本文公開的主題涉及渦輪機，并且更具體而言，涉及渦輪中的葉片。

背景技術：

渦輪機如燃氣渦輪可包括壓縮機、燃燒器和渦輪?？諝庠趬嚎s機中壓縮。壓縮空氣給送到燃燒器中。燃燒器使燃料與壓縮空氣結合，且然后點燃氣體/燃料混合物。高溫和高能排出流體然后給送到渦輪，在渦輪處，流體的能量轉換能機械能。渦輪包括多個噴嘴級和葉片級。噴嘴為靜止構件，且葉片圍繞轉子旋轉。

技術實現(xiàn)要素：

在下文中概述在范圍上與原始要求保護的主題相當?shù)哪承嵤├?。這些實施例不旨在限制要求保護的主題的范圍，而相反，這些實施例僅旨在提供要求保護的主題的可能形式的簡要概括。實際上，要求保護的主題可包含可與下文所述的方面/實施例相似或不同的多種形式。

在第一方面中，一種葉片具有翼型件，且葉片構造成用于與渦輪機一起使用。翼型件具有在相鄰葉片之間的通路中的最窄區(qū)域處測得的喉寬分布，在該處，相鄰葉片延伸跨過相對的壁之間的通路來與流體流空氣動力地相互作用。翼型件限定喉寬分布，且該喉寬分布減小空氣動力損失，且改善翼型件上的空氣動力負載。翼型件具有線性的后緣輪廓。

在另一方面中，制造物品包括翼型件。翼型件具有在相鄰翼型件之間的通路中的最窄區(qū)域處測得的喉寬分布。翼型件限定喉寬分布，且喉寬分布減小空氣動力損失，且改善翼型件上的空氣動力負載。翼型件具有線性后緣輪廓，且該后緣輪廓沿向上游的軸向方向偏移大約1.8度，且沿周向方向偏移大約1.4度。

在又一方面中，一種渦輪機具有多個葉片，且各葉片具有翼型件。渦輪機包括相對的壁，相對的壁限定通路，流體流能夠被接收到該通路中以流過該通路。喉寬分布(throatdistribution)在相鄰葉片之間的通路中的最窄區(qū)域處測得，在該處，相鄰葉片延伸跨過相對的壁之間的通路來與流體流空氣動力地相互作用。翼型件限定喉寬分布，且喉寬分布減小空氣動力損失，且改善翼型件上的空氣動力負載。翼型件具有線性的后緣輪廓。

技術方案1.一種具有翼型件的葉片，所述葉片構造成用于與渦輪機一起使用，所述翼型件包括：

在相鄰葉片之間的通路中的最窄區(qū)域處測得的喉寬分布，在該處，相鄰葉片延伸跨過相對的壁之間的所述通路來與流體流空氣動力地相互作用；且

所述翼型件限定所述喉寬分布，所述喉寬分布減小空氣動力損失且改善所述翼型件上的空氣動力負載，且所述翼型件具有線性后緣輪廓。

技術方案2.根據(jù)技術方案1所述的葉片，所述后緣具有沿軸向方向和周向方向二者的輪廓偏移。

技術方案3.根據(jù)技術方案2所述的葉片，所述后緣沿軸向方向向上游偏移大約1.8度。

技術方案4.根據(jù)技術方案3所述的葉片，所述后緣沿周向方向偏移大約1.4度。

技術方案5.根據(jù)技術方案4所述的葉片，由所述葉片的后緣限定的所述喉寬分布從大約0%跨度處的大約87%的喉寬/喉寬中間跨度值大體上曲線地延伸至大約90%跨度處的大約106%的喉寬/喉寬中間跨度值、大約95%跨度處的大約103%的喉寬/喉寬中間跨度值、和大約100%跨度處的大約81%的喉寬/喉寬中間跨度值；且

