[发明专利]模块化涡轮叶片

说明书

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明的开发部分地受到美国能源部、先进涡轮发展计划、合同号DE-FC26-05NT42644的支持。因此，美国政府在本发明中可具有特定权利。

技术领域

本发明总体上涉及涡轮机翼型件，并且更具体而言，涉及用于可用于燃气涡轮发动机中并具有外径支撑结构的中空翼型件的支撑系统。

背景技术

通常，燃气涡轮发动机包括用于压缩空气的压缩机、用于使压缩空气与燃料混合并点燃混合物的燃烧室以及用于产生动力的涡轮叶片组件。燃烧室通常在可超过2500华氏度的高温下操作。典型的涡轮机燃烧室构造将涡轮静叶片（vane，本文中简称为叶片）组件和涡轮动叶片（blade）组件暴露于这些高温。因此，涡轮静叶片和涡轮动叶片必须由能够承受这样的高温的材料制成。此外，涡轮静叶片和涡轮动叶片通常包含冷却系统，其用于延长静叶片和动叶片的寿命，并降低由于温度过高导致故障的可能性。涡轮发动机通常包括从壳体径向向内延伸的多排固定的涡轮静叶片，并且包括附接到转子组件用于使转子转动的多排可旋转的涡轮动叶片。

涡轮叶片通常通过叶片载体支撑。其中翼型件是与护罩（shroud）分开的部件的模块化涡轮叶片通常通过护罩来支撑。特别是，模块化叶片的翼型件通常被耦接到相邻的护罩。然后，相邻的护罩被耦接到叶片载体。模块化翼型件和相邻的护罩之间的连接已被证明是脆弱的并且是在本领域中成问题的接合部。因此，需要一种用于模块化涡轮叶片的更稳固的连接系统。

发明内容

公开了一种用于燃气涡轮发动机的模块化涡轮叶片的翼型件附接系统，该翼型件附接系统包括外部附接系统，该外部附接系统具有前部和后部径向延伸的轴向钩，该前部和后部径向延伸的轴向钩构造成被直接耦接到叶片载体，以增加模块化叶片的结构完整性。所述翼型件附接系统还可以包括一个或多个护罩中部外部支撑件，其位于所述前部和后部径向延伸的轴向钩之间，以减少翼型叶片在叶片的吸力侧和压力侧之间来回的周向摇摆运动。模块化涡轮翼型叶片可以位于相邻的护罩之间，从而形成第一接合部和第二接合部。第一密封系统可以被放置在第一接合部处，并且第二密封系统可以被放置在第二接合部处，以限制热气体吸入。

在至少一个实施例中，所述翼型件附接系统可以被构造用于燃气涡轮发动机的模块化涡轮叶片，并且可以包括大致细长的中空翼型叶片，该中空翼型叶片由外壁形成，并具有前缘、后缘、压力侧、吸力侧以及翼型件附接系统。所述翼型件附接系统在翼型叶片的第一端处可以包括一个或多个外部附接系统。该外部附接系统可以包括前部和后部径向延伸的轴向钩，由此，前部径向延伸的轴向钩可被构造成直接耦接到叶片载体，并且后部径向延伸的轴向钩可被构造成直接耦接到叶片载体。将模块化涡轮叶片直接耦接到叶片载体增加了模块化涡轮叶片到叶片载体的连接的结构完整性。

所述翼型件附接系统可以包括一个或多个护罩中部外部支撑件，其位于所述前部和后部径向延伸的轴向钩之间，以减少翼型叶片的周向摇摆运动。该护罩中部外部支撑件可以包括：一个或多个翼型件中部吸钩（midairfoil suction hook），其在吸力侧处从翼型叶片径向向外延伸，其具有一个或多个翼型件中部叶片接合表面；以及一个或多个护罩中部吸钩（midshroud suction hook），其从第一护罩径向向外延伸，该第一护罩具有：内表面，其形成热气体路径的径向外表面；以及第一侧表面，其构造成在第一接合部处与翼型叶片的吸力侧匹配，其中，该至少一个护罩中部吸钩可包括一个或多个翼型件中部护罩接合表面。所述翼型件中部叶片接合表面和翼型件中部护罩接合表面可以匹配接合，以限制翼型叶片的周向摇摆运动。在至少一个实施例中，所述翼型件中部叶片接合表面和翼型件中部护罩接合表面可被定位成大致正交于翼型叶片的轴向延伸的纵向轴线。所述翼型件中部吸钩和护罩中部吸钩可以从前部径向延伸的轴向钩延伸到后部径向延伸的轴向钩。

在至少一个实施例中，所述护罩中部外部支撑件可以包括：一个或多个翼型件中部压钩，其在压力侧处从翼型叶片径向向外延伸，其具有一个或多个翼型件中部叶片接合表面；以及一个或多个护罩中部压钩，其从第二护罩径向向外延伸，该第二护罩具有：内表面，其形成热气体路径的径向外表面；以及第二侧表面，其构造成在第二接合部处与翼型叶片的压力侧匹配，其中，所述护罩中部压钩可包括一个或多个翼型件中部护罩接合表面。所述翼型件中部叶片接合表面和翼型件中部护罩接合表面可以匹配接合，以限制翼型叶片在翼型叶片的压力侧处的周向摇摆运动。