專利名稱：渦輪動葉組件和用于組裝渦輪動葉組件的方法
技術領域：
本文中所述的本主題大體涉及燃氣渦輪發動機，并且更尤其地涉及用于渦輪發動機的動葉(bucket)組件。
背景技術：
至少一些用于渦輪發動機的已知轉子組件包括至少一排轉子葉片，其圍繞轉子軸周向間隔。各轉子葉片包括翼型，其包括壓力側和相對的吸入側，壓力側和吸入側沿前緣和后緣連接在一起。各翼型從轉子葉片平臺徑向朝外延伸。各轉子葉片還包括從限定在平臺與燕尾件之間的柄部徑向朝內延伸的燕尾件。燕尾件用于聯接轉子葉片到轉子盤或者轉子線軸。在操作期間，操作流體的泄漏可在轉子葉片平臺與轉子盤之間發生。取決于泄漏的量，渦輪性能和輸出可能受到不利的影響。在轉子葉片平臺與轉子盤之間的操作流體的泄漏可能導致下降的渦輪效率和/或在轉子組件上的過度磨損。
發明內容
在一方面，提供用于渦輪發動機的渦輪動葉。渦輪動葉包括柄部和通過前邊緣和后邊緣界定的平臺，前邊緣和后邊緣通過一對側邊緣聯接在一起，前邊緣在后邊緣上游。平臺包括至少一個互鎖密封件，其從側邊緣中的至少一個朝外延伸；和匹配溝槽，其限定在側邊緣中的至少一個中，溝槽定尺寸成接收從相鄰渦輪動葉延伸的至少一個互鎖密封件。在另一方面，提供渦輪發動機系統。渦輪發動機系統包括轉子盤，其可旋轉地聯接到渦輪；和多個周向間隔的渦輪動葉，其聯接到轉子盤。多個渦輪動葉中的每一個包括柄部；和通過前邊緣和后邊緣界定的平臺，前邊緣和后邊緣通過一對側邊緣聯接在一起。平臺包括至少一個互鎖密封件，其從側邊緣中的至少一個朝外延伸；和匹配溝槽，其限定在側邊緣中的至少一個中，溝槽定尺寸成接收從相鄰渦輪動葉延伸的互鎖密封件。在另一方面，提供用于組裝渦輪發動機系統的方法。方法包括提供至少兩個渦輪動葉，其各包括通過前邊緣和后邊緣界定的平臺，前邊緣和后邊緣通過一對側邊緣聯接在一起；將各渦輪動葉聯接到轉子盤，使得從平臺前邊緣和后邊緣中的至少一個延伸的至少一個凸出部接收在限定在轉子盤的溝槽中；并且將至少兩個渦輪動葉聯接在一起，使得從平臺側邊緣中的至少一個延伸的至少一個互鎖密封件使成對的周向相鄰渦輪動葉能夠互鎖在一起。
圖I是示范已知潤輪發動機系統的示意圖。圖2是可用于圖I所示的渦輪發動機系統的示范轉子葉片組件的放大透視圖。圖3是圖2中所示的轉子組件的一部分的放大透視圖。部件列表100 燃氣渦輪發動機
102 進氣口區段104 壓縮器區段106 燃燒器區段108 渦輪區段120 排氣區段122 轉子組件124 多個燃燒器126 燃料噴嘴組件 128 負荷130 渦輪葉片或者動葉132 驅動軸200 轉子葉片202 轉子盤210 翼型212 燕尾件平臺214 柄部220 前邊緣222 后邊緣224 第一側226 第二側228 前凸出部230 后凸出部232 凸出部或者互鎖密封件234 匹配溝槽240 槽242 溝槽244 上部分246 上溝槽壁248 下溝槽壁250 內溝槽壁
具體實施例方式本文中所述的示范方法和系統通過提供便于降低在轉子葉片與轉子盤之間的操作流體的不期望的泄漏的轉子葉片組件，克服了已知轉子葉片組件的至少一些缺點。如本文中所用地，術語“轉子葉片”與術語“動葉”可互換使用并且從而能夠包括，包括平臺和燕尾件的動葉和/或與轉子盤整體形成的動葉的任何組合，其中每一種動葉可包括至少一個翼型段。類似地，術語“轉子葉片”還包括定子環或者定子葉片。圖I是示范燃氣渦輪發動機100的示意圖。