专利名称：冷却燃气涡轮发动机转子组件的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及燃气涡轮发动机，尤其涉及装配燃气涡轮发动机转子组件的方法和装置。
背景技术：
至少一些已知的燃气涡轮发动机包括一个用于压缩空气的压缩机，该空气与燃料混合，并送至燃烧室。在燃烧室的燃烧腔内，该混合物被点火，产生热的燃烧气体。该热的燃烧气体送至下游的涡轮，涡轮从该燃烧气体中提取能量，驱动该压缩机，以及产生有用的功，去推动飞行中的飞机或驱动一个负载(例如发电机)。
已知的压缩机包括一个转子组件。该转子组件包括至少一排在圆周上彼此隔开的转子叶片。每一个转子叶片包括一个翼面，该翼面又包括一个压力侧和一个负压侧，它们在前缘和后缘处连接在一起。每一个翼面都从一个转子叶片平台上沿径向向外延伸。每一个转子叶片还包括一个榫，该榫从与该平台连接的一个柄部沿径向向内延伸。该榫用于在该转子组件内，将该转子叶片安装在一个转子圆盘或短轴上。已知的柄部为中空的，并包括一个凸形的侧壁和一个凹形的侧壁。
在工作过程中，由于连续地暴露在高温和应力作用下，至少一些已知的转子叶片可能受到低循环的疲劳作用。更具体地说，至少一些已知的转子叶片可能容易受到低循环的疲劳和/或沿着该平台的压力侧，和/或在该平台和该翼面之间延伸的倒角半径处的蠕变的影响。
为便于减少高温的作用，至少一些已知的转子叶片包括在该柄部内作出的一个冷却开口。更具体地说，在至少一些已知的柄部内，该冷却开口穿过该凹形侧壁，用于将冲击的冷却空气送至该平台。在另外一些已知的柄部中，该冷却开口穿过该柄部的凸形侧面。然而，在已知的转子叶片内，这种冷却开口只能对该转子叶片进行有限的冷却。
发明概述按照一个方面，提供了制造燃气涡轮发动机的转子组件的一种方法。该方法包括作出多个转子叶片，每一个转子叶片包括一个翼面，一个榫，一个柄部和一个平台。该平台在该柄部和该翼面之间延伸，访榫从该柄部向外延伸。该方法还包括在该柄部的一部分内作出一个冷却回路，将冷却空气送至该转子叶片，用于冲击冷却该转子叶片的一部分；和用于将冷却空气送至该转子叶片，以清洗在该转子叶片下游形成的一个腔。
按照另一个方面，提供了燃气涡轮机的一个转子叶片。该转子叶片包括一个平台，一个翼面，一个柄部，一个榫和一个冷却回路。该翼面沿径向从该平台向外延伸，该柄部从该平台沿径向向内延伸。该榫从该柄部伸出。该冷却回路穿过该柄部的一部分，用于供给冷却空气，对该转子叶片的至少一部分进行冲击冷却；并用于将清洗空气从该转子叶片的下游送至在该燃气涡轮机内形成的一个腔中。
按照再一个方面，提供了包括一个转子组件的燃气涡轮发动机。该转子组件包括多个与一个转子圆盘连接的转子叶片，该多个转子叶片的每一个转子叶片包括一个翼面，一个榫，一个柄部和一个平台。该平台在所述柄部和所述翼面之间延伸，该榫从该柄部向外延伸，该多个转子叶片中至少一个转子叶片还包括一个冷却回路，该回路穿过该柄部，用于供给冷却空气，供冲击冷却该转子叶片的一部分，并将清洗空气送至所述平台的下游。
附图简述
图1为燃气涡轮发动机的示意图；图2为可以在图1所示的燃气涡轮发动机中使用的一个示例性转子组件的一部分的放大的横截面图；图3为可以在图2所示的转子组件中使用，和从该转子叶片的压力侧看的一个转子叶片的一部分的放大的透视图；和图4为图3所示的转子叶片和从该转子叶片的负压侧看的透视图。
发明详述图1为燃气涡轮发动机10的示意图，它包括一个风扇组件12，一个高压压缩机14和一个燃烧室16。发动机还包括一个高压涡轮18，一个低压涡轮20和一个增压器22。风扇组件12包括从一个转子圆盘26沿径向向外延伸的一组风扇叶片24。发动机10具有一个进气侧28和一个排气侧30。在一个实施例中，该燃气涡轮机为Ohio州Cincinnati城的通用电气公司销售的GE 90。在另一个实施例中，发动机10包括一台低压压缩机。风扇组件12和涡轮20由第一转子轴31连接，而压缩机14和涡轮18由第二转子轴32连接。
在工作中，空气通过风扇组件12流动，并且压缩空气通过该增压器22送至该高压压缩机14。高度压缩的空气输送至该燃烧室16。从燃烧室16出来的气流(图1中没有示出)驱动涡轮18和20，而涡轮20则通过轴31驱动风扇组件12。
图2为可以用在燃烧涡轮发动机10中的一个示例性转子组件50的一部分的放大的横截面图。图3为可以用在该转子组件50中的一个示例性转子叶片52，和一部分从压力侧54看的放大的透视图。图4为从该转子叶片52的负压侧56看的，转子叶片52的透视图。转子叶片52沿径向从一个转子圆盘58向外延伸，并且每一个转子叶片包括一个翼面60，一个平台62，一个柄部64和一个榫66。在另一个实施例中，该转子叶片52安装在一个转子短轴(没有示出)内。
