專利名稱：用于渦輪發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請主要涉及關(guān)于渦輪轉(zhuǎn)子葉片末梢設(shè)計的設(shè)備、方法和/或系統(tǒng)。更具體地 而非以限制的方式，本申請涉及與渦輪葉片末梢相關(guān)的設(shè)備、方法和/或系統(tǒng)，該渦輪葉片 末梢包括后緣溝槽腔，該后緣溝槽腔除其它優(yōu)點(diǎn)之外還改善對葉片末梢的冷卻。
背景技術(shù)：
在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中，公知的是，在壓縮機(jī)中加壓的空氣用于在燃燒器中燃燒燃 料，以產(chǎn)生熱的燃燒氣流，由此此類氣體向下游流經(jīng)一個或多個渦輪，以便可從氣體中獲取 能量。一般而言，根據(jù)此類渦輪，成列的沿周向間隔開的渦輪轉(zhuǎn)子葉片從支承轉(zhuǎn)子盤沿徑 向向外延伸。各葉片通常均包括容許葉片在轉(zhuǎn)子盤內(nèi)的對應(yīng)燕尾槽中進(jìn)行組裝和拆卸的 燕尾部，以及從燕尾部沿徑向向外延伸且與經(jīng)過發(fā)動機(jī)的工作流體流相互作用的翼型件 (airfoil)。翼型件具有在對應(yīng)的前緣與后緣之間沿軸向延伸且在根部與末梢之間沿徑向延 伸的大致凹入的壓力側(cè)和大致凸起的吸入側(cè)。將應(yīng)理解的是，葉片末梢距離徑向外側(cè)的渦 輪護(hù)罩較近，以便最大限度地減小在渦輪葉片之間向下游流動的燃燒氣體在該葉片末梢與 渦輪護(hù)罩之間的泄漏。改善發(fā)動機(jī)效率是通過最大限度地減小末梢間隙或間距以便防止泄 漏而獲得的，但此策略多少會受到在轉(zhuǎn)子葉片與渦輪護(hù)罩之間的不同熱膨脹收縮率和機(jī)械 膨脹收縮率以及避免運(yùn)行期間存在末梢與護(hù)罩相摩擦的不希望的狀況這一動機(jī)所限制。此外，由于渦輪葉片浸入在熱燃燒氣體中，故需要有效的冷卻來確保有用零件的 壽命。通常，葉片翼型件是中空的，且設(shè)置成與壓縮機(jī)成流動連通，以便接收從其中流出的 一部分加壓空氣來用于冷卻翼型件。翼型件的冷卻相當(dāng)復(fù)雜，且可使用多種形式的內(nèi)部冷 卻通道和器件以及穿過翼型件外壁用于排放冷卻空氣的冷卻孔來進(jìn)行。然而，翼型件末梢 特別難以冷卻，因為它們定位成直接鄰近渦輪護(hù)罩，且由流過末梢間距的熱燃燒氣體加熱。 因此，在葉片翼型件內(nèi)引導(dǎo)的一部分空氣通常經(jīng)由末梢排放以便對其冷卻。將會認(rèn)識到的是，常規(guī)葉片末梢設(shè)計包括旨在防止泄漏和提高冷卻有效性的多種 不同的幾何形狀和構(gòu)造。示例性的專利包括授予Butts等人的美國專利No. 5，261，789 ； 授予Bunker的美國專利No. 6，179，556 ；授予Mayer等人的美國專利No. 6，190，129 ；以及授 予Lee的美國專利No. 6，059，530。然而，所有的常規(guī)葉片末梢設(shè)計都具有一些缺陷，包括一 般不能充分地減少泄漏和/或不能容許最大程度地減少使用損耗效率的壓縮機(jī)旁通空氣 對末梢進(jìn)行有效冷卻。仍在尋求改善末梢區(qū)域附近的壓力分布來進(jìn)一步減少總體末梢泄漏 流量，且從而提高渦輪效率。結(jié)果，迫切需要的是改變末梢區(qū)域附近的壓力分布并以另外的 方式減少總體末梢泄漏流量，從而提高渦輪發(fā)動機(jī)總體效率的渦輪葉片末梢設(shè)計。此外，對 于此類葉片末梢還期望提高在葉片末梢處釋放的冷卻空氣的冷卻特性，以及提高渦輪葉片 的總體空氣動力性能。