专利名称：用于旋转的机器的叶片和装配同一旋转的机器的方法
技术领域：
本文所述的实施例大体涉及旋转的机器，且更具体地涉及用于装配涡轮发动机的方法和设备。
背景技术：
至少一些已知的涡轮发动机包括多个旋转的涡轮叶片或动叶，其导送高温流体通过燃气涡轮发动机，或者其导送蒸汽通过蒸汽涡轮发动机。已知的涡轮动叶典型地联接到涡轮发动机内的转子的叶轮部分且与转子合作以形成涡轮部段。而且，已知的涡轮动叶成围绕转子延伸的排在周向间隔开。而且，已知的涡轮动叶典型地布置成轴向间隔开的排，这些排由多个静止喷嘴区段分开，静止喷嘴区段导送流体通过发动机流向旋转动叶的每个随后的排。每排区段，与相关联的涡轮动叶排结合，通常称作涡轮级且大部分已知的涡轮发动机包括多个涡轮级。而且，至少一些已知的燃气涡轮发动机还包括多个旋转的压缩机叶片，其导送空气通过燃气涡轮发动机。已知的旋转的压缩机叶片典型地成轴向间隔开的排在周向间隔开。许多已知的压缩机还包括多个静止喷嘴区段，或者定子静叶，其导送空气向下游朝向旋转的压缩机叶片。至少一些已知的涡轮动叶和/或已知的压缩机叶片各包括联接到平台部的翼型部。压缩机叶片的和涡轮叶片的平台部通常以小公差在周向分开。至少一些已知的平台为矩形，且在操作期间，平台的热膨胀减小较小的周向公差使得相邻平台可彼此接触。这种接触力通常共线，使得没有净弯曲力矩引向涡轮动叶和/或压缩机叶片，且使得相邻平台重叠或悬垂(即，叠盖(shingling))的可能性较低。然而，因为某些更大的翼型件可能不能安装在由这些平台所限定的表面区域内，可使用的翼型件的尺寸可能会受到限制。为了使至少一些已知的平台容纳较大的翼型件，使用非矩形几何形状。然而，诸如梯形平台的非矩形平台的接触引起在平台中的非线性接触力，并且/或者引起扭转力和/ 或弯曲力矩到涡轮动叶和/或压缩机叶片内。久而久之，与矩形平台相比，相邻平台叠盖的可能性增加。这种叠盖可能缩短相关联的涡轮动叶和/或压缩机叶片的使用寿命。
发明内容
在一个方面中，提供一种装配旋转的机器的方法。该方法包括提供包括多个转子叶轮的转子。该方法还包括定位转子使得旋转机器的静止部的至少一部分至少部分地围绕转子延伸。该方法还包括提供包括叶片平台的叶片，叶片平台以大致双C形状形成。该方法还包括将叶片联接到转子。在又一方面中，提供一种用于旋转的机器的叶片。旋转的机器包括包含至少一个转子叶轮的转子。该叶片包括燕尾部，燕尾部构造成将叶片联接到该至少一个转子叶轮。该叶片还包括以大致双C形状形成的叶片平台。在另一方面中，提供一种涡轮发动机。该发动机包括转子，转子包括至少一个转子叶轮。该发动机还包括静止部，静止部至少部分地围绕转子延伸。该发动机还包括联接到该至少一个转子叶轮的至少一个叶片。该叶片包括以大致双C形状形成的叶片平台。
通过结合附图参考下文的详细描述，可更好地理解本文所述的实施例。图1是示范性涡轮发动机的示意图；图2是可用于图1所示的涡轮发动机且沿着区域2截取的压缩机的一部分的放大的截面图；图3是可用于图1所示的涡轮发动机且沿着区域3截取的涡轮的一部分的放大的截面图；图4是可用于图3所示的涡轮且沿着区域4截取的多个示范性动叶机构的轴向示意图；图5是可用于图4所示的动叶机构的多个示范性叶片平台的俯视示意图；图6是示出装配图1所示的涡轮发动机的一部分的示范性方法的流程图。部件列表100燃气涡轮发动机
102进气部段
104压缩机部段
106燃烧器部段
108涡轮部段
110排气部段
112转子组件
114驱动轴
116燃烧器
118燃料喷嘴组件
120负载
