本發(fā)明涉及一種具有尖端罩的葉片，尤其是涉及包括翼片和平臺(tái)的具有尖端罩的葉片。

背景技術(shù)：

重型燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪機(jī)葉片被要求在不利環(huán)境中可靠高速地運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于傾向于很長(zhǎng)的、將相當(dāng)大應(yīng)變置于葉片的末級(jí)渦輪機(jī)葉片尤其如此?，F(xiàn)有的葉片設(shè)計(jì)能夠提供振動(dòng)阻尼，輕量設(shè)計(jì)，或者最小的尖端上泄露流，但是難以同時(shí)在這幾個(gè)方面都具有優(yōu)良的性能，尤其是末級(jí)渦輪機(jī)葉片，在該處離心力最高并且對(duì)剛度和輕量設(shè)計(jì)的要求尤為急需。結(jié)果是，已理解的是渦輪機(jī)葉片的設(shè)計(jì)可改進(jìn)以提供改進(jìn)的渦輪機(jī)葉片性能，尤其是末級(jí)渦輪機(jī)葉片。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明限定在獨(dú)立權(quán)利要求中，現(xiàn)將做出引用。本發(fā)明的進(jìn)一步特征在從屬權(quán)利要求中闡明。

本發(fā)明的第一方面提供一種葉片，其包括前緣、后緣、壓力面、吸力面、根端和尖端，葉片包括附接到尖端的尖端罩，尖端罩包括平臺(tái)和翼片，其中翼片包括面向葉片前緣的前緣側(cè)、面向葉片后緣的后緣側(cè)、后端和前端，前緣側(cè)和后緣側(cè)在后端和前端之間延伸，翼片以與葉片弦在葉片尖端處成一定角度延伸穿過(guò)葉片尖端，其中平臺(tái)包括第一平臺(tái)部和第二平臺(tái)部，其中第一平臺(tái)部從在翼片的前端和葉片尖端吸力面之間的翼片前緣側(cè)延伸至在葉片前緣和翼片前緣側(cè)之間葉片尖端處的吸力面，其中第二平臺(tái)部從在翼片后端和葉片尖端處壓力面之間的翼片后緣側(cè)延伸至在葉片后緣和翼片后緣側(cè)之間的葉片尖端處的壓力面，并且其中尖端罩由在后緣和翼片后緣側(cè)之間的葉片尖端處的吸力面限定，以及由在葉片尖端處吸力面和翼片前端之間的翼片后緣側(cè)限定。

相比于現(xiàn)有的葉片，這能提供性能的全面提升。尤其是，它能夠在最小化尖端上泄露流和最小化尖端罩中的材料數(shù)量方面提供良好表現(xiàn)，以減少在葉片鑄造期間必須穿過(guò)狹窄葉片空間的材料數(shù)量，并且減少葉片翼部，葉片根和轉(zhuǎn)子上的離心負(fù)荷。后緣壓力面區(qū)域處的平臺(tái)部能夠減少泄露并提供剛度。前緣吸力面區(qū)域處的平臺(tái)部能夠提升剛度。

在一個(gè)實(shí)施例中，翼片包括平臺(tái)附近的翼片平臺(tái)端和位于平臺(tái)遠(yuǎn)端的翼片尖端，并且在翼片平臺(tái)端處從翼片前緣側(cè)至翼片后緣側(cè)的距離大于在翼片尖端處從翼片前緣側(cè)至翼片后緣側(cè)的距離。翼片的可變厚度在保持剛度和最小化泄露的同時(shí)能夠提供最小的重量。

在一個(gè)實(shí)施例中，在翼片前端附近，翼片后端附近和/或葉片尖端附近的翼片前緣側(cè)至翼片后緣側(cè)的距離，大于翼片上的其他地方。在前端和/或后端附近提供翼片的更厚部分，在使用時(shí)盡管翼片和下一個(gè)翼片之間接觸，也能夠提供足夠的剛度。能夠?qū)⑾噜徣~片聯(lián)接可以增加阻尼。在葉片尖端附近提供更厚部分能夠提供良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，同時(shí)將翼片中的材料數(shù)量最小化。

在一個(gè)實(shí)施例中，在前緣側(cè)和后緣側(cè)之間的寬度更大的靠近翼片前端的翼片部相比于翼片后緣側(cè)上的翼片前端更接近翼片前緣側(cè)上的翼片前端。這可以在翼片兩側(cè)上最有用的位置提供更厚的部分。

