專利名稱：用于壓縮機的翼型件形狀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及翼型件，并且更具體而言，涉及在例如作為燃?xì)廨啓C的一部分的壓縮機中使用的翼型件形狀。
背景技術(shù)：
壓縮機是通過使用機械能來使氣體微粒加速以最終增加可壓縮流體(例如氣體) 的壓力的機器。壓縮機用于許多不同的應(yīng)用中，包括運行來作為燃?xì)廨啓C發(fā)動機的初始級。 在各種類型的壓縮機中存在所謂的離心壓縮機和軸向壓縮機，在離心壓縮機中，機械能以離心加速的方式例如通過使傳送可壓縮流體的離心式葉輪(有時也稱為“轉(zhuǎn)子”)旋轉(zhuǎn)來對壓縮機的氣體輸入起作用，軸向壓縮機把其上附連有許多環(huán)形翼型件排(葉片)的轉(zhuǎn)鼓作為各個級。附連到轉(zhuǎn)鼓上的翼型件在附連到固定殼體上的類似數(shù)量的固定翼型件排之間旋轉(zhuǎn)。更一般而言，可認(rèn)為軸向壓縮機和離心壓縮機是稱為“渦輪機”或“渦輪旋轉(zhuǎn)機械”的一類機器的一部分。在燃?xì)廨啓C發(fā)動機中，在燃?xì)廨啓C的流徑區(qū)段的各個級處應(yīng)當(dāng)滿足許多系統(tǒng)要求，以滿足設(shè)計目標(biāo)。這些設(shè)計目標(biāo)包括但不限于總的改進的效率和翼型件加載能力。例如且絕不限制本發(fā)明，壓縮機定子的葉片應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)與它定位于其中的特定級相關(guān)聯(lián)的熱運行要求和機械運行要求。類似地且還作為純粹說明性實例，壓縮機轉(zhuǎn)子的葉片也應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)與它定位于其中的燃?xì)廨啓C的特定級相關(guān)聯(lián)的熱運行要求和機械運行要求。具體而言，將合乎需要的是確保這樣的葉片的表面成形為使得它們的共振頻率調(diào)諧成總體上適于渦輪機的運行特性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)示例性實施例的裝置、系統(tǒng)和方法提供了例如作為與渦輪機相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子或定子的一部分的葉片，葉片具有特定形狀以優(yōu)化運行特性。除了別的之外，可使作為葉片高度的函數(shù)的葉片厚度適應(yīng)渦輪機的運行特性。根據(jù)一個示例性實施例，一種轉(zhuǎn)子葉片具有基本根據(jù)如表1中所闡述的笛卡爾坐標(biāo)X、Y和Z的公稱(nominal)表面輪廓，并且其中，X和Y是以毫米表示的距離，它們在被平滑的、連續(xù)的弧連接時限定以毫米表示的各個距離Z處的翼型件輪廓截面，Z距離處的翼型件輪廓截面彼此平滑地聯(lián)結(jié)而形成完整的翼型件形狀。根據(jù)另一個示例性實施例，一種轉(zhuǎn)子葉片包括平臺、轉(zhuǎn)子葉片的連接到平臺上的根部部分，以及終止于尖部部分中的葉片表面，葉片表面具有截面翼型件形狀，其中，轉(zhuǎn)子葉片的厚度根據(jù)三個不同的線性函數(shù)來作為轉(zhuǎn)子葉片高度的函數(shù)而變化。根據(jù)又一個示例性實施例，一種渦輪機包括傳動軸、至少一個轉(zhuǎn)子輪、安裝在轉(zhuǎn)子輪上的多個沿周向隔開的轉(zhuǎn)子葉片、定子，以及附連到定子上的多個沿周向隔開的定子葉片，其中，該多個轉(zhuǎn)子葉片和多個定子葉片中的至少一個進一步包括平臺、該多個轉(zhuǎn)子葉片和多個定子葉片中的該至少一個的連接到平臺上的根部部分，以及終止于尖部部分中的葉片表面，葉片表面具有截面翼型件形狀，其中，該多個轉(zhuǎn)子葉片和多個定子葉片中的該至少一個的厚度根據(jù)三個不同的線性函數(shù)來作為葉片高度的函數(shù)而變化。


附圖示出了示例性實施例，其中圖1描繪了根據(jù)示例性實施例的葉片形狀可在其中實現(xiàn)的示例性軸向壓縮機；圖2顯示了根據(jù)一個示例性實施例的轉(zhuǎn)子葉片的吸力側(cè)；圖3顯示了根據(jù)一個示例性實施例的轉(zhuǎn)子葉片的壓力側(cè)；圖4示出了與用來限定根據(jù)一個示例性實施例的點的軌跡的坐標(biāo)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的各方面；以及圖5是描繪了根據(jù)一個示例性實施例的作為葉片高度的函數(shù)的葉片厚度的曲線圖。
