[发明专利]具有双部分跨度护罩和空气动力学特征的涡轮机桨叶

说明书

本发明公开了一种桨叶(120，220)，包括一对径向内侧部分跨度护罩(238，240)和一对径向外侧部分跨度护罩(242，244)。桨叶(120，220)还包括燕尾部(234)、翼型(224)和设置在翼型(224)和燕尾部(234)之间的平台(236)。翼型(224)包括在前缘和后缘(226，228)之间延伸的压力侧壁和相对抽吸侧壁。径向内侧部分跨度护罩(238，240)从翼型(224)向外延伸，使得径向内侧部分跨度护罩中的每一者与前缘间隔一定距离并且与后缘间隔一定距离。径向外侧部分跨度护罩(242，244)从翼型(224)向外延伸，使得径向外侧部分跨度护罩(242，244)中的每一者与前缘间隔一定距离并且与后缘间隔一定距离，并且使得径向内侧部分跨度护罩(238，240)位于径向外侧部分跨度护罩(242，244)与平台之间。翼型(224)和燕尾部中的至少一者包括有助于桨叶的模态形状调整的至少一个空气动力学特征。

背景技术

本公开的领域整体涉及旋转机器，并且更具体地讲，涉及与旋转机器一起使用的桨叶。

至少一些已知的旋转机器包括联接到转子轴的至少一个转子组件。转子组件包括多个周向间隔开的桨片或桨叶，这些桨片或桨叶朝向固定壳体径向向外延伸，从而限定通过旋转机器的流动路径的一部分。多个固定叶片以周向阵列联接到壳体，使得固定叶片径向向内延伸到流动路径中。固定叶片和旋转桨叶被布置成交替排，使得叶片排和紧靠下游的桨片或桨叶排形成旋转机器的“级”。叶片将流引向下游桨叶排，其中桨叶从流中提取能量，由此产生驱动转子和/或附接负载(例如，发电机)所需的动力。例如但不限于，转子组件可以是蒸汽涡轮机的一部分，或燃气涡轮发动机的压缩机或涡轮机区段的一部分。

至少一些已知的桨片或桨叶在其高速旋转时可能受到振动和/或轴向扭转。例如，至少一些已知的桨叶可能特别容易受到非同步振动的影响，该非同步振动可与旋转机器操作期间的非整体振动或抖振相关联。此类桨片的操作寿命周期可至少部分地受旋转机器操作期间引起的振动应力所产生的疲劳的限制。

为了便于减小振动应力的影响，在一些级中，至少一些桨片或桨叶可包括部分跨度护罩，该部分跨度护罩沿着每个翼型的压力侧和抽吸侧延伸，介于翼型的尖端和根部区段之间。在转子操作期间，相邻桨片相互接触并且沿部分跨度护罩滑动。尽管此类护罩增强了相邻桨片之间的联接，但取决于桨片的形状和尺寸，护罩可能仅提供有限的益处。因此，其他已知的桨片被制造为具有中空尖端腔体，这减小了翼型的整体重量。或者，其他已知的桨片被制造为具有形成在桨片尖端部分或桨片燕尾部部分中的一系列孔。尽管此类翼型的减小质量减少了在转子操作期间对此类桨片引起的力，但取决于载荷要求和/或机械和/或航空机械性能限制，形成具有减小重量的桨片的益处可能是有限的。因此，需要一种通过改进的振动阻尼和/或改进的蠕变寿命而增强性能的桨叶设计。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于与旋转机器一起使用的桨叶。桨叶包括燕尾部、翼型、一对径向内侧部分跨度护罩、一对径向外侧部分跨度护罩，以及在翼型和燕尾部之间延伸的平台。翼型从平台径向向外延伸到尖端。翼型包括压力侧和相对的抽吸侧。压力侧和抽吸侧各自从前缘延伸到后缘。所述径向内侧部分跨度护罩中的第一者在平台上方的第一径向高度处从翼型抽吸侧向外延伸。径向内侧部分跨度护罩中的第二者在平台上方的第一径向高度处从翼型压力侧向外延伸。径向外侧部分跨度护罩中的第一者在平台上方的第二径向高度处从翼型抽吸侧向外延伸。径向外侧部分跨度护罩中的第二者在平台上方的第二径向高度处从翼型压力侧向外延伸，其中第二径向高度大于第一径向高度。该对径向内侧部分跨度护罩和一对径向外侧部分跨度护罩中的每一者仅部分地在翼型前缘和后缘之间延伸。翼型还包括有助于模态形状调整的至少一个内部空气动力学特征。