具體而言，對于改進(jìn)的末梢設(shè)計所期望的是更好地容許冷卻空氣流 朝向葉片末梢的后緣移動，該后緣通常是難以冷卻的區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本申請描述了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的渦輪轉(zhuǎn)子葉片的葉片末梢，該渦 輪轉(zhuǎn)子葉片包括翼型件和用于將翼型件沿徑向軸線安裝到渦輪護(hù)罩內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子盤上的根 部部分，在前緣和后緣處連結(jié)在一起的壓力側(cè)壁和吸入側(cè)壁，該壓力側(cè)壁和吸入側(cè)壁從根 部部分延伸至葉片末梢，以及形成在葉片末梢處的聲響器(squealer)末梢腔，該葉片末梢 包括起始于聲響器末梢腔的后端處的后緣溝槽，其中，該后緣溝槽大致朝葉片末梢的后緣 延伸。在一些實施例中，葉片末梢包括在壓力側(cè)壁的徑向外緣與吸入側(cè)壁的徑向外緣之 間延伸的末梢板；聲響器末梢腔在第一側(cè)由壓力末梢壁形成，該壓力末梢壁從末梢板沿徑 向向外延伸，從前緣橫穿至后緣，使得壓力末梢壁大致位于壓力側(cè)壁終端(termination) 附近；以及聲響器末梢腔在第二側(cè)由吸入末梢壁形成，該吸入末梢壁從末梢板沿徑向向外 延伸，從前緣橫穿至后緣，使得吸入末梢壁大致位于吸入側(cè)壁終端附近。在一些實施例中，末梢弦中心線為從前緣延伸至后緣的基準(zhǔn)線，該基準(zhǔn)線連接壓 力末梢壁與吸入末梢壁之間的近似中點(diǎn)；以及后緣溝槽可與末梢弦中心線大致對齊。后緣 溝槽的路徑可為線性的、弓形、蛇形和Z字形中的一種；以及后緣溝槽的輪廓可為半橢圓 形、矩形、半圓形、三角形、梯形、“V"形和"U"形中的一種。在一些實施例中，后緣溝槽在其從聲響器末梢腔朝葉片末梢的后緣延伸時深度可 大致為恒定的。在一些實施例中，后緣溝槽的深度可為處在聲響器末梢腔后端深度的大約 100%至75%之間的深度。在一些實施例中，后緣溝槽的深度在溝槽朝葉片末梢的后緣延 伸時可逐漸變淺。在后緣溝槽前端處的深度可為處在聲響器末梢腔后端深度的大約100% 至75%之間的深度，而在后緣溝槽后端處的深度可為處在聲響器末梢腔后端深度的50% 至10%之間的深度。在一些實施例中，后緣溝槽在其從聲響器末梢腔延伸至葉片末梢后緣時可具有大 致恒定的寬度。后緣溝槽的寬度可為處在聲響器末梢腔后端寬度的大約80%至40%之間 的寬度。在一些實施例中，后緣溝槽的寬度相比于葉片末梢的后端變窄的形狀成比例地變 窄。后緣溝槽寬度可為處在葉片末梢寬度的大約30%至70%之間的寬度。在一些實施例中，后緣溝槽可包括至少一個溝槽冷卻開孔，該溝槽冷卻開孔為在 后緣溝槽內(nèi)的連接到翼型件內(nèi)的一個或多個冷卻腔上的開口。在一些實施例中，后緣溝槽 可包括第一后緣溝槽，該第一后緣溝槽從聲響器溝槽腔延伸至在葉片末梢的后緣前方的位 置；以及第二后緣溝槽，其可形成在第一后緣溝槽的下游終端點(diǎn)的下游。通過研讀優(yōu)選實施例的如下詳細(xì)描述并結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求，本申請的這些 及其它特征將變得明顯。


通過仔細(xì)研究本發(fā)明示例性實施例的以下更為詳細(xì)的描述并結(jié)合附圖，可更為完 全地理解和認(rèn)識本發(fā)明的這些及其它特征，在附圖中圖1為安裝在包繞護(hù)罩內(nèi)的轉(zhuǎn)子盤中的示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的局部 截面等距視圖，其中，葉片具有常規(guī)的末梢設(shè)計；圖2為如圖1中所示的常規(guī)葉片末梢的等距視圖； 圖3為具有按照本發(fā)明示例性實施例的末梢的渦輪轉(zhuǎn)子葉片的頂視圖； 圖4為圖3中的渦輪轉(zhuǎn)子葉片末梢的等距視圖； 圖5為具有按照本發(fā)明備選實施例的末梢的渦輪轉(zhuǎn)子葉片的頂視圖； 圖6為具有按照本發(fā)明備選實施例的末梢的渦輪轉(zhuǎn)子葉片的頂視圖；以及 圖7為具有按照本發(fā)明備選實施例的末梢的渦輪轉(zhuǎn)子葉片的頂視圖。 零件清單 10渦輪 12氣體
