專利名稱：減小誘發壓縮機翼面振動的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明總的涉及燃氣渦輪機輪子葉片，尤其涉及減小誘發轉子葉片振動的方法和裝置。
背景技術：
一般，燃氣渦輪機轉子葉片包括具有前緣和后緣、壓力側和負壓側的翼面。該壓力側和負壓側在該翼面的前緣和后緣處連接，并徑向橫跨在翼面根部和頂部之間。該翼面根部至少部分地限定一個內部流道，而靜止的殼體則至少部分地限定一個外部流道。例如，至少一些已知的壓縮機包括多排從一個圓盤或短管軸沿徑向外伸出的轉子葉片。
已知壓縮機的轉子葉片，在鄰近該內部流道處懸臂伸出，使每一個葉片的根部區域比葉片的頂部區域厚。更具體地說，因為該頂部區域比該根部區域薄，和因為一般該頂部區域機械上不受限制，因此，工作過程中渦區壓力分布可以通過該頂部區域，將弦向彎曲或其他振動模式引入葉片中。另外，在發動機工作過程中的共振頻率，也可將振動能量導入葉片中。在弦向彎曲或其他振動模式下繼續工作，可以限制葉片的使用壽命。
為了便于減少頂部振動模式，和/或減少發動機工作過程中的共振頻率的影響，至少一些已知的葉片的頂部區域制造得較厚。然而，增加葉片厚度對空氣動力學性能有不利影響，和/或在轉子組件中導入附加的徑向負載。因此，與其他已知的葉片比較，另一些已知的葉片的弦向長度作得較短。但是，減小葉片的弦向長度也可對葉片的空氣動力學性能有不利影響。
發明概述在一個方面中，提供了制造燃氣渦輪發動機的轉子葉片的一種方法。該方法包括形成一個翼面和形成一個小翼。該翼面包括第一側壁和第二側壁，每一個側壁都在徑向翼展上，在一個翼面根部和一個翼面頂部之間延伸，并且該第一和第二側壁在前緣和在后緣處連接。該小翼從該翼面的第一側壁和該翼面的第二側壁中的至少一個側壁向外伸出，使得半徑在該小翼和該翼面第一側壁和第二側壁中的至少一個側壁之間延伸。
在另一個方面中，提供了燃氣渦輪發動機的一個翼面，該翼面包括一個前緣；一個后緣；一個頂部；沿翼面根部和所述頂部之間的徑向翼展延伸的第一側壁；所述第一側壁限定所述翼面的一第一側面；在所述前緣和所述后緣處與所述第一側壁連接的一第二側壁；所述第二側壁沿該翼面根部和所述頂部之間的徑向翼展延伸，所述第二側壁限定所述翼面的第二側面；和從所述第一側壁和所述第二側壁中至少一個側壁向外伸出的一個小翼，使得半徑在所述小翼和所述第一和第二側壁中的至少一個側壁之間延伸。
在再一個方面中提供了一種燃氣渦輪發動機，包括多個轉子葉片，每一個所述轉子葉片包括一個翼面，該翼面包括一個前緣，一個后緣，一第一側壁，一第二側壁和從所述第一側壁和所述第二側壁中的至少一個側壁向外伸出，使得在所述小翼和所述第一和第二側壁中的至少一個側壁之間形成半徑R1的至少一個小翼；所述翼面的第一和第二側壁在所述前緣和后緣處軸向連接，所述第一和第二側壁從葉片根部沿徑向延伸至翼面頂部。
附圖簡述
圖1為燃氣渦輪發動機的示意圖；圖2為可以用于圖1所示的燃氣渦輪發動機中的一個轉子葉片的透視圖；圖3為從該轉子葉片的相反一側看的圖2所示的轉子葉片的部分透視圖；圖4為圖3所示的、沿著4-4線所取的轉子葉片的橫截面圖；圖5為圖3所示的、沿著5-5線所取的轉子葉片的橫截面圖；圖6為可以用在圖1所示的燃氣渦輪發動機中的轉子葉片的另一個實施例的橫截面圖。
發明詳述圖1為燃氣渦輪發動機10的示意圖，該發動機包括一個風扇組件12，一個高壓壓縮機14和一個燃燒室16。發動機10還包括一個高壓渦輪18，一個低壓渦輪20和一個增壓器22。風扇組件12包括一組從一個轉子圓盤26沿徑向向外伸出的風扇葉片24。發動機10具有一個進氣側28和一個排氣側30。在一個實施例中，該燃氣渦輪發動機為Ohio州的Cincinnati域的通用電氣公司銷售的GE90。
