專利名稱：用于降低渦輪機(jī)葉片中的應(yīng)力的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于降低渦輪機(jī)葉片中的應(yīng)力的方法和設(shè)備，且更特定地涉及用于使用復(fù)合物材料降低這樣的應(yīng)力和阻尼葉片頻率的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
渦輪機(jī)葉片(輪葉)在其中它們受到高離心載荷、振動應(yīng)力和到葉片的變化的流動入射角的環(huán)境中運(yùn)行。當(dāng)這些載荷和應(yīng)力接近葉片的自然共振頻率時振動應(yīng)力增加。當(dāng)葉片共振時振動應(yīng)力的幅值一般地與在系統(tǒng)中存在的阻尼(此處阻尼包括材料阻尼、空氣動力學(xué)阻尼和機(jī)械部件阻尼)的量和激勵水平成比例。對于連續(xù)地聯(lián)接的葉片，振動頻率是整個輪葉系統(tǒng)的函數(shù)，且不必然地是單獨(dú)的輪葉的函數(shù)。
混合葉片包括主要由金屬物質(zhì)制成但帶有至少一個非金屬復(fù)合物填充物材料的“槽(pocket)”的渦輪機(jī)葉片(例如，蒸汽渦輪機(jī)葉片或燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片)。填充物材料可以包括帶有連續(xù)的玻璃纖維、碳纖維、KEVLAR纖維或其他纖維強(qiáng)化物的聚酰亞胺或其他類型的聚合物樹脂(或它們的組合)，以實(shí)現(xiàn)具有最初的翼片表面的復(fù)合物基質(zhì)。復(fù)合物基質(zhì)現(xiàn)在設(shè)計為使用于在風(fēng)阻(windage)條件(葉片的低流動、高速“旋轉(zhuǎn)(wind milling)”)期間具有高葉片溫度的渦輪機(jī)中。然而，剛性非常高的高溫復(fù)合物不很好地附著到金屬。
許多已頒發(fā)的專利已致力于由復(fù)合物材料制造渦輪機(jī)輪葉。例如，名為“ Multi-Component Blade for Gas Turbine”的美國專利5,720,597描述了由金屬和泡沫材料構(gòu)成的燃?xì)鉁u輪機(jī)飛行器輪葉提供有復(fù)合物外皮、腐蝕涂層或二者，且名為“Poly-Component Blade fora Steam Turbine”美國專利6,139,728披露的構(gòu)造類似于在美國專利5,720,597中披露的構(gòu)造，但是美國專利6,139,728披露的構(gòu)造用于蒸汽渦輪機(jī)。然而，這些專利的都未描述或建議頻率調(diào)諧和/或阻尼的益處。類似地，名為“Steam Turbine Blading Having Areas of DifferentDensities”的美國專利5,931,641描述了以復(fù)合物材料制造的渦輪機(jī)輪葉，但也未討論頻率調(diào)諧或阻尼。另外，名為“Hybrid blade withsubmerged ribs”的歐洲專利EP 1152 123 A2描述了混合技術(shù)，但未描述頻率調(diào)諧或?qū)⒒旌霞夹g(shù)應(yīng)用于蒸汽或燃?xì)鉁u輪機(jī)輪葉。此外，這些專利中一個也沒有提供任何用于纖維取向的方法或裝置，也沒有取向或?qū)盈B(lay-up)技術(shù)可以用于改變使用了混合調(diào)諧技術(shù)的一套葉片中的葉片的自然頻率的任何知識。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面中，本發(fā)明的一些構(gòu)造提供了用于降低具有金屬的基金屬的渦輪機(jī)葉片內(nèi)的應(yīng)力的方法。方法包括以在樹脂基質(zhì)內(nèi)具有連續(xù)的纖維的聚合物復(fù)合物填充葉片內(nèi)的槽或多個槽，其中纖維具有根據(jù)葉片的預(yù)先選擇的頻率調(diào)諧和葉片的阻尼的至少一個確定的取向。
