專利名稱：防灰塵平臺葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)，尤其是涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)上的渦輪轉(zhuǎn)子葉片。
背景技術(shù)：
在燃?xì)廨啓C(jī)中，空氣由壓縮機(jī)壓縮并在燃燒室中與燃料混合以產(chǎn)生熱的燃燒氣體。能量從高壓渦輪(HPT)和低壓渦輪(LPT)內(nèi)各個渦輪機(jī)級中的氣體中釋放出來。
所述HPT包括一個或多個從支承轉(zhuǎn)子盤伸出的轉(zhuǎn)子葉片級，所述支承轉(zhuǎn)子盤驅(qū)動壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片。并且，所述LPT通常包括多個從相應(yīng)轉(zhuǎn)子盤伸出的葉片的轉(zhuǎn)子級，所述轉(zhuǎn)子盤在航空發(fā)動機(jī)應(yīng)用中用于驅(qū)動上游風(fēng)扇，或者在海洋工業(yè)應(yīng)用中用于驅(qū)動外部驅(qū)動軸。
航空發(fā)動機(jī)用于向飛往世界各地的飛行器供應(yīng)動力。所述發(fā)動機(jī)因而易于吸入灰塵和與吸入的空氣混在一起的其他污染物?；覊m為用于各種顆?；颦h(huán)境空氣中的外來物體污染物的通用術(shù)語，所述飛行器就是通過環(huán)境空氣進(jìn)行飛行的，并且所述灰塵對發(fā)動機(jī)的使用壽命是有害的。
例如，環(huán)境空氣可受到機(jī)動車輛和主要圍繞大城市的工業(yè)設(shè)備的污染，所述大城市通常還具有區(qū)域機(jī)場。寒冷地區(qū)的機(jī)場通常會在冬季使用化學(xué)除冰藥品以在起飛之前對飛行器進(jìn)行除冰。此外，火山噴發(fā)也會向大氣排放大量的污染物質(zhì)。
因此，世界上的大氣包含有各種污染物，這些污染物會有害地影響燃?xì)廨啓C(jī)的壽命。此處將術(shù)語灰塵用作用于各種形式的空氣中的外來物質(zhì)的通用術(shù)語，所述外來物質(zhì)會有害地影響發(fā)動機(jī)的壽命。通常，灰塵為如硫、鈉、鉀和鎂的外來物質(zhì)的精細(xì)顆粒形式，這些物質(zhì)通常會在世界的各條飛行器線路中發(fā)現(xiàn)。
由于灰塵與環(huán)境空氣一起被吸入并經(jīng)受熱燃燒過程，并且保持在來自壓縮機(jī)的通常用于冷卻熱發(fā)動機(jī)部件的空氣中，因而灰塵在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)會產(chǎn)生問題。
所述HPT經(jīng)受最熱的燃燒氣體因而具有多個冷卻回路，冷卻回路循環(huán)來自壓縮機(jī)的加壓冷卻空氣。所述冷卻回路包括小通道和典型的膜狀冷卻孔，加壓空氣必須穿過冷卻孔。
由于膜狀冷卻孔相對較小，因而工作期間灰塵對其的堵塞會大大的縮短部件的使用壽命。例如在典型的渦輪轉(zhuǎn)子葉片中，其上的尖端可包括相對大的灰塵逸出孔以為排出的不需要的灰塵提供便利的場所并使灰塵在中空葉片內(nèi)的聚積最小。
然而，經(jīng)過國內(nèi)外數(shù)年的成功商業(yè)化公開使用而獲得的使用典型燃?xì)廨啓C(jī)的最近經(jīng)驗已經(jīng)表明在渦輪葉片的平臺下會產(chǎn)生灰塵聚積的新問題。
渦輪轉(zhuǎn)子葉片通常包括從平臺徑向向外伸出的中空機(jī)翼，所述平臺限定了徑向的內(nèi)流道邊界。所述平臺又依次被連接到平的柄部，柄部終止于燕尾部以將葉片安裝在支承轉(zhuǎn)子盤的外圍上的相應(yīng)槽內(nèi)。
由于燃燒氣體在每一級或行內(nèi)的渦輪葉片之間的下游流動時將能量釋放出來，因此在葉片的頭后緣之間存在相應(yīng)的壓力降。加壓冷卻空氣從壓縮機(jī)泄出并被引向葉片從而穿過燕尾基部上的入口。葉片的柄部通常具有加壓凈化空氣以防止將燃燒氣體吸入其內(nèi)。
