压缩机转子叶片的底切的制作方法

专利名称：压缩机转子叶片的底切的制作方法
技术领域：
本申请大致涉及涡轮发动机中的压缩机叶片。更具体地讲，但并 不作为限制地，本申请涉及这样的压缩机转子叶片，该压缩机转子叶
对腐蚀更具有抵抗性。
背景技术：
在燃气涡轮发动机中，压缩机通常包括具有成列的转子叶片(通常 也称作"转子翼型件"或"压缩机叶片")和定子叶片(通常也称作"定 子翼型件，，)的多个级。转子叶片绕着转子转动并由此将动能传递给穿 过压缩机的气流。紧跟着转子叶片列的是保持静止的成列的定子叶 片。在共同作用下，转子叶片和定子叶片分别地使气流旋转和降低空 气的速度，这使得穿过压缩机的气流的静压力被提高。通常，多级的 转子叶片及定子叶片在轴流式压缩机中被堆叠，以便达到所需的放出 比进入的气压比。转子叶片和定子叶片通常借助于榫部附连部或根部 附连部或底部附连部而分别地固定到叶^"和定子壳体上。
为了提高压缩机的性能，定期地进行水洗以便清洁转子叶片和定 子叶片。在该过程中，水-故直接喷入运行中的压缩机的进口。水撞击 第一级转子叶片，且然后随着空气的流动而被携带穿过压缩机，以使 得其余的转子叶片和定子叶片也被清洁。水在转子叶片上的撞击，尤 其是在第一级中的转子叶片的前缘上的撞击，可导致腐蚀。该腐蚀通 常导致沿着转子叶片的前缘的凹痕和/或裂隙的形成。随着过程的重 复，凹痕和裂隙变深并变宽。
正如本领域的普通技术人员可认识到的，转子叶片在运行期间由于压缩机的旋转速度而承受高水平的机械应力。该高水平的应力影响 在转子叶片前缘上发生的腐蚀的速率。也就是说，转子叶片的前缘所 经受的腐蚀的量通常与在该位置处所经受的应力的高低成正比。随着 应力提高，腐蚀率也提高。随着时间的推移，高应力水平及增长的腐 蚀可导致转子叶片中的高周疲劳裂紋，其最终可导致叶片失效。毫无
灾难性破坏。因此，存在着对能够更好地防范这种可能性的改进的系 统、方法和装置的持续的需求。更详细地讲，存在着对于这样的改进 的转子叶片的需求——该转子叶片以在前缘处的较低的应力水平来 工作，以使得该叶片更耐腐蚀。

发明内容
因此，本发明描述了用于轴流式压缩机的转子叶片，该转子叶片 可包括翼型件和根部，该翼型件包括前缘，该根部包括平台和榫部， 该平台为根部的外径向表面(翼型件自该外径向表面而延伸)，而榫部
包括榫部前表面，该榫部前表面是榫部的这样的表面---旦转子叶
片被安装入轴流式压缩机中，该表面就大体指向上游。转子叶片可包 括形成于榫部前表面上的底切槽，该底切槽将翼型件前缘与平台的相 交部至少部分地底切。
本发明还描述了用于轴流式压缩机的转子叶片，该转子叶片可包 括翼型件和根部。翼型件可包括翼型件吸力侧、翼型件压力侧和前缘， 该前缘是限定于翼型件吸力侧与翼型件压力侧之间的、 一旦转子叶片 被安装入轴流式压缩机中就大体指向上游的边缘。根部可包括平台和 榫部，该平台为根部的这样的外径向表面一一翼型件自该外径向表面 而延伸，并且，榫部用于将转子叶片连接至叶轮。榫部可包括榫部前 表面、榫部吸力侧和榫部压力侧，榫部前表面是榫部的这样的表
面---旦转子叶片被安装入轴流式压缩机中，该表面就大体指向上
游。转子叶片还可以包括形成于榫部前表面上的底切槽，该底切槽将 翼型件的前缘与该平台的相交部基本上底切开。底切槽可从榫部前表
5面的近似的中心处开始并朝着榫部的、将榫部前表面与榫部压力侧隔 开的边纟彖而延伸。
当结合附图及所附的权利要求参阅了以下对优选实施方式的具 体描述之后，本申请的这些及其它特征将变得显而易见。


通过结合附图仔细地研究以下对本发明示例性实施例的更详细 描述，可以更全面地理解及认识本发明的这些及其它目的和有利之
处，其中
图l是典型的压缩机转子叶片的透视图。
图2是显示了根据本申请的示例性实施例的底切槽的压缩机转子 叶片的透一见图。
图3是显示了根据本申请的备选的实施例的底切槽的压缩机转子 叶片的透视图。
10常4见的转子叶片
12翼型件
13根部
14吸力侧
16压力侧
17前缘
18平台
20榫部
22榫部前表面
24榫部"及力侧
26才隼部压力侧
28前缘底部
30转子叶片
32底切槽
具体实施例方式