在另一個方面中，本發(fā)明的一些構(gòu)造提供了調(diào)諧的渦輪機(jī)輪葉。輪葉具有至少一個葉片。該一個或多個葉片具有金屬的基金屬，帶有以具有在樹脂基質(zhì)內(nèi)結(jié)合的連續(xù)纖維的聚合物復(fù)合物填充的槽或多個槽。纖維具有根據(jù)葉片的預(yù)先選擇的頻率調(diào)諧和混合頻率調(diào)諧的一個確定的取向。


圖1是在渦輪機(jī)輪葉中的多窗槽的構(gòu)造的透視圖；圖2是用于填充例如在圖1中示出的槽的復(fù)合物的部分的透視圖；圖3是在本發(fā)明的一些構(gòu)造中組裝為渦輪機(jī)的多個輪葉組的一些的透視圖；圖4是單向纖維取向的例子；圖5是雙向纖維取向的例子；圖6是準(zhǔn)各向同性纖維取向的例子；圖7是示出了末級葉片的位置的雙流LP蒸汽渦輪機(jī)的側(cè)剖視圖；圖8是多窗槽的構(gòu)造的側(cè)視圖。圖8中的虛線代表了凹入的界面。更特定地，圍繞通透窗的一個的實(shí)線代表了凸出的界面，而圍繞通透窗的兩個的實(shí)線代表了凹入的界面；圖9是帶有多窗的葉片截面構(gòu)造的頂視圖；
圖10是具有多個織物層的復(fù)合物填充物的構(gòu)造的部分側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
如在此所使用，以單數(shù)形式敘述的且冠以“a”、“an”或“一個”(且特別地“至少一個”)的元件或步驟應(yīng)理解為不排除所述的元件或步驟的復(fù)數(shù)，除非明確地陳述這樣的排除。此外，參考本發(fā)明的“一個實(shí)施例”(或“其他實(shí)施例”)不意圖于解釋為排除另外的也合并了所敘述的特征的實(shí)施例的存在或排除結(jié)合本發(fā)明描述的其他特征。此外，除非明確地作相反的陳述，“包括”或“具有”帶有特定的特性的元件或多個元件的實(shí)施例可以包括另外的不具有此特性的元件。
在本發(fā)明的一些構(gòu)造中且參考圖1和圖2，提供了用于調(diào)諧一排連續(xù)地聯(lián)接的渦輪機(jī)輪葉20或獨(dú)立式渦輪機(jī)輪葉20的方法，方法便于降低振動的幅值和/或阻尼特征。方法包括在混合葉片10構(gòu)造內(nèi)使用方向性纖維16的取向。葉片10可以由金屬的基金屬制成，帶有可以由聚合物復(fù)合物填充的槽或多個槽11。復(fù)合物14可以是聚酰亞胺基復(fù)合物或其他合適的材料類型。復(fù)合物14包括纖維16，例如玻璃纖維、碳纖維、Kevlar纖維或其他纖維，它們例如可以在樹脂基質(zhì)18內(nèi)結(jié)合在一起。纖維16可以包括在單層內(nèi)，包括在多層內(nèi)，包括在一個或多個織物層內(nèi)，或遍及基質(zhì)18。纖維16的取向選擇為便于以特定的方式調(diào)諧葉片10和/或可以用于“混合調(diào)諧”該套。換言之，纖維取向根據(jù)葉片10的預(yù)先選擇的調(diào)諧確定。在本發(fā)明的一些構(gòu)造中通過在復(fù)合物14層疊(lay up)和固化期間定制纖維16取向來控制頻率特征。通過微調(diào)纖維16取向和/或織物16的織造，本發(fā)明的一些構(gòu)造便于在由這些纖維構(gòu)成的織物中控制在不同的方向的強(qiáng)度和彈性模量。
在本發(fā)明的一些構(gòu)造中且參考圖3至圖7，纖維16的特定取向也用于調(diào)諧單獨(dú)的葉片10的頻率?！盎旌险{(diào)諧”包括將帶有一個頻率特征的特定的組22與一個或多個另一個頻率的其他的組24組合。然后將輪葉20的組22和24組裝(例如交替地組裝)為排，以便于改進(jìn)渦輪機(jī)26(例如蒸汽渦輪機(jī)或燃?xì)鉁u輪機(jī))的機(jī)械阻尼。取決于希望的最終結(jié)果“混合調(diào)諧”，可能存在輪葉20的多于一個或兩個不同的組。
