專利名稱：渦輪機(jī)的渦輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪機(jī)，確切地說，涉及渦輪機(jī)的具有多個(gè)峰(hump)端壁的渦輪。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)等渦輪機(jī)可包括壓縮機(jī)、燃燒室和渦輪。壓縮機(jī)壓縮入口氣體，并且燃燒室將經(jīng)壓縮的入口氣體與燃料一起燃燒以生成高溫流體。這些高溫流體被導(dǎo)入渦輪，在渦輪中高溫流體的能量被轉(zhuǎn)化為可用于生成動(dòng)カ以及/或者發(fā)電的機(jī)械能。渦輪經(jīng)形成以構(gòu)成供高溫流體通過的環(huán)形通路。在渦輪的ー個(gè)或多個(gè)軸向級(jí)上，旋轉(zhuǎn)葉片通常在多個(gè)渦輪級(jí)呈現(xiàn)強(qiáng)大的二次流，由此高溫流體在橫切于主流方向的方向上穿過通路流動(dòng)。這些二次流會(huì)在這些多個(gè)級(jí)的各級(jí)處不利地影響級(jí)的效率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供渦輪機(jī)的渦輪，并且所述渦輪包括經(jīng)設(shè)置以構(gòu)成通路的第一端壁和第二端壁；所述第一端壁和所述第二端壁的每ー者都包括:朝向通路的表面，以及從第一端壁和第二端壁中的至少ー者可延伸跨過通路的第一葉片和第二葉片；第一葉片和第二葉片的每一者都具有翼型形狀，并且經(jīng)設(shè)置使得第一葉片的壓力側(cè)朝向第二葉片的吸入側(cè)。在第一葉片和第二葉片之間的第一端壁和第二端壁中的至少ー者的表面的一部分具有:至少第一峰，其靠近第一葉片的前緣和壓カ側(cè)，以及第二峰，其設(shè)置于第一葉片的翼弦長(zhǎng)度的10-60%處，并且靠近其壓カ側(cè)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供渦輪機(jī)的渦輪，并且所述渦輪包括經(jīng)設(shè)置以構(gòu)成環(huán)形通路的第一和第二環(huán)形端壁；第一端壁和第二端壁的每ー者都包括朝向環(huán)形通路的表面，以及從第一端壁和第二端壁的至少ー者中可延伸跨過通路的葉片的環(huán)形陣列；各葉片具有翼型形狀，并且經(jīng)設(shè)置使得其中一個(gè)葉片的壓カ側(cè)朝向其相鄰的ー個(gè)葉片的吸入側(cè)。在所述其中一個(gè)葉片和所述其相鄰的ー個(gè)葉片之間的第一端壁和第二端壁的至少ー者的表面的一部分具有:至少第一峰，其靠近所述其中一個(gè)葉片的壓カ側(cè)和前緣，以及第二峰，其設(shè)置于所述其中一個(gè)葉片的翼弦長(zhǎng)度的10-60%處，并且靠近其壓カ側(cè)。根據(jù)本發(fā)明的又ー個(gè)方面，提供渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)包括:壓縮機(jī)，其用于壓縮入ロ氣體以生成經(jīng)壓縮的入口氣體；燃燒室，其將經(jīng)壓縮的入口氣體與燃料一起燃燒以生成流體流；以及渦輪，其與燃燒室流體連通。渦輪包括第一端壁和第二端壁，其構(gòu)成環(huán)形通路，流體流可引導(dǎo)的穿過所述環(huán)形通路；第一端壁設(shè)置于第二端壁內(nèi)，并且氣動(dòng)元件的軸向級(jí)經(jīng)設(shè)置延伸穿過在第一端壁和第二端壁之間的通路并且由此以氣動(dòng)的方式與流體流相互作用。第一端壁在相鄰氣動(dòng)元件之間呈現(xiàn)非軸對(duì)稱輪廓，并在靠近其中一個(gè)氣動(dòng)元件的壓カ側(cè)具有多個(gè)峰。通過以下結(jié)合附圖進(jìn)行的說明可以更加清楚地了解這些和其他優(yōu)點(diǎn)以及特征。


本說明書中的權(quán)利要求書特別指出并明確要求本發(fā)明的權(quán)利。通過以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)說明可以清楚地了解本發(fā)明的上述和其他特征以及優(yōu)點(diǎn)，在附圖中:圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；圖2是圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪部分的側(cè)視圖；以及圖3是潤(rùn)輪部分的地形圖(topographical map)的徑向視圖。
具體實(shí)施方式
通過參考附圖以實(shí)例方式介紹本發(fā)明的各實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。
