用於壓縮機的翼面形狀的製作方法

2023-12-09 07:16:56

專利名稱：：用於壓縮機的翼面形狀的製作方法
技術領域：
：本發明涉及用於燃氣渦輪轉子葉片的翼面。特別地，本發明涉及用於各級壓縮機的壓縮機翼面廓型。特別地，本發明涉及在各級壓縮機用於入口導向葉片、轉子或定子的壓縮機翼面廓型。
背景技術：
：在燃氣渦輪中，在各級燃氣渦輪流路部分許多系統要求應該得以滿足以達到設計目標。這些設計目標包括但不限於全面提高的效率和翼面負載量。例如(這決不是對本發明的限制)，壓縮機定子葉片對於特定的級應該實現熱和機械操作要求。進一步地，例如(這決不是對本發明的限制)，壓縮機轉子葉片對於特定的級應該實現熱和機械操作要求。
發明內容根據當前發明的一個示例性方面，一件製品具有與在表1中列出的笛卡兒坐標值X、Y和Z基本上一致的標稱廓型。其中X和Y是以英寸表示的距離，當通過平滑連續的弧連接時，其在每一個以英寸表示的距離Z處限定翼面廓型分段。在Z距離處的廓型分段相互平滑地接合以形成完整的翼面形狀。根據當前發明的另一個示例性方面，壓縮機包括壓縮機輪。壓縮機輪具有多件製品。每件製品包括具有翼面形狀的翼面。翼面包括與在表1中列出的笛卡兒坐標值X、Y和Z基本上一致的標稱廓型，其中X和Y是以英寸表示的距離，當通過平滑連續的弧連接時，其在每一個以英寸表示的距離Z處限定翼面廓型分段。在Z距離處的廓型分段相互平滑地接合以形成完整的翼面形狀。根據當前發明的另一個示例性方面，壓縮機包括具有多件製品的壓縮積4侖。每件製品包括翼面，其具有與在表1中列出的笛卡兒坐標值X、Y和Z基本上一致的無塗層的標稱翼面廓型，其中X和Y是以英寸表示的距離，當通過平滑連續的弧連接時，其在每一個以英寸表示的距離Z處限定翼面廓型分段。在Z距離處的廓型分段相互平滑的地接合以形成完整的翼面形狀。圖1是通過多級燃氣渦輪的壓縮機流路的示意性示例說明，並顯示了根據本發明實施例的示例的翼面；圖2和圖3分別是根據本發明實施例的轉子葉片的透視示例圖，該轉子葉片翼面顯示為與其平臺以及其基本上或靠近軸向入口的楔形榫接相連接。圖4和圖5是圖2中轉子葉片以及相關的平臺和楔形#4妾的側面正視圖，分別從翼面的壓力和吸力側面沿大致圓周方向進行觀察；圖6是在圖5中大致沿線6-6截取的轉子葉片翼面的截面圖7是根據本發明示例實施例的轉子葉片的透視圖，並有坐標系統疊加其上；以及圖8是根據本發明示例實施例的定子葉片的透視圖，並有坐標系統疊加其上。部件列表軸向壓縮才幾流3各1燃氣渦輪壓縮機2圓周間隔的轉子葉片22轉子輪51圓周間隔的定子葉片23靜態壓縮機殼體59尾部傳動軸58氣流方向箭頭60平臺61軸向入口楔形榫62轉子葉片翼面63轉子葉片翼面廓型66翼面一艮部64轉子葉片頂部65廓型分段6具體實施例方式現在參考附圖，圖1顯示了包括多個壓縮機級的燃氣渦輪壓縮機2的軸向壓縮機流路1。在該圖中壓縮機級是4姿順序編號的。壓縮機流路包括任意數目的轉子級和定子級，如18個。然而，轉子級和定子級的準確數目是工程設計的選擇。如本發明所說明，可以在燃燒室內提供任何數目的轉子級和定子級。17個轉子級僅僅是一種渦輪設計的示例。18個轉子級不是旨在以任何方式限制本發明。壓縮機轉子葉片將動能傳給氣流並因此在壓縮機內產生所想要的壓力上升。緊跟在轉子翼面之後的是一級定子翼面。轉子翼面和定子翼面都轉變氣流，減慢氣流速度(在各自的翼面參考系中)，並使氣流靜態壓力上升。翼面結構(連同其與周圍翼面的相互作用)包括其外圍表面提供了級氣流效率、增強的航空動力學、逐級平滑的層流、減少的熱應力、增強的級間的相互聯繫以逐級有效地通過氣流，和減少的機械應力，以及本發明其它所想要的方面。一般地，將多排轉子/定子級層疊在軸流壓縮機內以取得所想要的輸出壓力對輸入壓力的比率。可以將轉子和定子翼面通過合適的附加結構，通常所謂的"根部"、"底部"或"楔形榫"(見圖2-5)，固定到轉子輪或定子殼體上。