14軸向中心軸線 16轉(zhuǎn)子盤 18轉(zhuǎn)子葉片 20渦輪護(hù)罩 22燕尾部 24中空翼型件 26平臺 28壓力側(cè)壁 30吸入側(cè)壁 32前緣 34后緣 36內(nèi)側(cè)根部 38葉片末梢 44膜冷卻孔 46后緣排放孔 48末梢板 50壓力末梢壁 52吸入末梢壁 60末梢弦中心線 62聲響器末梢腔 70葉片 72后緣溝槽 74溝槽冷卻開孔 80葉片 85葉片 90葉片
具體實施例方式
現(xiàn)在參看附圖，其中，同樣的標(biāo)號表示所有圖中的相同元件，圖1繪出了燃?xì)鉁u輪 發(fā)動機(jī)的渦輪10的一部分。渦輪10安裝在燃燒器(未示出)的下游，用于接收來自燃燒器的熱的燃燒氣體12。關(guān)于軸向中心軸線14成軸對稱的渦輪10包括轉(zhuǎn)子盤16和多個沿 周向間隔開的渦輪轉(zhuǎn)子葉片18(示出了其中的一個)，這些渦輪轉(zhuǎn)子葉片18從轉(zhuǎn)子盤16沿 徑向軸線徑向向外地延伸。環(huán)形渦輪護(hù)罩20適于連結(jié)到靜止的定子殼體(未示出)上，且 包繞葉片18而在其間提供相對較小的間隙或間距，以便限制在運(yùn)行期間經(jīng)由其穿過的燃 燒氣體12的泄漏。各葉片18通常均包括燕尾部22，該燕尾部22可具有任何常規(guī)形式，如構(gòu)造成用于 安裝在轉(zhuǎn)子盤16圓周中的對應(yīng)燕尾槽內(nèi)的軸向燕尾部。中空翼型件24—體地連結(jié)到燕尾 部22上，且自其沿徑向或沿縱向向外延伸。葉片18還包括設(shè)置在翼型件24和燕尾部22 的接合部處的一體式平臺26，用于限定燃燒氣體12的徑向內(nèi)側(cè)流動通路的一部分。將會認(rèn) 識到的是，葉片18可采用任何常規(guī)方式形成，且通常為整體式鑄件。將會看到的是，翼型件24優(yōu)選包括大致凹入的壓力側(cè)壁28和在周向或橫向上相 對的大致凸起的吸入側(cè)壁30，它們分別在相對的前緣32與后緣34之間沿軸向延伸。側(cè)壁 28和30還在平臺26處的徑向內(nèi)側(cè)根部36與徑向外側(cè)末梢或葉片末梢38之間沿徑向方向 延伸，這將在與圖2相關(guān)的論述中進(jìn)行更為詳細(xì)地描述。此外，壓力側(cè)壁28和吸入側(cè)壁30 在翼型件24的整個徑向跨距內(nèi)沿周向方向間隔開，以便限定引導(dǎo)冷卻空氣經(jīng)過翼型件24 來對其冷卻的至少一個內(nèi)部流動室或通道。冷卻空氣通常以任何常規(guī)方式從壓縮機(jī)(未示 出)流出。翼型件24內(nèi)部可具有任何構(gòu)造，例如包括在其中具有各種渦流器來用于提高冷 卻空氣有效性的蛇形流動通道，其中，冷卻空氣經(jīng)由穿過翼型件24的各個孔排出，這些孔 例如為常規(guī)的膜冷卻孔44和后緣排放孔46。如在圖2中更好認(rèn)識到的那樣，根據(jù)常規(guī)設(shè)計，葉片末梢38通常包括設(shè)置在壓力 側(cè)壁28和吸入側(cè)壁30徑向外端頂上的末梢板48，其中，末梢板48界定了內(nèi)部冷卻腔。末 梢板48可與轉(zhuǎn)子葉片18形成為一體，或可焊接到適當(dāng)位置上。壓力末梢壁50和吸入末梢 壁52可形成在末梢板48上。通常，壓力末梢壁50從末梢板4沿徑向向外延伸，且從前緣 32沿軸向延伸至后緣34。通常，壓力末梢壁50與末梢板48形成大約90°的角，但這可以 變化。壓力末梢壁50的路徑(path)鄰近或接近壓力側(cè)壁28的終端(S卩，沿著壓力側(cè)壁28 在末梢板48的周邊處或附近)。同樣，吸入末梢壁52大致從末梢板48沿徑向向外延伸，且從前緣32沿軸向延伸 至后緣34。吸入末梢壁52的路徑鄰近或接近吸入側(cè)壁30的終端(即，沿著吸入側(cè)壁30在 末梢板48的周邊處或附近)。壓力末梢壁50和/或吸入末梢壁52的高度和寬度可取決于 整個渦輪組件的最佳性能和尺寸而變化。如圖所示，壓力末梢壁50和/或吸入末梢壁52 可大致為矩形形狀；但其它形狀也是可能的。末梢弦中心線60還描繪為圖2中的虛線。