每一个翼面60包括第一侧面70和第二侧面72。第一侧面70是凸形的，并形成翼面60的负压侧；第二侧面72为凹形的，并形成翼面60的压力侧。侧壁70和72在翼面60的前缘74和沿轴向隔开的后缘76处连接。更具体地说，翼面的后缘76在弦向隔开，并在翼面前缘74的下游。
第一和第二侧壁70和72分别沿纵向或径向，在跨度上从位于邻近该平台62的叶片根部78向外延伸至该翼面的顶部80。翼面顶部80形成一个内部冷却腔82的径向外边界。冷却腔82的边界在该翼面60内，在侧壁70和72之间，并穿过该平台62和柄部64，进入该榫66中。更具体地说，翼面60包括一个内表面83和一个外表面84，并且该冷却腔82由该翼面的内表面83形成。
该平台62在该翼面60和该柄部64之间延伸，使每一个翼面60沿径向从每一个相应的平台62向外延伸。该柄部64沿径向向内，从该平台62延伸至该榫66。榫66沿径向从该柄部64向内延伸，便于将该转子叶片52固定在该转子圆盘58上。
该平台62包括一个上游侧或裙部90和一个下游侧或裙部92。该裙部90和92与一个压力侧边缘94和一个相反的负压侧边缘96连接。该平台62还包括一个前部角翼100和一个后部角翼102，它们每一个都从相应的裙部90和92向外延伸。该裙部90和92便于密封前部和后部角翼的缓冲腔108和110。
柄部64包括一个基本上为凹形的侧壁120和一个基本上为凸形的侧壁122。该二个侧壁在该转子叶片52的上游侧壁124和下游侧壁126处连接在一起。如下面更详细地说明那样，冷却回路130与该柄部64连接，为冷却该转子叶片52提供冷却空气。具体地说，该冷却回路130包括在该柄部的凹形侧壁120内形成的第一冷却开口132，和在该柄部凸形侧壁122内形成的第二冷却开口134。更具体地说，第一冷却开口132穿过该柄部凹形侧壁120，并与上述冷却腔82流动连通。该冷却回路的第二冷却开口134至少部分地穿过该柄部的凸形侧壁122，使该开口134在该凹形侧壁120和该平台的下游裙部92之间延伸。因此，开口134的排放侧(没有示出)在该平台62和该榫66之间、更具体地说，在该后部角翼102和该榫66之间。
在发动机工作过程中，至少通过该榫66供给至叶片52的一些冷却空气，通过该凹形侧壁中的开口132向外排出。更具体地说，该开口132的方向可使通过它排出的空气指向平台62，以便沿着该平台的压力侧边缘94，对该平台62进行冲击冷却。具体地说，从该冷却开口132排出的空气，冲击在该平台压力侧边缘94的下侧150上。在发动机工作过程中，转子叶片的压力侧54一般比该转子叶片的负压侧56更多地暴露在较高温度下。在工作过程中，冷却开口134可降低该平台62的工作温度。
从该开口134排出的气流也通过该冷却开口134送至后部角翼102。更具体地说，从该冷却开口134排出的空气可清洗该后部角翼缓冲腔110。保持适当的清洗该腔110可降低该后部角翼102的工作温度和减少其蠕变量。通过该开口134的气流的主要部分为从该开口132排出的气流。如果没有冷却开口132，该开口134主要地只能接收从前端轮的空间腔109来的辅助气流，这样，该腔108接收减少的清洗流量。因此，该凹形柄部冷却孔132和凸形柄部冷却孔134的综合可对腔110提供足够的冷却空气，使得在至少是一些已知的转子叶片内可能产生的流道吸收可以减少。
上述的转子叶片冷却回路提供了一种将冷却空气送至该平台的压力侧的成本低和可靠性高的方法，同时也可将清洗空气送至该后部角翼缓冲腔中。这样，可以降低该平台压力侧和该后部角翼的工作温度。因此，在发动机工作过程中，该后部角翼的蠕变量也可减少。结果，该转子叶片冷却回路可以延长该转子组件的使用寿命，和成本低和可靠地改善该燃气涡轮发动机的工作效率。
上面已详细地说明了转子叶片和转子组件的示例性实施例。该转子组件不是仅限于上述的具体实施例，而且每一个组件的零件都可与所述的其它零件独立地和单独地使用。每一个转子组件零件还可以与其它转子组件零件结合使用。例如，虽然本发明是结合叶片52说明的，但本发明不是仅局限于叶片52，相反，本发明可以结合许多其它的叶片结构实现和使用。
虽然利用各种具体的实施例说明了本发明，但业内人士知道，在权利要求书的精神和范围内，本发明可作改进。
零件清单10-燃气涡轮发动机，12-风扇组件，14-高压压缩机，16-燃烧室，18-高压涡轮，20-低压涡轮，22-增压器，24-风扇叶片，26-转子圆盘，28-进气侧，30-排气侧，31-第一转子轴，32-第二转子轴，50-转子组件，52-转子叶片，54-压力侧，56-负压侧，60-翼面，62-平台，64-柄部，66-榫， 70-第一侧壁，72-第二侧壁，76-后缘， 78-叶片根部，80-翼面顶部，82-冷却腔，83-内表面， 84-外表面，90-上游侧或裙部，92-下游侧或裙部，94-压力侧边缘，96-负压侧边缘，100-前部角翼，