具體實(shí)施例方式參見圖1和圖2，并且根據(jù)本發(fā)明的各方面，渦輪機(jī)10可為，例如，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)11。這樣，渦輪機(jī)10可包括壓縮機(jī)12、燃燒室13以及渦輪14。壓縮機(jī)12壓縮入口氣體，并且燃燒室13將經(jīng)壓縮的入口氣體與燃料一起燃燒以生成高溫流體等的流體流。這些高溫流體被導(dǎo)入渦輪機(jī)14，在渦輪機(jī)14中高溫流體的能量被轉(zhuǎn)化為可用于生成動(dòng)カ以及/或者發(fā)電的機(jī)械能。渦輪14包括第一環(huán)形端壁20以及第二環(huán)形端壁30，所述第二環(huán)形端壁30圍繞第一環(huán)形端壁20設(shè)置以構(gòu)成環(huán)形通路40。環(huán)形通路40從靠近燃燒室13的上游部分41延伸到遠(yuǎn)離燃燒室13的下游部分42。高溫流體從燃燒室13輸出，并且從上游部分41沿通路40穿過渦輪14到達(dá)下游部分42。第一環(huán)形端壁20以及第二環(huán)形端壁30的每ー者都包括朝向面21和31的相應(yīng)熱氣路徑，所述面21和31向內(nèi)朝向環(huán)形通路40。在渦輪機(jī)14的ー個(gè)或多個(gè)軸向級(jí)處，提供氣動(dòng)元件的環(huán)形陣列，例如軸向?qū)R的葉片50。各級(jí)中的各葉片50從第一端壁20和第二端壁30中的至少ー者或二者可延伸跨過通路40，從而與流過通路40高溫流體以氣動(dòng)方式相互作用。各葉片50可具有翼型形狀51，所述翼型形狀51具有前緣511以及相對(duì)于前緣511的后緣512、壓カ側(cè)513，其在前緣511和后緣512之間延伸，以及吸入側(cè)514，其相對(duì)于壓カ側(cè)513并且在前緣511和后緣512之間延伸。各葉片50可設(shè)置于ー個(gè)或多個(gè)軸向級(jí)處，使得任ー葉片50的壓カ側(cè)513朝向葉片50的相鄰葉片的吸入側(cè)514并且構(gòu)成相關(guān)節(jié)距(pitch)。采用此配置吋，隨著高溫流體通過通路40，高溫流體以氣動(dòng)的方式與葉片50相互作用并且使得各軸向級(jí)處的葉片50的環(huán)形陣列圍繞渦輪14的中心線旋轉(zhuǎn)。通常，葉片50的配置傾向于穿過通路40的在橫切于主流方向的方向上流動(dòng)的生成二次流。這些二次流可產(chǎn)生于前緣511處或其附近，此處引入的端壁邊界層卷成兩個(gè)漩渦，所述漩渦傳送入漿葉通道并且可能引起氣動(dòng)效率損失。然而，根據(jù)各方面，這些漩渦的強(qiáng)度可被降低并且可能通過在前緣511附近放置至少ー個(gè)或多個(gè)第一端壁峰來防止。此外，隨著流體跨過通道40從高壓區(qū)域遷移到低壓區(qū)域，形成于相鄰葉片50之間的跨通道壓カ梯度可產(chǎn)生另一類型的二次流部件。所述跨通道流動(dòng)遷移也可引起氣動(dòng)性能的損失。根據(jù)進(jìn)一歩的方面，前緣511的后部或下游的第二端壁峰以及第一端壁峰可加快局部流體的速度。此種加速可造成跨通道流動(dòng)遷移的減少，進(jìn)而提高氣動(dòng)效率。因此，如圖2所示并且參考圖3，位于渦輪14的特定軸向級(jí)上的其中一個(gè)葉片501和其相鄰的ー個(gè)葉片502之間的第一端壁20的表面21的部分211，至少具有第一峰60以及設(shè)置于其上的第二峰70。為了簡(jiǎn)潔清晰起見，以下將描述成第一峰60和第二峰70形成于第一端壁20之上，所述第一端壁20在第二端壁30內(nèi)徑向設(shè)置，但是可以理解，此實(shí)施例只是示例性的，并且類似的峰也可設(shè)置于第二端壁30之上?？蓪⒌谝环?0設(shè)置于靠近前緣511以及其中一個(gè)葉片501的壓カ側(cè)513。第二峰70可設(shè)置于其中一個(gè)葉片501的翼弦長(zhǎng)度的10-60%處，并且靠近其壓カ側(cè)513。參考圖3，對(duì)第一峰60和第二峰70的地形圖進(jìn)行了描繪。如圖3所示，第一峰60和第二峰70構(gòu)成于渦輪14的給定的軸向級(jí)上，位于其中一個(gè)葉片(“第一”葉片)501的壓カ側(cè)513和其相鄰的葉片(“第二”葉片)502的吸入側(cè)514之間。第一峰60和第二峰70從朝向第一端壁20的表面21的熱氣路徑的部分211徑向向外上升。地形圖描繪了朝向表面21的熱氣路徑形成調(diào)零的第一徑向高度80。第一峰60和第二峰70各穿過至少第二至第七徑向高度81-86，而從該第一徑向高度80徑向向外上升，使得其各自徑向向外伸入通路40中。根據(jù)各實(shí)施例，第二徑向高度81處的相對(duì)于第一徑向高度80的無維(non-dimensional)峰的半徑大約是0.175 ;第三徑向高度82處的相對(duì)于第一徑向高度80的無維峰的半徑大約是0.25 ;第三徑向高度83處的相對(duì)于第一徑向高度80的無維峰的半徑大約是0.325 ;第四徑向高度84處的相對(duì)于第一徑向高度80的無維峰的半徑大約是