因此，含塵空氣不但被引導(dǎo)穿過各自的渦輪轉(zhuǎn)子葉片，而且被引向相應(yīng)平臺下方的葉片外部。因而易于在任意局部表面不連續(xù)處或由平臺下方渦輪葉片的各個部分形成的口袋處產(chǎn)生不需要的聚積。
例如，所述平臺在相應(yīng)的整流片處連接柄部，所述整流片是用于灰塵聚積的部位。所述平臺還在前后干擾反射翼密封件(angel wingseal)處連接柄部，干擾反射翼密封件限定灰塵可聚積在其內(nèi)的另外的拐角或整流片。并且，渦輪轉(zhuǎn)子葉片還包括位于相鄰葉片之間的相應(yīng)口袋內(nèi)的阻尼器，而且這些口袋還具有用于不需要的灰塵聚積的另外的部位。
此外，渦輪葉片從轉(zhuǎn)子盤徑向向外伸出并在工作期間易于遭受很大的離心力。所述離心力還施加在冷卻空氣中的灰塵顆粒上，所述離心力迫使這些顆粒進(jìn)入灰塵可聚積的停滯的整流片或拐角或口袋部分。
上述的最近經(jīng)驗表明不需要的灰塵的聚積可使構(gòu)成渦輪葉片的超級合金材料受到腐蝕，其還可在燃?xì)廨啓C(jī)的惡劣環(huán)境中縮短渦輪葉片的使用壽命。
因而需要一種具有防塵功能或具有耐腐蝕的平臺的渦輪轉(zhuǎn)子葉片以在整個使用期間使不需要的灰塵的聚積最小。

發(fā)明內(nèi)容
一種燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子葉片包括機(jī)翼、平臺、柄部和整體連在一起的燕尾部。灰塵逸出孔延伸穿過整流片附近的平臺，所述整流片橋接平臺和柄部以在工作期間將灰塵從其中排出去。


根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選和典型實施例，下面將結(jié)合附圖將對本發(fā)明及其目的和有點進(jìn)行詳盡的描述。
圖1為從支承渦輪轉(zhuǎn)子盤(未示出)徑向向外延伸出的一行兩個HPT級-兩個渦輪轉(zhuǎn)子葉片的局部剖視正視圖；圖2為圖1所示的一個平臺的后壓力側(cè)面的放大立體圖；圖3為平臺的前壓力側(cè)面的立體圖；圖4為平臺的前吸入側(cè)面的立體圖；圖5為平臺的后吸入側(cè)面的立體圖；圖6為另一實施例的平臺的壓力側(cè)面的立體圖；圖7為沿線7-7所剖的圖6所示的平臺的壓力側(cè)面內(nèi)的灰塵逸出孔的徑向剖視圖；圖8為圖6所示平臺的吸入側(cè)面的立體圖；圖9為沿線9-9所剖的圖8所示的一個灰塵逸出孔的徑向剖視圖；圖10為另一實施例的平臺的前壓力側(cè)面的立體圖；圖11為圖10所示的平臺后壓力側(cè)面的立體圖；圖12為另一實施例的類似于圖14的平臺的前吸入側(cè)面的立體圖；圖13為另一實施例的類似于圖5的圖12所示的平臺的后吸入側(cè)面的立體圖。
具體實施例方式
如圖1所示，其中示出了用于飛行器燃?xì)廨啓C(jī)的兩個周向相鄰的渦輪轉(zhuǎn)子葉片10。所述葉片在燃?xì)廨啓C(jī)的合適的級上全行排列。
在工作期間，熱的燃燒氣體12由上游燃燒器(未示出)產(chǎn)生并在葉片之間引導(dǎo)通過，葉片吸收燃燒氣體中能量。加壓冷卻空氣14從上游壓縮機(jī)(未示出)流出并被合適地引導(dǎo)流向每行葉片以便以常規(guī)的方式對其冷卻。
每一渦輪轉(zhuǎn)子葉片10依次包括機(jī)翼16、平臺18、柄部20和支承燕尾部22，支承燕尾部22被保持在支承轉(zhuǎn)子盤(未示出)的外圓周上的相應(yīng)燕尾槽內(nèi)。所述葉片由合適的超級合金制成的單一的或整體的鑄件或部件構(gòu)成。
當(dāng)被一起組裝到渦輪內(nèi)時，可將密封體24安裝在相鄰葉片的柄部之間以密封它們之間的空隙。每一密封體具有常規(guī)的結(jié)構(gòu)，包括與柄部的前表面結(jié)合的前端的平面徑向盤和被圍在相鄰柄部之間的軸向伸出的桿。
此外，細(xì)長的阻尼器26還可被設(shè)置在相應(yīng)的相鄰平臺之間的分隔線處以便以常規(guī)的結(jié)構(gòu)和方式提供葉片的摩擦阻尼。
除了下述的之外，每一渦輪葉片在發(fā)動機(jī)內(nèi)可具有常規(guī)的構(gòu)造和操作，并且例如包括中空的機(jī)翼，所述機(jī)翼具有普通的內(nèi)凹的壓力側(cè)面28以及周向相對的通常為凸起的吸收側(cè)面30，所述吸收側(cè)面具有弓形輪廓以在工作期間從燃燒氣體中吸收能量。