如 圖所示，末梢弦中心線60為從前緣32延伸至后緣34將壓力末梢壁50與吸入末梢壁52之 間的近似中點(diǎn)相連接的基準(zhǔn)線。盡管圖1或圖2中未示出，但在一些情形中，可提供連接壓 力末梢壁50和吸入末梢壁52的一個或多個肋條。盡管在圖3至圖7中未繪出，但肋條也 可提供在本發(fā)明的示例性實施例中，然而它們并非為關(guān)鍵特征。壓力末梢壁50和吸入末梢壁52大致形成了本文稱為聲響器末梢腔62的部分。 在一般情況下，聲響器末梢腔62可包括形成在葉片末梢38上的任何沿徑向向內(nèi)延伸的凹 部或腔。通常，聲響器末梢腔62具有與翼型件24相似的形狀或形式，但其它形狀也是可能的，且由以下界定1)與壓力側(cè)壁28對齊的沿徑向向外延伸的壁，本文已經(jīng)將其描述為壓 力末梢壁50 ；2)與吸入側(cè)壁30對齊的沿徑向向外延伸的壁，本文已經(jīng)將其描述為吸入末梢 壁52 ；3)以及內(nèi)部徑向底板(floor)，本文已經(jīng)將其描述為末梢板48。聲響器末梢腔62可 經(jīng)由限定腔62的外部徑向極限的平面而敞開。結(jié)果，通常在安裝時，聲響器末梢腔62由包 繞的靜止護(hù)罩20大致圍住，但壓力末梢壁50和吸入末梢壁52的外表面以期望的間隙偏離 護(hù)罩20。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到的那樣，一個或多個冷卻開孔(圖1或圖2中 未示出)可提供在聲響器末梢腔62內(nèi)。冷卻開孔構(gòu)造成用以將一定量的冷卻劑從位于翼 型件24內(nèi)的腔輸送至聲響器末梢腔62，該冷卻劑通常包括從壓縮機(jī)流出的一定量的壓縮 空氣。在運(yùn)行中，聲響器末梢腔62內(nèi)的冷卻劑流冷卻零件的外表面，同時還使葉片末梢38 與包繞的工作流體流的極端溫度部分地隔離開。以此方式，葉片末梢38可在運(yùn)行期間保持 在可接受的溫度。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到的那樣，葉片末梢38是葉片上難以冷 卻的區(qū)域，且因此通常需要經(jīng)過聲響器末梢腔62的高水平的冷卻劑流。具體而言，葉片末 梢38后緣在常規(guī)系統(tǒng)中由于零件的空氣動力(即，大多數(shù)冷卻劑在到達(dá)葉片末梢38后緣 之前在吸入末梢壁52上方掠過)而難以保持冷卻。以此方式使用的冷卻劑對渦輪發(fā)動機(jī) 效率具有不利影響，且因此減少其使用會改善發(fā)動機(jī)性能。圖3和圖4示出了根據(jù)本申請的優(yōu)選實施例的葉片70。如圖所示，轉(zhuǎn)子葉片70包 括末梢板48、壓力末梢壁50、吸入末梢壁52和聲響器末梢腔62，這些在構(gòu)造和性質(zhì)上大致 類似于上文結(jié)合圖1和圖2的葉片末梢38描述的參考標(biāo)號相似的器件。根據(jù)本申請的示 例性實施例，葉片70的葉片末梢38包括后緣溝槽72。如下文更為詳細(xì)地描述的那樣，后緣 溝槽72包括位于聲響器末梢腔62的后端與葉片末梢38后緣34之間的凹部、凹槽、切口、 溝槽或類似的形成件。(注意，如文中所用，“后"是指較靠近葉片末梢38下游或后緣34 的方向，而"前"是指葉片末梢38的上游或前緣32。)如下文詳細(xì)論述的那樣，本發(fā)明的后緣溝槽72可包括多種不同形狀、尺寸、對齊 方式和構(gòu)造。例如，如圖3和圖4中所示，溝槽72可沿大致線性的路徑在聲響器末梢腔62 的后端與葉片末梢38的后緣34之間延伸。通常，后緣溝槽72的縱向軸線與大致向下游的 方向?qū)R。在一些實施例中，后緣溝槽72可與末梢弦中心線60大致對齊，這在一些情形中， 取決于該區(qū)域中的葉片末梢38的曲率，可能意味著溝槽72實際上略微成弓形。在一些其 它優(yōu)選實施例(未示出)中，后緣溝槽72的路徑可與末梢弦中心線60大致平行，但定位成 相比于吸入側(cè)壁30更靠近壓力側(cè)壁28。