本發(fā)明的構(gòu)造可以與其他的蒸汽渦輪機(jī)或燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片或輪葉在被環(huán)境允許時(例如燃?xì)鉁u輪機(jī)前方級壓縮機(jī)輪葉)一起使用。
本發(fā)明的一些構(gòu)造提供了連續(xù)地聯(lián)接的或獨(dú)立式葉片10排的自然頻率解調(diào)和動力學(xué)響應(yīng)，而不改變空氣動力學(xué)形狀和效率。本發(fā)明的一些構(gòu)造也提供了單獨(dú)地調(diào)諧葉片10的排的能力，或調(diào)諧不滿足設(shè)計要求的特定模態(tài)的能力，而不改變空氣動力學(xué)形狀和效率。
本發(fā)明的一些構(gòu)造提供了使用復(fù)合物取向以控制在混合葉片的帶槽區(qū)中的剛度調(diào)諧單獨(dú)的葉片頻率的能力，而不改變空氣動力學(xué)效率。纖維16可以以多種方式取向以在方向上控制剛度，這將控制特定的葉片自然頻率(多個自然頻率)。復(fù)合物14可以設(shè)計為基于纖維的類型、織造和取向在不同的方向上具有大體上不同的強(qiáng)度和彈性模量。
參考圖4至圖6，本發(fā)明的一些構(gòu)造通過對在排內(nèi)的輪葉20的自然頻率的混合調(diào)諧提供了便于抑制輪葉排(連續(xù)地聯(lián)接或獨(dú)立式)的空氣彈性響應(yīng)的能力。這些構(gòu)造使用混合的長葉片10設(shè)計，帶有對纖維16的強(qiáng)化剛度的調(diào)整。此調(diào)整可以使用纖維材料16、織造和取向的多種組合實(shí)現(xiàn)，以控制在不同方向的剛度。頻率和特征變化的葉片10也可以用于改變輪葉組的自然頻率。(以上參考的美國專利No.5,931,641描述了混合葉片基部設(shè)計)。本發(fā)明的這些構(gòu)造產(chǎn)生了輪葉20的至少兩個截然不同的組22和24。每個組22和24具有相同的空氣動力學(xué)形狀和外部輪廓，但在帶槽的輪葉20內(nèi)包括了不同的復(fù)合物填充物14，因此有意地改變了兩個(或更多的)輪葉組22和24的自然頻率。例如，在本發(fā)明的一些構(gòu)造中，一個組22使用了強(qiáng)度更高的或“更硬”的復(fù)合物材料14，而另一個組24使用了剛度更低或阻尼更高的材料14。也例如，在一些構(gòu)造中，第一組22使用了在一個方向(見圖4)取向的纖維16，且第二組24使用了在第二方向取向的纖維16。因此，兩個或更多的輪葉20的群被有目的地制造且合理地組裝，以利用它們在自然頻率上的固有差異來阻尼輪葉對同步振動和非同步振動的響應(yīng)，而沒有不利地影響輪葉的空氣動力學(xué)特性。
在本發(fā)明的多種構(gòu)造中，纖維取向或加工技術(shù)，或二者被用于改變單獨(dú)的葉片的基本自然頻率、連續(xù)地聯(lián)接的葉片排的特定的模態(tài)調(diào)諧，或二者。因此，在一些構(gòu)造中，復(fù)合物層疊具有更多在優(yōu)選的方向?qū)R的纖維，這影響了在關(guān)心的方向上的剛度，以因此控制或移動頻率。本發(fā)明的一些構(gòu)造使用了數(shù)個在不同的方向取向的織物材料的不同的層，因此在兩個或更多的方向上影響了剛度，從而允許在這些方向的每個上不同地控制剛度。
在本發(fā)明的一些構(gòu)造中且參考圖6，利用了準(zhǔn)各向同性層疊(例如
n，其中n是重復(fù)堆疊次序數(shù))或在基質(zhì)內(nèi)隨機(jī)取向的長纖維(例如片狀模制化合物或“SMC”)，主要地利用為如上所述的“混合-調(diào)諧”設(shè)備。至少兩套截然不同的葉片和相應(yīng)的自然頻率響應(yīng)以選擇為降低葉片排的凈頻率響應(yīng)的方式布置。