機(jī)翼的兩側(cè)面在從平臺的頂部的根部32到到徑向相對的遠(yuǎn)端34的跨度內(nèi)縱向或徑向延伸。所述兩個側(cè)面還在相對的頭尾兩邊緣36，38之間的弦上軸向延伸，所述頭尾兩邊緣36，38在從根部到尖端的機(jī)翼的整個徑向跨度上延伸。
圖1示出了典型實施例的平臺18，其呈薄弓形板狀并從機(jī)翼的兩個側(cè)面28，30周向向外或側(cè)向延伸并突出于柄部和燕尾部。整體結(jié)合到平臺上的是處于機(jī)翼前緣36上的前干擾反射翼密封件40，所述前緣沿著柄部的前表面徑向向內(nèi)延伸。
相應(yīng)的后干擾反射翼密封件42在后緣38處結(jié)合到平臺的另一端并沿著柄部的后表面徑向向內(nèi)延伸。
所述前后密封件40，42具有薄徑向板形式的常規(guī)結(jié)構(gòu)，其徑向向內(nèi)和側(cè)向向外延伸，并具有與相鄰的結(jié)構(gòu)(未示出)配合的整體軸向延伸的密封牙或凸緣以影響旋轉(zhuǎn)迷宮式密封。
圖2-5分別更為詳盡地示出了渦輪葉片的平臺區(qū)域，其中并沒有使用密封體和阻尼器，不然就會在組裝時看到它們。平臺18在輪廓上通常為矩形并覆蓋柄部20，平臺一般為平滑弓形部件，其提供從軸向?qū)ΨQ的燕尾部22到弓形的機(jī)翼16的結(jié)構(gòu)上的過渡，弓形的機(jī)翼16具有在頭、后緣之間的兩個曲度并在平臺頂上從根部到尖端扭曲。
最好參看圖2-5，矩形的平臺在柄部兩側(cè)懸于弓形柄部20之上并在整流片44的相應(yīng)凹角處連接到柄部20的頂部，整流片44外部地暴露在柄部上。這些整流片44沿著所述弦軸向延伸，并具有適宜的彎曲大半徑以在平臺和柄部之間提供平滑的過渡，并在受到當(dāng)渦輪葉片在工作中在支撐轉(zhuǎn)子盤的外圍旋轉(zhuǎn)時由渦輪葉片產(chǎn)生的大離心載荷時降低此處的應(yīng)力集中。
圖1所示的示例性平臺18在其前后端之間徑向向內(nèi)傾斜，并且在它們之間的相應(yīng)軸向分隔線處鄰接相鄰的平臺。阻尼器26設(shè)置在分隔線處并具有減振和密封平臺之間的分隔線的作用。
密封體24通常在底部附近具有小的入口孔，在工作期間，從壓縮機(jī)流出的加壓空氣14通過這些孔引導(dǎo)流動以清洗懸于平臺之上的相應(yīng)部分下面的相鄰葉片柄部之間的空腔。
如背景部分所述，在平臺下方引導(dǎo)流動的清洗空氣14可能含有不需要的灰塵46，這在圖2和3中進(jìn)行了放大顯示。灰塵46可具有上述的任意物質(zhì)組分，并且通常為包含工作期間從壓縮機(jī)接收的加壓空氣內(nèi)的粉末、小顆粒。
經(jīng)驗表明，灰塵46可在平臺18下方尤其是整流片44所在區(qū)域聚積，灰塵可被捕集灰塵的平臺束縛在這些區(qū)域上方。經(jīng)過一段時間，所述灰塵可聚積在整流片44、平臺和柄部的其他不連續(xù)或捕集區(qū)域內(nèi)，并會對葉片產(chǎn)生不利的腐蝕從而降低其使用壽命。
因此，相對較大的灰塵排放或逸出孔11可優(yōu)選穿過平臺18以鄰接平臺整流片44，并將灰塵46從中排出并降低或消除灰塵在整流片內(nèi)的聚積。一個或多個逸出孔可優(yōu)選設(shè)置在平臺與柄部之間的平滑輪廓內(nèi)的相應(yīng)的不連續(xù)區(qū)域處的滯留區(qū)域內(nèi)以將聚積在其內(nèi)的灰塵沖洗掉。
如上所述，由于灰塵46具有質(zhì)量，因此其在工作期間易于受到葉片旋轉(zhuǎn)期間所產(chǎn)生的離心力的影響，離心力將所述灰塵徑向向外驅(qū)使到滯留區(qū)域內(nèi)的平臺的下面，該區(qū)域通常與整流片過渡區(qū)關(guān)聯(lián)。
此外，燃燒氣體12以不同的氣體壓力分布在機(jī)翼的壓力和吸入側(cè)面流動，所述壓力分布通常在前緣附近具有較高的壓力而在后緣附近具有降低的壓力。流入平臺下方空腔內(nèi)的加壓清洗空氣14的壓力通常大于機(jī)翼后端處燃燒氣體的壓力，但是可能不大于機(jī)翼前端處燃燒氣體的壓力。