其中，0%處的跨度在所述翼型件的徑向內部處，且100%處的跨度在所述翼型件的徑向外部處，且所述喉寬/喉寬中間跨度值在大約55%跨度處為100%。

技術方案6.根據(jù)技術方案4所述的葉片，所述喉寬分布由表1中提出的值在+/-10%的容限內限定。

技術方案7.根據(jù)技術方案6所述的葉片，所述翼型件具有由表2中提出的值限定的厚度分布(tmax/tmax_中間跨度)。

技術方案8.根據(jù)技術方案7所述的葉片，所述翼型件具有根據(jù)表3中提出的值的無量綱厚度除以軸向弦長分布。

技術方案9.根據(jù)技術方案8所述的葉片，所述翼型件具有根據(jù)表4中提出的值的無量綱軸向弦長除以中間跨度處的軸向弦長分布。

技術方案10.一種制造物品，所述制造物品包括翼型件，所述翼型件包括：

在相鄰翼型件之間的通路中的最窄區(qū)域處測得的喉寬分布；且

所述翼型件限定所述喉寬分布，所述喉寬分布減小空氣動力損失且改善所述翼型件上的空氣動力負載，且所述翼型件具有線性后緣輪廓，所述線性后緣輪廓沿向上游的軸向方向偏移大約1.8度且沿周向方向偏移大約1.4度。

技術方案11.根據(jù)技術方案10所述的制造物品，所述喉寬分布由表1中提出的值在+/-10%的容限內限定，且所述翼型件具有由表2中提出的值限定的厚度分布(tmax/tmax中間跨度)。

技術方案12.根據(jù)技術方案11所述的制造物品，所述翼型件具有根據(jù)表3中提出的值的無量綱厚度除以軸向弦長分布、和根據(jù)表4中提出的值的無量綱軸向弦長除以中間跨度處的軸向弦長分布。

技術方案13.一種渦輪機，其包括多個葉片，各葉片包括翼型件，所述渦輪機包括：

相對的壁，其限定通路，流體流能夠被接收到所述通路中以流過所述通路，喉寬分布在相鄰葉片之間的所述通路中的最窄區(qū)域處測量，在該處，相鄰葉片延伸跨過所述相對的壁之間的所述通路，以與所述流體流空氣動力地相互作用；且

所述翼型件限定所述喉寬分布，所述喉寬分布減小空氣動力損失且改善所述翼型件上的空氣動力負載，且所述翼型件具有線性后緣輪廓。

技術方案14.根據(jù)技術方案13所述的渦輪機，所述后緣具有沿軸向方向和周向方向二者的輪廓偏移。

技術方案15.根據(jù)技術方案14所述的渦輪機，所述后緣沿軸向方向向上游偏移大約1.8度，所述后緣沿周向方向偏移大約1.4度。

技術方案16.根據(jù)技術方案15所述的渦輪機，由所述葉片的后緣限定的所述喉寬分布從大約0%跨度處的大約87%的喉寬/喉寬中間跨度值大體上曲線地延伸至大約90%跨度處的大約106%的喉寬/喉寬中間跨度值、大約95%跨度處的大約103%的喉寬/喉寬中間跨度值、和大約100%跨度處的大約81%的喉寬/喉寬中間跨度值；且