在工作中，空氣通過風扇組件12流動，并且壓縮空氣供給至高壓壓縮機14。高度壓縮的空氣輸送至燃燒室16。從燃燒室16出來的氣流(圖1中沒有示出)驅動渦輪18和20，而渦輪20又驅動風扇組件12。
圖2為可以用于燃氣渦輪發動機(例如圖1所示的燃氣渦輪發動機10)的一個轉子葉片40的部分透視圖。圖3為僅轉子葉片40的相反一側看的該轉子葉片40的部分透視圖。圖4為沿著4-4線所取的轉子葉片40的橫截面圖。圖5為沿著5-5線所取的轉子葉片40的橫截面圖。在一個實施例中，多個轉子轉片40構成燃氣渦輪發動機10的高壓壓縮機級(沒有示出)。每一個轉子葉片40包括一個翼面42和一個用于將該翼面42按已知方法安裝在一個轉子圓盤(沒有示出)上的整體的榫43。另一種方式是，葉片40可沿徑向從一個圓盤(沒有示出)向外伸出，使多個葉片40形成一個轉子部件(沒有示出)。
每一個翼面42包括第一作成一定輪廓形狀的側壁44，和第二作成一定輪廓形狀的側壁46。第一側壁44是中凸的，并形成翼面42的負壓側；而第二側壁46為中凹的，形成翼面42的壓力側。側壁44和46在翼面42的前緣48和在軸向隔開的后緣50處連接。更具體地說，翼面后緣50在弦向隔開，并在翼面前緣48的下游。第一和第二側壁44和46分別，從鄰近該榫43的葉片根部52，從徑向，或在翼展上沿徑向向外。延伸至翼面的頂部54。
一個小翼70從第二側壁46向外伸出。在另一個實施例中，小翼70從第一側壁44向外伸出。在又一個實施例中，第一小翼從第二側壁46向外伸出，而第二小翼從第一側壁44向外伸出。因此，小翼70的輪廓作成與側壁46相符，因此遵循橫過側壁46上延伸的氣流流線。在該示例性實施例中，小翼70在弦向方向，基本上橫越側壁46延伸，使得小翼70基本上與靠近前緣48和靠近后緣50的側壁46齊平。另一種方案是，該小翼在非弦向方向與側壁46對準。更具體地說，在該示例性實施例中，小翼70基本上在弦向，分別在翼面前緣48和后緣50之間延伸。另一種方式是，該小翼只分別延伸至翼面前緣48或后緣50中的一個處。在又一個實施例中，該小翼70只是部分地分別在翼面前緣48和后緣50之間，沿著側壁46延伸，并且不延伸至前緣48或后緣50。
小翼70的橫截面輪廓不是矩形的，其形狀相對于側壁46按空氣動力學要求設計，使第一半徑R1和第二半徑R2在小翼70和側壁46之間延伸。在該示例性實施例中，小翼70還包括一個在第一半徑R1和第二半徑R2之間延伸的一個弧形外表面90。更具體地說，第一半徑R1沿著小翼70延伸，使小翼70和翼面頂部54之間平滑過渡；而第二半徑R2沿著小翼70延伸度小翼70和根部52之間平滑過渡。在該示例性實施例中，第一半徑R1比第二半徑R2大。小翼70的幾何形狀，包括其相對于葉片40的相對位置，尺寸和小翼70的長度可以改變；并根據葉片40的工作和性能特性選擇。
小翼70可增強翼面42的剛性、使翼面42的振動的自然頻率增加至在發動機正常工作過程中，在燃氣渦輪發動機10內不存在的頻率。因此，可以誘發不包括小翼70的相同的翼面中的振動模式基本上可被小翼70消除。更具體地說，小翼70可以提供一種調整在發動機額定工作速度以外的弦向模式的頻率的方法，使得可以達到所希望的頻率范圍。另外，小翼70也可以不提供頻率范圍而增加葉片40的強度。
