用於壓縮機的翼片形狀的製作方法

2023-12-09 07:15:56

專利名稱：用於壓縮機的翼片形狀的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於燃氣渦輪機轉子葉片的翼片。特別地，本發明涉及 用於壓縮機的不同級的壓縮機翼片型面。特別地，本發明涉及用於壓縮 機不同級的進口導向輪葉、轉子、或者定子的壓縮機翼片型面。
背景技術：
在燃氣渦輪機中，在燃氣渦輪機的流動路徑段的每個級應該滿足許 多系統要求以滿足設計目標。這些設計目標包括，但不限於，總體改善 的效率和翼片負荷能力。例如，且決不作為對本發明的限制，壓縮機定 子的葉片應該達到特定級的熱和機械方面的運行要求。此外，例如，且 決不作為對本發明的限制，壓縮機轉子的葉片應該達到特定級的熱和機 械方面的運4於要求。

發明內容
依照本發明的一個示範性的方面，製造製品具有大致依照表l中列
出的笛卡兒坐標值X、 Y和Z的標稱型面。其中X和Y為英寸距離，當 通過平滑連續弧線將它們連接時，其在每個英寸距離Z處限定翼片型面 段。在所述Z距離處的型面段彼此平滑地連接以形成完整的翼片形狀。
依照本發明的另 一示範性的方面，提供了 一種包括壓縮機輪的壓縮 機。該壓縮機輪具有多個製造製品。每個製造製品包括具有翼片形狀的 翼片。翼片包括大致依照表1中列出的笛卡兒坐標值X、 Y和Z的標稱 型面，其中X和Y為英寸距離，當通過平滑連續弧線將它們連接時， 其在每個英寸距離Z處限定翼片型面段。在所述Z距離處的型面段彼此 平滑地連接以形成完整的翼片形狀。
依照本發明的示範性的又一方面，提供了 一種包括具有多個製造制 品的壓縮機輪的壓縮機。每個製造製品包括具有大致依照表1中列出的 笛卡兒坐標值X、 Y和Z的未塗敷的標稱翼片型面的翼片，其中X和Y 為英寸距離，當通過平滑連續弧線將它們連接時，其在每個英寸距離Z 處限定翼片型面段。在所述Z距離處的型面段彼此平滑地連接以形成完
整的翼片形狀。


圖1為通過燃氣渦輪機的多級的壓縮機流動路徑的示意性示範圖且 示出了依照本發明的實施例的示範性翼片；
圖2和3分別為依照本發明的實施例的轉子葉片的透視示範圖，其 示出了轉子葉片翼片連同其平臺和大致或者接近軸向進入的榫接部連 接；
圖4和5為分別以從翼片的壓力側和吸力側的大致周向方向觀察的
圖2的轉子葉片和相關平臺及榫接部連接的側視圖6為大致沿圖5中的線6-6截取的轉子葉片翼片的截面圖7為依照本發明示範性的實施例的轉子葉片的透視圖，其上添加
了坐標系；和
圖8為依照本發明示範性的實施例的定子葉片的透視圖，其上添加 了坐標系。
具體實施例方式
現在參見附圖，圖1示出了包括多個壓縮機級的燃氣渦輪機壓縮機 2的軸向壓縮才幾流動路徑1。壓縮枳J及在圖中順序標"i己。壓縮機流動-各 徑可包括任何數量的轉子級和定子級，例如18。然而，轉子和定子級的 精確數量是工程設計的選擇。如本發明所實施的，能夠在燃燒室中提供 任何數量的轉子級和定子級。17個轉子級僅是一個示範性的渦輪機設 計。18個轉子級並不意味以任何方式限制本發明。
壓縮機轉子葉片將動能傳遞給空氣流且因此獲得流經壓縮機的所 希望的壓力上升。緊接在轉子翼片後面的是定子翼片級。轉子翼片和定 子翼片都使得空氣流轉向，(在各自的翼片參考系中)減緩空氣流速度， 且產生空氣流的靜壓力的上升。在本發明的其他所希望的方面中，翼片 的構造(連同其與周圍的翼片的相互作用)及其周向表面對於級空氣流 效率而言提供了改善的空氣力學、從級到級的平滑層流、減小的熱應 力、改善的級的相互關係以有效地使得從空氣流在級間流通、以及減小 的機械應力。典型地，多排轉子/定子級疊置在軸向流動壓縮機中以達到 希望的排出-進入的壓力比。轉子翼片和定子翼片能夠藉助合適的接附構
造從而固定到轉子輪或者定子殼體上，例如通常已知的"根部，，、"基
部，，或者"榫接部，，(參見圖2-5)。
壓縮機2的級在圖1中示範性地圖示。壓縮機2的級包括多個周向 間隔的安裝在轉子輪51上的轉子葉片22和多個周向間隔的接附到靜態 壓縮機殼體59上的定子葉片23。每個轉子輪接附到後驅動軸58上，其 連接到發動機的渦輪機段上。轉子葉片和定子葉片位於壓縮機的流動路 徑1中。如本發明實施的，流經壓縮機流動路徑1的空氣流的方向由箭 頭60所示(參見圖1)。壓縮機2的所述級僅作為本發明範圍內的壓縮 才幾2的級的示範。所示的和所述的壓縮才/L2的級並不意味以任何方式限 制本發明。