0.4 ;第五徑向高度85處的相對(duì)于第一徑向高度80的無維峰的半徑大約是0.475 ;以及第六徑向高度86處的相對(duì)于第一徑向高度80的無維峰的半徑大約是0.55。根據(jù)進(jìn)ー步實(shí)施例，第一峰60距離朝向表面21的熱氣路徑可具有大約為第一葉片501跨度的6.7%的高度；第一峰60可設(shè)置于第一葉片501的翼弦長(zhǎng)度的0-10%處，并且第一峰60可設(shè)置于相關(guān)節(jié)距的0-10%處。第二峰70距離朝向表面21的熱氣路徑可具有大約為第一葉片501跨度的5.9%的高度；第二峰70可設(shè)置于大約為第一葉片501的翼弦長(zhǎng)度的42%處，并且第二峰70可設(shè)置于大約為相關(guān)節(jié)距的16.6%處。盡管僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明并不限于所掲示的此類實(shí)施例。相反，本發(fā)明可經(jīng)修改以涵蓋之前并未描述、但與本發(fā)明的精神和范圍相符合的任意數(shù)量的變化、更改、替換或等效布置。此外，盡管已描述本發(fā)明的各種實(shí)施例，但應(yīng)理解，本發(fā)明的各方面可僅包括所述實(shí)施例中的一些實(shí)施例。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為受前述說明限制，而是僅受所附權(quán)利要求書的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)的渦輪，包括: 第一端壁和第二端壁，其經(jīng)設(shè)置以限定通路，所述第一端壁和所述第二端壁的每ー者都包括朝向所述通路的表面；以及 第一葉片和第二葉片，其從所述第一端壁和所述第二端壁中的至少ー者可延伸跨過所述通路，所述第一葉片和所述第二葉片的每一者都具有翼型形狀，并且經(jīng)設(shè)置使得所述第一葉片的壓カ側(cè)朝向所述第二葉片的吸入側(cè)， 所述第一葉片和所述第二葉片之間的所述第一端壁和所述第二端壁中至少ー者的所述表面的一部分，其至少具有: 第一峰，其靠近所述第一葉片的前緣和所述壓カ側(cè)，以及 第二峰，其設(shè)置于所述第一葉片的翼弦長(zhǎng)度的10-60%處，并且靠近其所述壓カ側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其中所述第一葉片和所述第二葉片在所述通路內(nèi)軸向?qū)R。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其中所述第一峰距離所述第一端壁和所述第二端壁中至少ー者的所述表面的高度大約是所述第一葉片的跨度的6.7%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述渦輪，其中所述第一峰設(shè)置于所述第一葉片的所述翼弦長(zhǎng)度的0-10%處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述渦輪，其中所述第一峰設(shè)置于相關(guān)節(jié)距的0-10%處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其中所述第二峰距離所述第一端壁和所述第二端壁中至少ー者的所述表面的高 度大約是所述第一葉片的跨度的5.9%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述渦輪，其中所述第二峰設(shè)置于大約為所述第一葉片的所述翼弦長(zhǎng)度的42%處。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述渦輪，其中所述第二峰設(shè)置于大約為相關(guān)節(jié)距的16.6%處。