另外，在裝配翼面42過程中。小翼70的該橫截面形狀可使小翼70與翼面42作成一個整體，這樣，與其他幾何形狀比較，可降低制造成本。特別是，小翼的第一半徑R1，第二半徑R2和弧形外表面90的綜合，可以利用電解液徑向流動的電化學加工(ECM)方法制成小翼70。更具體地說，由每一個半徑R1和R2形成的小翼70和翼面42之間的平滑過渡，可使ECM電極平穩地和連續地在小翼70上滑移，而不會產生氣穴現象或流動中斷。與其他已知的葉片制造方法比較，ECM方法可以使葉片40的制造成本降低，制造時間減小。
導入翼面42的能量可以作為激勵能量的力和翼面42的位移的點積計算。更具體地說，在工作過程中，因為一般頂部54機械上不受約束，因此，一般，空氣動力學驅動力(即渦區壓力分布)靠近該翼面頂部54是最高的。然而，與相同的不包括小翼70的翼面比較，小翼70增加翼面42的剛性，和增加翼面42的局部厚度，使翼面42的位移減小。因此，因為小翼70增大翼面42的頻率和減小誘發翼面42的能量，因此，翼面42接受較少的空氣動力學擾動和較少的從渦區壓力分布來的諧波輸入。另外，因為小翼70離開頂部54一個徑向距離102，因此肋70不與靜止的覆環接觸。另外，因為第一半徑R1比第二半徑R2大，第一半徑可減小小翼70和翼面42之間的應力集中，因此可改善葉片40的強度和使用壽命。
圖6為可以用于燃氣渦輪發動機10(如圖1所示)的轉子葉片200的另一個實施例的橫截面圖。轉子葉片200基本上與轉子葉片40相同(如圖2～5所示)，在圖6中，與轉子葉片40的零件相同的轉子葉片200的零件，利用在圖2～5中使用的相同的符號表示。特別是，在一個實施例中，除了轉子葉片200包括除小翼70以外的第二小翼202以外，轉子葉片200與轉子葉片40相同。更具體地說，在該示例性實施例中，小翼202與肋70相同，但在側壁44，而不是側壁46上延伸。
小翼202從第一側壁44向外伸出，并且其輪廓形狀與側壁44一致，因此，可以跟隨在側壁44上延伸的氣流流線。在該示例性實施例中，小翼202在弦向方向，基本上橫越側壁44延伸，使該小翼202基本上與靠近前緣48和靠近后緣50的側壁44齊平。另一種方案是，該小翼202在非弦向方向，與側壁46對準。更具體地說，在該示例性實施例中，小翼202分別基本上在翼面前緣48和后緣50之間，在弦向延伸。另外，小翼202只延伸至翼面前緣48或后緣50中的一個上。在又一個實施例中，小翼202只部分地沿著側壁46，在翼面前緣48和后緣50之間延伸，并不延伸至前緣48或后緣50。
根據葉片40的工作和性能特性，可以變化地選擇小翼202的幾何形狀，包括其相對于葉片40的相對位置，尺寸和小翼202的長度。在一個實施例中，小翼202距離該翼面頂部54一個徑向距離102，因此基本上在徑現與上述小翼70對準。在另一個實施例中，小翼202在徑向不與小翼70對準。
上述的轉子葉片成本低，很可靠。該轉子葉片包括一個從該翼面表面中的至少一個表面向外伸出的小翼。該小翼便于在發動機正常工作速度范圍外調整葉片的弦向模式頻率。另外，該小翼的剛性可以減小導入每一個相應的翼面中的能量的量。另外，該小翼還可改善相對于具有基本上較小頂部弦長的翼面的該翼面的性能。結果，該小翼在以低成本和高可靠性提供葉片的空氣力學穩定性的同時，可維持該葉片的空氣動力學性能。
以上詳細說明了葉片組件的示例性實施例。該葉片組件不是僅限于所述的具體實施例，而是每一個組件的零件可以獨立地，與所述其他零件分開地使用。每一個轉子葉片零件還可與其他轉子葉片零件綜合使用。
雖然針對各種具體實施例說明了本發明，但業內人士知道，在權利要求書的精神和范圍內可對本發明進行改造。
權利要求