轉子葉片22安裝在形成後驅動軸58的一部分的轉子輪51上。如 圖2-6圖示的，每個轉子葉片22設置有平臺61和大致軸向或者接近軸 向進入的榫接部62,其用於與轉子輪51上的互補形狀的配合榫接部(未 示出的)連接。然而，如本發明實施的，軸向進入的榫接部可以設置有 翼片型面部分。如圖2-6中圖示的，每個轉子葉片22包括轉子葉片翼片 63。這樣，在翼片的總體形狀中從平臺61的中點處的翼片根部64到轉 子葉片末端65的任何截面處，每個轉子葉片22具有轉子葉片翼片型面 (airfoil profile ) 66 (參見圖6 )。
為了限定轉子葉片翼片的翼片形狀，提供了空間中獨特的點的集合 或者軌跡。該獨特的點的集合或者軌跡滿足級的要求，從而使得所述級 能夠製造。獨特的點軌跡也滿足希望的對於級效率和減小的熱和機械應 力的要求。點的軌跡藉助使壓縮機能夠以有效、安全和平穩的方式運行 的空氣動力負荷和機械負荷之間的迭代得到。
如本發明實施的，該軌跡限定轉子葉片翼片型面，且可包括相對於 發動機的旋轉軸線的點集合。例如，能夠提供點集合以限定轉子葉片翼 片型面。
在下表中給出的笛卡兒坐標系X、 Y和Z數值限定出轉子葉片翼片 在沿其長度的不同位置處的型面。如本發明實施的，發現該翼片能夠作 為第14級翼片轉子葉片得到應用。X、 Y和Z坐標的坐標值以英寸列出， 儘管當這些數值適當地轉換時可以使用其它的尺寸單位。這些值不包括 平臺的圓角區。笛卡兒坐標系具有正交相關的X、 Y和Z軸線。如用於 轉子的圖7和用於定子的圖8中圖示，X軸線平行於壓縮機葉片的榫接 部軸線，其與發動機中心線成一角度。正的x坐標值為軸向向後，例如
朝向壓縮機的排氣端。正的Y坐標值定向成垂直於榫接部軸線。正的Z 坐標值對於轉子葉片定向為徑向向外朝翼片的末端，該末端朝向壓縮機 的靜態殼體，且對於定子葉片定向為徑向向內朝向壓縮機的發動^L中心 線。
如圖5中圖示，僅用於參考目的，穿過沿疊置軸線的翼片和平臺的 交叉處建立點-0。在翼片的示範性的實施例中，點-0定義為參考段，其 中上表的Z坐標為0.000英寸，其為離開發動機或者轉子中心線的設定
的事先確定的距離。
通過在垂直於X、 Y平面的Z方向上的選定位置處定義X和Y坐 標值，能夠確定在沿翼片長度的每個Z距離處轉子葉片翼片的型面段， 例如但不限於圖6中的型面段66。通過用平滑連續弧線連接X和Y值， 能夠固定在每個距離Z處的每個型面段66。在距離Z之間的不同表面 位置的翼片型面通過平滑地彼此連接相鄰的型面段66來決定，從而形 成翼片型面。這些數值代表在周圍環境中的、未運行的、或者非熱條件 下的翼片型面並且用於未塗敷的翼片。
表格數值產生且顯示到3個小數位以便確定翼片的型面。存在典型
的製造公差以及塗層，這在實際翼片型面中需要考慮。因此，對於型面 給定的悽t值是對於標稱翼片(nominal airfoil)而言的。因此可以理解， +/-典型製造公差例如+/-值以及任何塗層厚度可添加到X和Y值中。因 此，在垂直於沿翼片型面的任何表面位置的方向上的大約+/-0.160英寸
的距離限定出用於轉子葉片翼片結構和壓縮機的翼片型麵包絡線。換句 話說，如本發明實施的，在垂直於沿翼片型面的任何表面位置的方向上 大約+/-0.160英寸的距離限定出在標稱的冷的或者室溫的實際翼片表面 上的測量點和在相同溫度下這些點的理想位置的變化範圍。如本發明實 施的，轉子葉片翼片結構對此變化範圍是穩定的，而不損害機械和空氣 動力功能。
下表1中給出的坐標值提供了用於示範性的第14級翼片轉子葉片 的標稱的型麵包絡線。
表l
X-Y-
LOCU)CLOC
1.6980.0530.016
1.6990細0.016
1.6990.0410.016
1.6970.0340.016
1.6910.0260.016
1.6790.020.016
1.6640.0140,016
1.6440細0.016
1.62 -0.0030.016
1.591-0.0140.016
1.557-0.0270.016
1.518-0.0420.016
1.472-0.060.016
1.42-0.080.016
1.362-0.1020.016
1.298-0.1250.016
1.227-0.150.016
1.152-0.1740.016
1.074-O駕0.016
0.993-0.2210.016
0.907-0.2430.016
0.819-0.2630.016
0.727-0.2820.016
0.631 -0.2980.016
0.536 -0.3120.016
0.44-0.3220,016
