專利名稱：混合的渦輪機(jī)葉片及相關(guān)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及蒸汽渦輪機(jī)槳片(或者葉片)，更具體地，涉及設(shè)計為在葉片翼面部分的不同的選擇區(qū)域內(nèi)提供不同的預(yù)定溫度性能的復(fù)合的葉片。
背景技術(shù)：
對于渦輪機(jī)槳片或者葉片，離心負(fù)載為運轉(zhuǎn)速度、葉片質(zhì)量及距發(fā)動機(jī)的質(zhì)量定位的中心線的半徑的函數(shù)。當(dāng)葉片的質(zhì)量增加時，必須在較低的徑向高度處增加物理區(qū)域或者截面區(qū)域，以能夠在不超過給定的材料所允許的應(yīng)力的情況下承載在它之上的質(zhì)量。在較低的跨度處增加葉片的截面區(qū)域使在根部的流動堵塞過多并由此使性能降低。葉片的重量使盤應(yīng)力提高并由此可能使可靠性降低。
幾項現(xiàn)有的美國專利涉及了所謂的“混合的”葉片設(shè)計，其中，通過將翼面組建成金屬和聚合物填充物材料的組合物，減小翼面的重量。特別地，在翼面部分內(nèi)構(gòu)建一個或者多個空腔，并且用聚合物填充物材料以不改變翼面外形的方式填充空腔。這些現(xiàn)有的專利包括美國專利No.6,139,278、6,042,338、5,931,641及5,720,597。也可查看2003年4月16日提交的共同懸而未決且共同擁有的申請S.N.10/249,518。該’518申請披露了混合的葉片，其中，改變空腔構(gòu)造以使各組葉片的阻尼特征發(fā)生變化。
然而，另一個涉及混合的蒸汽渦輪機(jī)葉片的使用的問題涉及費用，該費用作為在使用期間這樣的葉片所經(jīng)受的溫度的函數(shù)。例如，在雙流蒸汽渦輪機(jī)中，在部分負(fù)載及全速條件期間，存在顯著的末級葉片尖端區(qū)域的氣阻加熱。在葉片后面的罩區(qū)域具有噴水器系統(tǒng)，以冷卻流到凝結(jié)器的排出流。然而，即使在噴水器運轉(zhuǎn)期間，冷卻流也不能遷移到在葉片尖端附近的受熱區(qū)域，由此對葉片尖端的冷卻是極小的。在這種條件期間，葉片尖端可以達(dá)到超過400°F，其中，在正常運轉(zhuǎn)期間，葉片溫度僅達(dá)到大約150°F。因此，當(dāng)前大多數(shù)被考慮用于混合的葉片應(yīng)用的聚合物(聚氨酯橡膠和/或者橡膠)被限制在300°F以下使用。雖然有幾種高溫聚合物是可得到的，但是它們的成本可能5倍于較低溫聚合物的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明拓展了混合的葉片構(gòu)思，以包括在單一葉片或者槳片中使用多種填充物，該填充物作為所需的溫度性能的函數(shù)。典型地，在最外側(cè)的徑向空腔內(nèi)使用較高溫材料。這樣，可以選擇較昂貴且溫度性能較高的材料僅用于在有限的翼面尖端區(qū)域使用，而在其它諸如葉片翼面的徑向內(nèi)側(cè)或者較低部分那樣的區(qū)域可以選擇較不昂貴的材料。在葉片的徑向外側(cè)部分需要較小體積的填充物，通過這個因素進(jìn)一步提高了這個結(jié)構(gòu)的成本利益。
因此，在其更廣泛的方面上，本發(fā)明涉及制造用于在蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪上組裝的葉片的方法，包括形成帶有多個空腔的翼面部分并且用多于一種的填充物材料填充所述的空腔，該材料被選擇作為所需的溫度性能的函數(shù)。
在另一方面，本發(fā)明涉及具有翼面部分的渦輪機(jī)葉片，該翼面部分被形成為帶有多個用各自不同的聚合物填充物材料填充的空腔，該材料被選擇作為所需的溫度性能的函數(shù)。
在另一方面，本發(fā)明涉及包括一排葉片的蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪，該葉片緊固在輪的圓周周圍，每個葉片具有多個用各自不同的聚合物填充材料填充的空腔，該材料被選擇作為所需的溫度性能的函數(shù)。
現(xiàn)在，與下面標(biāo)識的圖片相聯(lián)系，將詳細(xì)描述本發(fā)明。


圖1為雙流低壓渦輪機(jī)的示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的典型的實施例的部分完成的混合的葉片的透視圖；以及圖3為具有多個安裝在其上的渦輪機(jī)葉片的渦輪機(jī)輪的側(cè)面示意圖。
具體實施例方式
圖1顯示了雙流、低壓渦輪機(jī)10的示意圖，該渦輪機(jī)10包括渦輪機(jī)殼12、轉(zhuǎn)子14及以16、18標(biāo)識的在兩個渦輪機(jī)部分中的多個輪。虛線包圍的兩個區(qū)域20、22代表末級葉片的徑向上的最外側(cè)區(qū)域，已經(jīng)顯示在部分負(fù)載條件期間該區(qū)域經(jīng)受了最大的氣阻加熱。這樣，根據(jù)本發(fā)明的典型的實施例，在葉片的徑向上的外側(cè)空腔內(nèi)使用較高溫填充物材料(性能至少400°F)。例如，圖2顯示了包括柄部分26及翼面部分28的葉片24。在翼面部分28的壓力側(cè)上形成徑向上的內(nèi)側(cè)及外側(cè)空腔30、32，通過相對寬的連接板或者肋34及在跨度中間的擋板36，將該空腔30、32隔開。在所給出的例子中，將高溫填充物材料38用于填充空腔32，而應(yīng)該將較低溫填充物材料40用于填充空腔30。一些級可能僅在翼面部分的外側(cè)10-15％需要高溫填充物材料，但是在任何情況下，根據(jù)用于特殊的渦輪機(jī)設(shè)計的檢測數(shù)據(jù)，可以做出決定。在許多空腔內(nèi)從最高溫材料到最低溫材料連續(xù)地使用多于兩種的聚合物材料，這是可以的。