具體實施例方式示例性實施例的以下詳細(xì)描述參照了附圖。在不同的圖中的相同參考標(biāo)號標(biāo)識相同或類似的元件。而且，以下詳細(xì)描述并不限制本發(fā)明。相反，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。為了對關(guān)于根據(jù)示例性實施例的翼型件形狀的后續(xù)的論述提供一些背景，首先提供了與軸向壓縮機相關(guān)聯(lián)的簡要論述。在軸向壓縮機中，轉(zhuǎn)子葉片對空氣流施加動能，并且因此帶來跨過壓縮機的希望的壓力升。直接在轉(zhuǎn)子翼型件之后的是定子翼型件級。轉(zhuǎn)子翼型件和定子翼型件兩者使空氣流轉(zhuǎn)向，使空氣流速度變慢(在參照的相應(yīng)的翼型件框架中)，并且產(chǎn)生空氣流的靜壓力的升高。除了這些示例性實施例的其它合乎需要的方面之外，翼型件的構(gòu)造(以及它們與周圍的翼型件的相互作用)，包括例如它們的周緣表面(輪廓)，確定了級空氣流效率、航空力學(xué)性、級與級之間的平滑的層流、減小的熱應(yīng)力、用以有效地在級與級之間傳送空氣流的級的增強的相互關(guān)系，以及減小的機械應(yīng)力。典型地，多排轉(zhuǎn)子/定子級在軸向流壓縮機中堆疊，以實現(xiàn)希望的排氣壓力與入口壓力的比率。轉(zhuǎn)子翼型件和定子翼型件可通過適當(dāng)?shù)母竭B構(gòu)造(通常稱為“根部”，“基部”或“鳩尾榫”)固定到轉(zhuǎn)子輪或定子殼體上，在下面描述了適當(dāng)?shù)母竭B構(gòu)造的實例。圖1示出了例如與燃?xì)廨啓C壓縮機相關(guān)聯(lián)的示例性軸向壓縮機100。如上面所提到，軸向壓縮機典型地包括多個壓縮機級，例如十七個或十八個級，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，根據(jù)示例性實施例的軸向壓縮機可包括任何數(shù)量的轉(zhuǎn)子級和定子級。圖1中示出的軸向壓縮機的級100包括安裝在轉(zhuǎn)子輪或轉(zhuǎn)鼓104上的多個沿周向隔開的轉(zhuǎn)子葉片102和附連到靜態(tài)壓縮機殼體108上的多個沿周向隔開的定子葉片106。轉(zhuǎn)子輪104中的各個附連到后傳動軸110上，后傳動軸110連接到發(fā)動機的渦輪區(qū)段(未顯示)上。轉(zhuǎn)子葉片102和定子葉片106設(shè)置在軸向壓縮機的流徑中。在此示例性軸向壓縮機中，沿著流徑的空氣流的方向由箭頭112指示。將理解，軸向壓縮機的級100 僅是軸向壓縮機的各種級的示例，并且軸向壓縮機的所示出和描述的級100不意圖以任何方式限制本發(fā)明。
在圖2和3中更詳細(xì)地示出了根據(jù)示例性實施例的轉(zhuǎn)子葉片102，圖2和3顯示了轉(zhuǎn)子葉片102的相對的側(cè)。具體而言但不限制本發(fā)明，根據(jù)這些示例性實施例的這樣的轉(zhuǎn)子葉片102可用于軸向壓縮機(例如圖1中所顯示的軸向壓縮機)的第一級中，即最靠近與過程流相關(guān)聯(lián)的入口的級。具體而言，圖2描繪了根據(jù)一個示例性實施例的轉(zhuǎn)子葉片 102的吸力側(cè)，而圖3描繪了具有前緣(LE)和后緣(TE)的同一轉(zhuǎn)子葉片102的壓力側(cè)，如關(guān)于壓縮機流徑112所顯示的那樣。各個轉(zhuǎn)子葉片102可例如設(shè)有平臺200和基本軸向 (或接近軸向)的進入鳩尾榫202，以與轉(zhuǎn)子輪104上的互補形狀的相配鳩尾榫(未顯示) 連接。另外，各個轉(zhuǎn)子葉片102包括轉(zhuǎn)子葉片翼型件204，轉(zhuǎn)子葉片翼型件204在其任何截面處(即從翼型件根部206至轉(zhuǎn)子葉尖208)具有成翼型件的一般形狀的輪廓，如下面將更詳細(xì)地論述的那樣。為了限定根據(jù)示例性實施例的轉(zhuǎn)子葉片翼型件204的翼型件形狀，在下面的表1 中提供了空間中的點的集合或軌跡?？煽吹綀D2和3中的示例性轉(zhuǎn)子葉片102具有十六個截面線，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)可，可限定任何數(shù)量的截面。點的這個集或軌跡意圖滿足與轉(zhuǎn)子葉片102將用于其中的區(qū)段或多個區(qū)段相關(guān)聯(lián)的截面要求，使得可制造該截面。