[发明专利]涡轮机轮叶叶冠的边缘轮廓

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮机轮叶，其具有翼型件(airfoil)以及由翼型 件承载的叶冠(tip shroud)。更具体而言，本发明涉及由涡轮叶片的翼 型件所承载的叶冠的前缘轮廓、后缘轮廓以及Z形边缘轮廓。

背景技术

用于涡轮的轮叶典型地包括翼型件、平台、柄部以及榫接 部。榫接部紧固在涡轮叶轮中的互补的槽内。翼型件时常包括一体形 成的叶冠。当然，包括翼型件和叶冠的轮叶在运行时可绕着发动机中 心线旋转，并且翼型件和叶冠位于热气通道中。因为叶冠安装在翼型 件的末梢，所以在叶冠和翼型件末梢之间的叶冠圆角区存在相当大的 应力。具体而言，由于相对于翼型件的叶冠质量不均衡，因此在翼型 件与叶冠相交处的翼型件压力侧和吸入侧之间出现了圆角应力的显 著差异。这种质量不均衡负面地影响了轮叶的蠕变寿命。也就是说， 在前轮叶中的叶冠质量分布造成了叶冠圆角被高度加荷的并缩短了 蠕变寿命。此外，某些在前的叶冠未盖住翼型件喉部，结果由于在叶 冠上的流动泄漏而对级效率具有负面影响。

发明内容

根据本发明的示例实施例，提供了一种包括具有叶冠的轮 叶翼型件的涡轮机轮叶，该叶冠具有前缘轮廓和后缘轮廓，用来优化 叶冠的质量分布以平衡叶冠的圆角应力，从而使得蠕变寿命达到最大 值并且还保证了翼型件喉部的覆盖来改善级效率。具体而言，叶冠的 前缘，即在涡轮的热气通道中通常轴向地面向上游的边缘，具有预定 的轮廓，该轮廓包括大体上根据在点1-6和7-21处在笛卡尔坐标系中 的X坐标值和Y坐标值的第一扇形凹口(scalloped)部分和第二扇形凹 口部分，这些X坐标值和Y坐标值分别在表I中列出，其中，X和Y 为以英寸为单位的距原点的距离，且当点1-6和点7-21分别由平滑连 续的弧连接时，这些点限定了前缘叶冠轮廓的第一扇形凹口部分和第 二扇形凹口部分。

本发明还可以在包括具有叶冠的轮叶翼型件的涡轮机轮叶 中实施，所述叶冠具有前缘和后缘，所述后缘具有预定的轮廓，该轮 廓包括大体上根据在点22-41处在笛卡尔坐标系中的X坐标值和Y坐 标值，这些X坐标值和Y坐标值在表I中列出，其中，X和Y为以 英寸为单位的距原点的距离，且当点22-41由平滑连续的弧连接时， 这些点限定了后缘叶冠轮廓的扇形凹口部分。

在本发明的又一个示例实施例中，提供了一种包括具有叶 冠的轮叶翼型件的涡轮机轮叶，所述叶冠具有前缘和后缘以及第一Z 形边缘轮廓和第二Z形边缘轮廓，所述第一Z形边缘轮廓和第二Z形 边缘轮廓具有预定的轮廓，该轮廓大体上根据在点42-59和60-77处 在笛卡尔坐标系中的X坐标值和Y坐标值，这些X坐标值和Y坐标 值分别在表II中列出，其中，X和Y为以英寸为单位的距原点的距离， 且当点42-59和点60-77分别由平滑连续的弧或线连接时，这些点限 定了第一Z形边缘轮廓和第二Z形边缘轮廓。

附图说明

通过结合附图仔细地研究本发明当前优选的示例实施例的 下列更详细的说明，将会更完整地理解和懂得本发明的这些及其它的 目的和优点，附图中：

图1为根据本发明的优选实施例的涡轮部分的示意图，该 涡轮部分具有带有预定的前缘轮廓和后缘轮廓的第三级涡轮机轮叶 叶冠；

图2为径向向内地观察时的实施本发明的叶冠的放大端视 图，且示出了用来确定用于表I和表II中所列点的坐标的坐标系；

图3为径向向内观察时的实施本发明的叶冠的放大端视图， 且示出了表I中所列出的点的位置；

图4为径向向内观察时的实施本发明的叶冠的放大端视图， 且示出了表II中所列出的点的位置；和

图5为类似于图2的视图，其中，略去了坐标系且在本发 明的示例实施例中示出了叶冠各部分之间的量纲关系(dimensional relationship)。

零件清单

热气通道10

燃气涡轮机12

喷嘴14

轮叶16

涡轮转子叶轮17

喷嘴18

轮叶20

喷嘴22

轮叶24

热气流的方向26

平台30

柄部32

翼型件34

叶冠36

叶冠端部38，40

密封导轨42，44