用于涡轮转子叶片的缓冲器构造_2

文档序号:8408745阅读:来源:国知局
、或者通过发动机的部件系统中的一个的流冷却剂。术语“下游”与流体流动的方向相对应,而术语“上游”指的是与流体流动的方向相反或相对的方向。在没有任何进一步具体说明的情况下,术语“前部”和“后部”指的是相对于燃气涡轮机的取向的方向,其中“前部”指的是发动机的前部或压缩机端部,并且“后部”指的是发动机的后部或涡轮端部。此外,给定燃气涡轮发动机关于中心轴线的构造以及一些部件系统中的该相同类型的构造,可能将使用描述相对于轴线的位置的术语。就这方面而言,应当领会,术语“径向”指的是与轴线垂直的移动或位置。与此相关,可能需要描述离开中心轴线的相对距离。例如,在该情况下,如果第一部件定位成比第二部件更靠近中心轴线,本文中将陈述第一部件位于第二部件“径向向内”或“内侧”。另一方面,如果第一部件定位成比第二部件更远离轴线,本文中可以陈述第一部件位于第二部件“径向向外”或“外侧”。此外,应当领会,术语“轴向”指的是与轴线平行的移动或位置。并且,最后,术语“周向的”指的是围绕轴线的移动或位置。
[0025]通过背景的方式,现在参照附图,图1至3示出了其中可以使用本申请的实施例的示例性燃烧涡轮发动机。本领域技术人员应当理解,本发明不限于该类型的用途。如上所述,本发明可以用于燃烧涡轮发动机,例如用于发电和飞机的发动机、蒸汽涡轮发动机、以及其它类型的旋转发动机。图1是燃烧涡轮发动机10的示意图。总体而言,燃烧涡轮发动机通过从燃料在压缩空气流中燃烧所产生的热气体的加压流提取能量来进行操作。如图1中所示,燃烧涡轮发动机10可以被构造成具有通过共同的轴或转子机械联接到下游涡轮部段或涡轮13的轴向压缩机11、以及定位在压缩机11与涡轮12之间的燃烧器12。
[0026]图2示出了可以用于图1的燃烧涡轮发动机中的示例性多级轴向压缩机11的视图。如图所示,压缩机11可以包括多个级。每一个级都可以包括被一排压缩机定子叶片15跟随的一排压缩机转子叶片14,。因此,第一级可以包括一排压缩机转子叶片14的行,一排压缩机定子叶片15跟随一排压缩机转子叶片14,该一排压缩机转子叶片14围绕中心轴旋转,该一排压缩机定子叶片15在操作期间保持静止。压缩机定子叶片15大体彼此周向间隔开并且围绕旋转轴线固定。压缩机转子叶片14周向间隔开并且附接至轴;当轴在操作期间旋转时,压缩机转子叶片14围绕该轴旋转。本领域普通技术人员应当领会,压缩机转子叶片14被构造成使得当围绕轴旋转时,压缩机转子叶片14向流过压缩机11的空气或流体施加动能。压缩机11可以具有超过图2中所示的级的其它的级。额外的级可以包括多个周向间隔开的压缩机转子叶片14,多个周向间隔开的压缩机定子叶片15跟随多个周向间隔开的压缩机转子叶片14。
[0027]图3示出了可以用于图1的燃烧涡轮发动机中的示例性涡轮部段或涡轮13的局部视图。涡轮13也可以包括多个级。示出了三个示例性的级,但是涡轮13中可以存在更多或更少的级。第一级包括多个涡轮斗叶或涡轮转子叶片16、以及多个喷嘴或涡轮定子叶片17,多个涡轮斗叶或涡轮转子叶片16在操作期间围绕轴旋转,多个喷嘴或涡轮定子叶片17在操作期间保持静止。涡轮定子叶片17大体彼此周向间隔开并且围绕旋转轴线固定。涡轮转子叶片16可以被安装于涡轮机轮或盘(未示出)上,以用于围绕轴(未示出)旋转。还示出了涡轮13的第二级。第二级类似地包括多个周向间隔开的涡轮定子叶片17,多个周向间隔开的涡轮转子叶片16跟随多个周向间隔开的涡轮定子叶片17,多个周向间隔开的涡轮转子叶片16也安装于涡轮机轮上以用于旋转。还示出了第三级,并且该第三级类似地包括多个涡轮定子叶片17和转子叶片16。应当领会,涡轮定子叶片17以及涡轮转子叶片16位于涡轮13的热气体路径中。热气体流过热气体路径的方向由箭头表示。如本领域普通技术人员应当领会的,涡轮13可以具有超过图3中所示的级的其它的级。每一个额外的级都可以包括一排涡轮定子叶片17,一排涡轮转子叶片16跟随该一排涡轮定子叶片17。
