专利名称：带有重量减小的封闭空间的涡轮翼面的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及燃气涡轮部件，尤其涉及涡轮翼面。
背景技术：
燃气涡轮发动机包括一个压缩机，后者将加压的空气送至燃烧室。在燃烧室中，空气与燃料混合并点火，产生热的燃烧气体。这些气体向下游至一个或多个涡轮中，该涡轮从燃烧气体提取能量，供给该压缩机动力，并作有用功，例如供给飞行中的飞机动力。在通常包括被安置在核心发动机前端的风扇的涡扇发动机中，高压涡轮驱动该核心发动机的压缩机。一个低压涡轮被安置在该高压涡轮的下游，用于驱动该风扇。通常，每一个涡轮级包括一个静止的涡轮喷嘴，其后为涡轮转子。
每一个涡轮转子上装有一组沿圆周分布的翼面形状的涡轮叶片。该组叶片从该核心发动机排出的燃烧气体中提取能量。这些叶片通常由耐高温的合金(例如“超级合金”)铸造而成。就在该燃烧室下游的第一转子级通常为内部冷却的，并具有带有一个或多个蛇形通道，薄膜冷却孔，后缘槽或孔等的空心内部。其次的转子级不受第一级的极高温的作用，因此不需要冷却。为了减小后一级翼面的重量，它们经常包括一个称为“重量减小的封闭空间”的空心的内面部分。遗憾的是，现有技术的重量减少的封闭空间的形状可使翼面破坏，并在该空心的封闭空间和实心的翼面部分之间的界面上分离。因此需要重量轻，同时保持高强度的涡轮叶片。
发明概述本发明可满足上述需要。根据本发明的一个方面提供了在间隔的前缘和后缘之间延伸的相反的压力侧壁和负压侧壁，一个根部，一个顶部，和被安置在该二个侧壁之间的一个空心的封闭空间。该封闭空间在其径向外端具有弦向的第一尺寸，在其径向内端具有弦向的第二尺寸。该第二尺寸基本上比该第一尺寸小。
根据本发明的另一个方面，涡轮喷嘴部分包括在间隔的前缘和后缘之间延伸的相反的压力侧壁和负压侧壁，一个根部，一个顶部和被安置在该二个侧壁之间的一个空心的封闭空间。该封闭空间为锥度形状，其在径向外端的弦向尺寸比在其径向内端的弦向尺寸大。其中，该封闭空间的形心基本上位于该翼面的中间弦位置的前面。
附图简要说明参考结合附图进行的下列说明，可以最好地理解本发明。其中
图1为现有技术的涡轮翼面的透视图；图2为图1的翼面的侧视图；图3为根据本发明制造的涡轮叶片的透视图；和图4为图3的翼面的侧视图。
优选实施例说明在附图中，相同的符号表示相同的零件。图1表示一个示例性的现有技术的高压涡轮(HPT)叶片10。该涡轮叶片10包括一个榫头12，它可以具有任何适当的形状。该形状包括与转子盘(没有示出)上的燕尾槽的互补的柄脚接合的柄脚，以便当在工作过程中，转子圆盘转动时，将该叶片10在径向保持在该转子盘上。一个叶片柄14径向从该榫头12向上伸出，并且终端在侧向从该柄14向外突出并包围该柄14的一个平台16上。空心翼面18沿径向从该平台16向外伸出并进入热气体流中。该翼面18在该平台16和该翼面18的连接处有一个根部20，和在其径向外端有一个顶部22。该翼面18的凹形的压力侧壁24和凸形的负压侧壁20在前缘28和后缘30上连接在一起。该翼面18可以有适合于从热气体流提取能量和使转子圆盘转动的任何形状。
一般，该涡轮叶片10作成适当的超级合金-例如镍，钴或铁基超级合金的单体式铸件。该铸件在燃气涡轮发动机中高的工作温度下具有可接受的强度。该翼面18包括图2所示的，称为重量减小的封闭空间的一个空心的空间或封闭空间32。该封闭空间的目的是去掉在不重要区域的材料。这可减小涡轮叶片10的重量。而减小涡轮叶片重量具有重要的好处，包括减少工作应力和材料成本。多个增强销34为该铸件的一部分，并侧向从压力侧壁24延伸至负压侧壁26。
该重量减小的封闭空间32的形状在截面挨着截面的基础上跟随翼面的外部几何形状。该封闭空间的深度“D1”，即在径向方向的长度，根据硬件的重量要求和负荷与面积比的要求设定。设定该重量减小的封闭空间32的横截面面积，以控制该压力和负压侧壁24和26的厚度。