因此，灰塵逸出孔1優(yōu)選設(shè)置在灰塵易于聚積的任意區(qū)域內(nèi)的平臺整流片44附近，并具有將聚積在其內(nèi)的灰塵沖洗掉的適宜的驅(qū)動壓力。
如圖3所示，示例性的第一逸出孔1徑向延伸穿過平臺18，并具有暴露于與整流片44適宜接近的平臺的下方的入口。第一孔還具有暴露于平臺頂部的相對的出口，所述出口同機(jī)翼根部32側(cè)向間隔開并同前緣36的后方間隔開，這在圖2中很好的進(jìn)行了示出。
如圖2所示，機(jī)翼根部32在相對較小的整流片處結(jié)合平臺的頂部以維持壓力和吸入側(cè)面的理想的弓形輪廓。如圖3所示，平臺在很大的整流片44處結(jié)合柄部的頂部，該整流片以小的應(yīng)力集中使離心載荷穿過柄部到達(dá)燕尾部。
如圖1所示，典型的機(jī)翼16是中空的并具有內(nèi)冷卻回路48，所述回路48可具有任意常規(guī)結(jié)構(gòu)，如所示的六個徑向的通道。所述冷卻回路包括在燕尾部22的基部的三個入口，其接收來自壓縮機(jī)的加壓冷卻空氣。并且，所述機(jī)翼包括所示的幾行常規(guī)膜狀冷卻孔50，所述冷卻孔50延伸穿過與內(nèi)冷卻回路48流體連通的壓力側(cè)面28以在工作期間從中排出衰竭的冷卻空氣。
如圖1所示，典型的葉片用作第二級HPT葉片并且可具有任意常規(guī)的冷卻結(jié)構(gòu)和膜狀冷卻孔50的格局。
通常，膜狀冷卻孔(如圖1所示的孔50)相對較小并具有大約為13毫英寸(0.33mm)的直徑，并且通常傾斜穿過約為15度的小傾斜角度的壁以排出穿過薄膜內(nèi)的冷卻空氣，所述薄膜由此向下游延伸以產(chǎn)生空氣的熱絕緣層。
相比之下，逸出孔1并不用于產(chǎn)生冷卻效果，而是用于攜帶穿過其中的灰塵以降低堵塞孔的幾率。因此，所述逸出孔相對較大，并且具有很大的直徑，該直徑比通常的膜狀冷卻孔(如機(jī)翼上的孔50)直徑大。
例如，逸出孔1優(yōu)選為在其入口和出口之間的圓筒并具有約為30毫英寸(0.76mm)的直徑，該直徑為典型膜狀冷卻孔直徑的2至3倍。這一較大的直徑將會確?；覊m顆粒通過而不會產(chǎn)生不理想的堵塞，并且所述逸出孔可具有任意朝向或穿過平臺的傾向以具有攜帶灰塵的能力。
如圖1所示，機(jī)翼16具有常規(guī)的輪廓，該輪廓在前緣36的后方寬度或厚度增加到約為三分之一弦長的與前緣36間隔開的最大厚度A，并且在厚度上朝后緣38的方向降低。所示的第一逸出孔1在某一區(qū)域內(nèi)通機(jī)翼的最大厚度處的后方間隔以確保平臺下方的洗空氣14的壓力高于平臺外側(cè)燃燒氣體12的壓力，從而確保從平臺下方排出空氣和灰塵，而不會吸入穿過其內(nèi)的燃燒氣體。
如圖2-4所示，平臺18包括與緊鄰后密封件42的機(jī)翼的壓力側(cè)面28相對應(yīng)第一灰塵孔1，還包括也緊鄰后密封件42的與機(jī)翼的相對吸入側(cè)面30相對應(yīng)的第二灰塵逸出孔2。所述兩個逸出孔1，2可具有相同的直徑并且都相對較大以從平臺下方排出灰塵。并且，這兩個逸出孔1，2緊鄰或直接在相應(yīng)的平臺整流片44上，所述整流片44橋接平臺和柄部。
如圖2和3所示，平臺18還包括第三灰塵逸出孔3，該逸出孔設(shè)置于在根部32與平臺的分隔線邊緣之間側(cè)向間隔開的機(jī)翼的壓力側(cè)面28上的大約弦中點處。所述第三逸出孔3還緊鄰平臺整流片44以排出或移除聚積在該區(qū)域的灰塵。
除三個逸出孔1，2，3之外，平臺18在其整個表面上再沒有其他孔，所述三個逸出孔1，2，3可具有相同的大直徑以在工作期間排出灰塵而不使其堵塞。并且，這三個逸出孔位于機(jī)翼弦中點的尾部，此處的燃燒氣體的壓力低于弦中點前部的燃燒氣體的壓力。
如圖3和4所示，平臺18還在沿著柄部徑向延伸的相應(yīng)的整流片44處結(jié)合后密封件42的內(nèi)表面。所述后密封件42具有在整流片44內(nèi)的入口和在密封件的后表面內(nèi)的出口。圖2-4所示的后密封件42還包括多于兩個的灰塵逸出孔4，5，這兩個逸出孔與機(jī)翼的相對的壓力和吸入側(cè)面28，30相對應(yīng)。
