專利名稱：具有非均勻的葉片和靜葉間隔的旋轉機械的制作方法
技術領域：
本文所公開的主題涉及旋轉機械，并且更具體而言涉及具有圍繞相應的轉子或定子布置的葉片與靜葉的渦輪和壓縮機。
背景技術：
渦輪發(fā)動機從流體流獲取能量，并且將能量轉變成可用的功。例如，燃氣渦輪發(fā)動機使燃料-空氣混合物燃燒以便產(chǎn)生熱的燃燒氣體，該熱的燃燒氣體然后流過渦輪葉片以驅動轉子。令人遺憾的是，旋轉的渦輪葉片產(chǎn)生尾波和頭波，這些尾波和頭波可激勵燃氣渦輪發(fā)動機中的靜止結構。例如，尾波和頭波可引起熱燃燒氣體的通路中的靜止的靜葉、噴嘴、翼型件、轉子、其它葉片等的振動、過早磨損和損壞。此外，尾波和頭波的周期特性可造成燃氣渦輪發(fā)動機中的共振行為，從而在燃氣渦輪發(fā)動機中產(chǎn)生振幅越來越大的振蕩。

發(fā)明內容
下面概述了在范圍上與原始要求權利保護的發(fā)明相當?shù)哪承嵤├?。這些實施例不意圖限制要求權利保護的本發(fā)明的范圍，相反，這些實施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡要概述。實際上，本發(fā)明可包括與下文所述的實施例相似或不同的多種形式。在第一實施例中，一種系統(tǒng)包括具有定子和轉子的旋轉機械，轉子構造成用以相對于定子旋轉，其中，轉子具有多個葉片，該多個葉片繞轉子的圓周帶有非均勻的間隔。在第二實施例中，一種設備包括旋轉機械，該旋轉機械具有第一級以及第二級，第一級帶有多個構造成用以圍繞軸線旋轉的第一葉片，第二級帶有多個構造成用以圍繞軸線旋轉的第二葉片。該多個第二葉片沿軸線相對于該多個第一葉片偏置，并且該多個第一葉片或該多個第二葉片的其中至少一項繞軸線具有非均勻的葉片間隔。在第三實施例中，一種系統(tǒng)包括渦輪發(fā)動機，該渦輪發(fā)動機具有多個第一葉片和多個第二葉片，該多個第一葉片構造成用以圍繞第一軸線旋轉，該多個第二葉片構造成用以圍繞第二軸線旋轉，其中，該多個第一葉片或該多個第二葉片的其中至少一項具有非均勻的葉片間隔。


當參照附圖來閱讀下述詳細描述時，本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點將變得更容易理解，所有附圖中的相似標號表示相似的部件，在附圖中圖1為穿過縱軸線截取的圖1的燃氣渦輪發(fā)動機的一個實施例的截面圖；圖2為帶有非均勻間隔的葉片的轉子的一個實施例的正視圖；圖3為帶有非均勻間隔的葉片的轉子的一個實施例的正視圖；圖4為帶有非均勻間隔的葉片的轉子的一個實施例的正視圖；圖5為三個轉子的一個實施例的透視圖，其中每個轉子具有不同的非均勻間隔的葉片；
圖6為在葉片之間帶有不同大小的間隔物的轉子的一個實施例的正視圖的一部分；圖7為在葉片之間帶有不同大小的間隔物的轉子的一個實施例的頂視圖；圖8為在葉片之間帶有不同大小的間隔物的轉子的一個實施例的頂視圖；圖9為具有T形幾何形狀的葉片的一個實施例的正視圖；圖10為轉子的一個實施例的正視圖的一部分，其中葉片具有不同大小的基部；圖11為轉子的一個實施例的頂視圖，其中葉片具有不同大小的基部；圖12為轉子的一個實施例的頂視圖，其中葉片具有不同大小的基部；圖13為在靜葉的基部之間帶有不同大小的間隔物的定子的一個實施例的正視圖的一部分；圖14為帶有不同大小的靜葉基部的定子的一個實施例的正視圖的一部分。項目清單150燃氣渦輪發(fā)動機152壓縮機154 渦輪156進氣區(qū)段158燃燒器160排氣區(qū)段162壓縮機級164壓縮機葉片166壓縮機靜葉168燃料噴嘴170過渡件172渦輪級174 級176 級178 級180渦輪葉片182渦輪靜葉184相應的渦輪葉輪186旋轉軸200 轉子202 區(qū)段204 區(qū)段206中間線208 葉片210周向間隔212周向間隔220 轉子
222 區(qū)段224 區(qū)段226 區(qū)段228 區(qū)段230中間線232中間線234 葉片236周向間隔238周向間隔240周向間隔242周向間隔250 轉子252 區(qū)段254 區(qū)段256 區(qū)段258中間線洸0中間線洸2中間線264 葉片266周向間隔268周向間隔270周向間隔280 轉子282 轉子284 轉子286 葉片288上區(qū)段290上區(qū)段292上區(qū)段294下區(qū)段296下區(qū)段298下區(qū)段310 轉子312間隔物314 基部316 葉片318 尺寸320 尺寸322 尺寸