0.343-0.3290.016
0.246 -0.3320.016
0.149 -0.3320.016
0.051-0.3270.016
-0.047-0.3190.016
-0.145-0.3060.016
-0.241 -0.2890.016
-0.336 -0.2690.016
-0.43-0.2440.016
-0.52-0.2180.016
-0.607-0.1880.016
-0.689-0.1570.016
X-Y-Z-
IX)CLOCLOC
-0.768-0.1240.016
-0.842-0.0890.016
-0.912-0.0530.016
-0.978-0.0160.016
-1.040.0210.016
-1.0940.0580.016
-1.1420.0930.016
-1.1830.1260.016
-1.220.1590.016
-1.250.1890.016
-1.2710.2140.016
-1.2860.2360.016
-1.2940.2540馬
-1.2970.2680.016
-1.2960.2770.016
-1.2950.2820.016
-1.2940.2840.016
-1.2930.2850.016
-1.2930.2860,016
-1.2930.2870.016
-1.2920.2880.016
-1.2910.290.016
-1.2880.2940.016
-1.2820.2990.016
-1.270.3060.016
-1.2520.3110.016
-1.2280.3130.016
-1.1980.3120.016
-1.1580.3090.016
-1.1130.3040.016
-1.0650.2970.016
-1.010.2880.016
-0.9520.2780.016
-0.8860.2660.016
-0.8170.2530.016
-0.7460.2390.016
-0.6710.2260.016
-0.5940.2110.016
X- Y- Z-
IX)C LOC LOC
-0.513 0.197 0.016
-0.429 0.182 0.016
-0.343 0.168 0.016
-0.253 0.153 0.016
-0.163 0.138 0.016
-0.073 0.125 0.016
0.017 0.111 0.016
0.107 0.097 0.016
0.197 0.084 0.016
0.287 0.071 0.016
0.377 0.059 0.016
0.468 0.047 0.016
0.5S8 0.037 0.016
0.649 0.028 0.016 0.739 0.02 0.016
0.827 0.013 0.016
0.912 0.009 0.016
0.994 0.006 0.016
1.073 0.005 0.016
1.149 0.006 0.016
1.221 0.008 0.016
1.291 0.011 0.016
1.355 0.016 0.016
1.412 0.022 0.016
1.464 0.028 0.016
1.509 0.035 0.016
1.548 0.041 0.016
1.58 0.048 0.016
1.608 0.054 0.016 1.632 0.06 0.016
1.651 0.065 0.016
1.666 0.069 0.016 1.678 0.07 0.016
1.687 0.067 0.016
1.693 0億0.016
1.696 0.057 0.016
X-JLOCY-IX)CZ^OC X-LOCY-LOCZ^OC X丄OCY丄OCZ-LOC
1.724-0.0740.425-0.743-0.1180.425-0.4890.2050.425
1.724-0.0790.425-0.817-0.0850.425-0.4050.1910.425
1.723-0.0850.425-0.887-0.0510.425-0.3180.1770.425
1.72-0.0930.425-0.953-0.0160.425-0.2270.1610.425
1.713-0.0990.425-1.0150.020.425-0.1370.1460.425
1.7-0.1030.425-1.070.0550.425-0.0470.1310.425
1.684-0.1060.425-〗.1170掘0.4250.0430.1160.425