圖3所示的第四逸出孔4具有整流片44內(nèi)的入口和密封件的后表面內(nèi)的出口。圖4所示的第五逸出孔5具有整流片44內(nèi)的入口和后密封件42的后表面上的出口。圖2所示的兩個逸出孔4，5的出口位于渦輪葉片相對低壓的區(qū)域，該區(qū)域處于后緣38的后部，以便確保有效地排出穿過其中地灰塵46。
與圖2-5所示的后密封件類似，前密封件40也結(jié)合沿著柄部20徑向延伸的相應(yīng)整流片44處的平臺18。前密封件40也可包括多于兩個的灰塵孔6，7，這兩個孔經(jīng)過特別設(shè)計，不同于逸出孔但是與入口供給或清掃孔相同以引導(dǎo)部分加壓冷卻空氣14流過所述孔6，7，從而清掃干凈灰塵聚積的相應(yīng)整流片44，并且還提供用于清掃穿過五個逸出孔1-5的灰塵的附加驅(qū)動力。
圖2和3所示的第六灰塵孔6與機(jī)翼的壓力側(cè)面28相符合并具有前密封件的前表面上的入口和平臺下方相對的整流片44內(nèi)的出口。第七灰塵孔7與機(jī)翼的吸入側(cè)面30相符合，如圖4和5所示，并具有前密封件的前表面上的入口和平臺下方的整流片44內(nèi)的出口。
所述兩個入口灰塵孔6，7優(yōu)選具有與所述五個逸出孔1-5相同的大直徑以在平臺下方提供充足的清洗空氣以便清掃干凈設(shè)置在其內(nèi)的整流片，以及促進(jìn)將灰塵從鄰接五個逸出孔1-5的整流片內(nèi)清掃走的清掃工作。
柄部20與平臺18以及相關(guān)的密封件40，42之間連接的復(fù)雜性還由于引入了阻尼器26而有所增加，如圖1所示。
圖2和3是示出了機(jī)翼的壓力側(cè)面和沿著軸向分隔線的平臺，平臺上的柄部20包括一對前、后凸緣52，54，所述凸緣52，54整體結(jié)合到各自的一個前后密封件40，42上并在弦的方向上相互間隔開，以及在平臺18的下方徑向向內(nèi)間隔以限定擱架口袋56。
所述口袋56專門用于寬松地容納軸向細(xì)長的阻尼器26，如圖1所示。兩個凸緣52，54中的每一個在結(jié)構(gòu)上是常規(guī)的并且包括貫通的矩形孔，通過該孔，阻尼器26的相應(yīng)腿被限制住以寬松地將阻尼器限制在所述口袋內(nèi)。
如圖2和3所示，所述兩個凸緣52，54類似地結(jié)合到所述柄部和密封件以及大的整流片44的另外一個上以在它們之間提供平滑的過渡。
如圖3所示，第四逸出孔4優(yōu)選設(shè)置在由此限定的三面拐角內(nèi)的后凸緣54下方的整流片內(nèi)。以這種方式，此處灰塵46的徑向向外的運(yùn)移被便利地從后凸緣下方的這個整流片上沖洗走從而通過第四逸出孔4排出。
因此，圖2所示的第六灰塵孔6軸向延伸穿過前密封件40到達(dá)保持在口袋56內(nèi)的阻尼器處的后凸緣52的后端部處的整流片。以這種方式，所述入口供應(yīng)的空氣將灰塵從平臺下方的該整流片上沖走并流入相應(yīng)的灰塵逸出孔。
圖2和3所示的前、后凸緣52，54優(yōu)選設(shè)置在機(jī)翼的壓力側(cè)面28上。因而在圖4和5所示的機(jī)翼的吸入側(cè)面30上，平臺18包括具有一對前、后表面拐角58，60的分隔線表面，所述拐角的尺寸適于配合下一相鄰葉片的阻尼器26，如圖5所示，以便影響它們的摩擦接觸，從而影響工作期間的摩擦振動。如上所述，阻尼器26及其支承結(jié)構(gòu)可具有任意常規(guī)的結(jié)構(gòu)。
在圖4和5中，第五逸出孔5設(shè)置在后表面拐角60下方的整流片內(nèi)以將聚積在其內(nèi)的灰塵沖洗掉。相應(yīng)地，圖5所示的第七入口灰塵孔7設(shè)置在前表面拐角58下方的整流片內(nèi)以將聚積在其內(nèi)的灰塵沖洗掉。在圖5中，灰塵孔7具有位于平臺下方的入口空氣，然而在圖4中，灰塵孔5具有壓縮空氣和灰塵的出口。