其中，0%處的跨度在所述翼型件的徑向內部處，且100%處的跨度在所述翼型件的徑向外部處，且所述喉寬/喉寬中間跨度值在大約55%跨度處為100%。

技術方案17.根據(jù)技術方案15所述的渦輪機，所述喉寬分布由表1中提出的值在+/-10%的容限內限定。

技術方案18.根據(jù)技術方案15所述的渦輪機，所述翼型件具有由表2中提出的值限定的厚度分布(tmax/tmax_中間跨度)。

技術方案19.根據(jù)技術方案15所述的渦輪機，所述翼型件具有根據(jù)表3中提出的值的無量綱厚度除以軸向弦長分布。

技術方案20.根據(jù)技術方案15所述的渦輪機，所述翼型件具有根據(jù)表4中提出的值的無量綱軸向弦長除以中間跨度處的軸向弦長分布。

附圖說明

當參照附圖閱讀下列詳細描述時，本公開的這些和其他特征、方面以及優(yōu)點將變得更好理解，其中貫穿附圖，相同的特征代表相同的部分，其中：

圖1為根據(jù)本公開的方面的渦輪機的圖解；

圖2為根據(jù)本公開的方面的葉片的透視圖；

圖3為根據(jù)本公開的方面的兩個相鄰葉片的俯視圖；

圖4為根據(jù)本公開的方面的喉寬分布的標圖；

圖5為根據(jù)本公開的方面的最大厚度分布的標圖；

圖6為根據(jù)本公開的方面的最大厚度除以軸向弦長分布(axialchorddistribution)的標圖；且

圖7為根據(jù)本公開的方面的軸向弦長除以中間跨度處的軸向弦長的標圖。

部件列表

10渦輪機

12壓縮機

14燃燒器

16渦輪

17擴壓器

18級

20級

22噴嘴級

24葉片級

26旋轉軸線

28軸向方向

30徑向平面

32徑向方向

34周向方向

36葉片

37翼型件

38通道

39附接區(qū)段

40第一壁或平臺

42第二壁

44前緣

46后緣

48壓力側

50吸力側

56軸向弦長

57弦長

58標圖

60曲線

66點

68點

70點

202偏移

204偏移。

具體實施方式

下面將描述本公開的一個或更多個具體實施例。為了提供這些實施例的簡要描述，可不在說明書中描述實際實現(xiàn)方式的所有特征。應當理解的是，在任何此種實際實現(xiàn)方式的開發(fā)中，如在任何工程或設計項目中一樣，必須進行許多實現(xiàn)方式特定的決定以實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標，諸如遵守與系統(tǒng)相關和與商業(yè)相關的約束，它們可從一個實現(xiàn)方式到另一個而不同。而且，應當理解的是，這種開發(fā)努力可能是復雜且耗時的，但盡管如此，對于享有本公開益處的本領域技術人員而言將只是設計、制造、和加工的例行任務。

當介紹本主題的各種實施例的元件時，冠詞“一個”、“一種”和“該”旨在意指存在一個或多個元件。用語“包括”、“包含”、和“具有”意圖為包含性的，且意思是可存在除所列出的要素之外的附加要素。

圖1為渦輪機10(例如，燃氣渦輪和/或壓縮機)的一個實施例的圖解。圖1中所示的渦輪機10包括壓縮機12、燃燒器14、渦輪16、和擴壓器17?？諝饣蛞恍┢渌麣怏w在壓縮機12中被壓縮，給送到燃燒器14中，且與燃料混合，且然后燃燒。排出流體給送到渦輪16，在渦輪處，將來自排出流體的能量轉換成機械能。渦輪16包括多個級18，包括單獨的級20。各級18包括圍繞旋轉軸線26旋轉的具有軸向地對準的葉片的環(huán)形陣列的轉子(即，旋轉軸)，和具有噴嘴環(huán)形陣列的定子。因此，級20可包括噴嘴級22和葉片級24。為了清楚起見，圖1包括坐標系，其包括軸向方向28、徑向方向32和周向方向34。此外，示出了徑向平面30。徑向平面30在一個方向上沿軸向方向28(沿旋轉軸線26)延伸，且然后沿徑向方向32向外延伸。

圖2為葉片36的透視圖。葉片還可稱為制造物品。級20中的葉片36沿徑向方向32在第一壁(或平臺)40與第二壁42之間延伸。第一壁40與第二壁42相對，且兩個壁限定通路，流體流能夠被接收到該通路中。葉片36圍繞轂周向地34設置。各葉片36具有翼型件37，且翼型件37構造成，當來自燃燒器14的排出流體沿軸向方向28大體上向下游流過渦輪16時，與該排出流體空氣動力地相互作用。各葉片36具有前緣44、沿軸向方向28設置在前緣44下游的后緣46、壓力側48，和吸力側50。壓力側48沿軸向方向28在前緣44與后緣46之間延伸，且沿徑向方向32在第一壁40與第二壁42之間且朝第二壁42延伸。吸力側50沿軸向方向28在前緣44與后緣46之間延伸，且與壓力側48相反地沿徑向方向32在第一壁40與第二壁42之間延伸。級20中的葉片36構造成使得一個葉片36的壓力側48面對相鄰葉片36的吸力側50。