在一個(gè)實(shí)施例中，平臺(tái)包括第三平臺(tái)部，其中第三平臺(tái)部從壓力面和翼片前緣側(cè)相交的點(diǎn)延伸，其中第三平臺(tái)部沿著在葉片的前緣和翼片的前緣側(cè)之間的葉片尖端處的壓力面延伸，并且沿著在葉片尖端處吸力面和翼片后端之間的翼片前緣側(cè)延伸。這能改進(jìn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度并減少泄露。在一個(gè)實(shí)施例中，第三平臺(tái)部的區(qū)域至少小于第一平臺(tái)部區(qū)域的三分之一。

在一個(gè)實(shí)施例中，尖端罩由在前緣和翼片前緣側(cè)之間的葉片尖端處的壓力面限定，以及由壓力面和翼片后端之間的翼片前緣側(cè)限定。這可以將尖端罩中的材料數(shù)量最小化。

在一個(gè)實(shí)施例中，第一平臺(tái)部的邊緣以直線或者大體直線從前緣延伸至翼片的前端，并且/或者第二平臺(tái)部的邊緣以直線或者大體直線從后緣延伸至翼片的后端。這可以將泄漏最小化并提升尖端罩的剛度。

在一個(gè)實(shí)施例中，提供了穿過(guò)第一和/或第二平臺(tái)部的孔。這可以將材料使用和重量最小化同時(shí)仍然提供剛度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

在一個(gè)實(shí)施例中，提供在翼片前緣側(cè)和前緣之間的葉片尖端中的第一灰孔，和/或在翼片后緣側(cè)和后緣之間的葉片尖端中的第二灰孔。

在一個(gè)實(shí)施例中，第二灰孔通向灰孔通道，其在葉片縱向方向上延伸穿過(guò)葉片，其中灰孔通道比葉片中的其他部分更加遠(yuǎn)離葉片尖端的后緣。以這種方式設(shè)置第二灰孔能夠具有結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，尤其是灰孔能夠提供在葉片尖端的相對(duì)寬的部分中，同時(shí)使大多數(shù)灰孔通道更接近后緣。

在一個(gè)實(shí)施例中，翼片和葉片尖端相交的圓角半徑大于平臺(tái)和葉片尖端相交的圓角半徑。圓角半徑變化能夠有助于減輕重量。

本發(fā)明的第二方面提供包括如前所述的葉片的燃?xì)鉁u輪機(jī)。本發(fā)明的第三方面提供如前所述葉片的制造方法，其中葉片通過(guò)鑄造形成。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的實(shí)施例將僅通過(guò)實(shí)例方式進(jìn)行描述，并參照附圖，在附圖中：

圖1示出示例性葉片的俯視圖；

圖2示出圖1的葉片的部分透明的透視圖，其包括顯示表面形狀的線；

圖3示出穿過(guò)圖2葉片的翼片的兩個(gè)截面60、62；以及

圖4示出根據(jù)圖1至3的實(shí)施例的在燃?xì)鉁u輪機(jī)中互相鄰近的三個(gè)葉片的部分透明的透視圖。

具體實(shí)施方式

圖1和2示出葉片10，其包括前緣12，后緣14，壓力面16，吸力面18，附接到葉片根20的根端，以及尖端24。尖端罩22附接到尖端24，尖端罩22包括平臺(tái)31，32，33以及翼片40。

翼片40包括面朝葉片前緣12的前緣側(cè)43，面朝葉片后緣14的后緣側(cè)44，后端42和前端41，前緣側(cè)43和后緣側(cè)44在后端和前端之間延伸。翼片延伸穿過(guò)葉片的尖端24在葉片的尖端24處與葉片10的弦(從前緣至后緣的線)成一角度。

平臺(tái)包括第一平臺(tái)部31和第二平臺(tái)部32，其中第一平臺(tái)部31從在翼片的前端41和葉片尖端24的吸力面18之間的翼片前緣側(cè)43延伸至葉片前緣12和翼片前緣側(cè)43之間葉片尖端24處吸力面18。

相似地，在翼片的另一側(cè)，第二平臺(tái)部32從在翼片后端42和葉片尖端24處壓力面16之間的翼片后緣側(cè)44延伸至在葉片后緣14和翼片后緣側(cè)44之間的葉片尖端24處的壓力面16。

尖端罩22由尖端罩22的后緣14和后緣側(cè)44之間的葉片尖端24處的吸力面18限定，以及由葉片尖端24處吸力面18和翼片前端41之間的翼片后緣側(cè)44限定。