122压缩机叶片机构
124涡轮动叶机构
130压缩机转子组件
132压缩机定子组件
134压缩机壳体
136流动路径
138转子轴向中心线
140多个级
144定子叶片机构
146压缩机转子叶轮
148叶片附连机构
150转子叶片翼型部
152转子叶片顶端部
154间密封机构
156压缩机上游(低压)
158流动箭头
160压缩机下游(高压)
162涡轮转子组件
164涡轮隔板组件
166涡轮壳体
168流动路径
170多个级
172喷嘴组件
174涡轮转子叶轮
176动叶附连机构
177动叶翼型部
178级间密封机构
188涡轮上游(高压)区
189流动箭头
190涡轮下游(低压)区
200叶片平台
202翼型根部
204前缘
206尾缘
208前C形切口部
210后C形切口部
212最前部平台边缘
214最后部平台边缘
216第一前重合拐角
218第二前重合拐角
220第一后重合拐角
222第二后重合拐角
224矩形平台轮廓
226最前部轮廓
228最后部轮廓
230前缘轮廓
232尾缘轮廓
233翼弦
234间隙
236前对称轴线
238后对称轴线
240叶片平台二分轴线
L0. 5L242244250TlT230030230430630831031231具体实施例方式图1是旋转机器100、即涡轮发动机的示意图。在示范性实施例中，旋转机器100 是燃气涡轮发动机。替代地，应当注意的是本领域技术人员将理解可使用其它发动机。在示范性实施例中，涡轮发动机100还包括进气部段102，和在进气部段102下游且与进气部段102处于流动连通的压缩机部段104。燃烧器部段106联接于压缩机部段104下游且与压缩机部段104处于流动连通，而涡轮部段108联接于燃烧器部段106下游且与燃烧器部段106处于流动连通。涡轮发动机100包括在涡轮部段108下游的排气部段110。而且，在示范性实施例中，涡轮部段108经由转子组件112联接到压缩机部段104，转子组件112包括驱动轴114。在示范性实施例中，燃烧器部段106包括多个燃烧器116，其每个与压缩机部段 104处于流动连通。燃烧器部段106还包括至少一个燃料喷嘴组件118。每个燃烧器116 与至少一个燃料喷嘴组件118处于流动连通。而且，在示范性实施例中，涡轮部段108和压缩机部段104经由驱动轴114可旋转地联接到负载120。例如，负载120可包括(但不限于仅包括)发电机和/或机械驱动应用，例如泵。在示范性实施例中，压缩机部段104包括至少一个压缩机叶片组件122。而且，在示范性实施例中，涡轮部段108包括至少一个涡轮叶片或动叶机构124。每个压缩机叶片组件122和每个涡轮动叶机构IM联接到转子组件 112。在操作中，进气部段102导送空气朝向压缩机部段104。压缩机部段104经由压缩机叶片机构122将入口空气压缩到更高压力和温度，之后朝向压缩机部段106排放压缩空气。压缩空气与燃料混合且在部段106内被点燃以生成燃烧气体，燃烧气体向下游朝向涡轮部段108导送。具体地，压缩空气的至少一部分被导送至燃料喷嘴组件118。燃料也被导送到燃料喷嘴组件118，其中燃料与空气混合并在燃烧器116内点燃。在燃烧器116内生成的燃烧气体向下游朝向涡轮部段108导送。在冲击涡轮动叶机构IM之后，在燃烧气体中
长度半长度
向外延伸部边缘扇形部边缘感应共线力
第一厚度第二厚度方法
提供包括多个转子叶轮的旋转元件定位旋转元件使得至少……
形成叶片机构包括形成叶片......
形成叶片平台的后部......