324間隔物326 基部328 Bf >t330成角度的對接部332 角度334 線340 轉子342間隔物344 基部346 葉片350對接部352彎曲部分3 彎曲部分360 葉片36IT形幾何形狀362基部部分364葉片部分366 凸緣368 凸緣370 頸部372 槽口374 槽口384 轉子386不同大小的基部388 葉片390 尺寸392 尺寸394 尺寸400 轉子402 基部404支撐葉片406成角度的對接部408 角度409 線410 轉子412 基部414支撐葉片416對接部418彎曲部分
420彎曲部分440 定子442間隔物444 基部446 靜葉448 尺寸450 尺寸452 尺寸460 定子462不同大小的基部464 靜葉466 尺寸468 尺寸470 尺寸
具體實施例方式下文將描述本發(fā)明的一個或多個特定實施例。為了提供這些實施例的簡要描述， 在說明書中可不描述實際實現(xiàn)方式的所有特征。應當認識到，在任何這些實際實現(xiàn)方式的開發(fā)中，如在任何工程或設計項目中那樣，必須作出許多實現(xiàn)方式特定的決定以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如遵循系統(tǒng)相關和商業(yè)相關的限制，這可從一個實施方式到另一個變化。 此外，應當認識到，這些開發(fā)工作可能很復雜且耗時，但對于受益于本公開的普通技術人員來說，仍是設計、生產(chǎn)和制造的常規(guī)任務。在介紹本發(fā)明的各種實施例的元件時，冠詞“一”、“一個”、“該”和“所述”意圖表示存在一個或多個元件。用語“包括”、“包含”和“具有”意圖為包括性的，并且意指可存在除了所列元件之外的額外元件。所公開的實施例針對旋轉機械(例如渦輪或壓縮機)中的非均勻間隔的葉片和/ 或靜葉，以便減少由旋轉的翼型件或結構形成的尾波和頭波。如下文所述，葉片和/或靜葉的非均勻間隔減小或消除尾波和頭波的周期特性，從而減小旋轉機械中的共振行為的可能性。換言之，葉片和/或靜葉的非均勻間隔可降低或消除尾波和頭波由于葉片和/或靜葉的周期性間隔造成振幅增大的能力，并且因此減小或消除尾波和頭波的周期性驅動力。作為替代，葉片和/或靜葉的非均勻間隔可抑制和減小流通路中的結構(例如靜葉、葉片、定子、轉子等)的響應，這是由于尾波和頭波的非周期性產(chǎn)生。在某些實施例中，葉片和/或靜葉的非均勻間隔可利用相鄰葉片和/或靜葉之間的不同大小的間隔物、相鄰葉片和/或靜葉的不同大小的基部或其任何組合來實現(xiàn)。葉片和/或靜葉的非均勻間隔可包括圍繞特定級(例如渦輪或壓縮機級)的圓周的葉片和/或靜葉的非均勻間隔、從一個級至另一級的葉片和/或靜葉的非均勻間隔，或其組合。非均勻的葉片和/或靜葉間隔有效地減小和抑制由葉片和/或靜葉產(chǎn)生的尾波和頭波，從而減小由這樣的尾波和頭波在靜止的翼型件或結構上造成振動、過早磨損和損壞的可能性。盡管下述實施例在燃氣渦輪的情形下描述，但應當理解的是，任何渦輪可使用非均勻的葉片和/或靜葉間隔來抑制和減小靜止部件中的共振行為。此外，本公開意圖覆蓋可移動除空氣外的流體(例如水、蒸汽等)的旋轉機械。所公開的旋轉葉片或靜止靜葉的非均勻間隔的實施例可用于任何合適的旋轉機器(例如渦輪、壓縮機和旋轉泵)中。然而，為了論述的目的，所公開的實施例在燃氣渦輪發(fā)動機的情形下提出。圖1為燃氣渦輪發(fā)動機150的一個實施例的截面?zhèn)纫晥D。如下文進一步描述的那樣，可在燃氣渦輪發(fā)動機150內使用非均勻間隔的旋轉葉片或靜止靜葉以便減少和/或抑制流體流中的尾波和頭波的周期性振蕩、振動和/或諧波行為。例如，非均勻間隔的旋轉葉片或靜止靜葉可用于燃氣渦輪發(fā)動機150的壓縮機152和渦輪154中。此外， 非均勻間隔的旋轉葉片或靜止靜葉可用于壓縮機152和渦輪154的單級或多級中，并且可從一個級到另一級變化。在所示的實施例中，燃氣渦輪發(fā)動機150包括進氣區(qū)段156、壓縮機152、一個或多個燃燒器158、渦輪154，以及排氣區(qū)段160。壓縮機152包括多個壓縮機級162 (例如1至 20級)，每個級具有多個旋轉的壓縮機葉片164以及靜止的壓縮機靜葉166。壓縮機152 構造成用以從進氣區(qū)段156吸入空氣，并且逐漸地增大級162中的空氣壓力。最后，燃氣渦輪發(fā)動機150將壓縮空氣從壓縮機152引導至一個或多個燃燒器158。各燃燒器158構造成用以將壓縮空氣與燃料相混合，使燃料空氣混合物燃燒，并且將熱的燃燒氣體朝渦輪154 弓丨導。因此，各燃燒器158包括一個或多個燃料噴嘴168以及通向渦輪154的過渡件170。 