尖端罩的平臺(tái)部可以認(rèn)為是在由翼片40和葉片尖端24限定的四個(gè)獨(dú)立區(qū)域上延伸。第一區(qū)域(前緣-吸力側(cè))包括第一平臺(tái)部31，并且第二區(qū)域(后緣-壓力側(cè))包括第二平臺(tái)部32。第三區(qū)域(前緣-壓力側(cè))(其在葉片尖端24的壓力面16和翼片前緣側(cè)43之間延伸)能夠選擇性地包含第三平臺(tái)部33。第三平臺(tái)部31(見(jiàn)圖1和2)從在葉片的前緣12和翼片的前緣側(cè)43之間的葉片尖端24壓力面16處延伸至在葉片尖端24吸力面18和翼片后端42之間的翼片前緣側(cè)43。在第四區(qū)域(后緣-吸力側(cè))，其從在翼片后端42和尖端吸力面18之間的翼片40的后緣側(cè)44延伸至在翼片后緣側(cè)44和前緣側(cè)14之間的尖端吸力面18，此處無(wú)平臺(tái)。

在第三區(qū)域不包含第三平臺(tái)部分33的實(shí)施例中，尖端罩22由在前緣12和翼片的前緣側(cè)43之間的葉片尖端24處的壓力面16限定，以及由葉片尖端24處的壓力面16和翼片后端42之間的翼片前緣側(cè)43限定。

第一平臺(tái)部31在大致三角形區(qū)域上延伸，其第一和第二側(cè)在如前所述的翼片40和葉片吸力面18之后。第三側(cè)從翼片前端41延伸至前緣12。第三側(cè)可以是直的，或者可以具有輕微的凹曲線或者凸曲線。附圖中示出的實(shí)施例具有輕微的凹曲線，其朝向翼片40和葉片尖端24相交的點(diǎn)彎曲。曲率一般是和緩的，其中曲率半徑大于第三側(cè)的長(zhǎng)度。在最接近翼片的第三側(cè)的部分(例如，最接近翼片的第三側(cè)的10％或者20％)上可以存在例外，其曲率顯著地更小(例如小于翼片最薄部分的寬度)。具有更大曲率的這部分可能是在實(shí)施例的制造中所必須的，例如附圖中所示的實(shí)施例，其中第一平臺(tái)部分31的端部略微設(shè)置在翼片前端41的后面。

相似地，第二平臺(tái)部32在大致三角形區(qū)域上延伸，其第一和第二側(cè)在如前所述的翼片40和壓力面16之后。第三側(cè)可以是直的(如附圖中所示)，或者可以具有輕微的凹曲線或者凸曲線。如同第一平臺(tái)部31，第二平臺(tái)部32具有靠近翼片40的部分(例如，接近翼片40的第三側(cè)的10％或者20％)，其中彎曲顯著地更小(例如小于翼片40最薄部分的寬度)。更大彎曲的這部分可能是在例如附圖所示的實(shí)施例的制造中所必需的，其中第二平臺(tái)部分32的端部略微設(shè)置在翼片40后端42的后面。

在其他實(shí)施例中，曲率也可以不同于前述，例如是更大的曲率。

第三平臺(tái)部33優(yōu)選地顯著小于第一和第二平臺(tái)部31，32(優(yōu)選地至少小于第一平臺(tái)的三分之一，更優(yōu)選地小于第一平臺(tái)區(qū)域的20％，并且最優(yōu)選地小于第一平臺(tái)部區(qū)域的10％；優(yōu)選地第三平臺(tái)區(qū)域相對(duì)于第二平臺(tái)區(qū)域的比例相似或者相同)，并且不延伸至前緣12或者至翼片的后端42。然而，其可選地以相似方式延伸至第一和第二平臺(tái)部，一直從前緣延伸至翼片的后端。

翼片40主要通過(guò)以上進(jìn)行描述并將更詳細(xì)地闡述細(xì)節(jié)。翼片40在平行或大致平行于葉片10的縱向方向上延伸超過(guò)葉片尖端24。翼片40呈通常立方形，最長(zhǎng)的尺寸在前端41和后端42之間，并且最短的尺寸在前緣側(cè)43和后緣側(cè)44之間。

翼片尖端46呈通常大致直的，在使用時(shí)輕微的凹曲率反映相鄰燃?xì)鉁u輪機(jī)部件的曲率。在翼片尖端46處的前緣側(cè)43和后緣側(cè)44之間的距離通常與沿著翼片尖端46從前端41到后端42的長(zhǎng)度相同。

沿著翼片尖端46，前緣側(cè)43和后緣側(cè)44之間的距離是不變的。前緣側(cè)43和后緣側(cè)44之間的距離在翼片平臺(tái)端45處大于在翼片尖端46處。在翼片平臺(tái)端45處的在前緣側(cè)43和后緣側(cè)44之間的距離是可變的；這將在下文更詳細(xì)地闡述。