圖3示意性地顯示了一排安裝在渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪42上的葉片24，如在其中描述的那樣，葉片24使用多種填充物材料38、40。
填充物材料38、40可以包括已知的聚氨酯橡膠、橡膠化合物或者帶有其它象玻璃或者陶瓷那樣的具有不同溫度性能的材料的聚合物混合物。用于將填充物材料結(jié)合到翼面部分28的金屬表面的選擇包括，但不限于，自身粘著、在填充物材料38、40和翼面部分28的金屬表面之間粘著、粘性結(jié)合(粘性膜或者膠)及熔化結(jié)合。
使用不同的填充物材料，在減小成本的情況下，改善了混合的槳片的溫度性能。根據(jù)填充物材料的溫度特征及在任何給定的級中葉片的溫度性能要求，為槳片上的具體位置確定使用的每種材料。在槳片上的限定位置內(nèi)使用較昂貴的高溫材料將使混合的葉片的設(shè)計更為可行，尤其是對于那些經(jīng)受高氣阻條件的葉片。
雖然已經(jīng)與目前被認(rèn)為是最實際且優(yōu)選的實施例相聯(lián)系描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解的是，不能以批露的實施例限制本發(fā)明，相反，本發(fā)明旨在覆蓋包括在附加的權(quán)利要求書的主旨及范圍內(nèi)的各種各樣的更改及等同的構(gòu)造。
雙流、低壓渦輪機(jī)10渦輪機(jī)殼12轉(zhuǎn)子14以16、18標(biāo)識的多個輪區(qū)域20、22葉片24柄部分26翼面部分28徑向上的內(nèi)側(cè)及外側(cè)空腔30、32連接板或者肋34在跨度中間的擋板36高溫填充物材料38較低溫填充物材料40渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪4權(quán)利要求
1.一種制造用于在蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪(42)上組裝的葉片(24)的方法，其包括形成帶有多個空腔(30、32)的翼面部分(28)并且用多于一種的填充物材料(40、38)填充所述的空腔，該材料(40、38)被選擇作為所需的溫度性能的函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多個空腔包括徑向上的外側(cè)空腔(32)及徑向上的內(nèi)側(cè)空腔(30)，并且在其中，在徑向上的外側(cè)空腔(32)內(nèi)的填充物材料(38)的溫度性能比在徑向上的內(nèi)側(cè)空腔(30)內(nèi)的填充物材料(40)的大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的較大的溫度性能包括至少400°F性能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的填充物材料(38、40)包括聚合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的填充物材料(38、40)包括聚氨酯橡膠聚合物。
6.一種渦輪機(jī)葉片(24)具有翼面部分(28)，該翼面部分(28)形成有多個用各自不同的聚合物填充物材料(40、38)填充的空腔(30、32)，該材料(40、38)被選擇作為所需的溫度性能的函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于，所述的多個空腔的徑向上的最外側(cè)的一個(32)與其它所述的多個空腔相比具有較高的溫度性能。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于，所述的多個空腔(30、32)包括徑向上的外側(cè)空腔及徑向上的內(nèi)側(cè)空腔，并且在其中，在徑向上的外側(cè)空腔內(nèi)的填充物材料的溫度性能比在徑向上的內(nèi)側(cè)空腔內(nèi)的填充物材料的大。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪，其特征在于，所述的聚合物填充物材料包括聚氨酯橡膠聚合物。
10.一種蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪包括一排緊固在輪的圓周周圍的葉片(24)，每個葉片(24)具有多個用各自不同的聚合物填充物材料(40、38)填充的空腔(30、32)，該材料(40、38)被選擇作為所需的溫度性能的函數(shù)。
全文摘要
一種制造用于在蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪(42)上組裝的葉片(24)的方法，包括形成帶有多個空腔(30、32)的翼面部分(28)并且用多于一種的填充物材料(40、38)填充所述的空腔，該材料(40、38)被選擇作為所需的溫度性能的函數(shù)。
文檔編號F01D5/28GK1727644SQ20051007405
公開日2006年2月1日 申請日期2005年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者S·S·博德吉克, G·W·德萊昂納多, 林玫玲, C·拉諾 申請人:通用電氣公司