由于流出后緣溝槽72的冷卻空氣通常朝吸入側(cè)壁 30移動，故該構(gòu)造可容許逸出的冷卻空氣流過較大的末梢表面，且因此比如果后緣溝槽72 定位成更靠近吸入側(cè)壁30的情況具有更好的冷卻效果。在本發(fā)明的其它實施例中，后緣溝 槽72可與末梢弦中心線60大致平行，但可定位成相比于壓力側(cè)壁28更靠近吸入側(cè)壁30。 此外，后緣溝槽72不論定位在何處均可具有彎曲的、線性的、Z字形或蛇形路徑。在一些實施例中，后緣溝槽72可利用涂層進(jìn)行處理，如提供環(huán)境防護(hù)和熱防護(hù)的 金屬結(jié)合涂層或其它涂層。在優(yōu)選實施例中，涂層可為鋁含量高的熱腐蝕或氧化抑制劑， 如鋁化物涂層。鋁化物涂層可良好地適用于后緣溝槽72的內(nèi)部，因為相對而言，該位置避 開了與相鄰零件的摩擦或由外來物體碎片所造成的破壞。這些涂層由于其固有的表面粗糙 度，故而還可提高溝槽的有效性，這可增強(qiáng)熱傳導(dǎo)率，從而增強(qiáng)冷卻速率。鋁化物涂層對于抗腐蝕特別有效，但趨于易受到物理破壞，且因此一般不會用在渦輪葉片的葉片末梢區(qū)域 上。后緣溝槽72對其在該區(qū)域的使用提供了成本效益合算的機(jī)會和提高的穩(wěn)健性。如在圖4中更好地認(rèn)識到的那樣，后緣溝槽72的截面輪廓實際上可大致為半橢 圓形。作為備選，盡管圖中未繪出，但后緣溝槽72的輪廓也可為矩形、半圓形、三角形、梯 形、“V"形、“U"形和其它類似形狀，以及其它輪廓和倒角半徑的組合。形成在壓力末 梢壁50/吸入末梢壁52的頂部與后緣溝槽72的沿徑向?qū)R的壁之間的邊緣可能是尖銳的 (即，90度轉(zhuǎn)角)，或在一些情況下，實際上更加成圓角的。后緣溝槽72在其朝后緣34延伸時，深度可大致恒定。注意，如文中所用，后緣溝 槽72深度意思是指溝槽72在其路徑上的給定位置處的最大徑向高度。因此，在半橢圓形輪 廓的情況下，后緣溝槽72的深度出現(xiàn)在橢圓形狀的內(nèi)頂點(diǎn)處。在一些優(yōu)選實施例中，后緣 溝槽72的深度可處在聲響器末梢腔62后端(即，在聲響器末梢腔62中后緣溝槽72自其 起始的相近位置)的深度的大約110%至40%之間。更為優(yōu)選的是，后緣溝槽72的深度可 處在聲響器末梢腔62后端(即，在聲響器末梢腔62中后緣溝槽72自其起始的相近位置) 的深度的大約100%至75%之間。在其它實施例中，如圖3和圖4中所示，后緣溝槽72的深度可沿其在聲響器末梢 腔62與后緣34之間的路徑而變化。在一些優(yōu)選實施例中，后緣溝槽72的深度在溝槽72朝 后緣34延伸時可逐漸變淺。在此情況下，后緣溝槽72前端處的深度可處在聲響器末梢腔 62后端(S卩，在聲響器末梢腔62中后緣溝槽72自其起始的相近位置)的深度的大約110% 至40%之間，而后緣溝槽72后端處的深度可處在聲響器末梢腔62后端的深度的大約60% 至0%之間。更為優(yōu)選的是，后緣溝槽72前端處的深度可處在聲響器末梢腔62后端(即， 在聲響器末梢腔62中后緣溝槽72自其起始的相近位置)的深度的大約100%至75%之間， 而后緣溝槽72后端處的深度可處在聲響器末梢腔62后端的深度的大約50%至10%之間。在一些實施例中，后緣溝槽72在其從聲響器末梢腔62延伸至后緣34時，可具有 大致恒定寬度。注意，如文中所用，溝槽72寬度意指包括在其口部處越過溝槽72的距離。 在優(yōu)選實施例中，聲響器末梢腔62的寬度可處在聲響器末梢腔62后端(即，在聲響器末梢 腔62中后緣溝槽72自其起始的相近位置)的寬度的95%至40%之間。更為優(yōu)選的是，聲 響器末梢腔62的寬度可處在聲響器末梢腔62后端的寬度的80%至50%之間。在其它優(yōu)選實施例中，后緣溝槽72的寬度在溝槽72在從聲響器末梢腔62的后端 朝翼型件后緣34延伸時可逐漸減小。在此情況下，溝槽72的寬度與葉片末梢38后端變窄 的形狀大致成比例地變窄。在此實施例中，溝槽72的寬度可大致在經(jīng)過翼型件后端的葉片 末梢38寬度的大約30%至80%之間。更為優(yōu)選的是，溝槽的寬度可在經(jīng)過翼型件后端的 葉片末梢38寬度的大約40%至70%之間。