专利名称：涡轮叶片的错误检验识别结构的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及气体涡轮机，尤其涉及对具有内部结构的涡轮叶片的识别。在气体涡轮机中，燃料在被压缩机产生的压缩气体中燃烧以获得加热的气体。该加热的气体被用来转动涡轮叶片或者翼片，其中之一是以产生运行压缩机的转动动力。在气体涡轮机的运行中，燃烧室内侧的温度能够达到2500，导致叶片的温度会超过1700。为了冷却涡轮叶片，将放出空气或绕过燃烧室的相对较冷的经压缩的空气强制穿过叶片的内部通道。该通道包括具有不同几何形状的路径或槽路以把放出空气引导出叶片内部。流过通道的放出空气在整个叶片上于叶片能够正确起作用处维持一个温度梯度。
背景技术：
由于运转原因或制造原因，有时需要改变或更改特定叶片模型的内部结构。同时，该叶片的内部必须保持相同，以符合其中使用了该叶片模型的特定气体涡轮机的设计。传统上，识别涡轮叶片的内部结构的模型数字被铸制在涡轮叶片铸件的外部上。铸制模型数字在涡轮叶片的表面上产生一个浅的凹入数字。该浅的数字不会产生任何干扰叶片转动的平衡的凸起或腔体。沿着涡轮叶片的长度上的重量的任何不相称，即使是非常小的不相称，也会在气体涡轮机高速转动中产生振动。
尽管铸制模型数字小到足以防止任何对叶片的运行或安装的干涉，这些数字也经常会难以辨认且模糊地类似。例如，铸字“9”可能类似于“0”。因此，具有第二级内部结构的涡轮叶片会与具有第一级内部结构的涡轮叶片相同，就难以识别其具有哪一级内部结构。因此，就会错误地把叶片引导到生产线上，接受不正确的精加工，在随后的时间也不会被发现。从制造成本和安全考虑，需要完全把这些错误的可能性消除。所以，涡轮叶片就需要具有识别结构，能够无错误地识别视觉上相同的涡轮叶片的内部结构而不会干涉叶片自身的运行。
发明内容
本发明涉及一种可靠的用来识别涡轮叶片内部结构的识别结构。本发明包括一个无错误地识别涡轮叶片内部结构的突出识别结构。该突出识别结构可由坐标量测仪识别和读取。该突出识别结构位于涡轮叶片的翼根部分，以防止干涉涡轮叶片的安装。所述突出识别结构的重量大约是涡轮叶片重量的0.1％或比其小，以防止干涉涡轮叶片的运行。
附图1示出气体涡轮机的局部透视图，其中有使用了本发明的涡轮；附图2是附图1的涡轮部分的局部透视图，其中示出涡轮叶片和转子盘组件；附图3A示出具有第一级内部结构的涡轮叶片的翼根部分；附图3B示出使用了本发明的具有第二级内部结构的涡轮叶片的翼根部分。
具体实施例方式
附图1示出气体涡轮机10的局部透视图，其中有使用了本发明的叶片部分12。气体涡轮机10包括位于燃烧室14和喷嘴16之间的涡轮部分12。壳体18遮盖了涡轮部分12、燃烧室14和喷嘴16。涡轮部分10是一个多级涡轮，包括涡轮叶片20A、20B、20C；转子盘22A、22B、22C；涡轮轴24。涡轮叶片20A、20B、20C径向地在转子盘22A、22B、22C的周边分别对准。转子盘22A、22B、22C同轴地连接到沿轴向延伸至气体涡轮机10的涡轮轴24。
燃料在燃烧室14内侧的高压空气中燃烧以产生高密度和高压力的经加热的气体。当在燃烧室14内存有经加热的气体时，它们以高速进入涡轮部分12。该高密度气体撞击涡轮叶片20A、20B、20C以使转子盘22A、22B、22C转动，其又使涡轮轴24转动。涡轮轴24的转动产生驱动气体涡轮机10的压缩机部分的机械力。该经加热的气体继续穿过涡轮部分12，且被强制穿过喷嘴16。当它们离开气体涡轮机10时，该喷嘴16使该气体的速度增加以产生向前推进飞行器的推力。
附图2是附图1的涡轮部分12局部分解透视图，其示出涡轮叶片20A和转子盘22A的组件。涡轮叶片20A径向地布置在转子盘22A外周向的周围。涡轮叶片20A包括翼片26、护罩28、平台30和翼根32。转子盘22A包括沿转子盘22A的外周向对准的槽口34。槽口34接纳涡轮叶片22A的翼根32。槽口34包括锯齿部36，翼根32包括翼脚38，其构型与锯齿部36的构型配合。在通常的实施例中，翼根32具有在现有技术中公知的“杉树”和“鸽尾”构型。当翼脚38被锁入锯齿部36时，翼根32沿着轴向方向被插入槽口34。翼脚38和锯齿部36在转子盘22A转动时沿着径向方向固定涡轮叶片20A，并分配由转动的涡轮叶片20A离心动量产生的负载。锯齿部36和翼脚38也允许翼根30、转子盘22A在气体涡轮机10内达到极限温度下进行热膨胀。此外，铆钉或其他紧固机构被用来在轴向方向上夹持涡轮叶片20A。