在一些構(gòu)造中，纖維取向用于混合調(diào)諧葉片排。更特定地，兩個或更多套的帶有主要地沿輪葉的壓力側(cè)的凹進(jìn)部分，或“槽”的輪葉組組裝為環(huán)。這些輪葉組包括一套在渦輪機(jī)的級內(nèi)的葉片。一個輪葉組比其他套或其他的多套具有更高的共振頻率或阻尼特征。在一個作為例子的構(gòu)造中，一個輪葉組構(gòu)造為使得一個自然頻率相等地布置在兩個“每旋轉(zhuǎn)”標(biāo)準(zhǔn)之間(例如，4每旋轉(zhuǎn)和5每旋轉(zhuǎn)之間的縫隙內(nèi))，而另一個輪葉組具有替代的纖維層疊取向，它構(gòu)造為相等地布置在大約另一套“每頻率”激勵(例如3每旋轉(zhuǎn)和4每旋轉(zhuǎn)之間的縫隙內(nèi))。當(dāng)在復(fù)合物樹脂基質(zhì)中使用不同的纖維材料和取向時，發(fā)生固有的不同的阻尼和頻率響應(yīng)。復(fù)合物纖維織物與樹脂粘結(jié)劑一起使用，以造成在“挖槽”操作前存在的希望的翼片形狀。
多種輪葉/槽的幾何構(gòu)造的例子在圖中圖示。圖7圖示了在渦輪機(jī)構(gòu)造中低壓末級葉片的典型的位置。本發(fā)明的構(gòu)造可以使用在渦輪機(jī)的其中溫度足夠低且允許葉片尺寸足夠大以允許的多個級中。本發(fā)明的構(gòu)造也可以使用在單一流渦輪機(jī)中。
本發(fā)明的一些構(gòu)造提供了降低在金屬和復(fù)合物之間的粘合劑層內(nèi)的剪應(yīng)力的方法，以及提供將復(fù)合物確定的機(jī)械鎖定到葉片的方法。本發(fā)明的構(gòu)造適用于一個或多個不同層的纖維或織物取向的復(fù)合物基質(zhì)。
在本發(fā)明的一些構(gòu)造中且參考圖8和圖9，為混合葉片10結(jié)構(gòu)提供了幾何通透“窗”12的槽11的構(gòu)造。在這些構(gòu)造的一些中，槽11具有逐漸的傾斜，直至與流道表面的界面56。窗12有助于將復(fù)合物材料14確定機(jī)械接附到葉片10。另外，窗12提供了在復(fù)合物14和金屬葉片10之間的附著層內(nèi)的降低的剪應(yīng)力。
本發(fā)明的一些構(gòu)造提供了多窗12的構(gòu)造，它促進(jìn)了在以模具鋪層的復(fù)合物材料14和葉片10之間的改進(jìn)的機(jī)械界面。因?yàn)閺?fù)合物材料14的高的剛度，通過葉片10的壁是可行的。(在至少一個具有混合葉片的現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造中，使用了具有低的溫度能力和非常低的剛度的聚合物。以柔性低溫聚合物在此現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造中通過葉片壁是不可能的。)在本發(fā)明的一些構(gòu)造中，用于混合葉片10的槽11的幾何構(gòu)造包括多個“窗”12，它們延伸一直通過葉片壁52。槽11圍繞邊緣是凹入的或凸出的。取決于在復(fù)合物層壓加工期間哪個是最有利的和/或哪個具有最佳的保持特征來經(jīng)驗(yàn)地選擇凹入或凸出構(gòu)造。窗12位于選擇為最小化或至少降低了在槽11和葉片設(shè)計內(nèi)的應(yīng)力集中的區(qū)54內(nèi)。窗12可以具有多種形狀，如通過對帶有窗12的葉片進(jìn)行有限元分析確定。在一些構(gòu)造中，窗12使用圍繞其邊緣的凹入和凸出的表面，如通過經(jīng)驗(yàn)測試確定。
在本發(fā)明的一些構(gòu)造中，復(fù)合物材料14包括織物16，例如玻璃、碳、KEVLAR或其他材料，它們使用樹脂粘結(jié)劑/填充物18構(gòu)造為層。例如使用預(yù)先浸漬的單向或織造織物帶制成了分層的復(fù)合物14。用于制成分層的復(fù)合物的合適的方法的一個其他的例子包括在鑄造期間在纖維上注樹脂。在一些構(gòu)造中使用高溫聚酰亞胺基，但帶有高溫性能的其他聚合物也是合適的。
