[发明专利]凹坑非金属填料的机械保持方法和装置

说明书

技术领域

本发明一般涉及蒸汽涡轮机，尤其涉及到混合叶片中形成的凹坑中材料的保持方法和装置以及减少对叶片的压力。

背景技术

汽轮机叶片(叶片)是在受到高离心负荷，振动压力，和对动叶的流体入射角变化的环境中运行。当这些负荷和压力接近叶片自然共振频率时，振动压力增大。当叶片振动处于谐振时，振动压力的幅度与系统中存在的阻尼(其中阻尼包括材料，空气动力学和机械部件)和激励水平成比例。对于连续连接的叶片，振动频率是整个系统的叶片的函数，而非单个叶片的函数。

混合叶片包括主要由金属材质但至少有一个非金属复合填充材料的“凹坑”的涡轮叶片(例如，蒸汽涡轮机叶片或燃气涡轮机叶片)。填充材料可包括带有连续玻璃纤维，碳纤维，KEVLAR^或其他纤维加强物的聚酰亚胺或其他类型的聚合树脂(或其化合物)，以获得带有原始翼型表面的合成基体。现在合成基体设计为在风力工况(叶片的低流量，高速“风车”)下具有高叶片温度的机组中使用。但是，高刚性高温组合物不能很好地依附于金属。

许多公开的专利已集中在用复合材料制造涡轮机叶片。例如，名称为“燃气涡轮机的多组件叶片”的美国专利5720597，描述了由金属和泡沫构成的燃气涡轮飞行器叶片，其带有复合表皮，侵蚀涂层或者两者兼备，名称为“蒸汽涡轮机的合金组件叶片”的美国专利6139728，公开了与美国专利5720597类似的结构装置，但是其应用于蒸汽涡轮机。但是，在这两份申请中，叶片上的凹坑的尺寸，形状，位置均受到限制。此外，名称为“失谐扇叶片装置和方法”的美国专利6042338描述了一种“推进发动机扇”和具有不同凹坑位置的不同类型的叶片，但是并未公开实质上具有带有不同肋条结构的基本上一个凹坑的叶片。而且，所公开的内容在第二或可选凹坑设计中限定凹坑径向位置为从叶顶到5％-38％跨度处，弦长从前缘部的15％到35％和后缘部的20％到45％处或类似限制。而且，这些专利中没有任何一件，记载或建议在凹坑中开一个直通窗来实现将聚合物或复合物夹持于叶片中的机械式的协助。

发明内容

一方面，本发明的一些配置提供了制造一种涡轮机叶片的方法，其包括设置一个在涡轮机叶片中的叶片，其带有多个贯穿所述叶片壁的窗凹坑，定位窗凹坑于能最小化或者至少减少对窗凹坑的应力集中的区域，在叶片中铸造一个包含树脂基体和织物材料层的复合物。

另一方面，本发明的一些配置提供了制造涡轮机叶片的方法。该方法包括设置在涡轮机叶片中的叶片，其带有多个贯穿所述叶片壁的窗凹坑，定位窗凹坑于能最小化或者至少减少对窗凹坑的应力集中的区域，在叶片中铸造包含树脂基体和织物材料层的复合物。

能够理解到，本发明的这些配置提供将聚合物或复合物夹持于叶片中的机械式协助。

附图说明

图1示出了涡轮机叶片中多窗口凹坑的配置的透视图；

图2示出了用来填充图1所示的凹坑的复合物的一部分的透视图；

图3示出了按照本发明的配置装配入一个涡轮机中的多组叶片中的一些叶片的透视图；

图4示出了单轴纤维定向的示例；

图5示出了二轴纤维定向的示例；

图6示出了类全向纤维定向的示例；

图7示出了一个双流程低压蒸汽涡轮机的侧面截图，其示出了末级叶片的位置；

图8示出了一个多窗口凹坑配置的侧视图。图8中的虚线表示凹处的轮廓。更特别地，围绕直通窗中之一的实线表示凸起的轮廓，而围绕直通窗中的两个的实线表示凹处轮廓；

图9示出了带有多个窗口的叶片界面配置的顶视图；

图10示出了具有多个纤维层的复合填料配置的部分侧视图。

具体实施方式

本文使用的，词语“a”，“an”或者“一个”(特别地，“至少一个”)用于一个部件或者单个步骤或流程中时，它们应该被理解成不排除多个所述部件或步骤，除非明确描述将其排除在外。进一步地，本发明中提及到本发明的″一个实施例″(或者″其他实施例″)并不被解释为排除了也包括已被记载的特征的附加实施例的存在或者排除被记载为与本发明相关联的其他特征。而且，相反地如果明确的提出，″包含″或″具有″具有特别属性部件一个或多个部件的实施例可以包括一些不具备该属性的附加部件。