限定带有相关联的......的后C形切口
提供多个叶片……
联接叶片机构的至少一部分......的热能被转化成用于驱动转子组件112的机械旋转能。涡轮部段108经由驱动轴114驱动压缩机部段104和/或负载120，且废气通过排气部段110排放到环境大气。图2是压缩机部段104的一部分的放大的截面图。在示范性实施例中，压缩机部段 104包括压缩机转子组件130和静止的压缩机定子组件132。组件130和132定位于压缩机壳体134内，压缩机壳体134至少部分地限定流动路径136。在示范性实施例中，压缩机转子组件130形成转子组件112的一部分。更具体地，在示范性实施例中，压缩机部段104 围绕转子轴向中心线138大致对称地定向。替代地，压缩机部段104可为任何旋转的、带叶片的多级流体运输设备，其使得压缩机部段104能够如本文所述操作(包括但不限于)单独的流体压缩单元或风扇。压缩机部段104包括多个级140(仅示出一个)，每个级包括周向间隔开的压缩机叶片112的排和定子叶片或定子静叶144的排。在示范性实施例中，压缩机叶片122经由附连机构148联接到压缩机转子叶轮146，使得每个叶片122从转子叶轮146径向向外延伸。而且，在示范性实施例中，每个叶片122包括翼型部150，其从每个叶片附连机构148径向向外延伸到转子叶片顶端152。压缩机级140与诸如(但不限于)空气这样的运动的或工作流体合作。更具体地，运动的流体在随后的级140中被压缩。级间密封机构IM联接到每个转子叶轮146和/或每个叶片附连机构148。在操作中，压缩机部段104由涡轮部段108经由转子组件112旋转。经由级140 从低压或压缩机上游区156收集的流体由转子叶片翼型部150朝向定子叶片机构144导送。因为流体被压缩，当如由流动箭头158所示流体被导送经过流动路径136时，流体压力升高。更具体地，流体流经随后的级140且在流动路径136内。经压缩的和加压的流体随后被导送到高压或压缩机下游区160内以在涡轮发动机100内使用。图3是包括涡轮转子组件162的涡轮部段108的一部分的放大的截面图。涡轮部段108还包括多个静止叶片或涡轮隔板组件164，其定位在至少部分地限定流动路径168的涡轮壳体166内。在示范性实施例中，涡轮转子组件162形成转子组件112的一部分。而且，在示范性实施例中，涡轮部段108围绕转子轴向中心线138大致对称地定向。替代地， 涡轮部段108可为任何旋转的、带叶片的多级能量转换设备，其使得能够如本文所述操作涡轮部段108，包括但不限于蒸汽涡轮。涡轮部段108包括多个级170(仅示出一个)，每个级170包括周向间隔开的转子叶片或涡轮动叶机构或者涡轮动叶124的排和隔板组件164或喷嘴组件172的排。更具体地，在示范性实施例中，涡轮部段108包括三个级170。替代地，涡轮部段108可包括使涡轮发动机100能够如本文所述进行操作的任意数目的级170。在示范性实施例中，涡轮动叶 124经由动叶附连机构176联接到涡轮转子叶轮174。而且，在示范性实施例中，每个涡轮动叶IM包括翼型部177，其从每个动叶附连机构176径向向外延伸。涡轮级170与运动的或工作流体合作，运动或工作流体包括诸如燃烧气体、蒸汽和/或压缩空气。级间密封机构 178联接到每个转子叶轮174和/或动叶附连机构176。在操作中，涡轮部段108接收由燃烧器116(在图1中示出)产生的高压燃烧气体。经由喷嘴组件172从高压区188收集的燃烧气体由涡轮动叶IM朝向隔板组件164导送。当燃烧气体被导送通过流动路径168时，如由箭头189所示，燃烧气体至少部分地被减压。燃烧气体继续流经随后的级170，之后被排放到低压区190以进一步在涡轮发动机100 内使用和/或从涡轮发动机100排出。图4是可用于涡轮部段108且沿着区域4 (都在图3中示出)所截取的多个示范性叶片或动叶124的轴向示意图。