专利名称：第一和第二级涡轮机翼片形状的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于燃气涡轮机的翼片的形状，且特别地涉及用于燃气涡轮机的第一和第二级的喷嘴和轮叶翼片的形状。
背景技术：
在设计和构造用于涡轮机的喷嘴和轮叶翼片时存在许多需要考虑的事项，包括优化空气动力学效率、叶片的空气动力学和机械负荷以及燃气涡轮机不同级之间的相互作用。例如关于涡轮机喷嘴，喷嘴的翼片形状提供了热气体的被引导的转向，用于沿在不同的涡轮机级中的热气体通道相互作用，在涡轮机总体效率上产生很大的作用。因此，存在对用于第一级和第二级喷嘴和轮叶的每个的翼片形状的需求，以优化燃气涡轮机效率。
发明内容
在本发明的优选实施例中，提供了涡轮机喷嘴，其包括具有翼片形状的翼片，翼片具有大体上根据表I中列出的、以毫米为单位的笛卡儿坐标值X、Y和R的标称轮廓，其中R为沿半径距涡轮机旋转轴线的距离，X和Y为距离，当被光滑的连续弧线连接起来时，在垂直于半径且在每个距离为R处的平面内限定了翼片的轮廓截面，在距离R处的轮廓截面相互之间被光滑地连接以形成翼片形状。
在本发明的另一个优选的实施例中，提供了涡轮机轮叶的发明，其包括具有翼片形状的翼片，翼片具有大体上根据表II中列出的、以毫米为单位的笛卡儿坐标值X、Y和R的标称轮廓，其中R为沿半径距涡轮机旋转轴线的距离，X和Y为距离，当被光滑的连续弧线连接起来时，在垂直于半径且在每个距离为R处的平面内限定了翼片的轮廓截面，在距离R处的轮廓截面相互之间被光滑地连接以形成翼片形状。
在本发明的另一个实施例中，提供了涡轮机喷嘴，其包括具有翼片形状的翼片，翼片具有大体上根据表III中列出的、以毫米为单位的笛卡儿坐标值X、Y和R的标称轮廓，其中R为沿半径距涡轮机旋转轴线的距离，X和Y为距离，当被光滑的连续弧线连接起来时，在垂直于半径且在每个距离为R处的平面内限定了翼片的轮廓截面，在垂直于半径且在每个距离为R处的平面内的轮廓截面相互之间被光滑地连接以形成翼片形状。
在本发明的另一个优选的实施例中，提供了涡轮机轮叶，其包括具有翼片形状的翼片，翼片具有大体上根据表I V中列出的、以毫米为单位的笛卡儿坐标值X、Y和R的标称轮廓，其中R为沿半径距涡轮机旋转轴线的距离，X和Y为距离，当被光滑的连续弧线连接起来时，在垂直于半径且在每个距离为R处的平面内限定了翼片的轮廓截面，在距离R处的轮廓截面相互之间被光滑地连接以形成翼片形状。
在本发明的再又一个优选的实施例中，提供了具有围绕涡轮机轴线圆周排列的多个喷嘴和围绕喷嘴下游轴线圆周排列的多个轮叶的涡轮机的第一级，每个喷嘴包括具有翼片形状的翼片，翼片具有大体上根据表I中列出的、以毫米为单位的笛卡儿坐标值X、Y和R的标称轮廓，其中R为沿半径距涡轮机旋转轴线的距离，X和Y为距离，当被光滑的连续弧线连接起来时，在垂直于半径且在每个距离为R处的平面内限定了翼片的轮廓截面，在距离R处的轮廓截面相互之间被光滑地连接以形成翼片形状，每个轮叶包括具有翼片形状的轮叶翼片，轮叶翼片具有大体上根据表II中列出的、以毫米为单位的笛卡儿坐标值X、Y和R的标称轮廓，其中R为沿半径距涡轮机旋转轴线的距离，X和Y为距离，当被光滑的连续弧线连接起来时，在垂直于半径且在每个距离为R处的平面内限定了翼片的轮廓截面，在表II中距离R处的轮廓截面相互之间被光滑地连接以形成轮叶翼片形状。
在本发明的另一个实施例中，提供了具有围绕涡轮机轴线圆周排列的多个喷嘴和围绕喷嘴下游轴线圆周排列的多个轮叶的涡轮机的第二级，每个喷嘴包括具有翼片形状的翼片，轮叶翼片具有大体上根据表III中列出的、以毫米为单位的笛卡儿坐标值X、Y和R的标称轮廓，其中R为沿半径距涡轮机旋转轴线的距离，X和Y为距离，当被光滑的连续弧线连接起来时，在垂直于半径且在每个距离为R处的平面内限定了翼片的轮廓截面，在距离R处的轮廓截面相互之间被光滑地连接以形成翼片形状，每个轮叶包括具有翼片形状的轮叶翼片，轮叶翼片具有大体上根据表IV中列出的、以毫米为单位的笛卡儿坐标值X、Y和R的标称轮廓，其中R为沿半径距涡轮机旋转轴线的距离，X和Y为距离，当被光滑的连续弧线连接起来时，在垂直于半径且在每个距离为R处的平面内限定了翼片的轮廓截面，在表IV中距离R处的轮廓截面相互之间被光滑地连接以形成轮叶翼片形状。