渦輪巧4包括多個渦輪級172(例如1至20級)，例如級174、176和178，每個級具有多個旋轉的渦輪葉片180以及靜止的噴嘴組件或渦輪靜葉182。渦輪葉片180又聯(lián)接到相應的渦輪葉輪184上，渦輪葉輪184聯(lián)接到旋轉軸186上。渦輪巧4構造成用以從燃燒器158 吸入熱的燃燒氣體，并且從熱的燃燒氣體逐漸獲取能量來驅動渦輪級172中的葉片180。當熱的燃燒氣體引起渦輪葉片180旋轉時，軸186旋轉以驅動壓縮機152和任何其它合適的負載，例如發(fā)電機。最后，燃氣渦輪發(fā)動機150通過排氣區(qū)段160擴散和排出燃燒氣體。如下文詳細描述那樣，非均勻間隔的旋轉葉片或靜止靜葉的多種實施例可用于壓縮機152和渦輪154，以便以減少非期望行為(例如共振和振動)的方式調節(jié)流體動態(tài)。例如，如參照圖2至圖14所述的那樣，壓縮機葉片164、壓縮機靜葉166、渦輪葉片180和/或渦輪靜葉182的非均勻間隔可選擇為用以減小、抑制或頻移燃氣渦輪發(fā)動機150中產(chǎn)生的尾波和頭波。在這些不同的實施例中，非均勻間隔的旋轉葉片或靜止靜葉特別地選擇為用以減小共振和振動的可能性，從而改善燃氣渦輪發(fā)動機150的性能并延長燃氣渦輪發(fā)動機 150的壽命。圖2為帶有非均勻間隔的葉片的轉子200的一個實施例的正視圖。在某些實施例中，轉子200可布置在渦輪、壓縮機或另一旋轉機械中。例如，轉子200可布置在燃氣渦輪、 蒸汽渦輪、水輪機或其任何組合中。此外，轉子200可用于旋轉機械的多個級中，每個級具有相同或不同布置的非均勻間隔的葉片。所示的轉子200具有非均勻間隔的葉片208，其可通過將轉子200經(jīng)由中間線206 分成兩個均等的區(qū)段202和204(例如各180度)來描述。在某些實施例中，各區(qū)段202和 204可具有不同數(shù)目的葉片208，從而產(chǎn)生非均勻的葉片間隔。例如，所示的上區(qū)段202具有三個葉片208，而所示的下區(qū)段204具有六個葉片208。因此，上區(qū)段202具有如下區(qū)段204 的一半那么多的葉片208。在其它實施例中，上區(qū)段202和下區(qū)段204可在葉片208的數(shù)目上差別為大約1至1. 005、1至1. 01、1至1. 02、1至1. 05或1至3。例如，上區(qū)段202的葉片208相對于下區(qū)段204的葉片208的百分比可在大約50%至99. 99%、75%至99. 99%, 95%至99. 99%，或97%至99. 99%的范圍之間。然而，上區(qū)段202與下區(qū)段204之間的葉片208的數(shù)目上的任何差異都可用于減少和抑制流通路中的結構上與葉片208的旋轉相關的尾波和頭波。此外，葉片208可在各區(qū)段202和204內均勻或非均勻地間隔。例如，在所示的實施例中，上區(qū)段202中的葉片208以第一周向間隔210(例如弧長)彼此均勻地間隔，而下區(qū)段204中的葉片208以第二周向間隔212(例如弧長)彼此均勻地間隔。盡管各區(qū)段202 和204具有均等的間隔，但周向間隔210不同于周向間隔212。在其它實施例中，周向間隔 210在上區(qū)段202中可從一個葉片208到另一葉片不同，和/或周向間隔212在下區(qū)段204 中可從一個葉片208到另一葉片不同。在這些實施例的每個實施例中，非均勻的葉片間隔構造成用以減小由于旋轉的翼型件或結構周期性地產(chǎn)生尾波和頭波而在靜止的翼型件和結構上引起共振的可能性。非均勻的葉片間隔可有效地抑制和減少尾波和頭波，這是由于它們通過非均勻的旋轉翼型件或結構的非周期性產(chǎn)生。這樣，非均勻的葉片間隔能夠減輕尾波和頭波在各種上游/下游構件(例如靜葉、葉片、噴嘴、定子、轉子、翼型件等)上的影響。圖3為帶有非均勻間隔的葉片的轉子220的一個實施例的正視圖。在某些實施例中，轉子220可布置在渦輪、壓縮機或另一旋轉機械中。例如，轉子220可布置在燃氣渦輪、 蒸汽渦輪、水輪機或其任何組合中。此外，轉子220可用于旋轉機械的多個級中，每個級具有相同或不同布置的非均勻間隔的葉片。所示的轉子220具有非均勻間隔的葉片234，其可通過將轉子220經(jīng)由中間線230 和232分成四個均等的區(qū)段222、224、2沈和228(例如各90度)來描述。在某些實施例中， 其中至少一個或多個區(qū)段222、224、2沈和2 相對于其它區(qū)段可具有不同數(shù)目的葉片234， 從而產(chǎn)生非均勻的葉片間隔。例如，區(qū)段222、224、2沈和2 可在相應區(qū)段中具有1種、2 種、3種或4種不同數(shù)目的葉片234。