[0028]在使用中,压缩机转子叶片14在轴向压缩机11内的旋转可以对气流进行压缩。在燃烧器12中,在压缩空气与燃料混合并且点燃时可以释放能量。来自燃烧器12的所获得的热气体流(可以被称为工作流体)随后被引导至涡轮转子叶片16之上,工作流体的流动引起涡轮转子叶片16围绕轴旋转。由此,工作流体流的能量被转化成旋转叶片的机械能并且由于转子叶片与轴(旋转轴)之间的连接,轴的机械能随后可以用于驱动压缩机转子叶片14的旋转,使得产生需要的压缩空气的供给,并且例如还驱动发电机以产生电能。
[0029]图4是示例性涡轮转子叶片16的透视图,该示例性涡轮转子叶片16具有传统设计的尖端护罩37。涡轮转子叶片16大体包括根部21,该根部21可以包括转子叶片16通过其附接至转子盘41 (如图6中所示)的装置,例如被构造成用于安装到位于转子盘41的外周中的相应的燕尾槽中的轴向燕尾榫。根部21可以包括柄,该柄在燕尾榫与平台24之间延伸,其中平台24布置于翼型件25与根部21的结合处。平台24限定了通过涡轮发动机10的流动路径的内侧边界的一部分。翼型件25是拦截工作流体的流动并且引起转子盘41旋转的转子叶片16的主动部件。如图所示,尖端护罩37可以定位在转子叶片16的外侧尖端处。尖端护罩37基本是位于翼型件25的顶部处并且由该翼型件25支承的轴向和周向延伸的平面部件。如图所示,一个或多个密封轨道38可以沿尖端护罩37的顶部定位。总体而言,密封轨道38从尖端护罩37的外侧表面径向向外突出并且沿大体旋转方向在尖端护罩37的相对端部之间周向延伸。密封轨道38形成为阻止工作流体流过尖端护罩37与涡轮13的周围静止部件的内表面之间的缝隙。如下文更详细地讨论的,尖端护罩37可以形成为具有接触面55,使得位于相邻的转子叶片上的护罩彼此接触或接合,这典型地对组件中的振动进行阻尼并且延长转子叶片16的寿命。(应当注意到,尽管本申请的优选实施例涉及涡轮转子叶片16,但是应当理解,本发明的方面能够应用于压缩机转子叶片14,并且除非另有描述,否则本发明应当被理解成能够应用于每一种类型的转子叶片14、16)。
[0030]图5提供了示例性涡轮转子叶片16的透视图,该示例性涡轮转子叶片16具有缓冲器护罩51,该缓冲器护罩51和可能与具有根据本发明的内部结构构造的转子叶片16 —起使用的缓冲器护罩相一致,如下文详细地讨论的。如本领域内众所周知的,例如图示的缓冲器或缓冲器护罩51可以用于连接相邻的转子叶片16。相邻的转子叶片16的联结可以发生在护罩与护罩接口 54(示于图7中)之间,压力侧接触面55和吸力侧接触面56在该护罩与护罩接口 54处彼此接触。以该方式的转子叶片16的该联结倾向于增大组件的自然频率并且对操作振动进行阻尼,这意味着转子叶片16在操作期间经受更少的机械应力并且降级更加缓慢。然而,护罩51增加组件的重量,这倾向于抵消这些益处中的一些益处,特别是在护罩定位在转子叶片16的外侧尖端41处时。如上所述,减少护罩所增加的重量的影响的一种方式是将护罩定位在翼型件25上较低的位置处,如图5中所示。在该较低(或更内侧)的半径处,护罩51的质量造成施加于转子叶片的应力减小。然而,缓冲器护罩使得翼型件25的一部分不受约束,即,翼型件25的在缓冲器护罩51外侧延伸的部分,并且翼型件25的该悬臂式部分造成操作期间较低的自然频率以及增大的振动响应,如上所述,该增大可能对转子叶片和发动机造成损坏。
[0031]图6是转子叶片16的透视图,该转子叶片16具
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