本發(fā)明的金屬到填充物邊緣設(shè)計的構(gòu)造不限制于使用在前緣處，且可以應(yīng)用于所有的邊緣，包括但不限制于外側(cè)邊緣。內(nèi)側(cè)邊緣可以見到帶有高的入射角的徑向流場或來自離心載荷的純徑向流，從而導(dǎo)致“濕”蒸汽徑向地向外流動。取決于翼片在所關(guān)心的邊緣附近的厚度，底切具有小的或大的半徑。底切將以降低應(yīng)力集中的方式逐漸變化到槽的后壁內(nèi)。
本發(fā)明的一些構(gòu)造在翼片的兩側(cè)上具有“襯片(caul sheet)”，而復(fù)合物材料在槽內(nèi)固化。襯片在加工出槽的位置處造成了翼片形狀。樹脂填充物用于再造在“挖槽”前存在的翼片形狀。
另外，本發(fā)明的一些構(gòu)造提供了用于添加將復(fù)合物材料接附到葉片槽內(nèi)的附加的機(jī)械接附的方法，因此降低了在復(fù)合物和金屬翼片之間的粘合劑層內(nèi)的剪應(yīng)力。本發(fā)明的一些構(gòu)造也添加了復(fù)合物基質(zhì)在葉片內(nèi)的確定的機(jī)械保持。
因此，作為總結(jié)，且再次參考圖1和圖2，本發(fā)明的一些構(gòu)造提供了用于降低在包括金屬的基金屬的渦輪機(jī)葉片10內(nèi)的應(yīng)力的方法。方法包括以在樹脂基質(zhì)18內(nèi)具有連續(xù)的纖維16的聚合物復(fù)合物14填充在葉片10內(nèi)的槽或多個槽11。纖維16具有根據(jù)葉片的預(yù)先選擇的頻率調(diào)諧確定的取向。
參考圖3至圖7，此方法可以對于在多個渦輪機(jī)輪葉20內(nèi)的多個渦輪機(jī)輪葉葉片10重復(fù)，其中葉片10的預(yù)先選擇的頻率調(diào)諧在至少輪葉20的第一組22和輪葉20的第二組24之間不同。此外，一些方法包括組裝輪葉20的第一組22和輪葉20的第二組24，以實(shí)現(xiàn)渦輪機(jī)26的機(jī)械阻尼。方法也可以包括將來自第一組22的輪葉20和來自第二組24的輪葉20交替地組裝。在一些構(gòu)造中，多個渦輪機(jī)輪葉20也具有相同的外部空氣動力學(xué)形狀和輪廓，且輪葉20包括至少兩個組22、24，一個組24在葉片10內(nèi)的復(fù)合物14比其他的組或多個組24具有更高的強(qiáng)度或更高的剛度的任一個或二者。在本發(fā)明的其中多個渦輪機(jī)輪葉20具有相同的外部空氣動力學(xué)形狀和輪廓且輪葉20包括至少兩個組22、24的一些構(gòu)造中，方法進(jìn)一步包括使纖維16在樹脂基質(zhì)18內(nèi)取向?yàn)樵谝粋€組22內(nèi)與在其他的組或多個組24內(nèi)在不同的方向。
參考圖4至圖6，本發(fā)明的一些構(gòu)造進(jìn)一步包括帶有在至少兩個方向取向的纖維16的填充復(fù)合物14，使得在第一優(yōu)選方向36上取向的纖維比在不同的第二方向38取向的纖維更多。參考圖10，本發(fā)明的一些構(gòu)造也包括帶有多個不同層40，42的織物材料的填充復(fù)合物14，使得纖維16在不同的層中以不同的方向取向。復(fù)合物14可以包括準(zhǔn)各向同性層疊，且方法可以進(jìn)一步包括將兩套截然不同的葉片布置為降低葉片排的凈頻率響應(yīng)的構(gòu)造。在一些構(gòu)造中，復(fù)合物包括在基質(zhì)18內(nèi)隨機(jī)取向的長纖維16，且方法包括將兩套截然不同的葉片布置為降低葉片排的凈頻率響應(yīng)的構(gòu)造。