在所示的實施例中，各區(qū)段222、224、2 和2 具有不同數(shù)目的葉片234。區(qū)段222具有以周向距離236彼此等距間隔的3個葉片，區(qū)段224具有以周向距離238彼此等距間隔的6個葉片，區(qū)段2 具有以周向距離240彼此等距間隔的2個葉片，并且區(qū)段2 具有以周向距離242彼此等距間隔的5個葉片。在該實施例中， 區(qū)段2M和2 具有偶數(shù)個但不同數(shù)目的葉片234，而區(qū)段222和2 具有奇數(shù)個但不同數(shù)目的葉片234。在其它實施例中，假設至少一個區(qū)段相對于其余區(qū)段具有不同數(shù)目的葉片234，則區(qū)段222、224、2沈和2 可具有任何構造的偶數(shù)和奇數(shù)個葉片234。例如，區(qū)段 222、224、226和228可相對于彼此在葉片234的數(shù)目上差別為大約1至1. 005,1 M 1.01,1 至 1. 02、1 至 1. 05，或 1 至 3。此外，葉片234在各區(qū)段222、224、2沈和228內可均勻或非均勻地間隔。例如，在所示的實施例中，區(qū)段222中的葉片234以第一周向間隔236(例如弧長)彼此均勻地間隔， 區(qū)段224中的葉片234以第二周向間隔238(例如弧長)彼此均勻地間隔，區(qū)段226中的葉片234以第三周向間隔MO (例如弧長)彼此均勻地間隔，并且區(qū)段2 中的葉片234以第四周向間隔對2(例如弧長)彼此均勻地間隔。盡管各區(qū)段222、224、2沈和2 具有均等的間隔，但周向間隔236、238、240和242從一個區(qū)段到另一區(qū)段不同。在其它實施例中，周向間隔可在各單獨區(qū)段內變化。在這些實施例中的每個實施例中，非均勻的葉片間隔構造成用以減小由于尾波和頭波的周期性產(chǎn)生引起共振的可能性。此外，非均勻的葉片間隔可有效地抑制和減少由于旋轉的翼型件或結構的尾波和頭波引起的流通路中的結構的響應， 這是由于它們通過葉片234的非周期性產(chǎn)生。這樣，非均勻的葉片間隔能夠減輕尾波和頭波在各種上游/下游構件(例如靜葉、葉片、噴嘴、定子、轉子、翼型件等)上的影響。圖4為帶有非均勻間隔的葉片的轉子250的一個實施例的正視圖。在某些實施例中，轉子250可布置在渦輪、壓縮機或另一旋轉機械中。例如，轉子250可布置在燃氣渦輪、 蒸汽渦輪、水輪機或其任何組合中。此外，轉子250可用于旋轉機械的多個級中，每個級具有相同或不同布置的非均勻間隔的葉片。所示的轉子250具有非均勻間隔的葉片沈4，其可通過將轉子250經(jīng)由中間線 258、260和262分成三個均等的區(qū)段252、2M和256(例如各120度)來描述。在某些實施例中，其中至少一個或多個區(qū)段252、2M和256相對于其它區(qū)段可具有不同數(shù)目的葉片沈4，從而產(chǎn)生非均勻的葉片間隔。例如，區(qū)段252、2M和256在相應區(qū)段中可具有2種或 3種不同數(shù)目的葉片沈4。在所示的實施例中，各區(qū)段252、2M和256具有不同數(shù)目的葉片沈4。區(qū)段252具有以周向距離266彼此等距間隔的3個葉片，區(qū)段254具有以周向距離268彼此等距間隔的6個葉片，并且區(qū)段256具有以周向距離270彼此等距間隔的5個葉片。在該實施例中，區(qū)段252和256具有奇數(shù)個但不同數(shù)目的葉片沈4，而區(qū)段2M具有偶數(shù)個葉片264。在其它實施例中，假設至少一個區(qū)段相對于其余區(qū)段具有不同數(shù)目的葉片 264,則區(qū)段252、2M和256可具有任何構造的偶數(shù)和奇數(shù)個葉片沈4。例如，區(qū)段252、254 和256可相對于彼此在葉片沈4的數(shù)目上差別為大約1至1. 005、1至1. 01、1至1. 02、1至 1. 05，或 1 至 3。此外，葉片264可在各區(qū)段252、2M和256內均勻或非均勻地間隔。例如，在所示的實施例中，區(qū)段252中的葉片264以第一周向間隔沈6(例如弧長)彼此均勻地間隔，區(qū)段 254中的葉片沈4以第二周向間隔沈8(例如弧長)彼此均勻地間隔，并且區(qū)段256中的葉片沈4以第三周向間隔270(例如弧長)彼此均勻地間隔。盡管各區(qū)段252、2M和256具有均等的間隔，但周向間隔266、268和270從一個區(qū)段到另一區(qū)段不同。在其它實施例中，周向間隔可在各單獨區(qū)段內變化。