在涡轮叶片20A被插入转子盘22A时，护罩28对准形成一个连续阻挡层，辅助防止气体从涡轮叶片尖端的周围漏出。护罩28也防止翼片26的振动和弯折。在其它实施例中，不使用护罩28，翼片26的叶片尖端被切割围刀状边缘尖端。类似地，平台30对准在涡轮叶片20A和翼根30形成一个连续的边界。
通常，用于冷却涡轮叶片20A的放出空气，是通过翼根32底部的开口引入，从而其进入内部冷却系统的通道。该内部冷却系统包括放出口气流过的各种结构和通道。该放出空气穿过涡轮叶片20A上的通道，迅速带走翼片26的热量。通常，该经加热的空气，通过翼片26的后缘上的一个或多个小开孔40、或者通过翼片26的庵＝凹部吸入侧(未示)离开涡轮叶片20A的内部。
附图3A示出涡轮叶片20A的翼根部分，具有第一级内部结构。对于特定涡轮叶片的设计，对内部结构的改变可以是在制造中期以增加叶片的性能。但是，每一级涡轮叶片20A的外部彼此相同，于是制造一个互换件总是安装在用该设计的气体涡轮机中。
附图3B示出涡轮叶片20A′的翼根部分32，具有第二级或改型后的内部结构，其中使用了本发明。一旦已对包括涡轮叶片20A的涡轮叶片模型的内部设计进行过改型，就将识别结构42添加到翼根部分32产生涡轮叶片20A′。识别结构42通过一个错误检验装置来把涡轮叶片20A、20A′区别开。
识别结构42提供一个确定的隆起凸起，能被视觉检测确认。识别结构42还提供一个可用坐标量测仪(CMM)量测的结构。在涡轮叶片20A′的制造过程中，在该涡轮叶片被送至进行附加的机加工前，检测其尺寸误差。识别结构42提供一个确定结构，可以包括在尺寸误差列表中，用CMM检测。这就保证了被检测的涡轮叶片实际上是涡轮叶片20A′，其会接受进行用于带第二级内部结构叶片的机加工。
选择识别结构42的位置以不干涉涡轮叶片20A′的运行。例如，在翼片部分26上设置识别标记是不可行的，因为这将会干涉热空气对翼片26的撞击，造成翼片26的振动。由于类似理由，在护罩28或平台30上设置识别结构也不可行。另外，在翼根部分32的侧面设置识别结构也不合实际，因为这将干涉锯齿部36与翼脚38的对准。考虑到这些因素，将识别结构42设置在翼根部分32的前表面44上。在另外的实施例中，识别结构42设置在翼根部分32的后表面上。在附图3B中，识别结构42设置在翼根部分32上离开前表面44的中心。这使识别结构移离涡轮叶片20A′的铸造分模线，允许涡轮叶片20A的模具适合于形成涡轮叶片20A′。在另外的实施例中，识别结构42定心于翼根部分32的前表面44的中心上。将识别结构42设置于翼根部分32上，也把识别结构42引起的对翼片26的振动效应最小化。
为了进一步防止识别结构42干涉涡轮叶片20A′的运行和安装，识别结构42设置在位于翼根部分32的前表面44上的凹槽46中。凹槽46预成形于涡轮叶片20A′的铸造中以减少重量或其他功能。此外，凹槽46可以被机加工入涡轮叶片20A′中以接纳识别结构42。于是，为了将识别结构42对涡轮叶片20A′的运行和安装的干涉最小化，识别结构42不会延伸超出翼根部分32前边缘的最前部分。
在气体涡轮机10的运行过程中，转子盘22A以大约每分钟15000转(RPM)的速度转动。在该高速转动过程中，涡轮叶片20A′的切向速度能达到2马赫(Mach)。于是，即使将少量物质置于涡轮叶片20A′也会产生干涉转子盘22A和翼片26转动的大的力量。由识别结构42的质量产生的离心力具有在涡轮叶片20A′的转动中产生振动的潜能。当离心力施加的应力超过涡轮叶片20A′应力极限时，尤其是共振振动结合在一起时，就会发生大灾难性的失败。
使用标准机械学公式，可以确定不会引起涡轮叶片20A′中过度应力的识别结构42的尺寸和质量。已经确定，在把识别结构42设置于翼根部分32上时，其重量约为涡轮叶片20A重量的0.1％或比其小时的识别结构，不会在涡轮叶片20A′中产生过度的应力。因此，在一个实施例中，识别结构42的重量为涡轮叶片20A′的0.1％。例如，如果涡轮叶片20A′的重量为0.84磅，识别结构42的重量约为0.0008磅或更少。这样，在气体涡轮机10的运行中，可以防止在转子盘22A高速转动时的过度压力和振动。