在示范實施例中，燃氣渦輪發動機100包括進氣口區段102、在進氣口區段102下游聯接的壓縮器區段104、在壓縮器區段104下游聯接的燃燒器區段106、在燃燒器區段106下游聯接的渦輪區段108和排氣區段120。渦輪區段108包括經由驅動軸132聯接到壓縮器區段104的轉子組件122。燃燒器區段106包括多個燃燒器124。燃燒器區段106聯接到壓縮器區段104使得各燃燒器124與壓縮器區段104流體連通，并且使得燃料噴嘴組件126聯接到各燃燒器124。渦輪區段108可旋轉地聯接到壓縮器區段104并且聯接到負荷128，諸如但不限于發電機和/或機械驅動應用。在示范實施例中，壓縮器區段104和渦輪區段108各包括具有翼型部分的至少一個渦輪葉片或者動葉130，其聯接到轉子組件122。在操作期間，進氣口區段102朝壓縮器區段104引導空氣。壓縮器區段104壓縮進口空氣到更高的壓力和溫度，并且朝燃燒器區段106排出壓縮空氣。壓縮空氣與燃料混合并且點燃以生成燃燒氣體，其流到渦輪區段108。渦輪區段108驅動壓縮器區段104和/或負荷128。特別地，壓縮空氣的至少一部分供應到燃料噴嘴組件126。燃料引導到各燃料噴嘴組件26，在其中燃料與空氣混合并且在燃燒器區段106中點燃。燃燒氣體被生成并且引導到渦輪區段108，在其中熱能轉換成機械旋轉能。排氣離開渦輪區段108并且流過排氣區段120到外界大氣。圖2是可用于燃氣渦輪發動機100(圖I中所示)的示范轉子組件122的放大透視圖。圖3是轉子組件122的一部分的放大透視圖。在示范實施例中，轉子組件122包括聯接到轉子盤或者葉輪202的至少一個轉子葉片200。在示范實施例中，各轉子葉片200聯接到轉子盤202，其可旋轉地聯接到轉子軸，諸如驅動軸132(圖I中所示)。在可選實施例中，轉子葉片200安裝在轉子線軸(未示出)內。在示范實施例中，各轉子葉片200從轉子 盤202朝外徑向延伸并且包括翼型210、燕尾件平臺212和柄部214。在示范實施例中，柄部214成燕尾件構型。在示范實施例中，燕尾件平臺212包括前邊緣220、后邊緣222、第一側224和第二側226。燕尾件平臺212還包括前凸出部228和后凸出部230，其各設置在燕尾件平臺212的各自邊緣220和222上。在一個實施例中，凸出部228和230以楔形(tapered)形狀從平臺212朝外延伸。而且，凸出部228和230定方向并且定形狀為與在轉子盤202內形成的各自溝槽242匹配。在可選實施例中，凸出部228和230形成為帶有截面形狀，其至少部分為凹形。匹配凸出部或者互鎖密封件232從各邊緣220和222沿平臺第一側224朝外延伸以便于與相鄰轉子葉片200匹配。類似地，匹配溝槽234沿平臺第二側226從邊緣220到邊緣222形成。匹配溝槽234定方向并且定尺寸成接收從相鄰轉子葉片200延伸的各自密封件232。在一個實施例中，匹配溝槽234包括置放在溝槽234內的C-夾具，其構造成保持密封件232。在一個實施例中，匹配溝槽234具有在大約I毫米到大約500毫米之間的深度和高度。在示范實施例中，各溝槽234的深度和高度是大約30毫米。在示范實施例中，轉子盤202包括槽240和平臺溝槽242，其定尺寸并且定方向成在其中接收葉片200。槽240具有燕尾形狀的構型以接收柄部214。平臺溝槽242限定在槽240的上部分244的各側上，并且各定方向并且定尺寸成在其中接收前凸出部228和后凸出部230。