在這些實施例中的每個實施例中，非均勻的葉片間隔構造成用以減小由于尾波和頭波的周期性產(chǎn)生引起共振的可能性。此外，非均勻的葉片間隔可有效地抑制和減少由于旋轉的翼型件或結構的尾波和頭波引起的流通路中的結構的響應， 這是由于它們通過葉片264的非周期性產(chǎn)生。這樣，非均勻的葉片間隔能夠減輕尾波和頭波在各種上游/下游構件(例如靜葉、葉片、噴嘴、定子、轉子、翼型件等)上的影響。圖5為三個轉子觀0、282和觀4的一個實施例的透視圖，其中每個轉子具有不同的非均勻間隔的葉片觀6。例如，所示的轉子觀0、282和284可對應于如圖1中所示的壓縮機152或渦輪154的三個級。如圖所示，各轉子觀0、282和284在相應的上區(qū)段觀8、四0 和四2以及相應的下區(qū)段四4、296和298之間具有非均勻間隔的葉片觀6。例如，轉子觀0 包括上區(qū)段288中的三個葉片觀6以及下區(qū)段294中的五個葉片觀6，轉子282包括上區(qū)段 290中的四個葉片觀6以及下區(qū)段四6中的六個葉片觀6，并且轉子284包括上區(qū)段四2中的五個葉片觀6以及下區(qū)段四8中的七個葉片觀6。因此，上區(qū)段觀0、282和284相對于各相應轉子觀0、282和觀4中的下區(qū)段四4、296和298具有更大數(shù)目的葉片觀6。在所示的實施例中，葉片觀6的數(shù)目從一個上區(qū)段到另一上區(qū)段增加一個葉片觀6，同時還從一個下區(qū)段到另一下區(qū)段增加一個葉片觀6。在其它實施例中，上區(qū)段和下區(qū)段在各單獨的轉子內和/或從一個轉子到另一轉子可在葉片觀6的數(shù)目上差別為大約1至1. 005、1至1. 01、 1至1. 02、1至1. 05，或1至3。此外，葉片286可在各區(qū)段288、290、292、294、296和298內均勻或非均勻地間隔。在這些實施例中的每個實施例中，非均勻的葉片間隔構造成用以減小由于尾波和頭波的周期性產(chǎn)生引起共振的可能性。此外，非均勻的葉片間隔可有效地抑制和減少由于旋轉的翼型件或結構的尾波和頭波引起的流通路中的結構的響應，這是由于它們通過葉片 286的非周期性產(chǎn)生。這樣，非均勻的葉片間隔能夠減輕尾波和頭波在各種上游/下游構件 (例如靜葉、葉片、噴嘴、定子、轉子、翼型件等)上的沖擊。在圖5的實施例中，非均勻的葉片間隔設置在各單獨的轉子觀0、282和觀4內，并且還從一個轉子到另一轉子(例如一級到另一級)設置。因此，從一個轉子到另一轉子的非均勻性可進一步減小由于旋轉機械中的尾波和頭波的周期性產(chǎn)生引起共振的可能性。圖6為在葉片316的基部314之間帶有不同大小的間隔物312的轉子310的一個實施例的正視圖的區(qū)段。具體而言，不同大小的間隔物312使得能夠實現(xiàn)帶有相同大小的基部314和/或葉片316的多種非均勻葉片間隔的構造，從而降低葉片316的生產(chǎn)成本。盡管任何數(shù)目和大小的間隔物312可用于提供非均勻的葉片間隔，但為了論述的目的，所示的實施例包括三種不同大小的間隔物312。所示的間隔物312包括標為“S”的小間隔物、 標為“M”的中等間隔物，以及標為“L”的大間隔物。間隔物312的大小可沿周向方向變化， 如對于小間隔物由尺寸318所示的那樣，對于中等間隔物由尺寸320所示的那樣，以及對于大間隔物由尺寸322所示的那樣。在某些實施例中，多個間隔物312可布置在相鄰的基部 314之間，其中，間隔物312具有相同或不同的大小。換言之，不同大小的間隔物312可為使用多個較小的間隔物來產(chǎn)生較大間隔的單件式構造或多件式構造。在任一實施例中，尺寸 318,320和322可逐漸地增加大約至1000%、5%至500%，或10%至100%的百分比。 在其它實施例中，轉子310可包括更多或更少的不同大小的間隔物312，例如2個至100個、 2個至50個、2個至25個，或2個至10個。該不同大小的間隔物312 (例如S、M和L)還可設置為多種重復樣式，或者它們可設置為任意順序。圖7為在葉片328的基部3 之間帶有不同大小的間隔物324的轉子322的一個實施例的頂視圖。類似于圖6的實施例，不同大小的間隔物3M使得能夠實現(xiàn)帶有相同大小的基部3 和/或葉片328的多種非均勻葉片間隔的構造，從而降低葉片3 的生產(chǎn)成本。盡管任何數(shù)目和大小的間隔物3M可用于提供非均勻的葉片間隔，但為了論述的目的， 所示的實施例包括三種不同大小的間隔物324。所示的間隔物3M包括標為“S”的小間隔物、標為“M”的中等間隔物，以及標為“L”的大間隔物。如上文參照圖5所述的那樣，間隔物324的大小可沿周向方向變化。該不同大小的間隔物324(例如S、M和L)還可設置為多種重復樣式，或者它們可設置為任意順序。在所示的實施例中，間隔物3 在成角度的對接部330處與葉片328的基部326 對接。例如，如由線334所示的那樣，成角度的對接部330相對于轉子322的旋轉軸線以角度332定向。角度332范圍可在大約0度至60度、5度至45度，或10度至30度之間。所示的成角度的對接部330為直邊緣或平面。然而，對接部330的其它實施例可具有非平直的幾何形狀。