翼片的前端41和后端42可以成一定角度；即，翼片40垂直于葉片10的縱向方向的截面不是長(zhǎng)方形，而代替的是具有不等于90度的拐角的平行四邊形(尤其如圖3所示)。相似地，翼片尖端46通常也描述為平行四邊形，其中拐角不等于90度。翼片的前端41和后端42的面通常應(yīng)當(dāng)互相平行，因?yàn)樗鼈儗⑴c相鄰葉片10上的相應(yīng)面相互作用(一個(gè)翼片的后端42與相鄰葉片10的翼片的前端41相互作用)，如圖4中所示。

相鄰于翼片尖端46的前緣側(cè)43和后緣側(cè)44的部分優(yōu)選為平面或者大致平面的，如圖中所示。離翼片尖端46較遠(yuǎn)的前緣側(cè)43和后緣側(cè)44的形狀轉(zhuǎn)變?yōu)榉瞧矫娴谋砻妫渚哂衅x平面表面的若干凸出。即，離翼片尖端46較遠(yuǎn)的前緣側(cè)43和后緣側(cè)44的形狀包括從平面表面延伸的若干較寬的部分。第一，前緣側(cè)43和后緣側(cè)44之間的距離增加接近于翼片的前端41和后端42。第二，前緣側(cè)43和后緣側(cè)44之間的距離增加接近于葉片尖端24。與在后緣側(cè)44上相比，在前緣側(cè)43上更接近于前端41，這導(dǎo)致與后緣側(cè)44相比前緣側(cè)43上的更寬部的偏移，并導(dǎo)致非對(duì)稱的翼片40。

尤其在圖2中，能夠看出從翼片尖端46至翼片平臺(tái)端45的寬度增加并不必須平滑。在圖2中，這種增加在后端42和前端41是平滑的，但在葉片的縱向方向上接近葉片的翼片尖端24的部分處并非如此，此處可以看出寬度的增加呈階梯式或大致階梯式。然而，在翼片的縱向方向上(通常也是葉片旋轉(zhuǎn)方向)上寬度的增加通常不會(huì)是階梯式的，如圖中所示。

為進(jìn)一步示出寬度的變化以及上述翼片40的特征，圖3示出翼片40的兩個(gè)互相疊加的截面60，62，以進(jìn)行對(duì)比。圖2上標(biāo)識(shí)出截面60，62。截面60在一個(gè)方向上以線示出，截面62在第二方向上以線示出。這導(dǎo)致圖3中截面中大部分區(qū)域上的剖面線，其呈現(xiàn)兩組線。截面62更接近翼片平臺(tái)端45，并且總是更寬于截面60或者與截面60的寬度相等一即，在截面60處的翼片40的寬度(從前緣側(cè)43至后緣側(cè)44)總是薄于截面62處的翼片40寬度或者與其相等。

兩個(gè)灰孔50，52也存在于葉片尖端24中。第一灰孔50位于前緣12和翼片40之間，且第二灰孔52在翼片40和后緣14之間。第一灰孔50，和第二灰孔52通向灰孔通道53?；铱淄ǖ涝谌~片的縱向方向72上(和/或平行于后緣14)大部分延伸穿過(guò)葉片，但接近葉片的尖端24，灰孔通道彎曲遠(yuǎn)離后緣14?；铱淄ǖ?3優(yōu)選為平滑的，因?yàn)槠湄?fù)載有護(hù)罩凸起，并且在鑄造期間也是(灰孔的一個(gè)目的是在鑄造期間可以保持芯部)。

上述葉片優(yōu)選為用在燃?xì)鉁u輪機(jī)中的(旋轉(zhuǎn)的)渦輪機(jī)葉片。葉片可替代地用在蒸汽渦輪機(jī)中。圖4示出葉片在燃?xì)鉁u輪機(jī)中如何設(shè)置成互相鄰近。一個(gè)葉片10的翼片后端42與相鄰葉片10翼片的前端41相鄰。通常，葉片并不互相附接，而是能夠相互相對(duì)的輕微移動(dòng)。

優(yōu)選地，葉片根20，主要的葉片部21和尖端罩22作為單個(gè)部件整體地鑄造，因?yàn)檫@能夠提供極強(qiáng)的部件。替代地，各部分的一些或者全部可以分開制造并附接到葉片。

