具有转子盘唇缘的转子组件的制作方法

本申请大体涉及用于燃气涡轮发动机的转子，并且更具体地涉及具有能够可移除地安装到转子的盘的叶片的这种转子。

背景技术：

燃气涡轮发动机大体包括转子组件，诸如压缩机转子和涡轮机转子。转子组件通常包括一排或多排周向间隔开的转子叶片，其从转子盘径向向外延伸并且安装到该转子盘。在使用期间，转子组件被设置在燃气涡轮发动机内部的空气通路内并且通常面向上游的加压和/或热空气/燃烧气体流。可以在盘/叶片界面处、明显地在转子组件的上游侧处观察到空气泄漏通路。这种空气泄漏通路会限制/降低这种转子组件的转子盘、密封件和/或叶片的性能和/或耐用性。因此存在至少部分地缓解会影响典型转子组件的这种问题的需求。

技术实现要素：

在一个方面中，提供了燃气涡轮机转子组件的转子盘，所述转子盘用于支撑附接到其上的多个叶片，该转子盘包括：彼此轴向间隔开的前端部分和相对的后端部分以及在所述前端部分和所述后端部分之间围绕所述盘周向延伸的外围表面；通过所述外围表面被限定在转子盘内且彼此周向间隔开的多个固定构件，所述固定构件从所述前端部分轴向延伸到所述盘的所述后端部分；被限定在所述固定构件中的成对邻近固定构件之间的异形槽，所述异形槽被构造成接收互补异形叶片根部分；以及多个盘唇缘，其在所述前端部分中从所述盘的周围表面轴向向前突出，所述盘唇缘被设置在所述固定构件的尖端部分处、邻近所述盘的所述外围表面的前边缘。

在另一方面中，提供了用于燃气涡轮发动机的转子组件，包括：多个叶片，其具有带异形形状的叶片根部分、翼型部分和平台节段，所述平台节段从所述翼型区段的侧面横向延伸成与所述叶片中的邻近叶片的对应平台节段成相对关系；以及转子盘，所述转子盘具有：彼此轴向间隔开的前端部分和相对的后端部分以及在所述前端部分和所述后端部分之间围绕所述盘周向延伸的外围表面；通过所述外围表面被限定在转子盘内且彼此周向间隔开的多个固定构件，所述固定构件从所述前端部分轴向延伸到所述盘的所述后端部分；被限定在所述固定构件中的成对邻近固定构件之间并且轴向接收所述叶片根部分中的相应一者的异形槽；在所述前端部分中从所述盘的周围表面向前轴向突出的多个盘唇缘，所述盘唇缘被设置在所述固定构件的尖端部分处、邻近所述盘的所述外围表面的前边缘，其中所述叶片中的邻近叶片的所述平台节段与所述盘唇缘面接。

附图说明

现在参照附图，在附图中：

图1是燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；

图2是根据实施例的图1的燃气涡轮发动机中所使用的转子组件的部分透视图；

图3是根据实施例的图2中所示的转子组件的部分主视图；

图4是根据实施例的图2和图3中所示的转子盘的部分透视图；

图5是根据实施例的图2至图4中所示的转子盘的部分剖切的部分侧视图；

图6是根据实施例的图2和图3的转子组件的部分剖切侧视图，其示出了盘/叶片界面的一部分；

图7a和图7b示出了盘唇缘的纵向横截面的示例；以及

图7c和图7d示出了转子盘的盘唇缘的轮廓的示例，从盘唇缘的前方观察该轮廓。

具体实施方式

图1示出了优选地被提供用于亚音速飞行的类型的燃气涡轮发动机10，其通常以串联流动连通的方式包括：风扇12，通过该风扇12推进周围空气；用于使空气加压的压缩机区段14；燃烧室16，压缩空气在该燃烧室内与燃料混合并被点火以产生热燃烧气体的环状流；以及用于从燃烧气体提取能量的涡轮机区段18。一个或更多个轴17与发动机10的在压缩机区段14和涡轮机区段18中的其他旋转部分处于驱动接合。

参考图2至图6，部分示出了用于燃气涡轮发动机10的转子组件20的实施例。转子组件20可以是压缩机区段14或者涡轮机区段18的任何合适部件，其包括转子盘30（被部分示出）和转子叶片40，该转子叶片40沿着发动机10的轴线11（图1）围绕轴17并随其旋转。在实施例中，转子组件20可以形成被设置在压缩机区段14的空气通路50中的轴流式压缩机的一部分。在另一实施例中，转子组件20可以形成用于从涡轮机区段18中的燃烧气体提取能量的被设置在燃烧气体的通路50中的轴流式涡轮机的一部分。