圖8為在葉片346的基部344之間帶有不同大小的間隔物342的轉子340的一個實施例的頂視圖。類似于圖6和圖8的實施例，不同大小的間隔物342使得能夠實現(xiàn)帶有相同大小的基部344和/或葉片346的多種非均勻葉片間隔的構造，從而降低葉片346的生產(chǎn)成本。盡管任何數(shù)目和大小的間隔物342可用于提供非均勻的葉片間隔，但為了論述的目的，所示的實施例包括三種不同大小的間隔物342。所示的間隔物342包括標為“S” 的小間隔物、標為“M”的中等間隔物，以及標為“L”的大間隔物。如上文參照圖6所述的那樣，間隔物；342的大小可沿周向方向變化。該不同大小的間隔物342(例如S、M和L)還可設置為多種重復樣式，或者它們可設置為任意順序。在所示的實施例中，間隔物342在非平直的對接部350處與葉片346的基部344 對接。例如，對接部350可包括第一彎曲部分352和第二彎曲部分354(其可彼此相同或不同)。然而，對接部350還可具有其它非平直的幾何形狀，例如不同角度的多個平直段、一個或多個突起、一個或多個凹部，或它們的組合。如圖所示，第一彎曲部分352和第二彎曲部分3M沿彼此相反的方向彎曲。然而，彎曲部分352和3M可限定任何其它彎曲的幾何形狀。圖9為根據(jù)所公開的實施例的具有T形幾何形狀361的葉片360(其可以非均勻的葉片間隔設置)的一個實施例的正視圖。所示的葉片360包括可彼此整合(例如整體) 的基部部分362和葉片部分364?；坎糠?62包括第一凸緣366、與第一凸緣366偏置的第二凸緣368、延伸于凸緣366和凸緣368之間的頸部370，以及布置在凸緣366與368之間的相對的槽口 372和374。在組裝期間，凸緣366和368以及槽口 372和374構造成用以圍繞轉子同周向軌道結構互鎖。換言之，凸緣366和368以及槽口 372和374構造成用以沿著轉子沿周向滑動到適當位置，從而在軸向方向和徑向方向上靜止葉片360。在圖6至圖8的實施例中，這些葉片360可通過具有相似基部部分的多個不同大小的間隔物在周向方向上間隔開，從而提供葉片360的非均勻葉片間隔。圖10為轉子384的一個實施例的正視圖的區(qū)段，該轉子384帶有不同大小的基部386的葉片388。具體而言，不同大小的基部386使得能夠在帶有或不帶有間隔物的情況下實現(xiàn)多種非均勻葉片間隔的構造。如果間隔物結合不同大小的基部386使用，則間隔物可為相同的大小或不同的大小，以便在非均勻葉片間隔中提供更大的靈活性。盡管任何數(shù)目的不同大小的基部386可用于提供非均勻的葉片間隔，但為了論述的目的，所示的實施例包括三種不同大小的基部386。所示的基部386包括標為“S”的小基部、標為“M”的中等基部，以及標為“L”的大基部?；?86的大小可沿周向方向變化，如對于小基部由尺寸390所示的那樣，對于中等基部由尺寸392所示的那樣，以及對于大基部由尺寸394所示的那樣。例如，這些尺寸390、392和394可逐漸地增加大約至1000%、5%至500%，或者10%至100%的百分比。在其它實施例中，轉子384可包括更多或更少的不同大小的基部386，例如2個至100個、2個至50個、2個至25個，或2個至10個。該不同大小的基部 386 (例如S、M和L)還可設置為多種重復樣式，或者它們可設置為任意順序。圖11為帶有不同大小的葉片基部402 (其支撐葉片404)的轉子400的一個實施例的頂視圖。類似于圖10的實施例，不同大小的基部402使得能夠在帶有或不帶有間隔物的情況下實現(xiàn)多種非均勻葉片間隔的構造。盡管任何數(shù)目和大小的基部402可用于提供非均勻的葉片間隔，但為了論述目的，所示的實施例包括三種不同大小的基部402。所示的基部402包括標為“S”的小基部、標為“M”的中等基部，以及標為“L”的大基部。如上文參照圖10所述的那樣，基部402的大小可沿周向方向變化。該不同大小的基部402(例如S、M 和L)還可設置為多種重復樣式，或它們可設置為任意順序。在所示的實施例中，基部402在成角度的對接部406處彼此對接。例如，如由線 409所示的那樣，該成角度的對接部406相對于轉子400的旋轉軸線以角度408定向。