排周向隔開的轉子葉片或槳葉。每片槳葉包括徑向向外延伸的翼型，該翼型具有壓力側和吸入側。每片槳葉還包括從柄徑向向內延伸的鳩尾榫，其中該柄在平臺與鳩尾榫之間延伸。該鳩尾榫用于將槳葉安裝到轉子盤或葉輪。如所屬領域已知，可以將轉子組件視作定子-轉子組件的一部分。轉子組件的葉輪或盤上的多排槳葉以及定子或噴嘴組件上的多排定子輪葉交替地延伸穿過燃燒氣體的軸向定向的流路。離開定子或噴嘴的輪葉的熱燃燒氣體射流作用于槳葉上，并且致使渦輪機葉輪(和轉子)在約3000到15000rpm的速度范圍內進行旋轉，其中速度具體取決于發動機類型。如下文所述附圖所示，位于每級上的固定噴嘴與可旋轉槳葉之間接合處的軸向/徑向開口可以允許熱燃燒氣體排出熱氣路徑，并且進入位于槳葉徑向向內位置的渦輪發動機的較冷葉輪空間。為了限制這種熱氣滲漏，葉片結構通常包括軸向突出的天使翼密封件。根據典型設計，天使翼與延伸自鄰近定子或噴嘴元件的突出段或“阻隔件”配合。天使翼與阻隔件重疊(或者，幾乎重疊)，但并不接觸彼此，因而可以限制氣流。對于限制將熱氣不當吸入位于天使翼密封件的徑向向內位置處的葉輪空間而言，由這些配合的特征形成的曲徑密封件(labyrinth seal)的效果較為關鍵。如上文提及，出于多種原因，熱氣通過這種路徑滲漏到葉輪空間是不利的。首先，來自工作氣流的熱氣的損失導致效率損失，從而導致輸出損失。其次，將熱氣吸入到渦輪機葉輪空間以及其他腔中可能損壞一些部件，這些部件并未針對長期暴露于此類溫度下而設計。—種用于減少來自工作氣流的熱氣滲漏的公認技術涉及使用冷卻空氣，即“凈化空氣”，如第5，224，822號美國專利(利內翰(Lenehan)等人)所述。在典型設計中，空氣可以從壓縮機中轉移或“放出”，并且用作渦輪機冷卻回路的高壓冷卻空氣。因此，冷卻空氣是次級流回路的一部分，該次級流回路可以大體穿過葉輪空間腔以及其他內側轉子區域。在將這種冷卻空氣從葉輪空間區域引導到前述天使翼間隙中的一個間隙中時，該冷卻空氣可以產生額外的特定功能。進入該間隙的冷卻空氣的產生的逆流提供一種額外屏障，以防熱氣的不需要的流通過間隙并且進入葉輪空間區域。盡管來自次級流回路的冷卻空氣出于上述原因是非常有利的，但也存在與該冷卻空氣用途關聯的缺點。例如，提取來自壓縮機的空氣以用于高壓冷卻空氣和腔凈化空氣消耗了渦輪機的功，并且就發動機性能而言，可能成本相當大。此外，在一些發動機配置中，壓縮機系統在至少一些發動機功率設置過程中可能無法在足夠壓力下提供凈化空氣。因此，熱氣仍可能會被吸入葉輪空間腔中。如上所述的天使翼用于在一排槳葉和鄰近固定噴嘴的上游側與下游側處形成密封件。具體而言，天使翼密封件旨在防止熱燃燒氣體進入位于天使翼密封件的徑向向內位置的較冷葉輪空間腔，并且同時防止或最小化葉輪空間腔中的冷卻空氣排出到熱氣流。因此，關于天使翼密封件接合處，人們不斷致力于了解熱燃燒氣體流和葉輪空間冷卻或凈化空氣這二者的流型。例如，已確定的是，即使天使翼密封件較為有效并且防止熱燃燒氣體進入葉輪空間，但燃燒氣體流渦流撞擊在密封件表面上可能損壞密封件并且縮短槳葉使用壽命。本專利技術旨在提供獨特的天使翼密封件和/或槳葉平臺幾何形狀，以便在天使翼接合處更好地控制次級凈化空氣的流，從而也在該接合處控制燃燒氣體的流，使得天使翼密封件以及槳葉本身的使用壽命延長。
技術實現思路
在一個示例性但非限制性實施例中，本專利技術提供一種渦輪機槳葉，所述渦輪機槳葉包括平臺以及從所述平臺徑向向外延伸的翼型；其中所述平臺的前緣由連續曲線周向限定，從而形成至少一個軸向延伸的突起以及相鄰凹處，所述軸向延伸的突起鄰近所述翼型的前緣定位。在另一方面，本專利技術提供一種渦輪機轉子葉輪，所述渦輪機轉子葉輪包括盤，多片槳葉圍繞所述盤的徑向外圍安裝，每片槳葉形成有平臺以及從所述平臺徑向向外延伸的翼型；其中所述多片槳葉中的每片槳葉的所述平臺的前緣由連續曲線限定，從而形成至少一個軸向延伸的突起以及相鄰凹處，所述至少一個軸向延伸的突起大體鄰近所述翼型的前緣定位，以使所述多片槳葉的所述連續曲線組合以形成在所述軸向延伸的突起與所述相鄰凹處中的相應突起與凹處之間交替的周向連續曲線。在另一方面，本專利技術提供一種沿定位于渦輪機槳葉平臺前緣的徑向向內位置處的天使翼密封法蘭而對次級凈化空氣流進行控制的方法，所述方法包括沿所述平臺前緣識別(identify)峰值燃燒氣體靜壓力區域，在所述區域中，熱燃燒氣體渦流撞擊在所述天使翼密封法蘭上；以及對所述平臺前緣進行定形，以便大體阻止所述燃燒氣體渦流在該區域中撞擊在所述天使翼密封法蘭上。現將結合以下附圖來詳細描述本專利技術。