除具有七個灰塵孔1-7和協(xié)同的整流片之外，圖1-5中的渦輪轉(zhuǎn)子葉片還可具有其它常規(guī)的結(jié)構(gòu)。所述灰塵孔可優(yōu)選設(shè)置在前述灰塵聚積的區(qū)域內(nèi)平臺下方的相應(yīng)整流片內(nèi)，以便防止或降低改進(jìn)葉片內(nèi)的灰塵聚積。平臺的復(fù)雜結(jié)構(gòu)包括多個凸起或凸緣，所述凸起或凸緣用于阻止冷卻空氣和灰塵徑向向外的移動，并且如果沒有引入特定位置的灰塵孔1-7，其就會產(chǎn)生灰塵可聚積在其內(nèi)的滯留區(qū)域。
如上所述，所述灰塵孔自身可為相對簡單的圓筒狀結(jié)構(gòu)，并具有約為0.76mm的較大的直徑。并且，灰塵孔的數(shù)量受到限制以避免降低渦輪葉片的空氣動力學(xué)性能，所述渦輪葉片具有穿過壓力和吸入側(cè)面以及頭后緣之間的復(fù)雜的壓力分布。
除了最小數(shù)量的灰塵逸出孔之外，所述平臺則基本上沒有孔，所述灰塵逸出孔可包括在機(jī)翼的每一側(cè)或兩側(cè)的第一或第二逸出孔1，2，并且在與吸入側(cè)面的平臺相對的壓力側(cè)面的平臺的較大表面區(qū)域內(nèi)具有另外的第三逸出孔3。
圖2-5所示的圓筒狀灰塵孔在具有孔的各自表面上具有平圓形或橢圓形的入口和出口?；覊m孔的開口優(yōu)選直接位于相應(yīng)的整流片44內(nèi)，或者盡可能的靠近整流片以有效地從其上清除聚積的灰塵。
圖6-9示出了逸出孔的另一實施例。圖6與圖3相一致，其中示出了三個逸出孔1，2，3；并且圖8與圖4相一致，其中示出了兩個逸出孔2，5。
在這些附圖中，平臺18及其整體的密封件40，42包括與各自的整流片44鄰接的相應(yīng)的入口凹窩62。每一凹窩62對準(zhǔn)各自的一個逸出孔，所述逸出孔由此延伸并穿過平臺18的其余部分。
每一凹窩62的外形優(yōu)選為球形并具有用于各自逸出孔的軸對稱的凹入口，所述逸出孔可由此向外延伸為圓筒狀。
相應(yīng)的凹窩62可與五個逸出孔1-5中的任意一個或多個相關(guān)，并具有用于收集并捕獲附近區(qū)域的灰塵的局部喇叭口以更好的將灰塵從平臺的相應(yīng)區(qū)域清掃掉。由于平臺的下側(cè)是暴露的，因此復(fù)雜的球形凹窩62容易進(jìn)行生產(chǎn)，如利用相應(yīng)的成型放電加工(EDM)電極。可選擇地是，所述凹窩可在原始葉片內(nèi)初始鑄造，逸出孔1-5則可在之后利用常規(guī)的激光鉆在其上鉆出。
圖10和11是示出了與第三逸出孔3相關(guān)的凹窩的另一實施例，所述第三逸出孔3位于機(jī)翼的凹的壓力側(cè)面28上的機(jī)翼的弦中點區(qū)域。平臺的壓力側(cè)面與機(jī)翼的凹的壓力側(cè)面和柄部20的相應(yīng)的凹的壓力側(cè)面相一致，并且具有比平臺的吸入側(cè)面大的局部大表面區(qū)域。所述吸入側(cè)面適合機(jī)翼的凸出的吸入側(cè)面。
因此，一個大而細(xì)長的凹口或槽64可形成在平臺壓力側(cè)面的內(nèi)表面上并沿著鄰接的整流片44的大部分弦狀延伸。一個逸出孔(孔3)可位于所述槽的中心，因而消除了該區(qū)域內(nèi)的所有其它逸出孔，在相應(yīng)的圖6內(nèi)，該區(qū)域包括第一逸出孔1。
槽64的大小和面積可在平臺的壓力側(cè)面的可用空間內(nèi)最大并優(yōu)選沿著平臺整流片44弓形延伸以與該區(qū)域內(nèi)的柄部和機(jī)翼的凸出輪廓相適應(yīng)。所述槽還可沿著平臺的直邊緣或分隔線表面基本向外直線延伸。以這種方式，所述槽沿著機(jī)翼16與平臺18的壓力側(cè)面的可用表面區(qū)域相適應(yīng)。
與上述實施例中的凹窩類似，所述槽具有喇叭口，所述喇叭口在深度上增加到其中心的逸出孔3的深度以從平臺的下側(cè)收集并清除灰塵并排出所述逸出孔。平臺的其余部分和干擾反射翼可與相應(yīng)的逸出孔和上述的入口清掃孔具有相同的結(jié)構(gòu)。
圖3和圖4一般地示出了矩形平臺18整體結(jié)合到弓形機(jī)翼16和柄部20以及相應(yīng)的前后干擾反射翼密封件40，42上的復(fù)雜性。另外增加的復(fù)雜性是添加前后凸緣52，54，所述凸緣52，54限定了口袋56以固定阻尼器26，如圖1所示。并且，所述前后表面拐角58，60具有一平面，通過該平面。所述阻尼器可在摩擦配合以有效地降低振動激發(fā)力。
