專(zhuān)利名稱(chēng)：渦輪機(jī)組件的翼片芯形狀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪機(jī)領(lǐng)域，確切地說(shuō)，涉及渦輪機(jī)組件的翼片形狀。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪機(jī)的每個(gè)級(jí)都必須符合多項(xiàng)系統(tǒng)要求，以便達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，包括總體提高壓縮機(jī)效率。具體而言，第一級(jí)壓縮機(jī)定子輪葉必須符合包括翼片負(fù)載和制造エ藝性(manufacturability)在內(nèi)的各項(xiàng)系統(tǒng)要求。這些第一級(jí)壓縮機(jī)定子輪葉必須在以燃?xì)鉂?rùn)輪機(jī)的運(yùn)行條件為基礎(chǔ)的ー組特定的邊界條件內(nèi)運(yùn)行，同時(shí)還必須維持符合設(shè)計(jì)說(shuō)明的形狀。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)示范性實(shí)施例的ー個(gè)方面，渦輪機(jī)組件包括具有翼片芯形狀的壓縮機(jī)定子輪葉。翼片芯形狀(airfoil core shape)包括大致符合表I中規(guī)定的笛卡爾坐標(biāo)值(Cartesian coordinate values)X、Y 和 Z 的標(biāo)稱(chēng)型面(nominal profile),其中 X 和 Y 是以英寸表示的距離，當(dāng)它們通過(guò)平滑連續(xù)弧線(xiàn)相連時(shí)，在每個(gè)英寸距離Z處限定翼片型面段(airfoil profile sections) 0位于Z距離處的各型面段彼此平滑相連，以構(gòu)成完整的翼片芯形狀。所述壓縮機(jī)定子輪葉包括翼片；所述壓縮機(jī)定子輪葉包括一種用于限定輪葉的芯形狀。所述壓縮機(jī)定子輪葉包括第一級(jí)壓縮機(jī)定子輪葉。所述標(biāo)稱(chēng)型面設(shè)在垂直于任何翼片型面段的方向上位于介于+0. 160英寸與-0. O英寸之間的包絡(luò)內(nèi)。根據(jù)示范性實(shí)施例的另一方面，渦輪機(jī)包括壓縮機(jī)部分，以及在壓縮機(jī)部分提供的至少ー個(gè)壓縮機(jī)輪葉。壓縮機(jī)定子輪葉包括翼片芯形狀。翼片芯形狀包括大致符合表I中規(guī)定的笛卡爾坐標(biāo)值χ、γ和Z的標(biāo)稱(chēng)型面，其中X和Y是以英寸表示的距離，當(dāng)它們通過(guò)平滑連續(xù)弧線(xiàn)相連時(shí)，在每個(gè)英寸距離Z處限定翼片型面段。位于Z距離處的各型面段彼此平滑相接，以構(gòu)成完整的翼片芯形狀。所述壓縮機(jī)輪葉包括壓縮機(jī)定子輪葉；所述壓縮機(jī)定子輪葉為第一級(jí)壓縮機(jī)定子輪葉。所述壓縮機(jī)輪葉包括第一級(jí)壓縮機(jī)定子輪葉。所述標(biāo)稱(chēng)型面設(shè)在垂直于任何翼片型面段的方向上位于介于+0. 160英寸與-0. O英寸之間的包絡(luò)內(nèi)。通過(guò)以下說(shuō)明并結(jié)合附圖可以更加清楚地了解到這些以及其他優(yōu)點(diǎn)和特征。


本說(shuō)明書(shū)中的權(quán)利要求書(shū)詳細(xì)指出并明確主張了本發(fā)明。通過(guò)以下說(shuō)明并結(jié)合附圖可以清楚地了解本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖I為渦輪機(jī)的壓縮機(jī)部分的截面圖，所述渦輪機(jī)包括具有根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例構(gòu)造的翼片形狀的第一級(jí)壓縮機(jī)定子輪葉；圖2所示為用于圖I的第一級(jí)壓縮機(jī)輪葉的坐標(biāo)系；
圖3為圖2所示的第一級(jí)壓縮機(jī)輪葉的側(cè)視圖，圖示了定義翼片形狀的一組點(diǎn)中