当在侧视图中看时，该重量减小封闭空间32的外边界以间隔前边缘38和后边缘40的顶部边缘36和底部边缘42为边界。该底部边缘42具有一个基本上在纵向取向(即在侧视图中的水平方向)的中心部分44。该中心部分44分别利用切成圆角的前面和后面部分46和48与该前面和后边缘38和40连接。该重量减小的封闭空间32的几何形状分布基本上与位于大致在该翼面18的中间弦位置上的径向延伸线“L1”对称。与该底部边缘42附近的翼面弦比较，该重量减小封闭空间32的弦向尺寸较大，并且沿着线“T”从该空心的重量减小的封闭空间32至翼面18的实心部分有较陡的过渡部分。这使应力恶化并使现有技术的翼面18容易破坏和沿着线“T”分离。
图3表示根据本发明制造的一个示例性的高压涡轮(HPT)的叶片110。该涡轮叶片110的一般结构与上述的涡轮叶片10相同，并包括与榫头112，一个叶片柄114，一个平台116和具有根部120和顶部122的一个翼面118。该翼面118的压力侧壁124和负压侧壁126在前缘128和后缘130处连接在一起。如上所述，该涡轮叶片110可作成适当的超级合金—例如镍，钴或铁基的超级合金的单件式铸件。该铸件在燃气涡轮发动机中的高的工作温度下具有可接受的强度。
该翼面118包括一个称为重量减小封闭空间的空心的空间或封闭空间132。该封闭空间的目的是去掉不重要区域中的金属。这可减少涡轮叶片110的重量。这具有包括减少工作应力和材料成本的重要的好处。多个增强销134为该铸件的一部分，并且侧向从该压力侧壁124延伸至该负压侧壁126。该重量减少封闭空间132的形状在截面挨着截面的基础上跟随翼面的外部几何形状。设定该重量减小的封闭空间132的横截面积，以达到该压力和负压侧壁124和126的所希望的厚度。
如图4所示，当在侧视图看时，该重量减小的封闭空间132的外边界由将前面和后边缘138和140间隔的顶部边缘136和底部边缘142形成。该底部边缘142连接该前面和后边缘138和140，并可以为如图所示的连续的向下凸起的弧线。在所示的例子中，该前边缘138与径向方向成一个小角度“θ1”，使得该前边缘138的径向内端在其径向外端的后面。该后边缘140与径向方向成一角度“θ2”，使得该后边缘140的径向内端在其径向外端的前面。角度θ2比角度θ1大得多。该前面和后边缘不需要如所示的直线形，它们可以为弧形，以便与具体的翼面的应力分布匹配。
这种成形的净效果是，该重量减少封闭空间132的形心“C2”基本上位于该翼面118的中间弦位置的前面，如“L2”所示，并且还基本上在现有技术的重量减少的封闭空间32(见图2)的形心“C1”的前面。除了较小的顶部部分144以外，该重量减小的封闭空间132的弦向尺寸基本上比现有技术的结构的弦向尺寸小，特别是在该翼面118的根部120附近。同时，该重量减小的封闭空间132的最大深度“D2”，即半径方向的长度，基本上比现有技术的重量减小的封闭空间32的深度大。
这种弦的逐渐减小，与弧形底部边缘142一起增加在该底部边缘142附近的翼面118的实心部分的横截面积，并帮助避免从该翼面118的空心部分至实心部分的突变的过渡。这将减小翼面的最大应力，这与先前的翼面18比较，可增加翼面118的寿命。同时，该重量减小封闭空间132的总体积至少与现有技术的重量减小封闭空间32相同，并且一般比后者大，这样，翼面118的重量减小的好处不减少。在所示的例子中，包含最大深度D2的封闭空间132的垂直截面基本上与翼面横截面的最厚部分对准。该重量减小封闭空间132的精确形状和尺寸根据情况不同确定，以适应具体的应用。
以上说明了燃气涡轮发动机的涡轮翼面。虽然说明了本发明的具体实施例，但技术经验丰富的人知道，在不偏离本发明的精神和范围的条件下，可作各种改进。因此，本发明的优选实施例和实现本发明的最好方式的以上说明只是为了说明的目的，不是为了限制。本发明由权利要求书确定。