由于常規(guī)的渦輪葉片平臺缺少避免灰塵聚積的任意專門結(jié)構(gòu)，因此它們設(shè)計有工作期間灰塵可聚積在其內(nèi)的各種整流片和凸起物和滯留拐角。因此，上述的各種灰塵孔可優(yōu)選設(shè)置在易于灰塵聚積的相應(yīng)整流片內(nèi)或附近以降低或消除其內(nèi)的灰塵聚積。并且，灰塵聚積在其內(nèi)的整流片可經(jīng)過適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)以增加它們的曲率從而使灰塵去除通道成為流線型。
例如，上述的各種整流片44會使灰塵聚積在原始常規(guī)的渦輪葉片內(nèi)，其可被適當(dāng)改為大曲率半徑的整流片以使灰塵清除流道為流線型并具有徑向向外的斜坡或斜面以引導(dǎo)灰塵到達(dá)此處的逸出孔。
圖3示出了葉片壓力側(cè)面上的柄部底部的典型升高平臺或平凸臺66，其通常用于記錄序號。所述凸臺66可被消除掉(如圖10)以使柄部表面為流線型并且不僅僅消除了另外的灰塵聚積地點，而且促進(jìn)了灰塵進(jìn)入各種排出口的平滑流道。
圖4和5示出了用于配合阻尼器的兩個平面拐角58，60的典型結(jié)構(gòu)，其通常為矩形和三角形金屬塊并具有平的下表面。
圖12和13與這兩幅圖相符合并示出了流線型的并消除了一些灰塵聚積場所的平臺的另一實施例。所述前、后表面拐角58，60維持共面且平的外表面以配合阻尼器，但是在普通的大整流片或切口68內(nèi)兩個拐角的內(nèi)表面為兩個凹槽或凹口，所述切口在平臺的下方沿著葉片的跨度徑向向外延伸。兩個拐角處的各個切口68連接大軸向整流片44，該整流片使平臺的下側(cè)面彎向柄部20的頂部。
如圖12所示，第五逸出孔5位于后拐角60后的切口68內(nèi)并由切口和整流片44進(jìn)行供給以平滑地移除該區(qū)域的灰塵聚積。第二逸出孔2也位于鄰接的整流片44內(nèi)的這一切口68附近并提供用于后拐角60之后的灰塵的另一排出路線。
相應(yīng)地是，圖13所示的第七灰塵孔7為清掃空氣提供了入口，所述空氣直接供給到前拐角58之后的切口68以移除該區(qū)域的灰塵聚積。
前、后拐角58，60后的共用切口68提供了和平臺整流片44一致的流線型過渡并促進(jìn)了從平臺的吸入側(cè)面清除和消除灰塵。
上述的多個灰塵孔和相應(yīng)的整流片可單獨(dú)使用或者以各種組合使用，其中的空間使渦輪轉(zhuǎn)子葉片的平臺具有防灰塵的能力。所述防灰塵平臺因而在飛行器沿著具有灰塵污染的空氣路線飛行時降低或消除了其內(nèi)的灰塵聚積。當(dāng)處于具有最少灰塵的較為清潔的空氣的路線中時，流線型的平臺和柄部表面提高了平臺下方空氣的清洗效率，并且不會對預(yù)設(shè)的渦輪葉片的空氣動了學(xué)性能和沿著壓力和吸入側(cè)面的壓力分布產(chǎn)生不利的影響。
雖然這里已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選和典型的實施例，但是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)作出本發(fā)明的其它改進(jìn)對所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的，因此，需要由所述的權(quán)利要求書確保這些所有改進(jìn)落入本發(fā)明的實質(zhì)精神和范圍內(nèi)。
因此，由美國證書專利所確保的是由下述權(quán)利要求所限定和區(qū)別本發(fā)明。
部件列表1-5 灰塵逸出孔6&7 灰塵清掃孔10 轉(zhuǎn)子葉片12 燃燒氣體14 冷卻空氣16 機(jī)翼18 平臺20 柄部22 燕尾部24 密封體26 阻尼器28 壓力側(cè)面30 吸入側(cè)面32 根部34 尖端部
36前緣38后緣40前機(jī)翼密封件42后機(jī)翼密封件44整流片46灰塵48冷卻回路50膜狀冷卻孔52前凸緣54后凸緣56口袋58前表面拐角60后表面拐角62凹窩64槽66凸臺68切口