1.一種燃氣渦輪發動機(10)的翼面(42)，所述翼面包括一個前緣(48)；一個后緣(50)；一個頂部(54)；沿翼面根部(52)和所述頂部之間的徑向翼展延伸的第一側壁(44)；所述第一側壁限定所述翼面的一第一側面；在所述前緣和所述后緣處與所述第一側壁連接的一第二側壁(46)；所述第二側壁沿該翼面根部和所述頂部之間的徑向翼展延伸，所述第二側壁限定所述翼面的第二側面；和從所述第一側壁和所述第二側壁中至少一個側壁向外伸出的一個小翼(70)，使得半徑R1在所述小翼和所述第一和第二側壁中的至少一個側壁之間延伸。
2.如權利要求1所述的翼面(42)，其特征為，所述翼面的第一側壁(44)和所述第二側壁(46)中至少一個側壁是中凹的，所述其余的側壁為中凸的，所述小翼(70)基本上與所述第一和第二側壁中的至少一個側壁，在所述翼面的前緣(50)處齊平。
3.如權利要求1所述的翼面(42)，其特征為，所述翼面的第一側壁(44)和所述第二側壁(46)中至少一個側壁是中凹的，所述其余的側壁為中凸的，所述小翼(70)基本上與所述第一和第二側壁中的至少一側壁，在所述翼面的后緣(50)處齊平。
4.如權利要求1所述的翼面(42)，其特征為，所述小翼(70)離所述翼面頂部(54)一個徑向距離(102)。
5.如權利要求1所述的翼面(42)，其特征為，所述肋(70)還可構形成，為所述翼面提供結構支承，使所述翼面的扭轉或弦向振動的自然頻率增加至在發動機(10)工作過程中在燃氣渦輪發動機內不出現的一個頻率。
6.如權利要求1所述的翼面(42)，其特征為，所述小翼(70)包括非矩形的橫截面輪廓。
7.如權利要求1所述的翼面(42)，其特征為，第一小翼(70)從所述第一側壁(44)向外伸出；第二小翼(200)從所述第二側壁(46)向外伸出。
8.如權利要求1所述的翼面(42)，其特征為，所述小翼(70)利用電化學加工工藝與所述翼面整體制成。
9.一種燃氣渦輪發動機(10)，包括多個轉子葉片(40)，每一個所述轉子葉片包括一個翼面(42)，該翼面包括一個前緣(48)，一個后緣(50)，一第一側壁(44)，一第二側壁(46)和從所述第一側壁和所述第二側壁中的至少一個側壁向外伸出，使得在所述小翼和所述第一和第二側壁中的至少一個側壁之間形成半徑R1的至少一個小翼(70)；所述翼面的第一和第二側壁在所述前緣和后緣處軸向連接，所述第一和第二側壁從葉片根部(52)沿徑向延伸至翼面頂部(54)。
10.如權利要求9所述的燃氣渦輪發動機(10)，其特征為，所述轉子葉片翼面的第一側壁(44)和所述第二側壁(46)中至少一個側壁為中凹的，所述翼面的第一側壁和所述第二側壁中的至少一個側壁為中凸的，所述至少一個翼面小翼(70)基本上在所述翼面的前緣處，與所述翼面的第一和第二側壁中的至少一個側壁齊平。
全文摘要
一種燃氣渦輪發動機(10)的翼面(42)，它包括一個前緣(48)，一個后緣(50)，一個頂部(54)，第一側壁(44)，第二側壁(46)和一個小翼。該第一側壁(44)在徑向翼展上，在翼面根部(52)和頂部之間延伸，該第一側面形成該翼面的第一側面。該第二側壁(46)在該后緣的前緣處，與該第一側壁連接。該第二側壁在徑向翼展上，在該翼面根部和頂部之間延伸。該第二側壁構成所述翼面的第二側面。該小翼從所述第一側壁和所述第二側壁中的至少一個側壁，向外伸出，使半徑R
文檔編號F01D5/10GK1598248SQ20041006446
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月27日 優先權日2003年8月28日
發明者J·H·努斯鮑姆, X·魏, T·蔡德茲, M·麥克羅里 申請人:通用電氣公司