角度 408可在大約0度至60度、5度至45度，或10度至30度之間的范圍。所示的成角度的對接部406為直邊緣或平面。然而，對接部406的其它實施例可具有非平直的幾何形狀。圖12為帶有不同大小的葉片基部412(其支撐葉片414)的轉子410的一個實施例的頂視圖。類似于圖10和圖12的實施例，不同大小的基部412使得能夠在帶有或不帶有間隔物的情況下實現(xiàn)多種非均勻葉片間隔的構造。盡管任何數(shù)目和大小的基部412可用于提供非均勻的葉片間隔，但為了論述的目的，所示的實施例包括三種不同大小的基部412。所示的基部412包括標為“S”的小基部、標為“M”的中等基部，以及標為“L”的大基部。如上文參照圖10所述的那樣，基部412的大小可沿周向方向變化。該不同大小的基部412(例如S、M和L)還可設置為多種重復樣式，或者它們可設置為任意順序。在所示的實施例中，基部412在非平直的對接部416處彼此對接。例如，對接部416 可包括第一彎曲部分418和第二彎曲部分420(其可彼此相同或不同)。然而，對接部416 還可具有其它非平直的幾何形狀，例如不同角度的多個平直段、一個或多個突起、一個或多個凹部，或它們的組合。如圖所示，第一彎曲部分418和第二彎曲部分420沿彼此相反的方向彎曲。然而，彎曲部分418和420可限定任何其它彎曲的幾何形狀。盡管上述論述集中在轉子上，但該原理同樣適用于定子。圖13為在靜葉446的基部444之間帶有不同大小的間隔物442的定子440的一個實施例的正視圖的區(qū)段。具體而言，不同大小的間隔物442使得能夠實現(xiàn)帶有相同大小的基部444和/或靜葉446的多種非均勻靜葉間隔的構造，從而降低靜葉446的生產(chǎn)成本。盡管任何數(shù)目和大小的間隔物 442可用于提供非均勻的靜葉間隔，但為了論述的目的，所示的實施例包括三種不同大小的間隔物442。所示的間隔物442包括標為“S”的小間隔物、標為“M”的中等間隔物，以及標為“L”的大間隔物。間隔物442的大小可沿周向方向變化，如對于小間隔物由尺寸448所示的那樣，對于中等間隔物由尺寸450所示的那樣，以及對于大間隔物由尺寸452所示的那樣。在某些實施例中，多個間隔物442可布置在相鄰的基部444之間，其中，間隔物442具有相同或不同的大小。換言之，不同大小的間隔物442可為使用多個較小間隔物來產(chǎn)生較大間隔的單件式構造或多件式構造。在任一實施例中，尺寸448、450和452可逐漸地增加大約至1000%、5%至500%，或10%至100%的百分比。在其它實施例中，定子440可包括更多或更少的不同大小的間隔物442，例如2個至100個、2個至50個、2個至25個，或 2個至10個。該不同大小的間隔物442(例如S、M和L)還可設置為多種重復樣式，或它們可設置為任意順序。圖14為定子460的一個實施例的正視圖的區(qū)段，該定子460帶有不同大小的基部 462的靜葉464。具體而言，不同大小的基部462使得能夠在帶有或不帶有間隔物的情況下實現(xiàn)多種非均勻靜葉間隔的構造。如果間隔物結合不同大小的基部462使用，則間隔物可具有相同的大小或不同的大小，以便在非均勻靜葉間隔中提供更大的靈活性。盡管任何數(shù)目的不同大小的基部462可用于提供非均勻的靜葉間隔，但為了論述目的，所示的實施例包括三種不同大小的基部462。所示的基部462包括標為“S”的小基部、標為“M”的中等基部，以及標為“L”的大基部?；?62的大小可沿周向方向變化，如對于小基部由尺寸466 所示的那樣，對于中等基部由尺寸468所示的那樣，以及對于大基部由尺寸470所示的那樣。例如，這些尺寸466、468和470可逐漸地增加大約1 %至1000 %、5 %至500 %，或10 % 至100%的百分比。在其它實施例中，定子460可包括更多或更少的不同大小的基部462， 例如2個至100個、2個至50個、2個至25個，或2個至10個。該不同大小的基部462 (例如S、M和L)還可設置為多種重復樣式，或者它們可設置為任意順序。本發(fā)明的公開的實施例的技術效果包括使旋轉機械(例如壓縮機或渦輪)的相應轉子和定子上的葉片和/或靜葉非均勻地間隔開的能力。非均勻的葉片和靜葉間隔可利用相鄰葉片和靜葉之間的不同大小的間隔物、支撐葉片和靜葉的不同大小的基部或其組合來實現(xiàn)。非均勻的葉片和靜葉間隔還可應用于旋轉機械的多個級，例如多個渦輪級或多個壓縮機級。例如，每個級可具有非均勻的葉片或靜葉間隔，其可與其它級相同或不同。在這些實施例中的每個實施例中，非均勻的葉片和靜葉間隔構造成用以減小由于尾波和頭波的周期性產(chǎn)生引起共振的可能性。