上述葉片的形狀僅僅是個(gè)示例，并且可以使用其他的葉片形狀。例如，葉片根20是可選的，并且可以是單獨(dú)的部分。具體的特征(例如前緣12，后緣14等等)可以是與圖所示不同的另一個(gè)形狀。葉片可以包括內(nèi)冷卻。

葉片尖端24的端面(其上安裝有翼片)可以垂直于葉片的縱向方向72。替代地，端面可以略微自平行傾斜，特別是在翼片后緣側(cè)和后緣之間的葉片尖端部分上。

在上述實(shí)施例中詳細(xì)地描述平臺(tái)，但是平臺(tái)在形狀和結(jié)構(gòu)的變化是可能的。第一和第二平臺(tái)部可以延伸至翼片的前端/后端，或者如圖所示一個(gè)或多個(gè)能夠在設(shè)置成自翼片前/后端略微向后退。相似地，第一和第二平臺(tái)部可以延伸至葉片尖端的前緣/后緣，或者一個(gè)或多個(gè)可以從葉片尖端的前/后緣的略微向后退。平臺(tái)可以具有變化的厚度(在葉片的縱向方向上)?？蛇x地，孔可以設(shè)置成穿過(guò)第一和/或第二平臺(tái)部，尤其是穿過(guò)第二平臺(tái)部?？自诳v向葉片方向上72上延伸穿過(guò)第一和/或第二平臺(tái)部。圖1中的虛線55示出第二平臺(tái)孔的可能位置和范圍，盡管其他的形狀(例如圓形或者橢圓形的孔)也可以使用。在孔的形狀是三角形或者大致三角形、或者具有尖拐角的其他形狀的地方，這些拐角可以是倒圓的。替代地，與該位置的孔不同，平臺(tái)的該區(qū)域可以薄于平臺(tái)的其余部分(例如盲孔)。

上述尖端罩的邊界可以認(rèn)為是在垂直于葉片的縱向方向72的平面中，或者在包含葉片尖端24的平面中。尖端罩可以認(rèn)為是從翼片延伸向上至邊界點(diǎn)(對(duì)于翼片的一些部分僅至翼片自身的邊緣)。

如同葉片和平臺(tái)部一樣，除了以上所描述之外，翼片的各種實(shí)施例也是可能的，并且可以與葉片和平臺(tái)的各種不同的實(shí)施例結(jié)合。例如，后緣側(cè)和/或前緣側(cè)可以是平面的。更薄部分(從前緣到后緣的距離更大的地方)可以部分地在翼片平臺(tái)端和翼片尖端之間延伸，或者可以從翼片平臺(tái)端一直延伸至翼片尖端(向上到翼片尖端并且包括翼片尖端)。后緣側(cè)和前緣側(cè)之間的距離可以在翼片平臺(tái)緣和翼片尖端緣處相等。通常，翼片寬度(從后緣側(cè)至前緣側(cè)的寬度)的變化是漸進(jìn)的，但寬度階梯式地變化也是可能的。盡管翼片通常從翼片尖端到翼片平臺(tái)端變寬，在一些實(shí)施例中可以存在翼片的部分是相反的情況，或者翼片在翼片尖端處比翼片平臺(tái)端更寬。

優(yōu)選地，翼片的角度確定成使得當(dāng)使用時(shí)，翼片的縱向范圍(從后端到前端)平行于葉片旋轉(zhuǎn)方向70。優(yōu)選地，對(duì)任何給定葉片僅提供單個(gè)翼片。優(yōu)選地，后端和前端具有相同的寬度(從后緣側(cè)到前緣側(cè))。

上述是具有雙灰孔的實(shí)施例，但替代地，可以設(shè)置一個(gè)、三個(gè)或者更多個(gè)灰孔。

優(yōu)選地，翼片與葉片尖端相交的圓角半徑大于平臺(tái)與葉片尖端相交的圓角半徑。

對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是可能的并且容易想到的，而不會(huì)偏離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明。

附圖標(biāo)記

10葉片 42翼片后端

12前緣 43翼片前緣側(cè)

14后緣 44翼片后緣側(cè)

16壓力面(壓力側(cè)) 45翼片平臺(tái)端

46翼片尖端

18吸力面(吸力側(cè)) 50第一灰孔

20葉片根 52第二灰孔

21主要的葉片部 53灰孔通道

22尖端罩 55第二平臺(tái)孔

23葉片根端 60翼片截面

24葉片尖端 62翼片截面

31第一平臺(tái)部 70刀片旋轉(zhuǎn)方向

32第二平臺(tái)部 72葉片的縱向方向

33第三平臺(tái)部

40翼片

41翼片前端