现在参照附图，其中多个标号在该若干^L图中表示类似的零件， 图l显示了常规的转子叶片10。正如本领域的技术人员可以认识到的， 转子叶片IO可包括翼型件12以及底部或称^f艮部13，该翼型件12在 绕转子旋转时将动能传递给流经压缩机的空气。翼型件12通常包括 吸力侧14(即，凸面侧)和压力侧16(即，凹面侧)。翼型件12还具有前 缘17，该前缘17是在吸力侧14与压力侧16之间的、 一旦转子叶片 IO被安装入压缩机中就通常指向上游的边缘。
根部13包括平台18，该平台18是根部13的在外的径向表面， 翼型件12自该在外的径向表面而延伸。平台18可整体地结合至转子 叶片IO的才艮部13。平台18限定了穿过翼型件12的气流的径向内边 界。正如本领域的普通技术人员可以认识到的，根部13通常还包括
片10固定在压缩机内的恰当的位置中。榫部20可包括榫部前表面22, 该榫部前表面22构成了榫部18的这样的前表面，即，榫部18的、 一旦被装入就在压缩机中通常指向上游的表面。榫部20还可以包括 ;f隼部吸力侧24(其与翼型件吸力侧14位于同侧上)和#"部压力侧26(其 与翼型件压力侧16位于同侧上)。
在使用中，图1的转子叶片10的榫部20稍稍松动地装配在相应 的压缩机轮沟槽上，直到转子开始转动。随着轮子转动，离心力将榫 部20沿径向向外地牢固地推靠到压缩机轮中的沟槽(或其它保持零件) 上。反力形成于轮的压力表面处，该反力抵消由转子叶片10产生的 离心力。离心力在转子叶片10中产生应力。正如本领域的普通技术 人员可以认识到的，应力通常于翼型件12中在某些位置处集中。应 力集中的其中一个位置是翼型件12的前缘17的内径向部分(即，这样 的位置一一前缘17在该位置附近连接至平台18)。该应力集中的位置 在以下通常称作"前缘的底部"或"前缘底部"(且在图中标注为28)。如以上所述，在运行期间在前缘底部28处的高应力导致水腐蚀在该 位置处更快地损害及削弱转子叶片10。这种损害对转子叶片10的使 用寿命产生不利的影响。
在本申请的示例性的实施例中，如在图2中所示，转子叶片30(例 如，举例而言，在工业燃气涡轮发动机的轴流式压缩机中使用的转子 叶片)通常包括翼型件12和根部13，该翼型件12带有吸力側14和压 力侧16，该根部13带有平台18和榫部20(该榫部20包括榫部前表面 22、榫部吸力侧24和榫部压力侧26),该榫部20用来将叶片连接至 压缩机轮(未示出)。通常，榫部20将转子叶片IO附连至轮的轮缘， 以使得一批转子叶片10围绕着轮子的周边而布置，从而形成叶片10 的环形列。
图2还显示了基于本发明的示例性实施例的底切槽32，该底切槽 32在使用中可有利地降低翼型件12在前缘底部28(如以上所述，该前 缘底部28是前缘17的这样的区域，即，前缘17在该区域附近连接 至平台18)处所经受的应力。底切槽32通常可包括这样的凹槽，该凹 槽形成于榫部前表面22中，恰好径向地内侧于平台18的径向顶点 (height),且大致位于前缘17与平台18相交部的下方(即，径向地内 侧于该相交部)。注意到，底切槽32的位置的描述意在大致地描述凹 槽相对于这样的位置一一在该位置处前缘17连接至平台18,以及相 对于榫部前表面22、榫部压力侧26和榫部吸力侧24的位置。在某些 情况下，在前面的句子中所确认的转子叶片结构元件可采用稍微不同 的形式，并被称作其它名称(例如，如果转子叶片IO连接至轮的方式 不同于上面描述的榫部-沟槽组件)。本领域的技术人员可易于认识到， 本发明仍然可适用于这种转子叶片，只要底切槽32的基本形状和相 对位置保持大致类似。因此，尽管具体的名称(例如"榫部")在本文 中用来描述转子叶片10特定的特征，然而，所预期的是，这些名称 并非限制性的，并且该申请对于具有大致类似特征的转子叶片应保持 适用。在本申请的一个或多个实施例中，底切槽32可包括以下特性， 尽管这些属性中的每一个并非在每个实施例中都被包括。底切槽32 通常是穿过榫部前表面22而延伸入榫部20中的、使得平台18和前 缘17的相交部被底切的凹槽。按照图2中的转子叶片IO的视角和取 向，底切可这样地定义，即，意味着，底切槽32延伸入榫部20中， 以使得在平台18和前缘17的相交部之下且紧靠着平台18和前缘17 的相交部的榫部20的体积至少部分地(并且，在其它实施例中，很大 程度上或完全地)被去除。榫部20的被去除的体积的位置还可以描述 为紧靠着平台18且比平台18和前缘17的相交部沿径向更靠内的体 积。也就是说，底切槽32延伸至榫部中的这样的深度，即，使得其 与平台18和前缘17的相交部中的至少 一部分轴向地对齐。