在另一個方面中且再次參考圖1至圖7，本發(fā)明的一些構(gòu)造提供了調(diào)諧的渦輪機(jī)輪葉20。輪葉具有至少一個葉片10，葉片10包括金屬的基金屬，帶有填充以聚合物復(fù)合物14的槽或多個槽11，聚合物復(fù)合物14具有在樹脂基質(zhì)18內(nèi)結(jié)合的連續(xù)的纖維16。纖維16具有根據(jù)葉片的預(yù)先選擇的頻率調(diào)諧確定的取向。本發(fā)明的一些構(gòu)造包括多個渦輪機(jī)輪葉20，多個渦輪機(jī)輪葉20包括具有調(diào)諧到第一頻率的葉片10的輪葉20的至少第一組22和具有調(diào)諧到不同的第二頻率的葉片10的輪葉20的第二組24。輪葉20被組裝以實(shí)現(xiàn)燃?xì)鉁u輪機(jī)或蒸汽渦輪機(jī)26的機(jī)械阻尼。在一些構(gòu)造中，多個葉片10包括僅第一組22和第二組24，且具有第一組22的葉片10的輪葉20與具有第二組24的葉片10的輪葉20交替地組裝。本發(fā)明的一些構(gòu)造包括多個具有相同的外部空氣動力學(xué)形狀和輪廓的渦輪機(jī)輪葉20，且輪葉20包括至少兩個組22、24，每個組在葉片10內(nèi)具有不同的復(fù)合物14。本發(fā)明的再另外的構(gòu)造包括多個具有相同的外部空氣動力學(xué)形狀和輪廓的渦輪機(jī)輪葉20，且輪葉包括至少兩個組22、24。在這些構(gòu)造中，一個組22在葉片10內(nèi)的復(fù)合物14比其他的組或多個組24具有更高的強(qiáng)度或更高的剛度任一個或二者。再其他的構(gòu)造包括具有相同的外部空氣動力學(xué)形狀和輪廓的多個渦輪機(jī)輪葉20。然而，輪葉20包括至少兩個組22、24，其中一個組22的纖維16在與另一個組或多個組24不同的方向上取向。
本發(fā)明的一些構(gòu)造提供了其中復(fù)合物14具有在至少兩個方向取向的渦輪機(jī)輪葉20，使得在第一優(yōu)選方向36上取向的纖維16比在不同的第二方向38取向的纖維更多。參考圖10，本發(fā)明的一些構(gòu)造也提供了其中復(fù)合物14包括多個不同層40、42的織物材料使得纖維16在不同的層40、42內(nèi)以不同的方向取向的渦輪機(jī)輪葉20。
本發(fā)明的再其他的構(gòu)造提供了多個渦輪機(jī)輪葉20，其中復(fù)合物14包括準(zhǔn)各向同性的層疊或在基質(zhì)18內(nèi)隨機(jī)取向的長纖維16。至少兩套截然不同的葉片10布置為降低了葉片排的凈頻率響應(yīng)的構(gòu)造。
本發(fā)明的再另一個構(gòu)造提供了具有帶多個一直通過葉片10的壁52的窗槽11的葉片10的渦輪機(jī)輪葉20。窗12定位在最小化或至少降低了在窗槽11上的應(yīng)力集中的區(qū)域54內(nèi)，且輪葉20進(jìn)一步包括復(fù)合物材料14，復(fù)合物材料14包括樹脂基質(zhì)18和織物材料16的層。
因此將承認(rèn)的是，本發(fā)明的構(gòu)造便于降低在渦輪機(jī)葉片內(nèi)的應(yīng)力，和/或用于特別地改變?nèi)~片頻率和/或阻尼特征。
雖然本發(fā)明已根據(jù)多個特定的實(shí)施例描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到本發(fā)明可以以權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的修改來實(shí)踐。
零件列表

權(quán)利要求
1.一種用于降低包括金屬的基金屬的渦輪機(jī)葉片(10)內(nèi)的應(yīng)力的方法，所述的方法包括以在樹脂基質(zhì)(18)內(nèi)具有連續(xù)的纖維(16)的復(fù)合物(14)填充葉片內(nèi)的槽或多個槽(11)，其中纖維具有根據(jù)葉片的預(yù)先選擇的頻率調(diào)諧確定的取向。