图1为具有根据本发明的优选方面的第一和第二级喷嘴和轮叶翼片形状的涡轮机的热气体通道的概括性示意图示；图2和图3组成分别在接近根部、接近节距(pitch)和接近尖端的截面的第一级喷嘴和轮叶翼片形状的图；图4和图5组成分别在接近根部、接近节距和接近尖端的截面的第二级喷嘴和轮叶翼片形状的图。
具体实施例方式
现在参考图1，图示了一般地标识为10的涡轮机的部分，且特别地分别图示了涡轮机10的第一级11和第二级13。涡轮机10包括转子12和外部壳体14。燃气涡轮机10的第一级11包括具有固定在壳体14上的圆周间隔的喷嘴翼片16的阵列的第一级喷嘴，和安装在转子12上的圆周间隔的轮叶18的阵列。涡轮机的第二级13包括固定在壳体14上的圆周间隔的喷嘴翼片20的阵列，和安装在转子12上的圆周间隔的轮叶22的阵列。要认识到，涡轮机可以包括附加的级。而且喷嘴和轮叶翼片的每个具有各自唯一的翼片形状，用于优化空气动力学效率和叶片在热气体流中的空气动力学和机械负荷，热气体流在环形热气体流道内流动，一般地标识为箭头24。
在表I至表IV中以毫米给出的笛卡儿坐标系X、Y和R的值分别地限定了翼片16、18、20和22的轮廓。虽然也可以使用其它尺度单位，但是在这些表中以毫米列出坐标X、Y和R的坐标值。笛卡儿坐标系具有正交相关的X、Y和R轴。R轴为以毫米给出的沿半径从涡轮机旋转轴线到垂直于半径的平面的线性距离，该平面包含了X和Y的值，在每个距旋转轴线R的距离处X和Y的值限定了翼片轮廓截面。X轴在平行于涡轮机转子中心线方向上，即平行于旋转轴线方向上延伸，Y轴在切向上延伸。
通过在垂直于R方向且在选定距离上的平面内限定X和Y的坐标值，可以确定每个翼片的轮廓。通过在每个平面内以光滑的连续弧线连接X和Y的坐标值，每个在表中给定的距离R处的轮廓截面被固定。在距离为R的轮廓截面平面之间的不同表面位置的表面轮廓通过光滑地互相连接相邻的轮廓截面来确定，以形成翼片形状。
在表I至表IV中列出的值代表了在环境非运行或非热条件中的翼片轮廓截面。在表I至表IV中提供的值被生成并显示为三位小数以确定翼片的轮廓。存在典型的制造公差和必须在每个翼片的实际轮廓中考虑的涂层。因此这些在表I至表IV中给出的用于轮廓的值为用于标称翼片。因此认识到，在下表中给出的X和Y的值中加上或者减去正负典型制造公差，即包括任何涂层厚度的正负值。因此沿每个翼片表面在垂直于任何表面位置的方向上的距离±4.064mm限定了用于特定翼片轮廓的翼片轮廓包络。
在下表I中给出的坐标值提供了优选的标称轮廓形状，不包括用于第一级喷嘴翼片16的圆角区域。
表I第一级喷嘴翼片
作为例子，第一级喷嘴翼片16的在接近根部、接近节距和接近尖端的距离R的每个处的轮廓截面在图2中图示。
在下表II中给出的坐标值提供了优选的标称轮廓形状，不包括第一级轮叶翼片18的圆角区域。
表II第一级轮叶翼片
作为例子，第一级轮叶翼片18的在接近根部、接近节距和接近尖端的距离R的每个处的轮廓截面在图3中图示。
在下表III中给出的坐标值提供了优选的标称轮廓形状，不包括第二级喷嘴翼片20的圆角区域。
表III第二级喷嘴翼片
作为例子，第二级喷嘴翼片20的在接近根部、接近节距和接近尖端的距离R的每个处的轮廓截面在图4中图示。
在下表IV中给出的坐标值提供了优选的标称轮廓形状，不包括第二级轮叶翼片22的圆角区域。
表IV第二级轮叶翼片
作为例子，第二级轮叶翼片22的在接近根部、接近节距和接近尖端的距离R的每个处的轮廓截面在图4中图示。