9.一種渦輪機(jī)的渦輪，包括: 第一環(huán)形端壁和第二環(huán)形端壁，其經(jīng)設(shè)置以限定環(huán)形通路，所述第一端壁和所述第二端壁的每ー者均包括朝向所述環(huán)形通路的表面；以及 葉片的環(huán)形陣列，其從所述第一端壁和所述第二端壁中的至少ー者可延伸跨過所述通路，所述葉片的每ー者都具有翼型形狀，并且經(jīng)設(shè)置使得其中一個(gè)葉片的壓カ側(cè)朝向其相鄰葉片的吸入側(cè)， 所述ー個(gè)葉片和所述其相鄰葉片之間的所述第一端壁和所述第二端壁中至少ー者的所述表面的一部分，其至少具有: 第一峰，其靠近所述ー個(gè)葉片的前緣和所述壓カ側(cè)，以及 第二峰，其設(shè)置于所述ー個(gè)葉片的翼弦長(zhǎng)度的10-60%處，并且靠近其所述壓カ側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪，其中所述環(huán)形陣列中的所述葉片在所述通路內(nèi)軸向?qū)R。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪，其中所述第一峰距離所述第一端壁和所述第二端壁中至少ー者的所述表面的高度大約是所述ー個(gè)葉片的跨度的6.7%。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述渦輪，其中所述第一峰設(shè)置于所述ー個(gè)葉片的所述翼弦長(zhǎng)度的0-10%處。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述渦輪，其中所述第一峰設(shè)置于相關(guān)節(jié)距的0-10%處。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪，其中所述第二峰距離所述第一端壁和所述第二端壁中至少ー者的所述表面的高度大約是所述ー個(gè)葉片的跨度的5.9%。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述渦輪，其中所述第二峰設(shè)置于所述ー個(gè)葉片的所述翼弦長(zhǎng)度的42%處。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述渦輪，其中所述第二峰設(shè)置于大約為相關(guān)節(jié)距的16.6%處。
17.一種渦輪機(jī)，包括: 壓縮機(jī)，其用于壓縮入口氣體，以產(chǎn)生經(jīng)壓縮的入口氣體； 燃燒室，其用于將所述經(jīng)壓縮的入口氣體與燃料一起燃燒以產(chǎn)生流體流；以及 渦輪，其與所述燃燒室流體連通，所述渦輪包括: 第一端壁和第二端壁，其限定環(huán)形通路，所述流體流可引導(dǎo)的穿過所述環(huán)形通路，所述第一端壁設(shè)置于所述第二端壁中， 氣動(dòng)元件的軸向級(jí)，其經(jīng)設(shè)置以延伸穿過位于所述第一端壁和所述第二端壁之間的所述通路，并且由此以氣動(dòng)的方式與所述流體流相互作用，以及 第一端壁，其在相鄰氣動(dòng)元件之間呈現(xiàn)非軸對(duì)稱輪廓，所述第一端壁在靠近其中ー個(gè)所述氣動(dòng)元件的壓カ側(cè)具有多個(gè)峰。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的渦輪機(jī)，其中所述多個(gè)峰包括靠近所述其中ー個(gè)所述氣動(dòng)元件的前緣的第一峰以及位于所述第一峰下游的第二峰。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述渦輪機(jī)，其中所述多個(gè)峰延伸跨過所述通路的部分跨度。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所 述渦輪機(jī)，其中所述多個(gè)峰具有不同的形狀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種渦輪機(jī)。所述渦輪機(jī)包括經(jīng)設(shè)置以限定通路的第一端壁和第二端壁；所述第一端壁和所述第二端壁均包括朝向所述通路的表面，以及從所述第一端壁和所述第二端壁的至少一者中可延伸跨過所述通路的第一葉片和第二葉片；所述第一葉片和所述第二葉片都具有翼型形狀，并且經(jīng)設(shè)置使得所述第一葉片的壓力側(cè)朝向所述第二葉片的吸入側(cè)。在所述第一葉片和所述第二葉片之間的所述第一端壁和所述第二端壁中至少一者的所述表面的一部分具有至少第一峰，其靠近所述第一葉片的前緣和所述壓力側(cè)，以及第二峰，其設(shè)置于所述第一葉片的翼弦長(zhǎng)度的10-60％處，并且靠近所述壓力側(cè)。
文檔編號(hào)F01D5/14GK103089319SQ20121041745
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者A.施泰因, B.T.博伊爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司