2.一種調(diào)諧的渦輪機(jī)輪葉(20)，所述的輪葉包括至少一個葉片(10)，該葉片包括金屬的基金屬，帶有以具有在樹脂基質(zhì)(18)內(nèi)結(jié)合的連續(xù)纖維(16)的聚合物復(fù)合物(14)填充的槽或多個槽(11)，其中纖維具有根據(jù)所述的葉片的預(yù)先選擇的頻率調(diào)諧確定的取向。
3.多個渦輪機(jī)輪葉(20)，每個根據(jù)權(quán)利要求2所述且每個包括多個所述的葉片(10)，包括具有多個調(diào)諧到第一頻率的葉片的輪葉的至少第一組(22)和調(diào)諧到不同的第二頻率的輪葉的第二組(24)，其中所述的第一組和第二組輪葉被組裝以實(shí)現(xiàn)預(yù)先確定的機(jī)械阻尼。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多個渦輪機(jī)輪葉(20)，其中所述的多個輪葉包括所述的第一組(22)和所述的第二組(24)，且所述的第一組的所述的輪葉與所述的第二組的所述的輪葉交替地組裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多個渦輪機(jī)輪葉(20)，其中所述的多個渦輪機(jī)輪葉具有相同的外部空氣動力學(xué)形狀和輪廓，且所述的輪葉包括至少兩個組(22、24)，每個組在所述的葉片(10)內(nèi)具有不同的復(fù)合物(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多個渦輪機(jī)輪葉(20)，其中所述的多個渦輪機(jī)輪葉具有相同的外部空氣動力學(xué)形狀和輪廓，且所述的輪葉包括至少兩個組(22、24)，一個組在所述的葉片(10)內(nèi)的復(fù)合物比其他的組或多個組具有更高的強(qiáng)度和更高的剛度的至少一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多個渦輪機(jī)輪葉(20)，其中所述的多個渦輪機(jī)輪葉具有相同的外部空氣動力學(xué)形狀和輪廓，且所述的輪葉包括至少兩個組(22、24)，一個組具有與其他的組或多個組在不同的方向取向的纖維(16)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪機(jī)輪葉(20)，其中所述的復(fù)合物(14)具有在至少兩個方向取位的纖維(16)，使得在第一優(yōu)選方向(36)上取向的所述的纖維比在不同的第二方向(38)取向的所述的纖維更多。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪機(jī)輪葉(20)，其中所述的復(fù)合物(14)包括多個不同層(40、42)的織物材料，使得纖維(16)在不同的層內(nèi)在不同的方向取向。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多個渦輪機(jī)輪葉(20)，其中所述的復(fù)合物(14)包括準(zhǔn)各向同性層疊或在基質(zhì)(18)內(nèi)隨機(jī)取向的長纖維，其中至少兩套截然不同的所述的葉片(10)布置為降低了葉片排的凈頻率響應(yīng)的構(gòu)造。
全文摘要
用于在具有金屬的基金屬的渦輪機(jī)葉片(10)內(nèi)降低應(yīng)力和調(diào)諧頻率的方法包括以在樹脂基質(zhì)(18)內(nèi)具有連續(xù)的纖維(16)的聚合物復(fù)合物(14)填充葉片內(nèi)的槽或多個槽(11)，其中纖維具有根據(jù)葉片的預(yù)先選擇的頻率調(diào)諧或阻尼確定的取向。
文檔編號F01D5/28GK101046159SQ20071009197
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者S·S·伯吉克, C·拉諾, A·馬金德, 林玫玲, G·帕拉維恩, A·班薩爾 申請人:通用電氣公司