渦輪發動機的旋轉部件的製作方法

2023-12-09 06:58:31 3

專利名稱：渦輪發動機的旋轉部件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種潤輪發動機的旋轉部件,確切地說,涉及一種具有鋸痕(saw cut)設計以提高耐久性的葉輪。
背景技術：
燃氣渦輪發動機中，將高能高溫流體提供給渦輪機，在渦輪機中，流體膨脹以產生機械能和電能。圍繞公共旋轉軸旋轉的各種旋轉部件可促進此流體膨脹。例如，旋轉部件包括圍繞旋轉軸旋轉的葉輪，所述葉輪的表面上具有葉輪輪葉。葉輪輪葉引導二次流從渦輪機外直徑流到渦輪機內直徑。然而，在渦輪機瞬態運作期間，葉輪輪葉處於使其受熱和冷卻均相對較快的暴露條件下。這會在葉輪上造成較高的熱梯度，從而導致在葉輪的內直徑處形成較高的熱應力(包括啟動期間受到的壓應力以及關機期間受到的張應力)。速度和燃氣負荷所造成的這些機械應力以及熱應力會在常見位置相互作用，而且會造成損壞，從而減少葉輪的疲勞壽命。

發明內容
根據本發明的一方面，提供一種渦輪發動機的旋轉部件，且所述旋轉部件包括具有獲得流體流供應的表面的輪；以及多片葉輪輪葉，其形成多個槽，所述流體流可沿著所述槽從輪表面的外直徑流到內直徑，所述多片葉輪輪葉中的至少一片輪葉包括徑向向內的輪葉表面，所述輪葉表面經成形以界定一個缺口部分。所述輪葉表面包括相對平坦的周向表面。所述周向表面包括第一表面、第二表面，以及位於所述第一表面與所述第二表面之間的肩狀表面，所述第一表面水平，且所述第二表面傾斜。與所述第一表面相比，所述第二表面更長且更接近所述輪表面；所述肩狀表面有角或彎曲。；所述缺口部分軸向接近於所述輪表面。根據本發明的另一方面，提供一種渦輪發動機的旋轉部件，且所述旋轉部件包括可圍繞旋轉軸旋轉的輪，其具有獲得流體流供應的表面；以及多片葉輪輪葉，其從輪表面軸向伸出，以在所述多片葉輪輪葉中的相鄰輪葉之間形成多個槽，所述流體流沿著所述槽從所述輪表面的外直徑流到內直徑，所述多片葉輪輪葉中的至少一片輪葉包括內直徑部分，在所述內直徑部分處，輪葉表面徑向向內，所述輪葉表面經成形經界定缺口部分。所述輪的中心區域處設有孔，且所述輪包括設置成圍繞所述孔的曲面。所述相應內直徑部分接近於所述孔，從而在所述相應輪葉表面與所述曲面之間形成彎曲接口。所述輪葉表面包括相對平坦的周向表面；所述周向表面包括第一表面、第二表面，以及位於所述第一表面與所述第二表面之間的肩狀表面。所述第一表面水平，且所述第二表面傾斜；與所述第一表面相比，所述第二表面更長且更接近所述輪表面；所述肩狀表面有角或彎曲。所述缺口部分軸向接近於所述輪表面。
根據本發明的又一方面，提供一種形成渦輪發動機的旋轉部件的方法，且所述方法包括製作具有獲得流體流供應的表面的輪；以及在輪表面上形成多個槽，二次流沿著所述槽從所述輪表面的外直徑流到內直徑；以及在多片葉輪輪葉中的至少一片輪葉的徑向
向內輪葉表面加工出缺口部分。所述加工步驟包括加工出接近於所述輪表面的所述缺口部分。通過以下說明並結合附圖可以更加清楚地了解到這些以及其他優點和特徵。


本說明書中的權利要求書詳細指出並明確主張了本發明。通過以下說明並結合附
圖可以清楚地了解本發明的上述及其他特徵和優點，其中圖I為渦輪發動機的葉輪的透視圖；圖2為圖I所示葉輪的徑向向內區域的放大透視圖；以及圖3為圖2所示的徑向向內區域的側視圖。
具體實施方式
部分參考附圖以實例的方式解釋本發明的各實施例及優點和特徵。兀件符號列表
參考標號部件參考標號部件 ~To 旋轉部件 n
~^2 前部分 13Il
