渦輪葉片的制作方法
【專利說明】渦輪葉片
[0001]關于聯邦資助研究或開發的聲明
[0002]本發明的開發由合同編號為DE-FC26-05NT42644的美國能源部關于先進渦輪機開發計劃部分地支持。因此，美國政府可以具有本發明中的某些權利。
技術領域
[0003]本發明大體指向于渦輪葉片，并且更特別指向于用于渦輪葉片的翼尖。
【背景技術】
[0004]典型地，燃氣渦輪發動機包括用于壓縮空氣的壓氣機、用于將壓縮空氣與燃料混合并將混合物點火的燃燒器和用于產生動力的渦輪葉片組件。燃燒器經常在可超過2，600華氏度的高溫下操作。典型的渦輪燃燒器配置使渦輪葉片組件暴露于這些高溫中。作為結果，渦輪葉片必須由能夠承受這樣的高溫的材料制成。
[0005]典型地，渦輪葉片由在一個端部處的根部分和形成從在渦輪葉片的相反端部處聯接至根部的平臺向外延伸的葉片的細長部分形成。葉片通常由與根部分相反的葉頂、前緣和后緣組成。渦輪葉片的葉頂常常具有用以減小在渦輪的氣體路徑中環段與葉片之間的間隙的尺寸的葉頂特征以防止葉頂流量泄漏，其降低了由渦輪葉片產生的扭矩的量。葉頂特征常稱作凹槽狀葉頂(squealer tip)并且往往被包含到葉片的葉頂上以幫助減小渦輪級之間的性能損失。這些特征被設計成使葉頂與環段之間的泄漏最小化。
【發明內容】
[0006]公開了一種由徑向延伸的壓力側葉頂壁和從渦輪葉片的由軸向延伸的葉頂壁形成的葉頂徑向向外延伸的徑向延伸的吸入側葉頂壁形成的凹槽狀葉頂。徑向延伸的壓力和吸入側葉頂壁可以被分別沿著渦輪葉片的壓力側壁和吸入側壁定位。徑向延伸的壓力側葉頂壁可以包括具有一個或多個膜冷卻孔的倒角前緣，所述膜冷卻孔具有被定位在其中的排出出口。軸向延伸的葉頂壁可以由形成了凹形軸向延伸的葉頂壁的在相交部處被接合到一起的至少兩個外側線性表面形成。軸向延伸的葉頂壁可以包括形成了形成冷卻系統的內腔的徑向外端部的凸形內表面。冷卻系統可以包括在軸向延伸的葉頂壁中的接近于吸入側壁的一個或多個膜冷卻孔，這促進了壓力和吸入側壁處的增加的冷卻。
[0007]渦輪葉片可以由具有前緣、后緣、在第一端部處的尖端和在與第一端部基本相反的端部處被聯接至葉片的用于支撐葉片且用于將葉片聯接至盤的根部的大體細長的翼型形成。渦輪葉片也可以由從前緣延伸至后緣的壓力側壁和從前緣延伸至后緣并被定位在大體細長的翼型的與壓力側壁相反側上的吸入側壁形成。形成內部冷卻系統的一個或多個腔可以被包括在渦輪葉片中。
[0008]凹槽狀葉頂可以被定位在第一端部處。凹槽狀葉頂可以由具有與壓力側壁的外表面齊平的外表面的徑向延伸的壓力側葉頂壁、具有與吸入側壁的外表面齊平的外表面的徑向延伸的吸入側葉頂壁和在壓力側葉頂壁與吸入側葉頂壁之間延伸的軸向延伸的葉頂壁形成。軸向延伸的葉頂壁可以由形成凹形軸向延伸的葉頂壁的在相交部處被接合到一起的兩個或多個外側線性表面形成。形成軸向延伸的葉頂壁的兩個外側線性表面被接合所在的相交部可以被定位成:從徑向延伸的壓力側葉頂壁的內表面與軸向延伸的葉頂壁的外側第一表面的相交部徑向向內，并從徑向延伸的吸入側葉頂壁的內表面與軸向延伸的葉頂壁的外側第二表面的相交部徑向向內。
[0009]徑向延伸的壓力側葉頂壁可以包括相對于大體細長的翼型的形成了壓力側壁的外表面以銳角定位的倒角表面。徑向延伸的壓力側葉頂壁的倒角表面可以只針對徑向延伸的壓力側葉頂壁的整個長度的一部分延伸。徑向延伸的壓力側葉頂壁可以從前緣延伸并終止于后緣。渦輪葉片也可以包括被定位在徑向延伸的壓力側葉頂壁中的一個或多個膜冷卻孔，膜冷卻孔具有在徑向延伸的壓力側葉頂壁的外表面中的出口和將膜冷卻孔與形成了內部冷卻系統的腔聯接的入口。膜冷卻孔的出口可以被定位在徑向延伸的壓力側葉頂壁的倒角表面中。
[0010]徑向延伸的吸入側葉頂壁可以從大體細長的翼型的后緣朝向前緣延伸、終止于前緣并且可以被聯接至徑向延伸的壓力側葉頂壁。一個或多個膜冷卻孔可以被定位在軸向延伸的葉頂壁的與徑向延伸的吸入側葉頂壁接觸的外側線性表面中。膜冷卻孔可以包括在軸向延伸的葉頂壁中的出口和將膜冷卻孔與形成了內部冷卻系統的腔聯接的入口。軸向延伸的葉頂壁的形成了形成內部冷卻系統的腔的徑向外邊界的內表面可以具有凸形表面，凸形表面具有在與壓力和吸入側壁的相交部處的凸形表面的徑向最外側點。形成了內部冷卻系統的腔可以包括將內部冷卻系統分成壓力和吸入側的徑向延伸的中央區肋。