图5是可用于动叶124的多个示范性叶片或动叶平台200 的俯视示意图。平台200还可用于压缩机部段104(在图1和图2中示出)，且更具体地，用于压缩机叶片122(在图2中示出)，其中平台200由此被称作叶片平台。在此，术语“叶片平台”和“动叶平台”，包括其复数形式，可互换地使用。每个动叶1 包括附连机构176和动叶翼型部177。在示范性实施例中，附连机构176为燕尾型装置。而且，在示范性实施例中，每个动叶IM还包括动叶平台200，每个动叶平台200和翼型部177限定翼型根部202。 而且，在示范性实施例中，动叶附连机构176、动叶翼型部177和动叶平台200—起统一地形成。而且，在示范性实施例中，每个翼型部177包括前缘204和尾缘206。在示范性实施例中，每个动叶平台200具有双C形状或外形，即，每个动叶平台200 具有形成动叶平台200的前C形切口部208和后C形切口部210。具体地，前C形切口部 208限定最前部的平台边缘212，而后C形切口部210限定动叶平台200的最后部的平台边缘214。最前部的平台边缘212包括多个拐角216和218。更具体地，边缘212包括第一前重合拐角216和第二前重合拐角218。此外，最后部的平台边缘214包括多个拐角220和 222。更具体地，边缘214包括第一后重合拐角220和第二后重合拐角222。出于说明目的， 拐角216、218、220和222限定矩形平台轮廓224，其包括最前侧226、最后侧228、前缘侧230 和尾缘侧232。矩形平台轮廓2M示出示范性动叶平台200接纳联接到其上的、比可能使用的如轮廓2M所示的矩形平台更大的翼型根部202。这种更大的翼型根部202有助于更大的翼型件177，其中翼型件177和根部202限定动叶弦233，动叶弦233进一步限定在前缘204 与尾缘206之间。同样地，与更小的矩形平台和相关联的更小的动叶相比，在涡轮部段108中使用更大的翼型件177有助于增加通过涡轮部段108的燃烧气体流189(在图3中示出)，这种增加的气体流189有助于增加涡轮发动机100(在图1中示出)的发电率，而不会增加发动机100的所占面积(footprint)。类似地，与更小的矩形平台和相关联的更小的叶片相比，在压缩机部段104中使用更大的翼型件150有助于增加通过压缩机部段104的空气流 158(在图2中示出)，这种增加的空气流158有助于增加涡轮发动机100的发电率，而不会增加发动机100的所占面积。而且，这种更大的翼型件177和150具有比它们的更小的对应物更大的弦233，这种更大的弦233有助于减小与翼型件177和150的流分离，从而有助于改进涡轮发动机100的性能。而且，与更小的对应物相比，更大的翼型根部202有助于减小弯曲力矩，原本其可能在邻近根部202的翼型部177的部分中被引起。在示范性实施例中，在周向相邻的平台200之间限定间隙234。而且，在示范性实施例中，前C形切口部208限定动叶平台200的前对称轴线236，而后C形切口部210限定动叶平台200的后对称轴线238。而且，在示范性实施例中，前C形切口部208和后C形切口部210相交以限定叶片平台二分轴线M0。即，在示范性实施例中，对于给定的轴向平台长度L，前C形切口部208和后C形切口部210各具有0. 5L的轴向半长度。同样地，横跨二分轴线MO限定前C形切口部208与后C形切口部210的对称关系。替代地，前C形切口部208和后C形切口部210不具有0. 5L的类似的长度，而具有使能够如本文所述操作平台 200的任何不一致的长度，例如(非限制性地)前C形切口部208具有0. 33L的长度，而后 C形切口部210具有0. 67L的长度。在此示例中，二分轴线240朝向最前部的平台边缘212 且远离最后部的平台边缘214移动。因此，替代地，二分轴线240被限定在沿着长度L的使能够如本文所述操作平台200的任何点。而且，在示范性实施例中，前C形切口部208和后C形切口部210限定向外延伸部边缘242和扇形部边缘M4。