~~14 後輪表面 15前輪表面
~T6 S 17W
~^0 葉輪輪葉 21輪葉表面
""22 相對短的軸部分 23相對長的軸部分
H 40缺口部分
~Tl 周向表面 42，43S 50 Wa 133
201 外直徑部分 202內直徑部分
410 第一表面 411第二表面 412 肩狀表面
具體實施例方式根據各方面，將施加給渦輪發動機的旋轉部件的熱應力和機械應力分開，因此所
述部件以及渦輪發動機的各種其他部件上的總應力顯著減少。這種應力減少是由獨特的設計提供的，這種設計可應用於新部件且可經過改進而應用於現有艦隊。參考圖1到圖3，提供渦輪發動機的旋轉部件10，且如圖I所示，旋轉部件10可為，例如，燃氣渦輪發動機的葉輪，但應理解，這僅是示例，而且可使用其他旋轉部件以達到類似效果。旋轉部件10包括輪11和前部分12，輪11和前部分12各自圍繞穿過孔13的公共旋轉軸旋轉。孔13設在旋轉部件10的徑向中心區域，且軸向穿過輪11和前部分12。輪11包括曲面133，其設置成圍繞孔13。輪11進一步包括後輪表面14，其從曲面133徑向向外延伸；前輪表面15,其與後輪表面14相對設置；以及輪緣16,其位於後輪表面14的徑向外直徑處。多片葉輪輪葉20從後輪表面14軸向伸出，且可沿周向圍繞後輪表面14排列。多片葉輪輪葉20的外直徑部分201從輪緣16徑向移置，從而在後輪表面14的徑向外直徑處形成腔17。多片葉輪輪葉20在所述多片葉輪輪葉20中的相鄰輪葉之間形成多個槽30，槽30從腔17延伸到後輪表面14徑向向內的直徑。根據各實施例，多片葉輪輪葉20中的每片輪葉均可具有實質上類似的幾何形狀，且可徑向向內盤旋。在渦輪機運作期間，包括渦輪機瞬態運作期間，流體朝腔17流動，且多個沿周向排列的槽30將此流體流從腔17引導到後輪表面14徑向向內的直徑。多片葉輪輪葉20中的每片輪葉均包括外直徑部分201 ;內直徑部分202，其可能比外直徑部分201窄；以及位於內直徑部分202處的輪葉表面21，其徑向向內設置。多片葉輪輪葉20中的至少一片輪葉的輪葉表面21可在相對短的軸部分22與相對長的軸部分23之間形成缺口部分40，這樣，缺口部分40軸向接近於後輪表面14。像這樣形成缺口部分40之後，多片葉輪輪葉20的熱響應和/或增長與旋轉部件10分離，從而減少應力以避免旋轉部件10受損。因此，可延長旋轉部件10的壽命。如圖2和圖3所示，每片葉輪輪葉20的相應內直徑部分202各自徑向接近於孔13和曲面133，從而在相應輪葉表面21與曲面133之間形成接口 50。根據各實施例，接口 50可具有與曲面133的曲率相對的曲率。如圖2和圖3進一步所示，形成有缺口部分40的多片葉輪輪葉20中的每片輪葉的相應輪葉表面21可包括周向表面41，其形成缺口部分40的外圍且在發散的側壁42與43之間延伸。周向表面41在周向上相對平坦，而且周向表面41的平面實質上與對應輪葉表面21的平面平行。根據各實施例，周向表面41中的每個表面均可包括第一表面410、第二表面411,以及位於第一表面410與第二表面411之間的肩狀表面412，從而形成相應的缺口部分40。第一表面410中的每個表面均可水平，而且第二表面411中的每個表面均可傾斜，從而使第二表面411比第一表面410接近後輪表面14且比第一表面410長。肩狀表面412可有角或可彎曲。根據各方面，上文所述的旋轉部件10可作為新部件，藉此，缺口部分40可澆鑄或加工至多片葉輪輪葉20中的至少一片輪葉中。或者，旋轉部件10可在改進、修理或整修操作中形成，藉此，缺口部分40可加工至多片葉輪輪葉20中的至少一片輪葉中。