[0011]本發明的優點在于，軸向延伸的葉頂壁的凸形內表面提高了鄰接于經受高溫的熱氣體路徑的壓力和吸入側壁的葉頂轉彎處的冷卻。
[0012]本發明的另一優點在于，形成凹槽狀葉頂的凹形外表面形成了用于靜壓恢復和葉頂泄漏流量降低操作的深的外部葉頂腔。
[0013]在下面更加詳細地描述這些及其他實施例。
【附圖說明】
[0014]被包含在說明書中并形成其一部分的附圖圖示出當前公開的發明的實施例并且與描述一起公開了發明的原理。
[0015]圖1是具有凹槽狀葉頂的渦輪葉片的立體圖。
[0016]圖2是凹槽狀葉頂的在圖1中示出的渦輪葉片的前緣處的局部立體細節圖。
[0017]圖3是圖1中示出的凹槽狀葉頂的俯視圖。
[0018]圖4是渦輪葉片葉頂的在圖1中的截面線4-4處截取的截面圖。
[0019]圖5是圖4中圖示出的冷卻系統的示意圖。
[0020]圖6是凹槽狀葉頂的在圖4中的截面線6-6處截取的局部截面圖。
[0021]圖7是凹槽狀葉頂的另一實施例的在圖4中的截面線7-7處截取的局部截面圖。
[0022]圖8是凹槽狀葉頂的又一實施例的在圖4中的截面線8-8處截取的局部截面圖。
[0023]圖9是凹槽狀葉頂的再一實施例的在圖4中的截面線9-9處截取的局部截面圖。
【具體實施方式】
[0024]如圖1至圖9所示，公開了一種凹槽狀葉頂10，由從渦輪葉片18的由軸向延伸的葉頂壁30形成的葉頂16徑向向外延伸的徑向延伸的壓力側葉頂壁12和徑向延伸的吸入側葉頂壁14形成。徑向延伸的壓力和吸入側葉頂壁12、14可以被分別沿著渦輪葉片18的壓力側壁20和吸入側壁22定位。徑向延伸的壓力側葉頂壁12可以包括具有一個或多個膜冷卻孔26的倒角前緣24，膜冷卻孔26具有被定位在其中的排出出口 28。軸向延伸的葉頂壁30可以由形成了凹形軸向延伸的葉頂壁的在相交部36處被接合到一起的至少兩個外側線性表面32、34形成。軸向延伸的葉頂壁30可以包括形成了形成冷卻系統40的內腔38的軸向外端部的凸形內表面33。冷卻系統38可以包括在軸向延伸的葉頂壁30中的接近吸入側壁22的一個或多個膜冷卻孔42，這促進了在壓力和吸入側壁20、22處的增加的冷卻。
[0025]如圖1所示，渦輪葉片18可以由具有前緣46和后緣48的大體細長的翼型44形成。大體細長的翼型44可以包括在第一端部50處的葉頂16和在與第一端部50大體相反的第二端部54處被聯接至葉片44的用于支撐葉片44且用于將葉片44聯接至盤的根部52。內部冷卻系統40如圖4至圖9所示可以由被定位在大體細長的翼型44內的至少一個腔38形成。冷卻系統40可以如圖5所示地配置或者可以具有任何適當的配置以在工作的燃氣渦輪發動機中使用期間冷卻渦輪葉片18。渦輪葉片18及上面列出的其有關的部件可以由現有技術中已經知道的或者尚待發現或認定的任何適當的材料形成。
[0026]如圖1所示，渦輪葉片18也可以包括從前緣46延伸至后緣48的壓力側壁20和從前緣46延伸至后緣48且被定位在大體細長的翼型44的與壓力側壁20的相反側上的吸入側壁22以及形成內部冷卻系統40的腔38。
[0027]凹槽狀葉頂10可以被定位在第一端部50處并且可以由具有與壓力側壁20的外表面58齊平的外表面56的徑向延伸的壓力側葉頂壁12形成。徑向延伸的壓力側葉頂壁12和徑向延伸的吸入側葉頂壁14可以具有任何適當的高度和寬度。在至少一個實施例中，如圖6至圖9所示，徑向延伸的壓力側葉頂壁12或徑向延伸的吸入側葉頂壁14或者兩者可以具有在大約2:1與1:2之間的高度寬度比率，并且在至少一個實施例中，可以是大約1:1。凹槽狀葉頂10也可以包括具有與吸入側壁22的外表面62齊平的外表面60的徑向延伸的吸入側葉頂壁14。軸向延伸的葉頂壁30可以在壓力側葉頂壁12與吸入側葉頂壁14之間延伸。軸向延伸的葉頂壁30可以由形成凹形軸向延伸的葉頂壁30的在相交部36處被接合到一起的至少兩個外側線性表面32、34形成。形成了軸向延伸的葉頂壁30的兩個外側線性表面32、34被接合所在的相交部36可以被定位成從徑向延伸的壓力側葉頂壁12的內表面66與軸向延伸的葉頂壁30的外側第一表面68的相交部64徑向向內并且從徑向延伸的吸入側葉頂壁14的內表面72與軸向延伸的葉頂壁30的外側第二表面74的相交部70徑向向內。
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