转子轮组件及涡轮发动机的制作方法_3

文档序号:8881418阅读:来源:国知局
实施例中,高压涡轮20包括定子导叶30和涡轮叶片32。与定子导叶30 —起使用的翼型件34包括前缘36,前缘36直接暴露于热气流28。定子导叶30可被穿过燃气涡轮发动机10的壳38从压缩机16的一个或更多个级发送的空气冷却。与涡轮叶片32 —起使用的翼型件40包括直接暴露于热气流28的前缘42,以及沿轴向相对的后缘43。涡轮叶片32也可被穿过燃气涡轮发动机10的壳38从压缩机16的一个或更多个级发送的空气14冷却。
[0090]在示例性实施例中,空气14描述为用来冷却暴露于燃烧气体的构件(例如,定子导叶30和涡轮叶片32)的冷却流体。在备选实施例中,除了空气14之外的流体可用来冷却暴露于燃烧气体的构件。还应当认识到,如本文所用的用语“流体”包括流动的任何介质或材料,包括(但不限于)气体、蒸汽和空气。在示例性实施例中,限定在涡轮叶片32中的至少一个冷却通道22联接成与冷却流体供应源导管24流连通。在示例性实施例中,流体供应源导管24连接于压缩机16。
[0091]在操作中,燃气涡轮发动机10将空气14吸入到压缩机16中。以高旋转速度旋转的压缩机16对空气14进行压缩或加压,并且将空气14的一部分引导到燃烧器18,以及将空气14的一部分引导到燃气涡轮发动机10的其它区域,用于冷却暴露于由燃气涡轮发动机10生成的热的构件。空气14与燃烧器18中的燃料混合,并且点燃,以生成热气流28。热气流28从燃烧器16引导向高压涡轮20,其中,热气流28穿过定子导叶30,并且冲击连接于转子轮44的涡轮叶片32。转子轮44通过冲击涡轮叶片32的热气流28而旋转。热气流28还将热传送到定子导叶30和涡轮叶片32。空气14的一部分引导穿过形成于定子导叶30和涡轮叶片32中的冷却通道22,以便于冷却构件。
[0092]图3是燃气涡轮发动机10的局部等距截面图,其示出示例性转子轮组件100。图4是转子轮组件100的燕尾部分45的放大视图,并且包括联接于转子轮44的涡轮叶片32。在示例性实施例中,涡轮叶片32联接在高压涡轮20内。在备选实施例中,低压涡轮(未显示)可从热气流28中抽取额外的能量,用于对定位在压缩机16上游的风扇(未显示)(诸如在典型的涡轮风扇飞行器发动机应用中)提供功率。
[0093]在示例性实施例中,翼型件40为至少部分中空的,并且集成地联接于平台48处的燕尾件46。平台48限定用于燃气涡轮发动机10内的热气流28的沿径向内边界的一部分。翼型件40大体包括在前缘42和后缘43之间延伸的凹形压力侧50,以及相对的凸形吸力侧52。燕尾件46包括在上部的一对沿侧向或沿周向相对的燕尾柄脚54和构造成典型的杉树布置的在下部的一对燕尾柄脚54。燕尾柄脚54在形成于转子轮44的周界中的燕尾槽口56中支承涡轮叶片32。涡轮叶片32可牢固地联接于转子轮44,因为相应的涡轮叶片32的燕尾件46插入到相应的燕尾槽口 56中。当组装好时,涡轮叶片32形成围绕转子轮44的外周边沿周向延伸的成阵列的叶片32。在示例性实施例中,各个燕尾槽口 56限定在各对沿周向隔开的转子轮柱60之间。燕尾槽口 56包括槽口柄脚58,槽口柄脚58与涡轮叶片柄脚54互补地匹配,以提供压力接触表面62,通过压力接触表面62,至少涡轮叶片32的离心负载引起到转子轮44中。
[0094]参照图4,燕尾柄脚54围绕涡轮叶片32的径向轴线RA对称地散布,其中,径向轴线RA从燃气涡轮发动机10的发动机中心线12沿径向向外延伸。由涡轮叶片32在转子轮44在燃气涡轮发动机10中旋转期间生成的离心负载通过燕尾柄脚54传输到各个燕尾槽口 56的槽口柄脚58中。因此,该对燕尾柄脚54将在燃气涡轮发动机10的操作期间引起到涡轮叶片32中的离心负载传输到转子轮44中。