權(quán)利要求
1.一種渦輪轉(zhuǎn)子葉片(10)，其包括機(jī)翼(16)、平臺(18)、柄部(20)和整體結(jié)合在一起的燕尾部(22)，并具有延伸穿過相鄰于整流片(44)的所述平臺(18)的大灰塵逸出孔(1-3)，所述整流片(44)橋接所述平臺(18)和柄部(20)。
2.如權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于所述逸出孔(1-3)延伸穿過所述平臺(18)，所述逸出孔具有處于所述整流片(44)附近的平臺(18)下方的入口和處于所述平臺頂部且與根部(32)、所述機(jī)翼(16)的前緣(36)的后方側(cè)向間隔開的出口。
3.如權(quán)利要求2所述的葉片，其特征在于所述平臺(18)從所述機(jī)翼(16)的相對的壓力和吸入側(cè)面(28，30)側(cè)向延伸出，并在相應(yīng)的整流片(44)處整體結(jié)合到柄部(20)兩端的前、后密封件(40，42)上；以及所述后密封件(42)包括處于所述整流片(44)內(nèi)的灰塵逸出孔(4，5)。
4.如權(quán)利要求3所述的葉片，其特征在于所述平臺(18)包括鄰接所述整流片(44)的凹窩(62)，并且所述逸出孔(1-3)從所述凹窩(61)延伸穿過所述平臺(18)。
5.如權(quán)利要求4所述的葉片，其特征在于所述平臺(18)包括兩個灰塵選出孔(1，2)，這兩個灰塵逸出孔與所述后密封件(42)附近的機(jī)翼的相對的壓力和吸入側(cè)面(28，30)相對應(yīng)。
6.如權(quán)利要求5所述的葉片，其特征在于所述后密封件(42)包括與所述機(jī)翼(16)的相對的壓力和吸入側(cè)面(28，30)相對應(yīng)的兩個灰塵逸出孔(4，5)。
7.如權(quán)利要求6所述的葉片，其特征在于所述平臺(18)在相應(yīng)整流片(44)處結(jié)合所述前、后密封件(40，42)；以及所述前密封件(40)包括從中穿過并延伸到所述整流片(44)的入口清掃孔(6，7)，以引導(dǎo)加壓空氣(14)到達(dá)所述選出孔(1-5)。
8.如權(quán)利要求7所述的葉片，其特征在于所述前密封件(40)包括與所述機(jī)翼的相對的壓力和吸入側(cè)面(28，30)相應(yīng)的兩個入口清掃孔(6，7)。
9.如權(quán)利要求8所述的葉片，其特征在于所述柄部(20)包括一對前、后凸緣(52，54)，所述凸緣(52，54)結(jié)合到各自的一個前、后密封件(40，42)上并相互間隔開以及在平臺(18)的下方徑向向內(nèi)間隔以限定口袋(56)；所述口袋(56)容納在其內(nèi)的阻尼器(26)；以及所述后凸緣(54)包括其下方的灰塵選出孔(4)。
10.如權(quán)利要求9所述的葉片，其特征在于所述前、后凸緣(52，54)設(shè)置在所述柄部的所述壓力側(cè)面(28)上；所述平臺(18)還包括位于吸入側(cè)面(30)上的分隔線面，所述吸入側(cè)面具有一對前、后表面拐角(58，60)，所述拐角的尺寸適于配合下一相鄰葉片的阻尼器(26)以與它們摩擦接觸；所述拐角(58，60)為切口并在共用切口(68)內(nèi)向外延伸到所述平臺(18)；并且所述灰塵選出孔(5)延伸穿過所述共用切口(68)。
全文摘要
一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子葉片(10)包括機(jī)翼(16)、平臺(18)、柄部(20)和整體結(jié)合在一起的燕尾部(22)?；覊m逸出孔(1－3)延伸穿過相鄰于橋接所述平臺(18)和柄部(20)的整流片(44)的所述平臺(18)以在工作期間將灰塵從其中排出。
文檔編號F01D5/14GK1944959SQ20061014157
公開日2007年4月11日 申請日期2006年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月4日
發(fā)明者李經(jīng)邦, D·T·扎托斯基, B·A·諾頓, J·C·施寧 申請人:通用電氣公司