如所示，底切槽32可大致在榫部前表面22的近似的中心处开始， 并朝向样部20的这样的边缘而延伸——该边缘将榫部前表面22与榫 部压力侧26隔开。这样，如在图2中所示，底切槽32可透过^f隼部压 力侧26而敞开。
当在榫部前表面22上及在榫部压力侧26上观察时，底切槽32 可形成大致的轮廓。如在图2中所示，在榫部前表面22上，轮廓可 大致为矩形(注意到，矩形的一条边缺失，这是因为如下事实，即，底 切槽32延伸穿过榫部20的、将榫部前表面22与榫部压力侧26隔开 的边缘)。在一些实施例中并如在图2中所示的，由于角部的倒角区域 以及穿过榫部压力侧26的开口，所以该矩形的形状可形成为近似的 "U"形，尽管当从图2中的透视图中观察时，"U"看起来就如其已 被逆时针地大约转过90度。注意到，在其它实施例中，转动角度(如 其在图2中的透视图中所呈现的)可稍微大于或小于90度。
在榫部压力侧26上，该轮廓也可以在一定程度上为矩形(注意到， 就如前面一样，也缺少矩形的其中一条边)。由于角部的倒角区域，榫 部压力侧26上的矩形形状同样可形成近似的"U"形，尽管在这种情 况下，当从图2中的透视图观察时，该"U"看起来就如其被放置于其侧边上那样，即，如同其已被顺时针地大约转过90度那样。注意到
在其它实施例中，转动角度(如其在图2中的透视图中所呈现的)可稍 微大于或小于90度。
底切槽32可如此地形成，即，使得凹槽32的径向上在外的边缘 刚好在平台18下方(或者说，径向上在平台18内侧处)。通常，底切 槽32的径向上在外的边缘与平台之间的距离大约为0.1英寸至1.0英 寸，尽管在该范围之外的尺寸也是可能的。底切槽32的径向上在外 的边缘可如此定向，即，使其大致平行于榫部平台18。形成底切槽 32时，切入4隼部前表面22的切口的角度以及切口的尺寸可^皮优化。 在一些实施例中并如在图2中所示，相对于在平台18截面处的翼型 件12的中弧线(mean camber line)而言，切入榫部前表面22的角度大 致为90度。通过这种方式，运行中底切槽32上的载荷大致沿着凹槽 的长度而分布。
底切槽32的深度将影响运行应力被自翼型件12的前缘底部28 重新定位时所通过的距离。较深的凹槽通常意味着前缘底部28在运 行期间将经受较低的应力。在一些实施例中，底切槽32具有这种深 度，即，使得凹槽32进入由运行期间的叶片载荷所造成的在前缘底 部18处的压缩机转子叶片的应力线。也就是说，底切槽32的深度将 为这样的，即，使得榫部中的、位于平台18和前缘17的相交部的径 向上的内侧处的区域至少部分地(并且，在其它实施例中，很大程度上 或完全地)被去除。
运行中，底切槽32通常导致离开前缘17的载荷路径方向的改变。 凹槽降低了在翼型件12的前缘17处、尤其是在前缘底部28处(在该 处，翼型件12附连着平台18)形成的应力。通常，正如本领域的普通 技术人员可以认识到的，发生应力降低是因为前缘底部28基本上直 接地与榫部20脱开连接。如以上所述，在前缘17和/或前缘底部28 处降低应力通常意味着在这些位置处的腐蚀的降低以及对于转子叶 片10而言的更长的零件寿命。另外，底切槽32的形状可相对简单地被制造。
本领域的技术人员可以认识到，可取的是，在运行期间，利用塞 子(未示出)填充底切槽32。如在图3中所示，在备选的实施例中，底
切槽32可具有有助于保持所插入的塞子的形状。在这样的实施例中， 底切槽32可如下地渐缩，即，使得底切槽32的宽度在榫部前表面22 处较窄且随着底切槽32延伸入榫部20中而变宽。也就是说，底切槽 32自榫部前表面22处的开口起如下地向外张开，即，使得凹槽32在 延伸入榫部20中时变宽。利用这种构型，形成用于相对紧贴地装配 在底切槽32中的塞子不能从榫部前表面22离开底切槽32，原因在于， 凹槽开口过于狭窄。尽管如此，这种塞子仍可方i"更地从榫部压力侧26 被插入。塞子可由任何能够耐受压缩机内的恶劣条件的材料所制成， 例如，塞子可由尼龙制成。