圖1中示例顯示了壓縮機級2。該壓縮機級2包括安裝在轉子輪51上的多個圓周間隔的轉子葉片22和附接到靜態壓縮機殼體59上的多個圓周間隔的定子葉片23。將各轉子輪附接到尾部傳動軸58,其連接到發動機的渦輪部分。轉子葉片和定子葉片位於壓縮機流路1。如本發明所說明，通過壓縮機流路1的氣流方向由箭頭60(圖l)指出。此壓縮機級2僅是在本發明範圍內對該壓縮機級2的示例說明。所說明和描述的該壓縮機級2不是旨在以任何方式限制本發明。將轉子葉片22安裝在轉子輪51上，形成了尾部傳動軸58的一部分。如在圖2-6中所顯示的，各轉子葉片22帶有平臺61,和基本上或靠近軸向入口楔形榫62,用於與轉子輪51上的互補形配合楔形榫(未顯示)連接。然而，如本發明所說明，軸向入口楔形榫可帶有翼面廓型。各轉子葉片22包括如圖2-6所示的轉子葉片翼面63。因此，從平臺61中點的翼面根部64到轉子葉片頂部65的任意截面，各轉子葉片22具有大致為機翼形狀(圖6)的轉子葉片翼面廓型66。為了限定轉子葉片翼面的翼面形狀，在空間上提供了獨特的一組點或位置點。這個獨特的一組點或位置點滿足級的要求，所以可以製造級。這些獨特的位置點也滿足了級效率以及減少熱應力和機械應力所需的要求。這些獨特的位置點通過空氣動力學和機械負載之間的迭代達到，使得壓縮機能夠以有效、安全和平滑的方式運行。如本發明所說明的這些位置，限定了轉子葉片翼面廓型並且能夠包括相對於發動機旋轉軸線的一組點。例如，可以提供一組點以限定轉子葉片翼面廓型。下表中給出的笛卡兒坐標系的X、Y和Z值沿其長度在不同位置限定了轉子葉片的翼面廓型。如本發明所說明，翼面可以作為第五級翼面可調定子葉片應用。X、Y和Z坐標的坐標值以英寸表示，但這些值經過適當轉換後，可以使用其它尺寸單位表示。這些值不包括平臺的帶狀區域。笛卡兒坐標系具有垂直關係的X、Y和Z軸。X軸線平行於壓縮機葉片的楔形衝隼軸線，其相對發動機中心線成一角度，如圖7所示的轉子以及圖8的定子。X坐標正值是軸向朝尾部，例如壓縮機的排氣端。Y坐標正值垂直於楔形榫軸線。Z坐標正值徑向朝外指向翼面頂部，對於轉子葉片其朝向壓縮機的靜態殼體，且對於定子葉片其徑向向內指向壓縮機的發動機中心線。僅用作參考目的，如圖5所示，沿層疊軸線通過翼面和平臺的交叉點建立0點。在此翼面的示例實施例中，定義0點作為參考部分，在此，上表中的Z坐標位於0.000英寸，這是始自發動機或轉子中心線的預設距離。在垂直於X、Y平面的Z方向上，通過在選定位置限定X和Y坐標值，沿翼面長度在每一個Z距離處可以確定轉子葉片翼面的廓型分段，例如但不限於圖6中的廓型分段66。通過用平滑連續的弧連接X值和Y值，可以確定在每一個距離Z處的每一個廓型分段66。通過將相臨的廓型分段66相互平滑地連接，確定在距離Z之間的各種表面位置的翼面廓型，從而形成翼面廓型。這些值代表了在周圍非操作或非加熱條件下的翼面廓型並且是針對無塗層的翼面。生成表中的值並顯示到三個小數位用以確定翼面廓型。也存在一般製造公差和塗層，這在實際的翼面廓型中應該加以考慮。因此，給定的剖面值是用於標稱翼面。因此可以理解，可以將+/-—般製造公差，例如+/-值(包括任意塗層厚度)增加到X和Y值。因此，在垂直於沿翼面廓型的任何表面位置的方向上，大約+/-0.160英寸的距離限定了翼面廓型的包絡，用於轉子葉片翼面設計和壓縮機。換句話說，在垂直於沿翼面廓型的任何表面位置的方向上，大約+/-0.60英寸的距離限定了在測量點和這些點的理想位置之間的變化範圍，測量點是在標稱低溫或室內溫度下在實際翼面表面上的點，理想位置則是在相同的溫度下如本發明所i兌明的位置。如本發明所說明的轉子葉片翼面設計，對於這種變化範圍是穩健，不會損害機械和空氣動力學功能。下表1中給出的坐標值提供了標稱廓型包絡，用於示例的第五級翼面可調定子葉片。