零件清单10-高压涡轮(HPT)叶片12-榫头14-叶片柄16-平台18-翼面20-根部22-顶部24-凹形的压力侧壁26-凸形的负压侧壁28-前缘30-后缘32-重量减小封闭空间34-销36-顶部边缘38-前边缘40-后边缘42-底部边缘44-中心部分46-前面部分48-后面部分110-高压涡轮(HPT)叶片112-榫头114-叶片柄116-平台118-翼面120-根部122-顶部124-压力侧壁126-负压侧壁128-前缘130-后缘
132-重量减小封闭空间134-销136-顶部边缘138-前边缘140-后边缘142-底部边缘144-顶部部分。
权利要求
1.一种燃气涡轮发动机的翼面(118)，包括在间隔的前缘和后缘(128，130)之间延伸的相反的压力和负压侧壁(124，126)；一个根部(120)和一个顶部(122)；和位于该二个侧壁(124，126)之间的一个空心封闭空间(132)；该封闭空间(132)具有在其径向外端的弦向第一尺寸，和在其径向内端的弦向第二尺寸；该第二尺寸基本上比该第一尺寸小。
2.如权利要求1所述的翼面(118)，其特征为，该重量减小封闭空间(132)的轮廓以相反的顶部和底部边缘(136，142)和相反的前、后边缘(138，140)为边界；该前边缘(138)与径向方向成第一角度，使得该前边缘(138)的径向内端在其径向外端的后面；而且该后边缘(140)与径向方向成第二有度，使得该后边缘(140)的径向内端在其径向外端的前面。
3.如权利要求2所述的翼面(118)，其特征为，该第二角度比该第一角度大很多。
4.如权利要求2所述的翼面(118)，其特征为，该底部边缘(142)为连续向下凸出的弧线。
5.如权利要求1所述的翼面(118)，其特征为，包含其最大径向长度的该封闭空间(132)的垂直截面基本上与包含其最大横向厚度的翼面(118)的垂直截面对准。
6.一种燃气涡轮发动机的翼面(118)，包括在间隔的前缘和后缘(128，130)之间延伸的相反的压力和负压侧壁(124，126)；一个根部(120)和一个顶部(122)，和位于该二个侧壁(124，126)之间的一个空心封闭空间(132)；该封闭空间(132)具有锥度形状，在其径向外端的弦向尺寸比在其径向内端的该尺寸大；其中，该封闭空间(132)的形心基本上位于该翼面(118)的中间弦位置的前面。
7.如权利要求6所述的翼面(118)，其特征为，该重量减小封闭空间(132)的轮廓以相反的顶部和底部边缘(136，142)和相反的前、后边缘(138，140)为边界；该前边缘(138)与径向方向成第一角度，使得该前边缘(138)的径向内端在其径向外端的后面；和该后边缘(140)与径向方向成第二角度，使得该后边缘(140)的径向内端在其径向外端的前面。
8.如权利要求7所述的翼面(118)，其特征为，该第二角度比该第一角度大很多。
9.如权利要求7所述的翼面(118)，其特征为，该底部边缘(142)为连续向下凸出的弧线。
10.如权利要求6所述的翼面(118)，其特征为，包含其最大径向长度的封闭空间(132)的垂直截面基本上与包含其最大横向厚度的翼面(118)的垂直截面对准。
全文摘要
一种燃气涡轮发动机的翼面(118)包括在间隔的前缘和后缘(128，130)之间延伸的相反的压力和负压侧壁(124，126)；一个根部(120)和一个顶部(122)；和位于该二个侧壁(124，126)之间的一个空心封闭空间(132)。该封闭空间(132)具有在其径向外端的弦向第一尺寸，和在其径向内端的弦向第二尺寸。该第二尺寸基本上比该第一尺寸小。
文档编号F01D5/14GK101021165SQ20071000538
公开日2007年8月22日 申请日期2007年2月14日 优先权日2006年2月14日
发明者M·T·路易斯, N·B·T·朗利, R·卡梅尔 申请人:通用电气公司