附圖說明圖1是渦輪機的一部分的截面的局部示意圖；圖2是渦輪機葉片的放大透視圖；以及圖3是根據本專利技術的一個示例性但非限制性實施例的渦輪機槳葉對的透視圖，其中示出了扇形(scalloped)平臺前緣；圖4是圖3所示槳葉對的平面示意圖；以及圖5是圖3和圖4所示槳葉對的局部剖視端視圖。具體實施例方式圖1示意性地示出燃氣渦輪機的一部分，所述燃氣渦輪機通常標記為10，其包括轉子11，所述轉子具有軸向隔開的轉子葉輪12以及隔板(spacer) 14，所述轉子葉輪和隔板通過多個周向隔開、軸向延伸的螺栓16彼此接合。渦輪機10包括具有噴嘴的多個級，所述噴嘴例如，具有多片周向隔開的固定轉子葉片的第一級噴嘴18和第二級噴嘴20。位于這些噴嘴之間并且與轉子和轉子葉輪12 —起旋轉的是多片轉子葉片，例如，分別為第一和第二級轉子葉片或槳葉22和24。參考圖2，每片槳葉(例如，圖1所示槳葉22)包括具有前緣28和后緣30的翼型26，所述翼型安裝在柄32上，所述柄包括平臺34和柄袋(shank pocket) 36，所述柄袋具有一體式蓋板38、40。鳩尾榫42適于與形成于轉子葉輪12(圖1)上的大體對應的鳩尾榫槽連接。槳葉22通常是一體鑄造的，并且包括軸向突出的天使翼密封件44、46和48、50。密封件46、48和50與形成于鄰近噴嘴上的著陸區(land) 52 (參見圖1)配合，以便限制流經熱氣路徑的熱氣的吸入，所述熱氣路徑通常由箭頭39 (圖1)表示，從而避免熱氣流入葉輪空間41。此處特別關注的是，位于槳葉的前緣端部上的上部或徑向外部天使翼密封件46。具體而言，天使翼46包括具有上翻邊緣55的縱向延伸的翼或密封法蘭54。槳葉平臺前緣56軸向延伸超過蓋板38，朝鄰近噴嘴18延伸。密封法蘭54的上翻邊緣55非常接近噴嘴18的表面58，從而形成彎曲或蛇形的徑向間隙60，如天使翼密封法蘭44、46以及鄰近噴嘴表面58所限定，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種渦輪機槳葉，所述渦輪機槳葉包括平臺以及從所述平臺徑向向外延伸的翼型；其中所述平臺的前緣由連續曲線周向限定，從而形成至少一個軸向延伸的突起以及相鄰凹處，所述軸向延伸的突起鄰近所述翼型的前緣定位。

【技術特征摘要】
2011.10.26 US 13/2820531.一種渦輪機槳葉，所述渦輪機槳葉包括平臺以及從所述平臺徑向向外延伸的翼型；其中所述平臺的前緣由連續曲線周向限定，從而形成至少一個軸向延伸的突起以及相鄰凹處，所述軸向延伸的突起鄰近所述翼型的前緣定位。2.根據權利要求1所述的渦輪機槳葉，其中所述平臺進一步由后緣以及將所述平臺的所述前緣連接到所述平臺的所述后緣的一對斜面限定；以及其中所述一對斜面之間存在一個軸向延伸的突起以及一個凹處。3.根據權利要求1所述的渦輪機槳葉，進一步包括徑向內部安裝部分和柄，所述平臺徑向定位于所述柄與所述翼型之間；至少一個軸向延伸的天使翼密封法蘭位于所述柄的前緣端部上，從而沿所述柄的所述前緣形成周向延伸的溝槽腔，所述溝槽腔徑向位于所述平臺的所述前緣的下側與所述天使翼密封法蘭之間。4.根據權利要求1所述的渦輪機槳葉，包括延伸穿過所述至少一個軸向延伸的突起的至少一個凈化空氣孔。5.根據權利要求3所述的渦輪機槳葉，其中所述至少一個軸向延伸的突起的軸向長度尺寸小于所述天使翼密封法蘭的相應軸向長度尺寸。6.根據權利要求1所述的渦輪機槳葉，其中所述軸向延伸的突起和所述相鄰凹處的每一個的周向長度均大體等于所述平臺的所述前緣的周向長度。7.一種渦輪機轉子葉輪，所述渦輪機轉子葉輪包括: 盤，多片槳葉圍繞 所述盤的徑向向外的外圍安裝，每片槳葉形成有平臺以及從所述平臺徑向向外延伸的翼型； 其中所述多片槳葉中的每片槳葉的所述平臺的前緣由連續曲線限定，從而形成至少一個軸向延伸的突起以及相鄰凹處，所述至少一個軸向延伸的突起大體鄰近所述翼型的前緣定位，以使所述多片槳葉的所述連續曲線組合，從而形成在所述軸向延伸的突起與所述相鄰凹處中的相應突起與凹處之間交替的周向連續曲線。8.根據權利要求7所述的渦輪機轉子葉輪，其中所述平臺進一步由后緣以及將所述平臺的所述前緣連接到所述平臺的所述后緣的一對斜面限定；以及其中所述一對斜面之間存在一個軸向延伸的突起以及一個凹處。9.根據權利要求7所述的渦輪機轉子葉輪，其包括大體徑向延伸穿過所述至少一個軸向延伸的突起的至少一個冷卻孔。10.根據權利要求7所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：CL英格拉姆，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：