點的這個軌跡還意圖滿足對于級效率的期望的規(guī)定以及降低的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力。通過仿真來獲得點的軌跡在空氣動力載荷和機械載荷之間迭代，并且使得根據(jù)示例性實施例而設(shè)計的壓縮機能夠以高效、安全和平滑的方式運行。更具體而言，該軌跡限定了根據(jù)示例性實施例的轉(zhuǎn)子葉片翼型件輪廓，并且可包括關(guān)于發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)軸線而限定的點的集合。例如，可定義和使用X、Y和Z值的笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)來參照軌跡中的點。笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)具有正交地相關(guān)的x、Y和Z軸。根據(jù)此示例性實施例，X軸設(shè)置成平行于發(fā)動機的中心線，如圖4中所示出的那樣。正的X坐標(biāo)值因而沿軸向朝向后部，例如朝向軸向壓縮機的排氣端。正的Y坐標(biāo)值定向成沿周向遵從發(fā)動機逆時針旋轉(zhuǎn)方向。正的Z坐標(biāo)值定向成沿徑向向外朝向翼型件204的尖部，即沿朝向壓縮機的靜殼體108的方向。僅為了參照的目的，建立了沿著堆疊軸線穿過翼型件204和平臺200 的交接部的點0，如圖4中所示出的那樣。在根據(jù)這些示例性實施例的翼型件的示例性實施例中，點0定義成其中下面的表1的Z坐標(biāo)處于416. 97毫米(這是距發(fā)動機或轉(zhuǎn)子中心線的設(shè)定的預(yù)定距離)的基準(zhǔn)截面。在下面提供了限定了根據(jù)示例性實施例的轉(zhuǎn)子葉片102的表面的點的表1。表 1截面1 Z = 416. 9權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)子葉片，其具有基本根據(jù)如表1中所闡述的笛卡爾坐標(biāo)X、Y和Z的公稱表面輪廓，并且其中，X和Y是以毫米表示的距離，它們在被平滑的、連續(xù)的弧連接時限定以毫米表示的各個距離Z處的翼型件輪廓截面，所述Z距離處的所述翼型件輪廓截面彼此平滑地聯(lián)結(jié)而形成完整的翼型件形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，基本根據(jù)如表1中所闡述的笛卡爾坐標(biāo)X、Y和Z的所述公稱表面輪廓包括沿垂直于所述完整的翼型件形狀的任何表面的方向在 +/-Imm內(nèi)的點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片的起始于葉片高度的大約2. 21%直到轉(zhuǎn)子葉片高度的大約60%的最大厚度(Tmax)由下式描述Tmax = -0. 8646*h+l. 1087，其中，h為葉片高度百分比；其中，所述轉(zhuǎn)子葉片的在范圍為所述轉(zhuǎn)子葉片高度的大約60%至大約80%的第一后續(xù)區(qū)域中的所述最大厚度由下式描述Tmax = -1. 0209*h+l. 2058，其中h為葉片高度百分比；以及其中，所述轉(zhuǎn)子葉片的在范圍為所述轉(zhuǎn)子葉片高度的80%至100%的第二后續(xù)區(qū)域中的所述最大厚度由下式描述Tmax = -0. 7618*h+0. 9985，其中h為葉片高度百分比。
4.一種轉(zhuǎn)子葉片，包括平臺；所述轉(zhuǎn)子葉片的連接到所述平臺上的根部部分；以及終止于尖部部分中的葉片表面，所述葉片表面具有截面翼型件形狀，其中，所述轉(zhuǎn)子葉片的厚度根據(jù)三個不同的線性函數(shù)來作為轉(zhuǎn)子葉片高度的函數(shù)而變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片的起始于葉片高度的大約2. 21%直到轉(zhuǎn)子葉片高度的大約60%的最大厚度(Tmax)由所述三個線性函數(shù)中的第一個線性函數(shù)描述Tmax = -0. 8646*h+l. 1087，其中，h為葉片高度百分比；其中，所述轉(zhuǎn)子葉片的在范圍為所述轉(zhuǎn)子葉片高度的大約60%至大約80%的第一后續(xù)區(qū)域中的所述最大厚度由所述三個線性函數(shù)中的第二個線性函數(shù)描述1^狀=-1.0209#1+1.2058，其中11為葉片高度百分比；以及其中，所述轉(zhuǎn)子葉片的在范圍為所述轉(zhuǎn)子葉片高度的80%至100%的第二后續(xù)區(qū)域中的所述最大厚度由所述三個線性函數(shù)中的第三個線性函數(shù)描述Tmax = -0. 