更尤其地，溝槽242定方向并且定形狀成以摩擦裝配在其中接收凸出部228和230。在一個實施例中，溝槽242包括置放在溝槽242內以保持凸出部228和230的c_夾具。各平臺溝槽242通過轉子盤202的上溝槽壁246、下溝槽壁248和內溝槽壁250限定。在示范實施例中，壁246、248和250各具有在大約Imm到大約IOOmm之間的長度。在一個示范實施例中，各溝槽壁246、248和250具有大約30mm的長度。在一個實施例中，平臺溝槽242具有截面形狀，其定形狀成大致為凸出部228和230的鏡像。例如，在示范實施例中，溝槽242具有凹截面形狀，其大致為凸出部228和230的截面形狀的鏡像。在可選實施例中，燕尾件平臺212包括轉子盤溝槽，其設置在前邊緣220和后邊緣222中的每一個上，使得轉子盤溝槽各定尺寸并且定方向成接收從轉子盤202延伸的凸出部。在可選實施例中，匹配溝槽234在第一側224和第二側226上形成，使得匹配溝槽234各定尺寸并且定方向以接收從轉子盤202延伸的凸出部。設置在前邊緣220、后邊緣222、第一側224和第二側226中的每一個上的溝槽構造成接收凸出部，其從轉子盤202上延伸以聯接相鄰轉子葉片200并且聯接轉子葉片200到轉子盤202。在可選實施例中，設置在平臺212和轉子盤202上的凸出部和溝槽的任何組合可用于便于聯接和大致密封相鄰轉子葉片200并且聯接和大致密封轉子葉片200到轉子盤202，如本文中所述地。在操作期間，在示范實施例中，相鄰轉子葉片200聯接在一起，使得第一轉子葉片 200的燕尾件平臺212與從相鄰轉子葉片200延伸的匹配凸出部232互鎖。額外地，轉子葉片凸出部228和230各與轉子盤202互鎖。將轉子葉片200與轉子盤202和相鄰轉子葉片200互鎖顯著地降低在轉子葉片200與轉子盤202之間的泄漏。而且，使相鄰轉子葉片200互鎖顯著地降低在轉子葉片200之間的泄漏。上文描述的渦輪葉片通過顯著地降低在成對的相鄰渦輪葉片之間，以及在各轉子葉片與轉子盤之間的泄漏，克服了已知渦輪葉片的至少一些缺點。而且，互鎖的葉片便于降低對用于密封的額外部件，諸如繩索密封件(rope seal)的需求，并且這改進了轉子組件和/或渦輪的使用壽命。而且，當前公開描述了構造成便于在其中降低泄漏的轉子組件。通過降低渦輪葉片泄漏，渦輪發動機的操作效率和成本節約各增加。用于渦輪發動機的渦輪葉片和組裝該渦輪葉片的方法的示范實施例在本文中詳細描述。方法和設備不受限于本文中描述的特定實施例，而是，系統的構件和/或方法的步驟可與本文中所述的其它構件和/或步驟獨立并且分別地利用。例如，方法和設備還可用于與其它燃燒系統和方法聯合，并且不受限于如本文中所述地僅利用燃氣渦輪發動機實踐。而是，示范實施例能夠關于許多其它燃燒系統應用實施并且利用。雖然本發明的各種實施例的特定特征可在一些附圖而不是在其它附圖中示出，但這僅僅是為了方便。此外，在上文描述中提及“一個實施例”不意圖解釋成排除也包括所述特征的額外實施例的存在。根據本發明的原理，附圖的任何特征可與任何其它附圖的任何特征聯合提及和/或主張權利。本書面描述利用實例公開本發明，包括最佳模式，并且也使本領域技術人員能夠實踐本發明，包括制造和使用任何裝置或系統并實施任何合并的方法。