1.664-0.1110.425-1.1590.120.4250.1330.10.425
1.639-0.1170.425-1.1960.1510.4250.2230細0.425
1.609-0.1230.425-1.2270.180,4250.3120細0.425
1.575-0.1320.425-1.2490.2040.4250.4020.0520.425
1.534-0.1410.425-1.2640.2240.4250.4920.0370.425
1.488-0.1530.425-1.2730.2420.4250.5820.0210.425
1.435-0.1670.425-1.2750.2560.4250.6730.0070.425
1.375-0.1810.425-1.2750.2640.4250.763-0.0070.425
1.31-0.1970.425-1.2740.2690.4250.85-0.0190.425
1.238-0.2140.425-1.2730.2720.4250.935-0.030.425
1.162-0.2310.425-1.2730.2730.425.017-0.0390.425
1.084-0.2480.425-1.2720.2740.4251.095-0.0470.425
1.002-0.2640.425-1.2720.2740.4251.171-0.0540,425
0.916-0.2790.425-1.2720.2750.4251.244-0.0590.425
0.828-0.2930.425-1.270.2770.425.314-0.0630.425
0.736-0.3050.425-1.2680.2810.4251.378-0.0650.425
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0.546-0.3240.425-1.250.2940.4251.488-0.0670.425
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-0.665-0.150,425-0.570.2190.425K80 161.0- 6EZ/1
K8.0 S81.0-卜RI
寸so 6Z-I0- I￡Z/l
寸s.o ￡.0- nn
寸s.o s卜l.o- S69-I
寸￡80 a,I.O- 68S-I
寸￡8.0 IZ,I.O- SSI
寸so 891.0-寸osl
K8.0 2.0- §1
K8.0 so, S6￡.l
K8.0 l寸ro- §1
寸￡8.0 l￡l.o- 681.1
K8.0 zl.o- 寸Irl
寸￡80 ￡60,0- SS60
寸so〖900-寸8Z/0
寸￡8,0 ￡寸00- S690
寸so sso- S090
寸so z,oo,o- 91 SO
K8.0 210.0 9Z寸0
寸§ ISO /,§
K8.0 6寸0.0 z.寸ro
寸s.o 890.0 ssro
寸￡8.0 §0 890 0
寸￡80 ￡010 §0-
寸￡8,0 9￡l.o los.
寸s.o so 16s-
寸s,o 6910 sz,ro-
3s-ZOOTA3cn-x
寸￡8 0 661,0 j:寸s.o-
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寸so 8￡z,0 S9Z/0-
寸￡8 0 6寸ro z.so-
寸s,o 9Z0 S60-
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寸￡8.0 s.o 95-
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寸so 8i 8寸rr
寸s.o寸s 8寸rl.
寸￡8.0 9ZS
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K8.0 62 0 sl-
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K8.0 8K-.0 §1-
寸s,o WOO S60-
寸so so- ls,o-
寸s.o寸so.o- 5i-
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寸s.o sro- so.