的一部分；圖4為圖3所示的第一級(jí)壓縮機(jī)輪葉的另ー側(cè)視圖；圖5所示為圖2的第一級(jí)壓縮機(jī)輪葉的典型部分的示意圖；圖6所示為所述翼片形狀的標(biāo)稱(chēng)型面的外層范圍。
具體實(shí)施方式
部分參考附圖以舉例方式介紹本發(fā)明的實(shí)施例及優(yōu)點(diǎn)和特征。兀件符號(hào)列表 奏考標(biāo)號(hào)I部件I參考標(biāo)號(hào)
2__渦輪機(jī)_4 _壓縮機(jī)郅分
6壓縮機(jī)外殼—8 _ _ __軸流路
15第一壓縮機(jī)級(jí)18弟一鉦喚嘴；移動(dòng)轉(zhuǎn)
_____ _子葉片；固定輪葉
20第一級(jí)輪葉；移動(dòng)轉(zhuǎn)22第一級(jí)壓縮機(jī)定子輪
子葉片葉
30_翼片芯形狀 _ 34第一端
36第二端38底座構(gòu)件
40第一鳩尾榫郅分 44吸入側(cè)(圖4)
46壓カ側(cè)48前緣
49后緣100坐標(biāo)系
105X-軸110Y-軸_ _
115Z-軸150, 151,多個(gè)部分
152, 153,
154，155,
156, 157,
158, 159,
160, 161,
162, 163，
164，165，
166，167,
168, 169,
170, 171,
_172 _
180最后部分200點(diǎn)
250標(biāo)稱(chēng)型面260公差
270 JJiF^(UL) _ [280 _ J 下限(Ly _
具體實(shí)施例方式如圖1-4所示，根據(jù)示范性實(shí)施例構(gòu)造的渦輪機(jī)2包括壓縮機(jī)部分4和渦輪機(jī)部分(未圖不)。壓縮機(jī)部分4包圍在壓縮機(jī)外殼6中，且具有軸向流路8。壓縮機(jī)部分4包括多個(gè)可變和固定的輪葉，以及移動(dòng)轉(zhuǎn)子葉片，其中兩個(gè)葉片在圖中分別以18和20表示。在圖中，壓縮機(jī)部分4還包括其他壓縮機(jī)級(jí)(未單獨(dú)標(biāo)明)，這些級(jí)的數(shù)量會(huì)因壓縮機(jī)的實(shí)施和型號(hào)而有所不同。在固定輪葉18中為定子“0”或用于7 、7 4、7 4+、7 ム+6燃?xì)鉁u輪機(jī)框架的第一級(jí)壓縮機(jī)定子輪葉22。在所示的示范性實(shí)施例中，第一級(jí)壓縮機(jī)定子輪葉22包括具有第一端34和第二端36的翼片芯形狀30。第一端34提供有用作錨定點(diǎn)的底座構(gòu)件38。具體而言，底座構(gòu)件38是鳩尾榫部分，與第二鳩尾槽(未顯示)相連，以便將其設(shè)置于壓縮機(jī)流路中。翼片芯形 狀30擁有包括三維(3-D)形狀的型面/輪廓(profile)，該三維形狀定義了吸入側(cè)44和壓カ側(cè)46，以及前緣49和后緣48。第一級(jí)壓縮機(jī)定子輪葉22的ー個(gè)重要方面是翼片芯形狀30，該形狀根據(jù)示范性實(shí)施例經(jīng)配置以用于提高渦輪機(jī)性能。表I中展示了用于翼片芯形狀30的一系列X、Y和Z坐標(biāo)或點(diǎn)，這些坐標(biāo)或點(diǎn)符合有關(guān)相鄰級(jí)之間的相互作用的壓縮機(jī)要求和氣動(dòng)效率，并在之前的形狀上方提供了更大的空氣動(dòng)カ空間。而且，根據(jù)示范性實(shí)施例的特殊翼片芯形狀30符合有關(guān)流體動(dòng)力、負(fù)載和頻率響應(yīng)的系統(tǒng)要求。這些點(diǎn)可以通過(guò)不斷改進(jìn)氣動(dòng)和機(jī)械設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且所述點(diǎn)是可讓渦輪機(jī)2以高效平穩(wěn)的方式運(yùn)行的唯一點(diǎn)軌跡(loci ofpoints)。從下文可以非常明顯的看出，翼片芯形狀30表示為表I中列出的ー組3024個(gè)點(diǎn)。這3024個(gè)點(diǎn)表示27個(gè)翼片部分，每個(gè)部分包括112個(gè)點(diǎn)，其中24個(gè)部分包括翼片芯形狀30。用于表示翼片芯形狀30的型面/輪廓的X、Y和Z坐標(biāo)是在相對(duì)于冷發(fā)動(dòng)機(jī)部分定義的坐標(biāo)系中形成的。