102-后部角翼，108-缓冲腔，109-轮空间腔，110-缓冲腔，120-凹形侧壁， 122-凸形侧壁，124-上游侧壁， 126-下游侧壁，130-冷却回路， 132-第一冷却开口，134-第二冷却开口， 150-下侧。
权利要求
1.一种燃气涡轮发动机(10)的转子叶片(52)，所述转子叶片包括一个平台(62)；从所述平台沿径向向外延伸的一个翼面(60)；从所述平台沿径向向内延伸的一个柄部(64)；从所述柄部延伸的一个榫(66)；和一个穿过所述柄部一部分的冷却回路(130)；该回路用于供给冷却空气，对所述转子叶片的至少是一部分进行冲击冷却，并可将清洗空气从所述转子叶片的下游导入在该燃气涡轮发动机内限定的一个腔(110)中。
2.如权利要求1所述的转子叶片(52)，其特征为，所述柄部(64)包括在所述转子叶片的上游侧(90)和下游侧(92)处连接在一起的一个凸形侧壁(122)和一个凹形侧壁(120)，所述冷却回路(130)包括多个穿过所述凸形侧壁和所述凹形侧壁中至少一个侧壁的开口(132)。
3.如权利要求2所述的转子叶片(52)，其特征为，所述冷却回路的多个开口(132、134)还包括一第一开口和一第二开口；所述第一开口穿过所述柄部的凹形侧壁(120)以引导冷却空气冲击冷却所述平台(62)，所述第二开口穿过所述柄部的凹形侧壁(122)，将冷却空气流以相邻的所述柄部引导至所述转子叶片的下游。
4.如权利要求2所述的转子叶片(52)，其特征为，所述第二开口(132)在所述的柄部凸形侧壁(120)和所述的转子叶片的下游侧壁(92)之间延伸。
5.如权利要求4所述的转子叶片(52)，其特征为，所述第二开口(132)穿过所述平台(62)和所述榫(66)之间的所述转子叶片的下游侧(92)。
6.一种包括一个转子组件(22)的燃气涡轮发动机(10)，该转子组件包括多个与一个转子圆盘(26)连接的转子叶片(52)，所述多个转子叶片的每一个转子叶片包括一个翼面(60)，一个榫(66)，一个柄部(64)和一个平台(62)；所述平台在所述柄部和所述翼面之间延伸，所述榫从所述柄部向外延伸，所述多个转子叶片中的至少一个转子叶片还包括一个冷却回路(130)，该回路穿过所述柄部，以供给冷却空气来冲击冷却所述转子叶片的一部分，并将清洗空气送至所述平台的下游。
7.如权利要求6所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，每一个所述的转子叶片(52)包括一个压力侧(54)和一个负压侧(56)；所述柄部包括在所述转子叶片的上游侧壁(124)和下游侧壁(126)处连接的一个凸形侧壁(122)和一个凹形侧壁(120)。
8.如权利要求7所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，还包括一个在所述多个转子叶片(52)下游的缓冲腔(110)，使每一个所述转子叶片的平台(62)限定该一部分缓冲腔，所述冷却回路(130)包括一第一开口(132)和一第二开口(134)，所述第一开口穿过所述柄部的凹形侧壁(120)，以引导冷却空气来冲击冷却所述一部分平台，所述第二开口穿过所述柄部的凸形侧壁(122)，以将冷却空气流从所述柄部腔引入该缓冲腔中。
9.如权利要求8所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，所述第二开口(134)在所述柄部的凸形侧壁(122)和所述转子叶片的下游侧壁(126)之间延伸。
10.如权利要求9所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，所述第二开口(132)穿过在所述平台(62)和所述榫(66)之间的所述转子叶片的下游侧壁(126)。
全文摘要
一种燃气涡轮发动机(10)的转子叶片(52)，该转子叶片包括一个平台(62)；从该平台沿径向向外延伸的一个翼面(60)；从该平台沿径向向内延伸的一个柄部(64)；从该柄部延伸的一个榫(66)；和一个穿过该柄部一部分的冷却回路(130)；该回路用于供给冷却空气，对该转子叶片的至少是一部分进行冲击冷却，并可将清洗空气从该转子叶片的下游送入在该燃气涡轮发动机内形成的一个腔(110)中。
文档编号F02C7/18GK1590710SQ20041007515
公开日2005年3月9日 申请日期2004年9月2日 优先权日2003年9月2日
发明者R·E·小麦克雷, S·R·凯思, G·S·布雷恩奇 申请人:通用电气公司