注意，聲響器末梢腔62與后緣溝槽72之間的過渡可采用多種不同的方式實現(xiàn)。例 如，聲響器末梢腔62與聲響器末梢腔62的較窄寬度之間的過渡在實際上可為"階梯式" 的(即，尖銳的轉(zhuǎn)角)，或具有復(fù)合的邊緣(即，平滑或圓角的轉(zhuǎn)角)。如本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員將認(rèn)識到的那樣，在一些應(yīng)用場合中，復(fù)合的邊緣可有助于較為順暢地流入后緣溝槽 72中，這在冷卻空氣朝葉片末梢38的后緣34移動時，通?？扇菰S更多冷卻空氣保持在后緣 溝槽72中，這樣可提高空氣的冷卻效果。后緣溝槽72可具有類似于前述冷卻開孔的一個或多個溝槽冷卻開孔74。溝槽冷卻開孔74為溝槽72內(nèi)的連接到翼型件內(nèi)的冷卻腔上的開口。按照常規(guī)方式，可引導(dǎo)冷卻 劑穿過溝槽冷卻開孔74，并且連同來自于聲響器末梢腔62的冷卻劑流，通過對流散熱和使 零件與工作流體的極端溫度隔離來保持葉片末梢38的包繞表面區(qū)域冷卻。更具體而言，冷 卻劑可更好地冷卻葉片末梢38的后緣部分。如圖所示，溝槽冷卻開孔可經(jīng)過后緣溝槽72 而有規(guī)則地間隔開，且位于溝槽72的底板上，即，位于溝槽74的最深部分附近。圖5示出了本發(fā)明的備選實施例，轉(zhuǎn)子葉片80。葉片80類似于葉片70，但沒有上 文所述的溝槽冷卻開孔74。如下文將更為詳細(xì)地論述的那樣，在此情形中，來自于聲響器末 梢腔62的冷卻劑在運(yùn)行期間可流入后緣溝槽72中，且朝葉片末梢38的后緣34引導(dǎo)，從而 對其進(jìn)行冷卻。圖6和圖7分別示出了本申請的兩個其它示例性實施例，葉片85和葉片90。如圖 6中所示，在一些實施例中，后緣溝槽72可僅延伸聲響器末梢腔62與葉片末梢38后緣34 之間的距離的一部分。在此類實施例中，后緣溝槽72大致起始于聲響器末梢腔62中，朝葉 片末梢38的后緣34延伸，且終止于未到后緣34的位置處。通常，在此類實施例中，溝槽72 將延伸在聲響器末梢腔62后端與后緣34之間的距離的大約40%至90%之間。如圖7中所示，在其它實施例中，后緣溝槽72可僅延伸聲響器末梢腔62與后緣 34之間的距離的一部分，且第二后緣溝槽72可延伸該距離的另一部分，其中，第二后緣溝 槽比連接到聲響器末梢腔62上的溝槽72更靠后。在此類實施例中，例如，后緣溝槽72大 致起始于聲響器末梢腔62中，朝葉片末梢38的后緣34延伸，且終止于未到后緣34的位置 處。然后，第二后緣溝槽72始于比該終端點(diǎn)更靠后的位置，且朝葉片末梢38的后緣34延 伸，且如圖所示，終止于未到后緣34的位置處。在未示出的其它實施例中，第二后緣溝槽72 可延伸經(jīng)過葉片末梢38的后緣34。如圖所示，一個或多個溝槽冷卻開孔74可位于定位在 后方的溝槽72中。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到的那樣，上文結(jié)合圖3和圖4的實施 例論述的特征和變型可應(yīng)用于本文所述的備選實施例。在使用中，后緣溝槽72在不增大冷卻劑流量的情況下大致改善了對葉片末梢38 后緣34的冷卻。溝槽72通常吸收聲響器末梢腔62的冷卻劑流，否則該冷卻劑流將在吸入 末梢壁52上方?jīng)_洗而過并將其引向葉片末梢38的后緣34。具體而言，后緣溝槽72通常提 供向下游定向的路徑，該路徑容許聲響器末梢腔62內(nèi)的冷卻劑更為有效地實現(xiàn)較低的壓 力梯度，該壓力梯度通常在運(yùn)行期間存在于葉片末梢38的后緣34處。由此，冷卻劑到達(dá)后 緣區(qū)域，而不會1)由壓力側(cè)的熱氣體沖走；或2)不會對吸入側(cè)的流動形成干擾。此外，如 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到的那樣，所造成的后緣溫度下降通常會減少運(yùn)行期間沿葉 片末梢38的后緣34發(fā)生的氧化量。減少氧化改善了翼型件的空氣動力性能，且最終降低 了修理成本。