表ltableseeoriginaldocumentpage8tableseeoriginaldocumentpage9complextableseeoriginaldocumentpage10tableseeoriginaldocumentpage11tableseeoriginaldocumentpage12tableseeoriginaldocumentpage13tableseeoriginaldocumentpage14tableseeoriginaldocumentpage15tableseeoriginaldocumentpage16tableseeoriginaldocumentpage17tableseeoriginaldocumentpage18tableseeoriginaldocumentpage19表1也可以理解，在上表1中公開的示例翼面可以按比例增加或減少幾何尺寸以用於其它類似的壓縮機設計中。因此，在表1中列出的坐標值可以按比例增加或減少，使得翼面廓型形狀保持不變。在表1中坐標的變化尺度可以由表1的X、Y和Z坐標值乘以或除以常數來表示。儘管這裡描述了多個實施例，可以從說明書中理解到，本領域的技術人員可以在本發明的範圍之內進行各種元件組合、變更或改進。權利要求1.一件製品，所述製品具有與在表1中列出的笛卡兒坐標值X、Y和Z基本一致的標稱廓型，並且其中X和Y是以英寸表示的距離，當通過平滑連續的弧連接時，其在每一個用英寸表示的距離Z處限定翼面廓型分段，在所述Z距離處的廓型分段相互平滑地接合以形成完整的翼面形狀(22，23)。2.根據權利要求1所述的製品，其特徵在於所述製品包括翼面(22，23)。3.根據權利要求2所述的製品，其特徵在於所述製品形狀位於垂直於任意製品表面位置的方向上+/-0.160英寸內的包絡內。4.根據權利要求1所述的製品，其特徵在於所述製品包括轉子(22)。5.—種包括具有多件製品的壓縮機輪的壓縮機，所述的每件製品包括具有翼面形狀的翼面，所迷翼面具有與在表1中列出的笛卡兒坐標值X、Y和Z基本上一致的標稱廓型，其中X和Y是以英寸表示的距離，當通過平滑連續的弧連接時，其在每一個用英寸表示的距離Z處限定了翼面廓型分段，在所述Z距離處的所述廓型分段相互平滑地接合以形成完整的翼面形狀(22，23)。6.根據權利要求5所述的壓縮機，其特徵在於所述製品包括轉子(22)。7.—種包括具有多件製品的壓縮機輪(51)的壓縮機(2),所述的每件製品包括具有與在表l中列出的笛卡兒坐標值X、Y和Z值基本上一致的無塗層的標稱翼面廓型的翼面，其中X和Y是以英寸表示的距離，當通過平滑連續的弧連接時，其在每一個用英寸表示的距離Z處限定了翼面廓型分段，在所述Z距離處的所述廓型分段相互平滑地接合以形成完整的翼面形狀(22，23)，所述X和Y距離可以用相同常數或數目的函數來縮放以提供按比例增加或按比例減少的轉子葉片翼面(22，23)。8.根據權利要求7所述的壓縮機(2),其特徵在於所述製品包括轉子(22)。9.根據權利要求7所述的壓縮機(2)，其特徵在於所述翼面形狀位於垂直於任意翼面表面位置的方向上+/-0.160英寸之內的包絡內。全文摘要本發明提供了用於壓縮機的翼面形狀。具體而言，本發明提供了這樣的製品，其具有與在表1中列出的笛卡兒坐標值X、Y和Z基本一致的標稱廓型。其中X和Y是以英寸表示的距離，當通過平滑連續的弧連接時，其在每一個用英寸表示的距離Z處限定了翼面廓型分段。在Z距離處的廓型分段相互平滑地接合以形成完整的翼面形狀(22，23)。文檔編號F04D29/38GK101173678SQ20071016709公開日2008年5月7日申請日期2007年10月24日優先權日2006年10月25日發明者H·諾施,P·戴弗諾伊斯申請人:通用電氣公司