在其中转子组件20可以在涡轮机区段18中被设置在燃烧室16下游的实施例中，转子组件20的部件在发动机10的操作期间可能必须承受高压和高温。这种操作条件会影响所述部件的耐用性。在转子组件20上游的热燃烧气体和/或空气可以渗透到在转子组件20中连接/面接（interfacing）在一起的部件之间的空隙空间。最小化在转子组件20的部件之间的界面处的这种空气泄漏通路可能是期望的以便在发动机10的正常操作期间限制（降低）这些部件升温的速率和/或以便不限制渗透对燃气涡轮发动机10的效率的不良影响。如下文所讨论的，转子组件20的部件可以适于最小化盘30周围的选定位置（更具体地在盘/叶片界面）处的空气泄漏通路。

在实施例中，转子组件20包括转子盘30以及周向围绕转子盘30设置且连接到转子盘30的多个转子叶片40。叶片40可以周向围绕盘30设置成多于一排，从而实现转子组件20的轴向级。这些级在某些实施例中可以对应于压缩级或压力级。叶片40围绕盘30可以或可以不彼此周向等距间隔开，但是它们通常彼此等距间隔开。

盘30具有前端部分31、与前端部分轴向间隔开的相对后端部分32以及在前端部分31和后端部分32之间围绕盘30周向延伸的外围表面33。前端部分31可以限定前端表面并且后端部分32可以限定盘30的后端表面，盘30的外围表面33可以在该前端表面和该后端表面之间延伸。在实施例中，端表面相对彼此基本平行并且相对于发动机10的轴线11基本垂直。前端表面和/或后端表面可以形成平坦平面部分，当转子组件20被安装在发动机10中时轴线11正交于该平坦平面部分。例如，端表面中的任一者或两者可以形成平坦环状部分，诸如平坦外围环或带，其中盘30连接到叶片40。在实施例中，相对于燃烧气体在涡轮机区段18中的流动路径的方向，前端表面可以是转子组件20的上游表面。在另一实施例中，后端表面可以是在压缩机区段14中的转子组件20的上游表面。因此，在压缩机区段14中，跨过压缩机转子的空气的压力差可以作用在盘30的前表面上，并且在涡轮机区段18中，跨过涡轮机转子的燃烧气体的压力差可以作用在盘30的前表面上。换言之，在燃气涡轮发动机10的正常操作期间，由转子组件20上的压力差得到的力作用在前端表面上。

盘30具有通过外围表面33被限定在所述盘内且彼此周向间隔开的多个固定构件34。固定构件34可以从前端部分31轴向延伸到盘30的后端部分32。固定构件34可以是盘30的径向突出部，其中每个固定构件34是基本径向的。盘30包括通过外围表面33被限定在盘内、在固定构件34中的成对邻近固定构件之间的多个异形槽（profiledslot）35。在实施例中，槽35可以大体轴向延伸。因此，盘30可以具有固定构件34和槽35构成的交替序列。在实施例中，加工或类似地制造槽35导致固定构件34的存在。因为固定构件34和槽35是并排的，所以它们具有互补形状。在实施例中，槽35可以从前端表面轴向延伸到盘30的后端表面，其中可以分别限定前槽开口和后槽开口。在其他实施例中，槽35可以不一直延伸通过盘30的轴向宽度，因为槽35可以具有小于盘30的轴向宽度的轴向尺寸。换言之，盘30的后端表面可以不限定后槽开口。在一些实施例中，槽35可以相对于转子组件20的纵向轴线稍稍偏斜。槽35可以是在盘30的外围表面33中形成的任何合适的沟槽、开口和/或凹处，其用于接收叶片40中的一者的大体互补部分，该互补部分可以是叶片40的根部分（如之后讨论的），以便从而将叶片40连接、固定和/或附接到盘30上。