本發明的專利保護范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果其它實例具有與權利要求的字面語言并無不同的結構元件或者如果其它實例包括與權利要求的字面語言并無實質差別的等效結構元件，則這些其它實例預期在權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種用于渦輪發動機(100)的渦輪動葉(130)，所述渦輪動葉包括 柄部(214);和 平臺(212)，其通過前邊緣(220)和后邊緣(222)界定，所述前邊緣(220)和后邊緣(222)通過一對側邊緣聯接在一起,所述前邊緣在所述后邊緣上游,所述平臺包括 至少一個互鎖密封件(232)，其從所述側邊緣中的至少一個朝外延伸；和匹配溝槽(234)，其限定在所述側邊緣中的至少一個中，所述溝槽定尺寸成接收從相鄰渦輪動葉延伸的所述至少一個互鎖密封件。
2.根據權利要求I所述的渦輪動葉(130)，其特征在于，還包括從所述平臺(212)朝外延伸的翼型。
3.根據權利要求I所述的渦輪動葉(130)，其特征在于，所述柄部包括燕尾件。
4.根據權利要求I所述的渦輪動葉(130)，其特征在于，所述至少一個互鎖密封件(232)具有楔形截面形狀。
5.根據權利要求I所述的渦輪動葉(130)，其特征在于，所述平臺(212)還包括 第一凸出部(228)，其從所述前邊緣(220)朝外延伸；和 第二凸出部(230)，其從所述后邊緣(222)朝外延伸。
6.根據權利要求5所述的渦輪動葉(130)，其特征在于，所述第一凸出部(228)和所述第二凸出部(230)中的至少一個至少部分為凹形。
7.—種潤輪發動機系統,包括 轉子盤(202)，其可旋轉地聯接到渦輪；和 多個周向間隔的渦輪動葉(130)，其聯接到所述轉子盤，所述多個渦輪動葉中的每一個包括 柄部(214);和 平臺(212)，其通過前邊緣(220)和后邊緣(222)界定，所述前邊緣(220)和后邊緣(222)通過一對側邊緣聯接在一起,所述前邊緣在所述后邊緣上游,所述平臺包括 至少一個互鎖密封件(232)，其從所述側邊緣中的至少一個朝外延伸；和匹配溝槽(234)，其限定在所述側邊緣中的至少一個中，所述溝槽定尺寸成接收從相鄰渦輪動葉延伸的所述至少一個互鎖密封件。
8.根據權利要求7所述的渦輪發動機系統，其特征在于，所述轉子盤(202)還包括至少一個轉子盤凸出部，其定方向并且定尺寸成被所述平臺(212)接收。
9.根據權利要求8所述的渦輪發動機系統，其特征在于，所述平臺(212)還包括至少一個轉子盤溝槽(242)，其構造成接收所述至少一個轉子盤凸出部。
10.根據權利要求7所述的渦輪發動機系統，其特征在于，所述至少一個互鎖密封件(232)具有楔形截面形狀。
全文摘要
本發明涉及渦輪動葉組件和用于組裝渦輪動葉組件的方法。提供一種用于渦輪發動機(100)的渦輪動葉(130)。渦輪動葉包括柄部(214)和通過前邊緣(220)和后邊緣(222)界定的平臺(212)，前邊緣(220)和后邊緣(222)通過一對側邊緣聯接在一起，前邊緣在后邊緣上游。平臺包括至少一個互鎖密封件(232)，其從側邊緣中的至少一個朝外延伸；和匹配溝槽(234)，其限定在側邊緣中的至少一個中，溝槽定尺寸成接收從相鄰渦輪動葉延伸的至少一個互鎖密封件。
文檔編號F01D5/02GK102705018SQ201210093538
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月23日 優先權日2011年3月25日
發明者H·K·梅卡 申請人:通用電氣公司