翼型件37具有線性后緣46輪廓，其中，大體上直的線將后緣的上(徑向外)部聯(lián)接于后緣的下(徑向內)部。后緣輪廓相對于軸向平面偏移，且后緣相對于后緣的底(徑向下)部向前(向軸向上游)傾斜大約1.8度(見202)例如，后緣46不在軸向平面中精確地徑向向外延伸，而是向軸向上游成角度大約1.8度。該1.8度的值僅是一個示例，且在期望的應用中，可使用任何適合的軸向向前傾斜。后緣還在周向方向上偏移大約1.4度(見204)。周向方向在圍繞轉子延伸360度的軸向平面中。零偏移將是徑向線，諸如徑向軸線32。相比之下，后緣在由圖2中的箭頭34指示的方向上從徑向軸線32偏移大約1.4度。例如，當從葉片36的下游側(接近后緣46)朝葉片的上游側(接近前緣44)看時，周向偏移沿向左或逆時針方向。軸向和周向方向上的后緣輪廓偏移改善葉片對機械應力的抵抗力，且減小副流損失以及徑向地再分配流以改善總體性能。當排出流體朝葉片36之間的通道流動且穿過該通道時，排出流體與葉片36空氣動力地相互作用，使得排出流體以相對于軸向方向28的角動量流動。裝有具有特定喉寬分布和后緣偏移的葉片36的葉片級24構造成呈現(xiàn)減小的空氣動力損失和改善的空氣動力負載，且可導致改善的機器效率和零件壽命。

圖3為兩個相鄰葉片36的俯視圖。注意，底部葉片36的吸力側50面對頂部葉片36的壓力側48。軸向弦長56為葉片36的沿軸向方向28的維度。弦長57為翼型件的前緣與后緣之間的距離。級18的兩個相鄰葉片36之間的通道38限定在相鄰葉片36之間的通道38的最窄區(qū)域處測得的喉寬分布do。流體沿軸向方向28流過通道38。將參照圖4更詳細地論述跨過從第一壁40到第二壁42的跨度的該喉寬分布do。各葉片36的在給定百分比的跨度處的最大厚度示為tmax。將參照圖4更詳細地論述跨過葉片36的高度的tmax分布。

圖4為由相鄰葉片36限定且示為曲線60的喉寬分布do的標圖。豎直軸線代表在徑向方向32上在第一環(huán)形壁40與第二環(huán)形壁42或翼型件37的相對端之間的百分比跨度。即，0%跨度大體上表示第一環(huán)形壁40，且100%跨度表示翼型件37的相對端，且0%到100%之間的任何點對應于沿翼型件的高度在徑向方向32上在翼型件37的徑向內部與徑向外部之間的百分比距離。水平軸線代表do(喉寬)，給定百分比跨度處的兩個相鄰葉片36之間的最短距離，除以do_中間跨度(喉寬_中間跨度)，do_中間跨度為大約50%到大約55%跨度處的do。do除以do_中間跨度使該標圖無量綱，故曲線60在葉片級24針對不同應用擴大或縮小時保持相同。人們可對單一尺寸的渦輪繪制其中水平軸線僅為do的類似的標圖。

如圖4中可見，由葉片后緣限定的喉寬分布大體上從大約0%跨度(點66)處的大約87%的喉寬/喉寬_中間跨度值線性地延伸至大約90%跨度(點70)處的大約106%的喉寬/喉寬_中間跨度值，和大約95%跨度處的大約103%的喉寬/喉寬_中間跨度值。0%處的跨度在翼型件的徑向內部處，且100%處的跨度在翼型件的徑向外部處。喉寬/喉寬_中間跨度值在大約50%到55%跨度(點68)處為100%。圖4中所示的喉寬分布可以以兩種方式有助于改善性能。首先，該喉寬分布有助于產生期望的出口流動剖面。其次，圖4中所示的喉寬分布可有助于在第一環(huán)形壁40附近(例如，轂)操縱副流(例如，橫向于主流方向的流)和/或吹掃流。表1列出了沿多個跨度部位的翼型件37的喉寬分布。圖4是喉寬分布和表1中列出的值的圖表例示。應理解的是，喉寬分布和表1中列出的值可在+/-10%的容限內使用。