在实施例中，固定构件34可以具有异形轮廓，其可以是例如由一系列突起（lobe）形成，所述突起具有从径向最外突起（“顶部突起”）到径向最内突起（“底部突起”）减小的周向宽度，其中径向中央突起（“中间突起”）被设置在径向最外突起和径向最内突起之间并且具有中间突起宽度。这种多突起异形轮廓通常由于该特征形状而被称为枞树（firtree）。从上文可以理解的是，槽35可以具有互补枞树形状，因为在一些实施例中槽35的侧壁均可以限定固定构件34的异形轮廓的相应侧面。无论是否处于枞树或者突起形状，固定构件34和槽35限定形成邻接件的机械界面，该邻接件防止被连接到盘30的叶片40的径向向外运动。

固定构件34的异形轮廓的相对侧面可以在固定构件34中的每一者的尖端部分36处会聚/渐缩并且由此可以限定盘30的外围表面33的前边缘37的部分。换言之，每个固定构件34的外围（包括其尖端部分36）具有枞树形状。固定构件34和槽35在一些实施例中可以具有其他的异形形状。

每个叶片40具有叶片根部分41、翼型部分42以及平台或平台节段43，所述平台或平台节段43从翼型部分42的侧面横向延伸成与叶片40中的邻近叶片的对应平台节段43成相对关系。叶片40的这些部分可以全部合并在一起形成单件叶片40，但是多件构造也是可能的。

每个叶片40的叶片根部分41可以被接收在盘30的对应槽35中。根部分41可以具有与对应槽35的形状和大小吻合的形状和大小。叶片根部分41的大小可以稍稍小于或者等于槽35的大小，以便当将叶片40连接到盘30时允许叶片根部分41在槽35内滑动。一旦被接收在槽35中，叶片根部分41可以使用保持构件39被固定在槽中。保持构件39可以是任何紧固结构，诸如保持环、铆钉连接头或者是可以连接叶片根部分41并且将其轴向挡在相应槽35内部以防止在叶片根部分41和槽35之间的轴向运动的任何其他合适类型的保持构件。

每个叶片40的翼型部分42可以大体或部分横断于在空气/燃烧气体通路50中的空气/燃烧气体的流动路径的方向延伸。翼型部分42可以具有异形形状，当在发动机10的操作期间转子组件20旋转时当空气/燃烧气体流动经过翼型部分42时，该异形形状适于在转子组件20（或者其区段）上产生压力/速度差。

每个平台节段43可以具有弯曲廓形，从而形成向前凸出的前凸缘44和向后凸出的后凸缘45，并且可以包括在前凸缘44的近端处从其垂下的肩部部分46。弯曲廓形可以限定在每个平台节段43下方的平台凹处47。当叶片40被安装在盘30上时，叶片40中的邻近叶片的对应平台节段43可以以相对关系匹配，使得在对应平台节段43下方的平台凹处47可以一起限定叶片凹穴48，即，全局凹处48。换言之，当叶片40被安装在盘上时，凹穴48可以被相应邻近叶片40的邻近平台节段43以及盘30的外围表面33环绕。在一些实施例中，凹穴48可以包含薄片密封件（featherseal）60，其可以密封被限定在邻近平台节段43的侧边缘之间的周向间隙49（见图6）。更具体地，这种间隙49可以沿着邻近平台节段43的侧边缘从前凸缘44延伸到后凸缘45。该密封件60可以有助于最小化在转子组件20的部件之间的空气泄漏，在该情况下该部件是在其相应平台节段43之间的邻近叶片40。其他的空隙空间可以存在于转子组件20的邻近部件之间的其他位置。