冷中線(xiàn)軸上的坐標(biāo)系的原點(diǎn)(origin)為X = O. O、Y = O. O和Z= 0.0o Z坐標(biāo)軸被定義為從Y坐標(biāo)軸發(fā)出的徑線(xiàn)，X坐標(biāo)軸被定義為垂直于由Y-Z軸定義的平面。翼片部分是沿著垂直于Z坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行切割的。在各部分組成翼片芯型面形狀的X和Y點(diǎn)以英寸表示。對(duì)于部分平面，徑向Z值具有原點(diǎn)為Ztl，且以英寸表示。各部分的徑向距離均有所不同，但翼片芯形狀30的總徑向距離為15. 4294英寸。底部和頂部部分Ztl和も可能會(huì)因鋳造部件，例如底座構(gòu)件38，而變得不清晰，這兩個(gè)部分未包含在定義翼片芯形狀30的X、Y和Z點(diǎn)中。所有的3024個(gè)點(diǎn)均在標(biāo)稱(chēng)零下溫度(nominalcold)或室溫的條件下取自翼片芯形狀30的各翼片部分。每個(gè)翼片部分均由相鄰的翼片部分平滑連接，以形成翼片芯形狀30。應(yīng)了解的是，由于各壓縮機(jī)定子輪葉22會(huì)在壓縮機(jī)部分4的運(yùn)行過(guò)程中受到加熱，因此翼片芯型面形狀會(huì)因壓カ和溫度而有所變化。因此，為便于制造，本發(fā)明提供了零下溫度或室溫下的Χ、γ和Z點(diǎn)。由于制造的翼片芯形狀可能與表I中定義的標(biāo)稱(chēng)翼片芯形狀有所不同，允許與標(biāo)稱(chēng)型面存在+0. 160和-0. O英尺的公差，因此為翼片芯形狀30定義了總體設(shè)計(jì)范圍(overall design envelope)。在此設(shè)計(jì)范圍下總體設(shè)計(jì)較為可靠,不會(huì)損害第一級(jí)壓縮機(jī)定子輪葉22的機(jī)械或氣動(dòng)部件。還應(yīng)了解，翼片芯形狀30可以按比例均勻放大或縮小，以便引入具有較小或較大框架尺寸的類(lèi)似的渦輪機(jī)設(shè)計(jì)。因此，以英寸表示的X、Y和Z坐標(biāo)可以乘以或除以相同的常量或數(shù)字/因數(shù)，以便提供按比例放大或縮小的第一級(jí)定子輪葉22，同時(shí)保留翼片芯型面形狀和獨(dú)特特性(properties)。從圖2中可以清楚地看到，根據(jù)示范性實(shí)施例的翼片芯形狀30的坐標(biāo)系大體以100表示。如上所述，坐標(biāo)系100是相對(duì)于冷定子輪葉定義的。坐標(biāo)系100包括X軸105、Y軸110和Z軸115。坐標(biāo)系100的原點(diǎn)為位于被底座構(gòu)件38覆蓋的第一級(jí)壓縮機(jī)定子輪葉22上的點(diǎn)的中心。X軸105沿渦輪機(jī)2的中線(xiàn)軸(未單獨(dú)標(biāo)明)軸向延伸，并且Z軸115沿垂直于中線(xiàn)軸的經(jīng)線(xiàn)延伸。X軸105、Y軸110和Z軸115的正方向在圖2中均用標(biāo)簽標(biāo)出。從圖3和圖4中可以清楚地看到，翼片芯形狀30包括多個(gè)部分150-172。部分150位于Ztl,并且翼片芯形狀30在位于\的部分180終止之前通過(guò)部分172進(jìn)行延伸。如上所述，部分150-172和180是沿著垂直于Ze-軸115的方向進(jìn)行切割的。表I中表示的用于組成各部分的X和Y坐標(biāo)以英寸表示。圖5所示為組成部分151的ー組112個(gè)點(diǎn)200。圖6所示為用于翼片芯形狀30的設(shè)計(jì)包絡(luò)范圍(design envelope)。表I中列出 的X、Y和Z值描繪翼片芯形狀30的各部分的各點(diǎn)的理想點(diǎn)位置。但是，由于制造公差，因此可能存在偏移理想點(diǎn)位置的情況，此類(lèi)情況也必須考慮在內(nèi)。因此需要構(gòu)建設(shè)計(jì)范圍，該范圍規(guī)定各部分150-172和180與標(biāo)稱(chēng)型面250之間可接受的外邊界或距離。因此應(yīng)了解的是，各X、Y和Z點(diǎn)均包括公差或土值?？紤]到制程能力，在加工翼片芯形狀30時(shí)允許存在+0. 160英寸的公差260。公差260包括定義為與標(biāo)稱(chēng)型面250存在O. 160英寸偏差的上限270，以及定義為與標(biāo)稱(chēng)型面250存在-O. 000英寸偏差的下限280。