表1

圖5為由葉片的翼型件37的厚度限定的厚度分布tmax/tmax_中間跨度的標圖。豎直軸線代表在徑向方向32上在第一環(huán)形壁40與翼型件37的相對端之間的百分比跨度。水平軸線代表tmax除以tmax_中間跨度值。tmax為給定跨度處的翼型件最大厚度，且tmax_中間跨度為中間跨度(例如，大約50%到55%的跨度)處的翼型件最大厚度。將tmax除以tmax_中間跨度使該標圖無量綱，故曲線在葉片級24針對不同應用擴大或縮小時保持相同。參看表2，53%的中間跨度值具有為1的tmax/tmax_中間跨度值，因為在該跨度處，tmax等于tmax_中間跨度。

表2

圖6為沿各種跨度值的翼型件厚度(tmax)除以翼型件的軸向弦長的標圖。豎直軸線代表在徑向方向32上在第一環(huán)形壁40與翼型件37的相對端之間的百分比跨度。水平軸線代表tmax除以軸向弦長值。將翼型件厚度除以軸向弦長使得標圖無量綱，故曲線在葉片級24針對不同應用擴大或縮小時保持相同。具有圖5和6中所示的tmax分布的葉片設計可有助于調諧葉片的共振頻率，以便避免與驅動器的串擾。因此，具有圖5和6中所示的tmax分布的葉片36設計可延長葉片36的操作壽命。表3列出各種跨度值的tmax/軸向弦長值。

表3

圖7為沿各種跨度值的翼型件的軸向弦長除以中間跨度處的軸向弦長值的標圖。豎直軸線代表在徑向方向32上在第一環(huán)形壁40與翼型件37的相對端之間的百分比跨度。水平軸線代表軸向弦長除以中間跨度處的軸向弦長。參看表4，55%的中間跨度值具有為1的軸向弦長/軸向弦長_中間跨度值，因為在該跨度處，軸向弦長等于中間跨度部位處的軸向弦長。將軸向弦長除以中間跨度處的軸向弦長使得該標圖無量綱，故曲線在葉片級24針對不同應用擴大或縮小時保持相同。表4列出沿各種跨度值的翼型件的軸向弦長除以中間跨度處的軸向弦長值的值。

表4

具有圖7中所示的軸向弦長分布的葉片設計可有助于調諧葉片的共振頻率，以便避免與驅動器的串擾。例如，具有線性設計的葉片可具有400hz的共振頻率，而在某些跨度附近具有增大的厚度的葉片36可具有450hz的共振頻率。如果葉片的共振頻率未被仔細調節(jié)來避免與驅動器的串擾，則操作可導致葉片36上的過度應力和可能的結構故障。因此，具有圖7中所示的軸向弦長分布的葉片36設計可延長葉片36的操作壽命。

所公開的實施例的技術效果包括以多種不同方式改善渦輪性能。葉片36設計和圖4中所示的喉寬分布可有助于在轂(例如，第一環(huán)形壁40)附近操縱副流(即，橫向于主流方向的流)和/或吹掃流。該軸向弦長和厚度分布有助于調諧葉片36的固有頻率。如果葉片的共振頻率未被仔細調節(jié)來避免與驅動器的串擾，則操作可導致葉片36上的過度應力和可能的結構故障。因此，具有特定跨度部位處的增大的厚度的葉片36設計可延長葉片36的操作壽命。

本書面描述使用了實例來公開主題，包括最佳模式，且還使本領域的任何技術人員能夠實施主題，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何并入的方法。本主題的可取得專利的范圍通過權利要求限定，并且可包含其他本領域人員想到的實例。如果它們具有不與權利要求的文字語言不同的結構元件，或如果它們包括與權利要求的文字語言無顯著差別的等同結構元件，則這種其他實例意圖在權利要求的范圍內。