除了或代替如上文所讨论的最小化沿着邻近平台节段43的侧边缘的空气泄漏，还可以期望最小化在叶片/盘界面处的空气泄漏通路52，以减少（限制或者防止）被摄入叶片凹穴48内的甚至更多的空气/燃烧气体。为此，盘30可以包括在固定构件34的尖端部分36处的多个盘唇缘38。固定构件34中的每一者可以具有相应盘唇缘38。盘唇缘38定位成邻近盘30的外围表面33的前边缘37。在实施例中，盘唇缘38可以是盘30的整体部分（即每个固定构件34的整体部分），但是盘唇缘38在一些实施例中也可以是被添加到盘30的前部分31的单独部分。盘唇缘38可以减少（例如最小化或者防止）在盘/叶片界面处的空气泄漏通路52。这种泄漏通路52大体定位在当叶片40被安装在盘30上时叶片40的部分与盘30的互补部分面接的地方。更具体地，泄漏通路52可以定位在刚性部件之间的界面（即表面大体彼此匹配的地方）处。通常，这种通路52的大小是极小量的并且可以是由于制造公差导致的，但是是大体紧密的。这样，为了将可连接部件可移除地组装在一起，诸如将叶片40可移除地组装到盘30上，互补部件的匹配表面虽然是互补的但是可能彼此不完全符合（例如它们可能没有在整个表面上接触）。考虑到在发动机10的操作期间部件的热膨胀/收缩，还可能存在这些制造公差。虽然这种通路52可能影响上游盘密封效率，然而它们可以允许被连接在一起的部件的这种热膨胀/收缩并且有助于将互补部件组装在一起。在一些情况下，通路52可以沿着叶片根部分41轴向延伸，并且由叶片根部分41的表面以及接收这种叶片根部分41的槽35的侧壁的表面界定。更具体地，在一些情况下，通路52可以被限定在固定构件34的尖端部分36处。可以存在多于一个的通路52，每个在固定构件34的相应一者的尖端部分36处，而不管固定构件34是否全部彼此相同。通路52可以轴向地包围尖端部分36，其中通路52的径向尺寸可以在尖端部分36的顶点处最大，通路52的入口处于与盘30的外围表面33的前边缘37大体一致的位置处，通路52沿着该顶点朝向盘30的后端部分32在尖端部分36和邻近叶片40的平台节段43的重叠匹配表面之间延伸。

盘唇缘38可以具有许多合适形状。例如，在实施例中，盘唇缘38的外围可以具有固定构件34的枞树形状，使得盘唇缘38的外围可以朝向盘30的外围表面33径向会聚并且形成上文所讨论的顶点。顶点可以与固定构件34的中央径向轴线共线。在实施例中，盘唇缘38可以与叶片40中的两个邻近叶片的互补部分（例如邻近叶片40的平台节段43）对准（对准或者面接），其中这种部分可以是叶片40的平台节段43中的邻近平台节段的肩部部分46。这样，盘唇缘38的外围的形状可以对应于叶片40的平台节段43的相应肩部部分46的形状。这可以有助于最小化被限定在盘唇缘38和肩部部分46之间的空气泄漏通路52。同样地，在实施例中，盘唇缘38可以具有正面凹部，并且可以额外地具有在正面凹部与盘30的外围表面33的前边缘37之间的正面平坦部分。盘唇缘38的这种凹部和平坦部分可以符合叶片根部分41的邻近表面，以当叶片根部分41被接收在槽35内并被固定在其中时允许在盘30的前端表面与叶片根部分41的正面之间的均匀度（evenness）。盘唇缘38的这种凹部和平坦部分在一些实施例中可以被不同地成形，其中盘30的前端表面（特别是邻近于固定构件34的尖端部分36）可以被不同地成形。换言之，叶片根部分41的正面可以大体符合盘30的邻近前表面。盘唇缘38是相对于盘的周围平面表面在轴向方向上的向前突出部，使得盘唇缘38向前突出盘30的剩余部分。换言之，盘的周围表面可以包括环状平面，盘唇缘38从该环状平面轴向向前突出。换言之，盘30的前端表面在固定构件34的位置处可以是基本平面的或者平坦的、位于与旋转轴线正交的平面中，除了盘唇缘38之外，盘唇缘突出到该平面之外。这例如在图5中清晰可见，其中该平面被示为p1。例如，在具体实施例中，盘唇缘38的正面凹部可以具有0.125英寸±0.025英寸的半径r，并且盘唇缘38的从正面平坦部分到固定构件34的周围平面表面的轴向尺寸da（即盘唇缘38相对于周围平面表面向前突出的距离）是0.045英寸±0.015英寸。盘唇缘38的正面平坦部分的径向尺寸dr（即在盘30的径向方向上获得的尺寸）可以是0.045英寸±0.015英寸。在一些情况下，这种轴向和径向尺寸可以小于或者大于上述尺寸，以便符合叶片根部分41的邻近前表面。

图7a至图7b示出了盘唇缘38的形状的变型。例如，图7a示出了根据实施例的盘唇缘38的纵向截面。如所示的，盘唇缘38可以是向前突出部，类似于上文所讨论的，但是其包括从盘30的基本平面或平坦前端表面过渡到前边缘37的正面凹部a1而没有如上文所讨论的正面平坦部分。换言之，盘唇缘38可以没有在正面凹部a1与盘30的前边缘37之间的正面平坦部分。该形状导致在固定构件34的尖端部分36处具有盘30的细长前边缘37。换言之，限定盘唇缘38的向前突出部由限定盘30的尖锐前边缘的正面凹部形成。正面凹部a1的半径r可以在0.075英寸和0.25英寸之间的范围，并且更具体地，在实施例中，正面凹部a1的半径r可以是0.125英寸±0.025英寸。