上述任一情況下進行的加工均可由各種工藝來完成，所述工藝包括，但不限於，電動式加工(EDM)、磨銑或磨蝕。儘管本說明書僅結合有限數目的實施例詳細介紹了本發明，但應易於理解的是，本發明並不局限於此類公開的實施例。事實上，本發明可經修改以涵蓋所有之前並未介紹、但與本發明的精神和範圍相符合的變化、更改、替換或等效配置。另外，儘管介紹了本發明 的各種實施例，但應理解的是，本發明的各個方面可以僅包括前述實施例中的一些實施例。因此，本發明不應被視為受前述說明書的限制，而僅受所附權利要求書範圍的限制。
權利要求
1.一種渦輪發動機的旋轉部件(10)，其包括具有獲得流體流供應的表面(14)的輪(11);以及多片葉輪輪葉(20)，其形成多個槽(30)，所述流體流沿著所述槽(30)從輪表面(14) 的外直徑流到內直徑，所述多片葉輪輪葉(20)中的至少一片輪葉包括經成形以界定缺口部分(40)的徑向向內輪葉表面(21)。
2.根據權利要求I所述的旋轉部件(10)，其特徵在於，所述輪葉表面(21)包括相對平坦的周向表面(41)。
3.根據權利要求2所述的旋轉部件(10)，其特徵在於，所述周向表面(41)包括第一表面(410)、第二表面(411)，以及位於所述第一表面與所述第二表面之間的肩狀表面(412)。
4.根據權利要求3所述的旋轉部件(10)，其特徵在於，所述第一表面(410)水平，且所述第二表面(411)傾斜。
5.根據權利要求3所述的旋轉部件(10)，其特徵在於，與所述第一表面(410)相比，所述第二表面(411)更長且更接近所述輪表面(14)。
6.根據權利要求3所述的旋轉部件(10)，其特徵在於，所述肩狀表面(412)有角或彎曲。
7.根據權利要求I所述的旋轉部件(10)，其特徵在於，所述缺口部分(40)軸向接近於所述輪表面(14)。
8.一種渦輪發動機的旋轉部件(10)，其包括可圍繞旋轉軸旋轉的輪(11)，所述輪(11)具有獲得流體流供應的表面(14);以及多片葉輪輪葉(20)，其從輪表面(14)軸向伸出，以在所述多片葉輪輪葉(20)中的相鄰輪葉之間形成多個槽(30)，所述流體流沿著所述槽(30)從所述輪表面(14)的外直徑流到內直徑，所述多片葉輪輪葉(20)中的至少一片輪葉包括內直徑部分(202)，在所述內直徑部分 (202)處，輪葉表面(21)徑向向內設置，所述輪葉表面(21)經成形以界定缺口部分(40)。
9.一種形成渦輪發動機的旋轉部件(10)的方法，其包括製作具有獲得流體流供應的表面(14)的輪(11);以及在輪表面(14)上形成多個槽(30)，二次流沿著所述槽(30)從所述輪表面(14)的外直徑流到內直徑；以及在多片葉輪輪葉中的至少一片輪葉的徑向向內輪葉表面(21)處加工出缺口部分 (40)。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述加工步驟包括加工出接近於所述輪表面(14)的所述缺口部分(40)。
全文摘要
本發明提供一種渦輪發動機的旋轉部件，所述旋轉部件包括具有獲得流體流供應的表面的輪；以及多片葉輪輪葉，所述輪葉形成多個槽，所述流體流沿著所述槽從輪表面的外直徑流到內直徑，所述多片葉輪輪葉中的至少一片輪葉包括經成形以界定一個缺口部分的徑向向內輪葉表面。
文檔編號F01D5/14GK102628375SQ20121002930
公開日2012年8月8日 申請日期2012年2月2日 優先權日2011年2月3日
發明者A·K·霍薩爾, P·K·馬萊亞, S·德瓦拉詹, Y·A·庫馬 申請人:通用電氣公司