[0095]图5是涡轮叶片燕尾件46的放大等距图。在示例性实施例中,燕尾件46包括在下部燕尾柄脚54之间沿周向延伸的集成根部部分64。根部部分64是下部燕尾柄脚54的集成延伸部,并且沿径向在柄脚54的内部和下方。例如可通过铸造能够经受住高压涡轮20内生成的温度和应力的适当的超合金来集成地制作涡轮叶片32。在示例性实施例中,根部部分64包括限定成与燕尾件46的前部端壁68相邻的凹口 66。备选地,根部部分64可从前部端壁68延伸到相对的后部端壁70,可包括在前部端壁68处沿径向向内延伸的唇部(未显示),或者可形成为使燃气涡轮发动机10能够如本文描述地操作的任何形状。在示例性实施例中,根部部分64便于提高燕尾件46的结构完整性和强度。
[0096]在示例性实施例中,翼型件40是至少部分中空的,并且包括内冷却通道22。冷却通道22可包括例如(但不限于)钻削孔、关于肋条紊流器排列的蛇形通道,以及位于翼型件20内的销形翅片和/或波纹形冷却区域。在示例性实施例中,燕尾件46包括多个沿轴向对齐的入口孔口 72,其沿纵向延伸穿过燕尾件46,并且联接成与形成于翼型件40中的冷却通道22流连通。从压缩机16中放出的空气14引导穿过燕尾槽口 56,并且进入入口孔口72中,以提供穿过燕尾件46且进入翼型件40中的空气14。
[0097]图6是转子轮组件100的一部分的正视图,并且示出形成于上部柄脚54和槽口柄脚58之间的腔体78。在示例性实施例中,燕尾件46还包括多个燕尾冷却孔74,其延伸穿过上部柄脚54,并且联接成与入口孔口 72和/或冷却通道22流连通。从压缩机16中放出的空气14通过燕尾槽口 56引导到入口孔口 72中,然后一部分通过燕尾件冷却孔74排出,以在燃气涡轮发动机10(在图1中显示)的操作期间,对槽口柄脚58提供空气14。在示例性实施例中,各个燕尾件冷却孔74从上部柄脚54的下部表面76延伸到相应的入口孔口 72。备选地,至少一个冷却孔74可延伸到入口孔口 72,并且/或者至少一个冷却孔74可延伸到冷却通道22。冷却孔74沿着上部柄脚54的下部表面76沿轴向隔开。各个冷却孔74可比限定在各个入口孔口 72中的冷却孔具有更小的横截面流面积。在示例性实施例中,冷却孔74是笔直的圆柱形通道。备选地,冷却孔74可形成为使冷却孔74能够如本文描述地操作的任何构造。
[0098]在示例性实施例中,冷却孔74可构造成使得在燃气涡轮发动机10的操作期间,在转子轮44由于在转子轮组件100以操作速度旋转期间生成的离心力而移动到沿径向向外位置时,各个冷却孔74将期望的空气14冲击流排放到形成于涡轮叶片32和转子轮44之间的腔体78中。特别地,冷却孔74可定向成使得排放的空气14以相对高的速度冲击转子轮44的槽口柄脚58的上部表面80,因而提高空气14的冷却效用。应当认识到,限定它们的腔体78和柄脚54和58大体是燕尾槽口 56的难以冷却的区域,并且以该方式构造的冷却孔74便于对这些区域提供冷却。在一个实施例中,排放的空气14可在燕尾件46的后部端壁70处离开腔体78。空气14可在端壁70附近离开腔体78,例如(但不限于)通过未密封的间隙(未显示),通过具有已知泄漏区域的密封间隙(未显示),或者通过密封件或燕尾凸片中的预定大小的孔(未显示)。
[0099]在备选实施例中,冷却孔74可构造成使得在燃气涡轮发动机10的操作期间,至少一个冷却孔74将空气14的冲击流排放到腔体78中,并且至少一个冷却孔74可备选地构造成引导空气14远离腔体78到达至少一个入口孔口 72和/或冷却通道22。此类实施例的优点在于,空气14可再次用来进一步冷却涡轮叶片32的其它区域。虽然从冷却孔74中排放的空气14在冷却转子轮44的过程期间被加热,但空气14可用来对涡轮叶片32提供进一步冷却,因为在涡轮叶片32内存在对空气14的温度不那么敏感的区域。此类区域可需要给定量的流,因而,在用来冷却转子轮44之后,可改变空气14的目的,并且将其引导
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