寸s,o 81.0- s.o-
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寸so 9￡ro， 8ro-
K8.0 1920,
寸￡8.0 ￡8S-寸61.0-
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K80 l￡ro, 980,0
寸￡80 寸￡,0- 810
寸￡8,0 ￡ss- s寸o
K8 0 6寸￡0- IS90
寸s,o 寸寸ro- 9寸z/0
寸so ￡￡,0-
寸￡80 z￡,0- no, I
寸s,o I￡,o- ￡601
寸￡80 sz,ro- 2￡l
寸so S9S- 98￡.I
寸so 8sr9 S寸寸I
寸s.o sro- 66寸〖
寸￡8.0 z寸s- 9寸s-l
K8.0 99}- m.〖
寸so 寸s,o- 9Z,91
K8.0 〇.o- 969.1
寸￡8.0 90s- 8pl
寸so S6l,o- ts
M9IAL城 5IT 浮紹 X-LOCY-LOCZ^LOC X-LOCY-LOCZ-LOC X-LOCY-LOCZ-LOC
1.746-0.3061.244-0.676-0.1151.244-0.4320.151.244
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還可以理解的是，上表l中披露的示範性的翼片可以幾何地按比例 增加或者減小以便在其他類似壓縮機設計中使用。因此，表l中列出的 坐標值可以按比例增加或者減小，使得翼片型面形狀保持不變。表l中
坐標的比例縮放型式可以由表1中的X、 Y和Z坐標值乘以或者除以常 數來表示。
雖然在此描述了不同的實施例，但是從本說明書中可以理解的是， 本領域的技術人員可獲得在本發明的範圍內的不同元件的組合、改變或 者改進。
部件列表
軸向壓縮糹幾流動3各徑1
燃氣渦輪機壓縮機2
周向間隔的轉子葉片22
轉子輪51
周向間隔的定子葉片23 靜態的壓縮機殼體59 後驅動軸58 空氣流方向箭頭60 平臺61
軸向進入的榫4妾部62 轉子葉片翼片63 轉子葉片翼片型面66 翼片根部64 轉子葉片末端65 型面段6權利要求
1.一種製造製品，該物品具有大致依照表1中列出的笛卡兒坐標值X、Y和Z的標稱型面，其中X和Y為英寸距離，當通過平滑連續弧線將它們連接時，X和Y在每個英寸距離Z處限定翼片型面段，所述型面段在所述Z距離處彼此平滑地連接以形成完整的翼片形狀(22，23)。
2. 根據權利要求1所述的製造製品，其特徵在於，該物品包括翼 片(22, 23 )。
3. 根據權利要求2所述的製造製品，其特徵在於，所述物品形狀 位於沿垂直於任何物品表面位置的方向上土0.160英寸內的包絡線中。
4. 根據權利要求1所述的製造製品，其特徵在於，該物品包括轉 子(22 )。
5. —種包括具有多個製造製品的壓縮機輪的壓縮機，每個所述的 製造製品包括具有翼片形狀的翼片，所述翼片具有大致依照表l中列出 的笛卡兒坐標值X、 Y和Z的標稱型面，其中X和Y為英寸距離，當通 過平滑連續弧線將它們連接時，X和Y在每個英寸距離Z處限定翼片型 面段，所述型面段在所述Z距離處彼此平滑地連接以形成完整的翼片形 狀(22, 23 )。
6. 根據權利要求5所述的壓縮機，其特徵在於，該製造製品包括 轉子(22 )。
7. —種包括具有多個製造製品的壓縮機輪(51)的壓縮機(2)， 每個所述的製造製品包括具有大致依照表1中列出的笛卡兒坐標值X、 Y和Z的未塗敷的標稱翼片型面的翼片，其中X和Y為英寸距離，當 通過平滑連續弧線將它們連接時，X和Y在每個英寸距離Z處限定翼片 型面段，所述型面段在所述Z距離處彼此平滑地連接以形成完整的翼片 形狀(22, 23 ),所述X和Y距離可以作為相同常數或者數的函數按 比例縮放，以提供按比例增加或者按比例減小的轉子葉片翼片(22， 23)。
8. 根據權利要求7所述的壓縮機(2)，其特徵在於，該製造製品 包括轉子(22 )。
9. 根據權利要求7所述的壓縮機(2),其特徵在於，所述的翼片 形狀位於沿垂直於任何翼片表面位置的方向土0.160英寸內的包絡線中。
全文摘要
本發明涉及用於壓縮機的翼片形狀，其中提供了一種製造製品，其具有大致依照表1中列出的笛卡兒坐標值X、Y和Z的標稱型面。其中X和Y為英寸距離，當通過平滑連續弧線將它們連接時，X和Y在每個英寸距離Z處限定翼片型面段。在所述Z距離處的型面段彼此平滑地連接以形成完整的翼片形狀。
文檔編號F04D29/38GK101169128SQ20071018144
公開日2008年4月30日 申請日期2007年10月25日 優先權日2006年10月25日
發明者M·哈森, M·布洛姆 申請人:通用電氣公司