此外，由后緣溝槽72的幾何形狀所引起的流動模式起到對葉片末梢38整個 該部分進(jìn)行密封的作用，因為它們防止流動在葉片末梢38上方從壓力側(cè)至吸入側(cè)滑過，如 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到的那樣，這改善了發(fā)動機(jī)的性能。因此，總的來說，本申請 的后緣溝槽大體上降低了葉片末梢后緣處的金屬溫度，從而延長了零件壽命，通過防止氧 化而改善了發(fā)動機(jī)的性能，并且降低了維護(hù)成本，同時還利用其更好的密封特性而提高了 發(fā)動機(jī)的效率。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的上述說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將構(gòu)思出改進(jìn)方案、變化 以及修改。本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力內(nèi)的這些改進(jìn)方案、變化和修改意圖由所附權(quán)利要求覆蓋。此外，將清楚的是，上文僅涉及本申請所描述的實施例，并且在不脫離由所附權(quán)利要求 及其等同方案所限定的本申請的精神和范圍的情況下，可作出許多變化和修改。
權(quán)利要求
一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的渦輪轉(zhuǎn)子葉片(18)的葉片末梢(38)，所述渦輪轉(zhuǎn)子葉片(18)包括翼型件(24)和用于將所述翼型件(24)沿徑向軸線安裝到渦輪護(hù)罩(20)內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子盤(16)上的根部部分(36)，在前緣(32)和后緣(34)處連結(jié)在一起的壓力側(cè)壁(28)和吸入側(cè)壁(30)，所述壓力側(cè)壁(28)和所述吸入側(cè)壁(30)從所述根部部分(36)延伸至所述葉片末梢(38)，以及形成在所述葉片末梢(38)處的聲響器末梢腔(62)，所述葉片末梢(38)包括起始于所述聲響器末梢腔(62)的后端處的后緣溝槽(72)，其中，所述后緣溝槽(72)大致朝所述葉片末梢(38)的后緣(34)延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片末梢(38)，其特征在于所述葉片末梢(38)包括在所述壓力側(cè)壁(28)的徑向外緣與所述吸入側(cè)壁(30)的徑 向外緣之間延伸的末梢板(48)；所述聲響器末梢腔(62)在第一側(cè)由壓力末梢壁(50)形成，所述壓力末梢壁(50)從所 述末梢板(48)沿徑向向外延伸，從所述前緣(32)橫穿至所述后緣(34)，使得所述壓力末梢 壁(50)大致位于所述壓力側(cè)壁(28)的終端附近；以及所述聲響器末梢腔(62)在第二側(cè)由吸入末梢壁(52)形成，所述吸入末梢壁(52)從所 述末梢板(48)沿徑向向外延伸，從所述前緣(32)橫穿至所述后緣(34)，使得所述吸入末梢 壁(52)大致位于所述吸入側(cè)壁(30)的終端附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片末梢(38)，其特征在于末梢弦中心線(60)包括從所述前緣(32)延伸至所述后緣(34)的基準(zhǔn)線，所述基準(zhǔn)線 連接處于所述壓力末梢壁(50)與所述吸入末梢壁(52)之間的近似中點(diǎn)；以及所述后緣溝槽(72)與所述末梢弦中心線(60)大致對齊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片末梢(38)，其特征在于所述后緣溝槽(72)的路徑為線性的、弓形、蛇形和Z字形中的一種；以及所述后緣溝槽(72)的輪廓為半橢圓形、矩形、半圓形、三角形、梯形、“V"形和"U" 