识别结构42的具体形状可以具有各种实施例。在附图3B中，识别结构42是一个竖向肋。可以附加一个附加竖向肋识别结构42或者不同形状的识别结构42，以识别涡轮叶片22A的每一个顺序级。在各种实施例中，识别结构42可以是环形、星形或三角形。通过将其重量维持为涡轮叶片20A重量的约0.1％或之下来限定每个识别结构或者多个识别结构的尺寸和形状，以在转子盘22A转动时防止扰乱涡轮叶片20A′。还要对识别结构的尺寸和形状作出限制是因为一定不能干涉涡轮叶片20A′的安装。
已对应用于气体涡轮机涡轮部分中的涡轮叶片的本发明进行了描述。突出识别结构还能用于转子叶片，该转子叶片用在气体涡轮机的压缩机部分中或者具有各种内部结构的其他转子翼片或叶片中。
尽管已参照优选实施例描述肋本发明，本领域的技术人员会认识到，在不超出本发明的精神和范围下可以在形状或细节上进行改型。
权利要求
1.一种涡轮叶片，其包括一个翼片部分；以及一个翼根部分，其包括前缘表面；后缘表面；多个翼脚，其位于所述前缘表面和后缘表面之间；以及一个突出识别结构，其位于涡轮叶片的翼根部分，用于识别涡轮叶片的内部结构。
2.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中所述识别结构位于所述翼根部分的凹陷表面上。
3.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中所述识别结构位于所述前缘表面上。
4.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中所述识别结构没有延伸超出前缘表面的最向前部分。
5.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中所述识别结构是一个竖向肋。
6.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中所述识别结构的重量大约是涡轮叶片重量的0.1％或比其小。
7.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中所述识别结构可由坐标量测仪读取。
8.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中所述识别结构与涡轮叶片的内部结构的具体产生相应。
9.一种涡轮叶片，其具有包括内部冷却系统的翼片部分和把涡轮叶片固定到气体涡轮机的转子盘上的翼根部分，该涡轮叶片的特征为一个突出识别结构位于翼根部分上以识别冷却系统的内部结构。
10.根据权利要求9所述的涡轮叶片，其中所述识别结构位于所述翼根部分的凹陷表面上。
11.根据权利要求9所述的涡轮叶片，其中所述识别结构位于所述前缘表面上。
12.根据权利要求11所述的涡轮叶片，其中所述识别结构没有延伸超出前缘表面的最向前部分。
13.根据权利要求9所述的涡轮叶片，其中所述识别结构是一个竖向肋。
14.根据权利要求9所述的涡轮叶片，其中所述识别结构的重量大约是涡轮叶片重量的0.1％或比其小。
15.根据权利要求9所述的涡轮叶片，其中所述识别结构可由坐标量测仪读取。
16.根据权利要求9所述的涡轮叶片，其中所述识别结构与涡轮叶片的内部结构的具体产生相应。
全文摘要
识别结构用来无错误地识别位于不同级涡轮叶片设计中的内部结构。该识别结构位于涡轮叶片的翼根部分且突出以提供可由坐标量测仪识别的可视识别结构，但是不干涉涡轮叶片的安装和运行。所述识别结构的重量与涡轮叶片重量成一个具体的比例，以防止干涉涡轮叶片在气体涡轮机高速转动时的运行。
文档编号F01D5/14GK1916371SQ200610115509
公开日2007年2月21日 申请日期2006年8月15日 优先权日2005年8月15日
发明者M·－K·B·康, K·A·隆察克, E·F·皮特拉什基维茨 申请人:联合工艺公司