部边缘242和244形状彼此互补，即，在动叶附连机构176安装到涡轮转子叶轮174中期间，第一平台200的部边缘242和相邻平台200的部边缘244 可定位成使得在它们之间且沿着长度L的间隙234大致均勻。另外，在示范性实施例中，平台200在边缘212、214、242和244处的第一厚度Tl小于平台200在翼型根部202处的第二厚度T2，从而限定其锥形的厚度。在操作中，特别是在涡轮发动机100的起动操作期间，叶片平台200加热且周向膨胀，从而减小限定在相邻平台200之间的间隙234的距离直到接触周向相邻的平台200。在示范性实施例中，当相邻平台200接触时，在平台200上引起在垂直于相邻平台200的扇形部边缘244和向外延伸的部边缘242的部分的方向上的力。而且，在示范性实施例中，在限定于压缩机转子叶轮146(在图2中示出)与叶片附连机构148之间的界面(未图示)处引起摩擦力。这种摩擦力形成对于周向相邻的平台200当它们热膨胀时施加到彼此上的力的阻力并且对抗这些力。另外，在示范性实施例中，因为力被引向平台200，在与前对称轴线 236和后对称轴线238大致共线的方向上引起合力250。S卩，力250关于前对称轴线236和关于后对称轴线238对称。因此，有助于减小在相邻平台200上引起的净力矩。而且，在示范性实施例中，因为力250关于二分轴线240大致对称，进一步有助于减小在相邻平台200 上引起的净力矩。同样地，也有助于减小在边缘242与244的叠盖的可能性。替代地，在包括具有不一致长度的前C形切口部208和后C形切口部210且二分轴线240因此移动到沿着长度L不对称的位置的那些实施例中，由于力250关于前对称轴线236和关于后对称轴线238对称，也有助于减小在相邻平台200上引起的净力矩。图6是示出装配涡轮发动机100(在图1、图2、图3中示出)的一部分的示范性方法300的流程图。在示范性实施例中，转子112被提供302，转子112包括多个转子叶轮 146/174(分别在图2和图3中示出)。定位压缩机转子组件130/涡轮转子组件162(分别在图2和图3中示出)304，使得压缩机定子组件132/涡轮隔板组件164的至少一部分(分别在图2和图3中示出)至少部分地围绕压缩机转子组件130/涡轮转子组件162延伸。包括具有大致双C形状的叶片平台200 (在图4和图5中示出)的压缩机叶片122/涡轮动叶 124(分别在图2和图3中示出)被提供306。具体地，形成后部210和前部208(都在图4 和图5中示出)308，使得它们统一地形成动叶平台200。更具体地，带有相关联的后轴向对称轴线238(在图5中示出)的后C形切口和带有相关联的前轴向对称轴线236(在图5中示出)的前C形切口被限定310在动叶平台200的至少一部分上。而且，在示范性实施例中，多个叶片1 被提供312，其中后C形切口和前C形切口形成在叶片平台200中的每一个的至少一部分内，其中前C形切口中的每一个关于后C形切口中的每一个大致互补。另外，在示范性实施例中，叶片机构124的至少一部分被联接314到压缩机转子叶轮146/涡轮转子叶轮174。
本文所提供的实施例有助于使用更大的压缩机和涡轮翼型件来装配和操作涡轮发动机。对于给定的发动机所占面积，这种更大的翼型件有助于增加功率输出率，而不增加制造和装配成本。而且，通过减小压缩机和涡轮叶片平台彼此重叠或叠盖的可能性而有助于涡轮发动机的这种操作，从而增加压缩机叶片和涡轮动叶的使用寿命。增加压缩机叶片和涡轮动叶的使用寿命减小了涡轮发动机停运周期和维护成本。在本文中描述了有助于装配和操作燃气涡轮发动机的方法和设备的示范性实施例。具体地，形成具有双C外形或形状的平台有助于使用更大的翼型件且延长涡轮发动机构件的使用寿命。更具体地，如本文所述的压缩机叶片和涡轮动叶平台的双C外形有助于在相关联的平台上定位更大的翼型件。