[发明专利]用于涡轮转子叶片的缓冲器构造

说明书

技术领域

本申请总体涉及与设计和制造涡轮转子叶片相关的设备、方法以及/或者系统。更具体地，但不以限制的方式，本申请涉及属于具有多个缓冲器护罩的涡轮转子叶片的设备和组件。

背景技术

在燃烧涡轮发动机中，在压缩机中加压的空气被用于在燃烧器中燃烧燃料以产生热燃烧气体流是众所周知的，于是这种气体向下游流动通过一个或多个涡轮使得能够从其提取能量。总体而言，根据这种涡轮，周向间隔开的转子叶片的行从支承转子盘径向向外延伸。每一个转子叶片典型地包括：燕尾榫，该燕尾榫允许在位于转子盘中的相应的燕尾槽中组装和拆卸叶片；以及翼型件，该翼型件从燕尾榫径向向外延伸并且与通过发动机的工作流体流相互作用。翼型件具有在相应的前缘与后缘之间轴向延伸、并且在根部与尖端之间径向延伸的凹形压力侧和凸形吸力侧。应当理解，叶片尖端与径向外部静止表面紧密间隔开，以用于使在涡轮叶片之间向下游流动的燃烧气体在其间的泄漏最小化。

位于翼型件的尖端处的护罩或者“尖端护罩”通常在后部级或转子叶片上实施，以在尖端处提供接触点、管理斗叶频率、实现阻尼源(例如，通过连接相邻的转子叶片的尖端)、以及减少工作流体的越过尖端泄漏。给定后部级中的转子叶片的长度，尖端护罩的阻尼功能对耐久性提供显著的益处。然而，考虑到尖端护罩增加组件的重量以及其它的设计标准(包括耐受数千小时暴露于高温和极限机械负荷的操作)，充分利用所述益处是困难的。因此，尽管由于其密封气体路径的有效方式以及其可在相邻的转子叶片之间形成的稳健连接而期望大型尖端护罩，但是本领域普通技术人员应当领会，较大的尖端护罩是造成麻烦的，原因是转子盘上的拉动负荷增大，特别是在翼型件的基部处，原因是其必须支承叶片的全部负荷。

另一个考虑因素是燃气涡轮发动机的输出和效率随着发动机的尺寸并且更具体地随着能够通过其中的空气的量的增大而得以改进。然而，发动机的尺寸受到涡轮叶片的可操作长度的限制，其中较长的涡轮转子叶片使得能够扩大通过发动机的流动路径。但是，较长的转子叶片引起机械负荷增大，这对叶片以及保持叶片的转子盘提出更多的要求。较长的转子叶片还在操作期间降低叶片的自然振动频率，这增大转子叶片的振动响应。该额外的振动负荷对转子叶片设计提出了甚至更大的要求，这可能进一步缩短部件的寿命，并且在一些情况下，可能造成损坏涡轮发动机的其它功能的振动负荷。解决较长的转子叶片的振动负荷的一种方式是通过使用将相邻的转子叶片彼此连接的护罩。但是，如上所述，护罩增加的重量可能抵消大部分益处。

解决该问题的一种方式是将护罩定位在转子叶片的翼型件上较低的位置处。即，与将护罩增加至转子叶片的尖端相反，护罩定位在翼型件的中间径向部分附近。如本文中所使用的，这种护罩将被称为“缓冲器护罩”。在该较低(或者更内侧)的半径处，护罩的质量对转子叶片造成的应力水平降低。然而，该类型的护罩使得转子叶片的翼型件的一部分不受约束(即，在缓冲器护罩的外侧延伸的翼型件的部分)。翼型件的该悬臂式部分典型地造成较低的频率振动和增大的振动负载，这可能对发动机造成损坏。因此，减小或限制这些负荷的新颖的转子叶片设计将在这种产品的市场中具有价值。

发明内容

因此，本申请描述了一种用于燃烧涡轮发动机的涡轮中的转子叶片。该转子叶片可以包括翼型件，该翼型件从与根部的连接部处延伸。该翼型件可以包括在相应的前缘与后缘之间轴向延伸并且在根部与外侧尖端之间径向延伸的凹形压力侧壁和凸形吸力侧壁。该转子叶片还可以包括定位在翼型件上的双缓冲器护罩。双缓冲器护罩中的每一个都可以被构造成在安装时与位于至少一个相邻的转子叶片上的相应的缓冲器护罩相接合。

本申请还描述了一种燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机具有涡轮，该涡轮包括周向间隔开的转子叶片的排。转子叶片中的每一个都可以包括翼型件，该翼型件从连接至转子盘的根部延伸。该翼型件可以包括在前缘与后缘之间轴向延伸并且在形成根部的外侧边界的平台与翼型件的外侧尖端之间径向延伸的压力侧壁和吸力侧壁。转子叶片中的每一个的翼型件还可以包括双缓冲器护罩——内侧缓冲器护罩和外侧缓冲器护罩。缓冲器护罩中的每一个都可以具有位于平台与翼型件的外侧尖端之间的位置以及将转子叶片中的每一个连接至定位于每一侧的相邻的转子叶片的构造。外侧缓冲器护罩可以定位成靠近翼型件的外侧尖端，并且内侧缓冲器护罩可以定位成靠近翼型件的径向中间区域。

当结合附图以及所附权利要求阅览下文对优选实施例的详细描述时，本申请的这些和其它的特征将变得显而易见。

附图说明