图7b示出了根据另一实施例的盘唇缘38的纵向截面的另一变型。如所示的，盘唇缘38可以具有从盘30的前边缘37朝向轴向中心延伸的正面平坦部分b1，其中盘唇缘38的轴向尺寸da可以在0.025英寸和0.125英寸之间的范围内，并且更具体地，在实施例中，轴向尺寸da可以是0.0625英寸±0.025英寸。如在图7b所示的，正面凹部b2的半径r可以小于0.125英寸，并且正面平坦部分的径向尺寸dr可以是0.0625英寸±0.025英寸。

图7c和图7d示出了盘唇缘38的形状的又其他变型。例如，图7c示出了根据实施例的盘唇缘38的正面轮廓（即，如从正面视角观察的轮廓），横断于上文所讨论的平面p1观察这种正面轮廓。如所示的，当从盘30上游观察时盘唇缘38可以是不对称的。换言之，盘唇缘38的正面轮廓可以限定基本平坦部分c1（例如基本平坦或稍稍向外弯曲），其朝向钝尖端c2会聚，所述钝尖端c2朝向固定构件34的一侧成角度地偏移（即横向偏斜）。除了钝尖端c2之外，盘唇缘38的正面轮廓还可以具有弯曲部分c3，其由随后的向内半径部c31和向外半径部c32限定，向内半径部c31和向外半径部c32从钝尖端c2延伸并且朝向固定构件34的突起侧合并。

图7d示出了根据另一实施例的盘唇缘38的正面轮廓的另一变型。如所示的，盘唇缘38可以不限定顶点（与固定构件34的中央径向轴线成角度偏移或共线）。而是，包括盘唇缘38的固定构件34的尖端部分36可以限定在向内弯曲表面d2之间的平坦顶表面d1，所述向内弯曲表面d2与固定构件34的异形轮廓的相对侧合并。

由于邻近前边缘37在每个固定构件34的尖端部分36处存在盘唇缘38，所以盘30的从盘30的前端表面到后端表面的轴向宽度在每个固定构件34的尖端部分36处朝向盘30的外围表面33的前边缘37加宽。换言之，盘30的朝向前边缘37且在固定构件34的尖端部分36处的这种加宽可以限定盘唇缘38，其从盘30的剩余部分向前凸出（即盘唇缘38可以相对于空气/燃烧气体流动路径在相反方向上凸出）。虽然在图2-6中被示为在固定构件34的中央径向轴线的相对侧上是对称的，但是盘唇缘38和/或固定构件34的正面横截面可以是不对称的。换言之，尖端部分36的顶点可以朝向固定构件34的一侧成角度地偏移。在这种情况下，被构造成与对应盘唇缘38匹配的相应肩部部分46的形状可以适于符合所述不对称的盘唇缘38的外围。例如，在叶片40的每个平台节段43上的肩部部分46可以因此在形状和/或大小上是不相同的，以适应跨在其间的固定构件34的尖端部分36（更具体地，盘唇缘38）的互补形状。

如上文所指出的，最小化在盘30前方处的空气泄漏通路52可能是期望的，以便防止空气/燃烧气体流动通过在盘/叶片界面处的空气泄漏通路52。因此，相比于没有这种盘唇缘38的盘30，具有盘唇缘38的这种盘30可以具有更少体积的空气/燃烧气体流动通过盘/叶片界面并到达凹穴48。这可以附带提高上游盘密封效率、减少总体的发动机比燃料消耗（specificfuelconsumption）、减少在发动机10的正常操作期间叶片40和盘30（更具体地，在叶片40的基部处和在盘30的外围处）的温度增加、和/或增加发动机10的这种部件的耐用性。

上文描述旨在仅表示是示例性的，并且本领域的技术人员将认识到，在没有脱离所公开的本发明的范围的情况下，可以对所描述的实施例进行改变。根据对本公开的回顾，落入本发明的范围内的其他修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且这种修改都旨在落在所附的权利要求书内。