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)。對于傾向于很長的、將相當(dāng)大應(yīng)變置于葉片的末級渦輪機(jī)葉片尤其如此?，F(xiàn)有的葉片設(shè)計能夠提供振動阻尼，輕量設(shè)計，或者最小的尖端上泄露流，但是難以同時在這幾個方面都具有優(yōu)良的性能，尤其是末級渦輪機(jī)葉片，在該處離心力最高并且對剛度和輕量設(shè)計的要求尤為急需。結(jié)果是，已理解的是渦輪機(jī)葉片的設(shè)計可改進(jìn)以提供改進(jìn)的渦輪機(jī)葉片性能，尤其是末級渦輪機(jī)葉片。

技術(shù)實現(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葉片尖端，其中平臺包括第一平臺部和第二平臺部，其中第一平臺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)域處的平臺部能夠減少泄露并提供剛度。前緣吸力面區(qū)域處的平臺部能夠提升剛度。

在一個實施例中，翼片包括平臺附近的翼片平臺端和位于平臺遠(yuǎn)端的翼片尖端，并且在翼片平臺端處從翼片前緣側(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能夠提供最小的重量。

在一個實施例中，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，在使用時盡管翼片和下一個翼片之間接觸，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，同時將翼片中的材料數(shù)量最小化。

在一個實施例中，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。

在一個實施例中，平臺包括第三平臺部，其中第三平臺部從壓力面和翼片前緣側(cè)相交的點延伸，其中第三平臺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。在一個實施例中，第三平臺部的區(qū)域至少小于第一平臺部區(qū)域的三分之一。

在一個實施例中，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。

在一個實施例中，第一平臺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。

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

在一個實施例中，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。

在一個實施例中，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，尤其是灰孔能夠提供在葉片尖端的相對寬的部分中，同時使大多數(shù)灰孔通道更接近后緣。

在一個實施例中，翼片和葉片尖端相交的圓角半徑大于平臺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，其中葉片通過鑄造形成。

附圖說明

本發(fā)明的實施例將僅通過實例方式進(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示出穿過圖2葉片的翼片的兩個截面60、62；以及

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

具體實施方式

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。

平臺包括第一平臺部31和第二平臺部32，其中第一平臺部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。

尖端罩的平臺部可以認(rèn)為是在由翼片40和葉片尖端24限定的四個獨(dú)立區(qū)域上延伸。第一區(qū)域(前緣-吸力側(cè))包括第一平臺部31，并且第二區(qū)域(后緣-壓力側(cè))包括第二平臺部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部33。第三平臺部31(見圖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，此處無平臺。

在第三區(qū)域不包含第三平臺部分33的實施例中，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相交的點彎曲。曲率一般是和緩的，其中曲率半徑大于第三側(cè)的長度。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施例的制造中所必須的，例如附圖中所示的實施例，其中第一平臺部分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。如同第一平臺部31，第二平臺部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施例的制造中所必需的，其中第二平臺部分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。

第三平臺部33優(yōu)選地顯著小于第一和第二平臺部31，32(優(yōu)選地至少小于第一平臺的三分之一，更優(yōu)選地小于第一平臺區(qū)域的20％，并且最優(yōu)選地小于第一平臺部區(qū)域的10％；優(yōu)選地第三平臺區(qū)域相對于第二平臺區(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部，一直從前緣延伸至翼片的后端。

翼片40主要通過以上進(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葉片尖端24。翼片40呈通常立方形，最長的尺寸在前端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端45處大于在翼片尖端46處。在翼片平臺端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，因為它們將與相鄰葉片10上的相應(yīng)面相互作用(一個翼片的后端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的兩個互相疊加的截面60，62，以進(jìn)行對比。圖2上標(biāo)識出截面60，62。截面60在一個方向上以線示出，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，因為其負(fù)載有護(hù)罩凸起，并且在鑄造期間也是(灰孔的一個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，而是能夠相互相對的輕微移動。

優(yōu)選地，葉片根20，主要的葉片部21和尖端罩22作為單個部件整體地鑄造，因為這能夠提供極強(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。

在上述實施例中詳細(xì)地描述平臺，但是平臺在形狀和結(jié)構(gòu)的變化是可能的。第一和第二平臺部可以延伸至翼片的前端/后端，或者如圖所示一個或多個能夠在設(shè)置成自翼片前/后端略微向后退。相似地，第一和第二平臺部可以延伸至葉片尖端的前緣/后緣，或者一個或多個可以從葉片尖端的前/后緣的略微向后退。平臺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)置成穿過第一和/或第二平臺部，尤其是穿過第二平臺部?？自诳v向葉片方向上72上延伸穿過第一和/或第二平臺部。圖1中的虛線55示出第二平臺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，平臺的該區(qū)域可以薄于平臺的其余部分(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(對于翼片的一些部分僅至翼片自身的邊緣)。

如同葉片和平臺部一樣，除了以上所描述之外，翼片的各種實施例也是可能的，并且可以與葉片和平臺的各種不同的實施例結(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端和翼片尖端之間延伸，或者可以從翼片平臺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端變寬，在一些實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端更寬。

優(yōu)選地，翼片的角度確定成使得當(dāng)使用時，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，對任何給定葉片僅提供單個翼片。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施例，但替代地，可以設(shè)置一個、三個或者更多個灰孔。

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

對上述實施例進(jìn)行各種修改對于本領(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第一平臺部 70刀片旋轉(zhuǎn)方向

32第二平臺部 72葉片的縱向方向

33第三平臺部

40翼片

41翼片前端