而且，更具体地，如本文所述的双C外形使用互补的相邻平台，其可膨胀且彼此接触，以有助于减小在叶片/动叶平台的任何部分上附加引起的不对称力。因此，减小了平台重叠或叠盖的可能性，从而有助于增加平台和相关联的涡轮动叶和压缩机叶片的使用寿命。而且，可减小维护停机的频率和持续时间，且可减小相关联的操作的维修和更换成本。本文所述的方法和系统不限于本文所述的具体实施例。例如，每个系统的构件和/ 或每个方法的步骤可独立于和分离于本文所述的其它构件和/或步骤来使用和/或实践。 此外，每个构件和/或步骤也可与其它装配组件和方法一起使用和/或实践。尽管根据各种具体实施例描述了本发明，但本领域技术人员将认识到在实践本发明时可在权利要求的精神和范围内做出改变。
权利要求
1.一种用于旋转的机器(100)的叶片(122/1M)，所述旋转的机器(100)包括包含至少一个转子叶轮(146/174)的转子(112/130/162)，所述叶片包括燕尾部(148/176)和叶片平台O00)，所述燕尾部构造成将所述叶片联接到所述至少一个转子叶轮，所述叶片平台以大致双C形状形成。
2.根据权利要求1所述的叶片(122/1M)，其特征在于，所述平台(200)还包括后部O10)；以及前部O08)，其与所述叶片平台的所述后部一起统一地形成。
3.根据权利要求2所述的叶片(122/1M)，其特征在于，所述叶片平台(200)的所述后部(210)在所述叶片平台的至少一部分内形成有后C形切口 010)，所述后C形切口大致轴向对称，从而限定后对称轴线038)。
4.根据权利要求2所述的叶片(122/1M)，其特征在于，所述前部(208)在所述叶片平台(200)的至少一部分内形成有前C形切口 008)，所述前C形切口大致轴向对称，从而限定前对称轴线(236)。
5.根据权利要求1所述的叶片(122/1M)，其特征在于，所述叶片(122/124)还包括与所述叶片平台(200) —起统一地形成的至少一个翼型部(150/177)。
6.根据权利要求1所述的叶片(122/1M)，其特征在于，所述至少一个燕尾部 (148/176)与所述叶片平台(200) —起统一地形成。
7.一种涡轮发动机(100)，其包括转子(112/130/162)，其包括至少一个转子叶轮(146/174)；静止部(132/134/164/166)，其至少部分地围绕所述转子延伸；以及至少一个叶片(122/1 )，其包括燕尾部(148/176)和叶片平台QOO)，所述燕尾部构造成将所述叶片联接到所述至少一个转子叶轮，所述叶片平台以大致双C形状形成。
8.根据权利要求7所述的涡轮发动机，其特征在于，所述叶片平台(200)还包括后部010)；以及前部008)，其与所述叶片平台的所述后部一起统一地形成。
9.根据权利要求8所述的涡轮发动机，其特征在于，所述叶片平台(200)的所述后部 (210)在所述叶片平台的至少一部分内形成有后C形切口 010)，所述后C形切口大致轴向对称，从而限定后对称轴线038)。
10.根据权利要求8所述的涡轮发动机，其特征在于，所述前部(208)在所述叶片平台 (200)的至少一部分内形成有前C形切口 008)，所述前C形切口大致轴向对称，从而限定前对称轴线(236)。
全文摘要
本发明涉及一种用于旋转的机器的叶片和装配该旋转的机器的方法，旋转的机器(100)包括转子(112/130/162)。转子包括至少一个转子叶轮(146/174)。至少一个叶片(122/124)联接到该至少一个转子叶轮。该至少一个叶片(122/124)包括燕尾部(148/176)，其构造成将叶片联接到该至少一个转子叶轮。叶片还包括以大致双C形状形成的叶片平台(200)。
文档编号F01D1/02GK102434219SQ20111025730
公开日2012年5月2日 申请日期2011年8月26日 优先权日2010年8月27日
发明者K·W·雷诺 申请人:通用电气公司