此外，非均勻的間隔可有效地抑制和減小由尾波和頭波影響的結構的響應，這是由于它們通過葉片的非周期性產(chǎn)生。這樣，非均勻的葉片和/或靜葉間隔能夠減輕尾波和頭波在各種下游和/或上游構件(例如靜葉、葉片、噴嘴、定子、翼型件、 轉子等)上的影響。該書面描述用示例來公開包括最佳模式的本發(fā)明，并且還使本領域技術人員能實施本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包括在內的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍由所附權利要求所限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這種其它示例具有與所附權利要求的字面語言沒有不同的結構元件，或者如果它們包括與所附權利要求的字面語言無實質差別的等同結構元件，則這種其它示例意圖在所附權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種系統(tǒng)，包括旋轉機械(150)，所述旋轉機械(150)包括定子(440)；轉子000)，所述轉子(200)構造成用以相對于所述定子旋轉，其中，所述轉子(200)包括多個葉片008)，所述多個葉片(208)圍繞所述轉子Q00)的圓周具有非均勻的間隔。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個葉片(208)的非均勻間隔構造成用以減少所述旋轉機械(150)中的共振行為。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉機械(150)包括具有所述定子 (440)和所述轉子O00)的渦輪(154)。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉機械(150)包括具有所述定子和所述轉子O00)的壓縮機(152)。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個葉片(316)具有由多個間隔物 (312)限定的非均勻間隔，所述間隔物(312)在圍繞所述轉子(310)的圓周的周向方向上具有不同的寬度，并且所述多個間隔物(312)中的每個間隔物(312)周向地布置在所述多個葉片(316)的相鄰葉片(316)之間。
6.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個葉片(388)具有由多個葉片平臺(386)限定的非均勻間隔，所述多個葉片平臺(386)在圍繞所述轉子(384)的圓周的周向方向上具有不同的寬度，并且所述多個葉片(388)中的每個葉片(388)聯(lián)接到所述多個葉片平臺(386)的相應平臺(386)上。
7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圓周包括多個大小相等的區(qū)段002， 204)，并且所述多個大小相等的區(qū)段中的每個區(qū)段包括所述多個葉片中的不同數(shù)目的葉片 (208)。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個大小相等的區(qū)段包括至少兩個區(qū)段(202，204)。
9.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個大小相等的區(qū)段包括至少三個區(qū)段(254，256，258)。
10.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個大小相等的區(qū)段包括至少四個區(qū)段(222，224，226，228)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有非均勻的葉片和靜葉間隔的旋轉機械。具體而言，一種系統(tǒng)包括旋轉機械(150)，該旋轉機械(150)包括定子(440)、構造成用以相對于定子(440)旋轉的轉子(200)，其中，轉子(200)包括多個葉片(208)，該多個葉片(208)圍繞轉子(200)的圓周具有非均勻的間隔。
文檔編號F01D9/00GK102454422SQ20111034028
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權日2010年10月20日
發(fā)明者B·D·波特, J·M·德爾沃瓦 申請人:通用電氣公司