在一些实施例中，底切槽32可于第一级转子叶片中^皮使用，该 处的腐蚀通常最严重。在其它实施例中，底切槽32可于压缩机的所 有级中被使用。
根据本发明的优选实施例的以上描述，本领域的技术人员可领会 到改进、改变和变更。在本领域技术内的这种改进、改变和变更旨在 被所附的权利要求所涵盖。另外，以上描述显然仅涉及本申请的所描 述的实施例，并且在此可进行无数的变化和变更，而不会背离如所附 权利要求及其等同物所限定的申请的精神和范围。
权利要求
1.一种用于轴流式压缩机的转子叶片30，所述转子叶片30包括翼型件12和根部13，所述翼型件12包括前缘17，所述根部13包括平台18和榫部20，所述平台18为所述根部13的外径向表面，所述翼型件12自该外径向表面而延伸，所述榫部20包括榫部前表面22，所述榫部前表面22是一旦所述转子叶片30被安装入所述轴流式压缩机就大体地指向上游的所述榫部20的表面，所述转子叶片30包括形成于所述榫部前表面22上的底切槽32，所述底切槽32将所述翼型件的前缘17与所述平台18的相交部至少部分地底切。
2. 根据权利要求1所述的转子叶片30，其特征在于 所述翼型件12还包括翼型件吸力侧14和翼型件压力侧16; 所述翼型件12的前缘17是限定于所述翼型件吸力侧14与所述翼型件压力侧之间的、 一旦所述转子叶片30被安装入所述轴流式压缩机中就大体地指向上游的边缘；所述榫部至少部分地用来将所述转子叶片30连接至叶轮；并且 所述榫部20还包括纟隼部吸力侧24和榫部压力侧26,它们中的各个分别地与所述翼型件吸力侧14和所述翼型件压力侧16对应于所述转子叶片30的同一侧。
3. 根据权利要求1所述的转子叶片30,其特征在于，所述底切 槽32将所述翼型件12的前缘17与所述平台18的所述相交部完全地 底切。
4. 根据权利要求1所述的转子叶片30,其特征在于，用语"将 所述翼型件12的前缘17与所述平台18的所述相交部至少部分地底 切"定义成意味着所述底切槽32在所述榫部20中延伸达这样深度， 即，使得所述底切槽32的一部分与所述翼型件12的前缘17和所述 平台18的所述相交部中的至少一部分轴向地对齐。
5. 根据权利要求4所述的转子叶片30，其特征在于，所述底切槽32的最外侧径向高与所述平台18的径向高之间的距离大约在0.1 英寸至l.O英寸之间。
6. 根据权利要求4所述的转子叶片30，其特征在于，所述底切 槽在所述榫部前表面22的近似的中心处开始并朝所述榫部20的、将 所述榫部前表面22与所述榫部压力侧26隔开的边缘而延伸。
7. 根据权利要求6所述的转子叶片30，其特征在于，所述底切 槽32延伸穿过所述榫部压力侧26以使得所述底切槽32透过所述榫 部压力侧26而敞开。
8. 根据权利要求7所述的转子叶片30，其特征在于，所述底切 槽32以如下方式成锥形，即，使得所述底切槽32的宽度在所述榫部 前表面22处较窄且当所述底切槽32延伸入所述榫部20中时则较宽。
9. 根据权利要求1所述的转子叶片30，其特征在于，所述底切 槽32在所述榫部前表面22上以及在所述榫部压力侧26上包括大致 矩形的轮廓。
10. 根据权利要求1所述的转子叶片30，其特征在于，为形成所 述底切槽32而切入所述榫部前表面22的切口相对于在所述平台18 处的所述翼型件12的中弧线的角度大约为90度。
全文摘要
本发明涉及压缩机转子叶片的底切，具体而言，本发明公开了一种用于轴流式压缩机的转子叶片30，转子叶片30包括翼型件12和根部13，翼型件12包括前缘17，根部13包括平台18和榫部20，平台18为根部13的外径向表面，翼型件12自该外径向表面而延伸，榫部20包括榫部前表面22，该榫部前表面22是一旦转子叶片30被安装入轴流式压缩机中就大体地指向上游的榫部20的表面。转子叶片30可包括形成于榫部前表面22上的底切槽32，该底切槽32将翼型件12的前缘17与平台18的相交部至少部分地底切。
文档编号F04D29/38GK101592163SQ20091014920
公开日2009年12月2日 申请日期2009年5月27日 优先权日2008年5月28日
发明者R·布拉马苏雷 申请人:通用电气公司