設(shè)計(jì)范圍或公差260較為可靠，因此這種變化不會(huì)削弱壓縮機(jī)定子輪葉22的機(jī)械和氣動(dòng)性能。在任何情況下都不應(yīng)限制于示范性實(shí)施例，與第一級(jí)壓縮機(jī)定子輪葉22以前的単獨(dú)翼片芯形狀相比，本發(fā)明所述的翼片芯形狀30將效率提高了 O. 15%。而且，在任何情況下都不應(yīng)限制于示范性實(shí)施例，與常規(guī)或加強(qiáng)(與本說(shuō)明書(shū)中所述的增強(qiáng)類(lèi)似)的其他翼片芯形狀相結(jié)合，如本發(fā)明所展示的翼片芯形狀30比第一級(jí)壓縮機(jī)定子輪葉22以前的單獨(dú)翼片芯形狀的效率聞O. 15%。除以上所述的優(yōu)勢(shì)以外，此提聞的效率還可以減少功率輸出所需的燃料，因此其本身可以降低排放量以產(chǎn)生能量。當(dāng)然，其他此類(lèi)優(yōu)勢(shì)也在示范性實(shí)施例的范圍之內(nèi)。表I :申
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)(2)組件，其包括 具有一種翼片芯形狀(30)的壓縮機(jī)定子輪葉(22)，所述翼片芯形狀(30)具有一種大致符合表I中規(guī)定的笛卡爾坐標(biāo)值X(105)、Y(IlO)和Z(115)的標(biāo)稱(chēng)型面(250)，其中X(105)和Y(IlO)為英寸距離，當(dāng)它們通過(guò)平滑連續(xù)弧線(xiàn)相連時(shí)，在每個(gè)英寸距離Z(115)處限定翼片型面段(150、151、152、153、154、155、156、157、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、171、172)，位于所述2(115)距離處的所述型面段(150,151,152、153、154、155、156、157、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、171、172)彼此平滑相連，形成完整翼片芯形狀(30)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪機(jī)(2)組件，其特征在于，所述壓縮機(jī)定子輪葉(22)包括翼片(30)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪機(jī)(2)組件，其特征在于，所述壓縮機(jī)定子輪葉(22)包括一種用于限定輪葉(18)的芯形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪機(jī)(2)組件，其特征在于，所述壓縮機(jī)定子輪葉(22)包括第一級(jí)壓縮機(jī)定子輪葉(22)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪機(jī)(2)組件，其特征在于，所述標(biāo)稱(chēng)型面(250)在垂直于任何翼片型面段(150、151、152、153、154、155、156、157、158、159、160、161、162、163、164、·165、166、167、168、169、170、171、172)的方向上位于介于+0. 160英寸與-0. 0英寸之間的包絡(luò)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)組件的翼片芯形狀。所述渦輪機(jī)組件包括具有一種翼片芯形狀的壓縮機(jī)定子葉片。所述翼片芯形狀包括大致符合表1中規(guī)定的笛卡爾坐標(biāo)值X、Y和Z的標(biāo)稱(chēng)型面，其中X和Y為英寸距離，當(dāng)它們通過(guò)平滑連續(xù)弧線(xiàn)相連時(shí)，在每個(gè)英寸距離Z處限定翼片型面段。位于所述Z距離處的各型面段彼此平滑相連，形成一個(gè)完整的翼片芯形狀。
文檔編號(hào)F04D29/00GK102678603SQ201210059508
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者J·E·貝爾, U·加格 申請(qǐng)人:通用電氣公司