7618*h+0. 9985，其中h為葉片高度百分比。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片具有基本根據(jù)如表1中所闡述的笛卡爾坐標(biāo)X、Y和Z的公稱表面輪廓，并且其中，X和Y是以毫米表示的距離，它們在被平滑的、連續(xù)的弧連接時限定以毫米表示的各個距離Z處的翼型件輪廓截面，所述Z 距離處的所述翼型件輪廓截面彼此平滑地聯(lián)結(jié)而形成完整的翼型件形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，基本根據(jù)如表1中所闡述的笛卡爾坐標(biāo)X、Y和Z的所述公稱表面輪廓包括沿垂直于所述完整的翼型件形狀的任何表面的方向在 +/-Imm內(nèi)的點。
8.一種渦輪機，包括 傳動軸；至少一個轉(zhuǎn)子輪；安裝在所述轉(zhuǎn)子輪上的多個沿周向隔開的轉(zhuǎn)子葉片； 定子；以及附連到所述定子上的多個沿周向隔開的定子葉片，其中，所述多個轉(zhuǎn)子葉片和多個定子葉片中的至少一個進一步包括平臺；所述多個轉(zhuǎn)子葉片和多個定子葉片中的所述至少一個的連接到所述平臺上的根部部分；以及終止于尖部部分中的葉片表面，所述葉片表面具有截面翼型件形狀， 其中，所述多個轉(zhuǎn)子葉片和多個定子葉片中的所述至少一個的厚度根據(jù)三個不同的線性函數(shù)來作為葉片高度的函數(shù)而變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪機，其特征在于，所述多個轉(zhuǎn)子葉片和多個定子葉片中的所述至少一個的起始于葉片高度的大約2. 21%直到葉片高度的大約60%的最大厚度 (Tmax)由所述三個線性函數(shù)中的第一個線性函數(shù)描述Tmax = -0. 8646*h+l. 1087，其中，h為葉片高度百分比；其中，所述多個轉(zhuǎn)子葉片和多個定子葉片中的所述至少一個的在范圍為所述葉片高度的大約60%至大約80%的第一后續(xù)區(qū)域中的所述最大厚度由所述三個線性函數(shù)中的第二個線性函數(shù)描述1^狀=-1.0209#1+1.2058，其中11為葉片高度百分比；以及其中，所述多個轉(zhuǎn)子葉片和多個定子葉片中的所述至少一個的在范圍為所述葉片高度的80%至100%的第二后續(xù)區(qū)域中的所述最大厚度由所述三個線性函數(shù)中的第三個線性函數(shù)描述 Tmax = -0. 7618*h+0. 9985，其中h為葉片高度百分比。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪機，其特征在于，所述多個轉(zhuǎn)子葉片和多個定子葉片中的所述至少一個具有基本根據(jù)如表1中所闡述的笛卡爾坐標(biāo)X、Y和Z的公稱表面輪廓，并且其中，X和Y是以毫米表示的距離，它們在被平滑的、連續(xù)的弧連接時限定以毫米表示的各個距離Z處的翼型件輪廓截面，所述Z距離處的所述翼型件輪廓截面彼此平滑地聯(lián)結(jié)而形成完整的翼型件形狀，并且其中，基本根據(jù)如表1中所闡述的笛卡爾坐標(biāo)x、Y和Z的所述公稱表面輪廓包括沿垂直于所述完整的翼型件形狀的任何表面的方向在+/-Imm內(nèi)的點。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于壓縮機的翼型件形狀。根據(jù)示例性實施例的裝置、系統(tǒng)和方法提供了例如作為與渦輪機相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子或定子的一部分的葉片，葉片具有特定形狀以優(yōu)化運行特性。除了別的之外，可使作為葉片高度的函數(shù)的葉片厚度適應(yīng)渦輪機的運行特性。
文檔編號F04D29/26GK102384103SQ201110257320
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者A·M·格里馬爾迪, N·拉內(nèi)斯, P·阿林奇, S·羅魯索 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司