也要认识到，在上表I至表IV中披露的翼片可以在几何形状上按比例放大或缩小，以用于其它类似的涡轮机设计。因此在表I至表IV中列出的坐标值可以按比例放大或缩小，使得翼片形状保持不变。对表I至表IV中坐标值的按比例变化方案可表示为将X、Y和R的坐标值乘以或除以相同的常数或数字。
虽然结合当前被认为是最实际和优选的实施例对本发明进行了描述，要理解的是本发明不限于披露的实施例，而相反，意图于覆盖包括在后附的权利要求书的精神和范围内的各种修改和等价的结构。
零件表涡轮机10第一级和第二级11，13转子 12外部壳体 14喷嘴翼片 16轮叶 18喷嘴翼片 20轮叶 22箭头 2权利要求
1.一种涡轮机喷嘴，其包括具有翼片形状的翼片(16)，所述的翼片具有大体上根据表I中列出的、以毫米为单位的笛卡儿坐标值X、Y和R的标称轮廓，其中R为沿半径距涡轮机旋转轴线的距离，X和Y为距离，当被光滑的连续弧线连接起来时，其在垂直于半径且在每个距离为R处的平面内限定了翼片的轮廓截面，在距离R处的轮廓截面相互之间被光滑地连接以形成所述的翼片形状。
2.根据权利要求1所述的涡轮机喷嘴，形成了涡轮机第一级的部分。
3.根据权利要求1所述的涡轮机喷嘴，其中所述的翼片形状位于在垂直于任何翼片表面位置方向的±4.064毫米内的包络内。
4.一种涡轮机轮叶(18)，其包括具有翼片形状的翼片，所述的翼片具有大体上根据表II中列出的、以毫米为单位的笛卡儿坐标值X、Y和R的标称轮廓，其中R为沿半径距涡轮机旋转轴线的距离，X和Y为距离，当被光滑的连续弧线连接起来时，其在垂直于半径且在每个距离为R处的平面内限定了翼片的轮廓截面，在距离R处的轮廓截面相互之间被光滑地连接以形成所述的翼片形状。
5.根据权利要求4所述的涡轮机轮叶，形成了涡轮机第一级的部分。
6.根据权利要求4所述的涡轮机轮叶，其中所述的翼片形状位于在垂直于任何翼片表面位置方向的±4.064毫米内的包络内。
7.一种涡轮机喷嘴，其包括具有翼片形状的翼片(20)，所述的翼片具有大体上根据表III中列出的、以毫米为单位的笛卡儿坐标值X、Y和R的标称轮廓，其中R为沿半径距涡轮机旋转轴线的距离，X和Y为距离，当被光滑的连续弧线连接起来时，其在垂直于半径且在每个距离为R处的平面内限定了翼片的轮廓截面，在垂直于半径且在距离为R处的平面内的轮廓截面相互之间被光滑地连接以形成所述的翼片形状。
8.根据权利要求7所述的涡轮机喷嘴，形成了涡轮机第二级的部分。
9.根据权利要求7所述的涡轮机喷嘴，其中所述的翼片形状位于在垂直于任何翼片表面位置方向的±4.064毫米内的包络内。
10.一种涡轮机轮叶，其包括具有翼片形状的翼片(22)，所述的翼片具有大体上根据表IV中列出的、以毫米为单位的笛卡儿坐标值X、Y和R的标称轮廓，其中R为沿半径距涡轮机旋转轴线的距离，X和Y为距离，当被光滑的连续弧线连接起来时，其在垂直于半径且在每个距离为R处的平面内限定了翼片的轮廓截面，在距离R处的轮廓截面相互之间被光滑的连接以形成所述的翼片形状。
全文摘要
第一级喷嘴和轮叶具有分别大体上根据表I和表II中列出的笛卡儿坐标值X、Y和R的标称翼片轮廓，第二级喷嘴和轮叶具有分别大体上根据表III和表IV中列出的笛卡儿坐标值的标称翼片轮廓。X、Y和R的值以毫米为单位。R代表了沿半径距涡轮机旋转轴线的距离。对于每个翼片，X和Y为距离，当被光滑的连续弧线连接起来时，在垂直于半径且在每个距离为R处的平面内限定了翼片的轮廓截面。在距离R处的每个翼片的轮廓截面相互之间被光滑地连接以形成翼片形状。通过距离X、Y和R给定的翼片形状位于在沿翼片表面垂直于任何翼片表面位置方向的±4.064毫米的包络内。
文档编号F01D5/14GK1840863SQ20061007153
公开日2006年10月4日 申请日期2006年3月28日 优先权日2005年3月28日
发明者M·A·沙利文, D·W·拉多恩, F·坎德拉, A·弗里德蒙斯基 申请人:通用电气公司