形中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片末梢(38)，其特征在于當(dāng)所述后緣溝槽(72)從所述聲響器末梢腔(62)朝所述葉片末梢(38)的后緣(34)延 伸時，所述后緣溝槽(72)的深度大致恒定；以及所述后緣溝槽(72)的深度包括處在所述聲響器末梢腔(62)的后端的深度的大約 100%至75%之間的深度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片末梢(38)，其特征在于當(dāng)所述溝槽(72)朝所述葉片末梢(38)的后緣(34)延伸時，所述后緣溝槽(72)的深 度逐漸變淺；以及在所述后緣溝槽(72)的前端處的深度包括處在所述聲響器末梢腔(62)的后端的深度 的大約100%至75%之間的深度，以及在所述后緣溝槽(72)的后端處的深度包括處在所述 聲響器末梢腔(62)的后端的深度的50%至10%之間的深度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片末梢(38)，其特征在于所述后緣溝槽(72)在其從所述聲響器末梢腔(62)延伸至所述葉片末梢(38)的后緣 (34)時包括大致恒定的寬度；以及所述后緣溝槽(72)的寬度包括處在所述聲響器末梢腔(62)的后端的寬度的大約80% 至40%之間的寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片末梢(38)，其特征在于所述后緣溝槽(72)的寬度相對于所述葉片末梢(38)的后端變窄的形狀成比例地變 窄；以及所述后緣溝槽(72)的寬度包括處在所述葉片末梢(38)的寬度的大約30%至70%之 間的寬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片末梢(38)，其特征在于，所述后緣溝槽(72)包括至少一 個溝槽冷卻開孔(74)，所述溝槽冷卻開孔(74)包括在所述后緣溝槽(72)內(nèi)的連接到所述 翼型件(24)內(nèi)的一個或多個冷卻腔上的開口。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片末梢(38)，其特征在于所述后緣溝槽(72)包括第一后緣溝槽(72)，所述第一后緣溝槽(72)從所述聲響器末 梢腔(62)延伸至在所述葉片末梢(38)的后緣(34)前方的位置；以及第二后緣溝槽(72)形成在所述第一后緣溝槽(72)的下游終端點(diǎn)的下游。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于渦輪發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片。具體而言，涉及一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的渦輪轉(zhuǎn)子葉片(18)的葉片末梢(38)，該渦輪轉(zhuǎn)子葉片(18)包括翼型件(24)和用于將翼型件(24)沿徑向軸線安裝到渦輪護(hù)罩(20)內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子盤(16)上的根部部分(36)，在前緣(32)和后緣(34)處連結(jié)在一起的壓力側(cè)壁(28)和吸入側(cè)壁(30)，壓力側(cè)壁(28)和吸入側(cè)壁(30)從根部部分(36)延伸至葉片末梢(38)，以及形成在葉片末梢(38)處的聲響器末梢腔(62)，該葉片末梢(38)包括起始于聲響器末梢腔(62)后端處的后緣溝槽(72)，其中，后緣溝槽(72)大致朝葉片末梢(38)的后緣(34)延伸。
文檔編號F01D5/18GK101943028SQ20101016783
公開日2011年1月12日 申請日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者F·羅曼-莫雷爾斯, G·M·伊策爾, M·A·薩利文, S·D·M·阿馬拉爾, S·E·愛麗絲, X·J·張 申請人:通用電氣公司