[发明专利]内部阻尼的翼型件及其方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及翼型件，且更具体地讲，涉及当用作燃气轮机发动机的压缩机叶片时能够提高效率的相对轻质的翼型件。

背景技术

正在不断地努力提高燃气轮机发动机中的每个压缩级的功，以降低总体发动机系统成本。可部分地由已知为AN²的因数评价这种改进，AN²是压缩机叶片内部流径和外部流径的面积乘以机械速度的平方的积。燃气轮机的压缩机叶片通常用杉树式或鸠尾榫式构造的机械附连件以机械的方式附连到转子轮/盘上，杉树式或鸠尾榫式构造的机械附连件的寿命受由于叶片的大小和重量而必须经受的高载荷限制。重型叶片翼型件需要大型的叶片附连件，且会产生大的附连应力，这继而会导致大盘缘载荷，其需要大型盘来支承那些载荷。增大AN²所需的较高的盘速度会导致更高的叶片载荷，从而需要进一步增大叶片附连件和盘的大小和重量。

考虑到以上所述，可以理解减小翼型件重量对于改进发动机效率和降低成本将是有利的。但是，减重一定不能在损害叶片的结构整体性的情况下进行。例如，在发动机操作期间，在压缩机叶片上流过的空气在速度、温度、压力和密度方面将会有所变化，从而导致叶片在许多不同的振动模式中受到激励，这些不同的振动模式会诱使叶片的翼型件弯曲和扭曲地扭转。在叶片中产生的振动诱发的应力可导致高循环疲劳(HCF)，特别是如果叶片在其共振频率处受到激励时。已经研究了几种技术来解决关于阻尼扇和压缩机翼型件的需要。值得注意的实例包括粘弹性约束层阻尼系统(VE/CLDS)、空气膜、内部阻尼器和涂层。但是，这些阻尼技术往往会遇到与结构完整性、空气动力学效率和制造难度有关的限制。

发明内容

本发明提供了相对轻质的翼型构件和用于制造该构件的方法，该构件优选地能够提高例如燃气轮机发动机的效率。

根据本发明的第一个方面，翼型构件包括根部部分和翼型部分，根部部分具有用于将该构件附连到支承结构上的机构，翼型部分沿着该翼型部分的展向方向自根部部分延伸。翼型部分具有在其展向末端处的翼型尖端以及沿其厚向(thickness-wise，即沿着厚度的方向)方向隔开的相对地设置的凹面和凸面。凹面和凸面在沿翼型部分的弦向方向隔开的翼型部分的前缘和后缘处会聚。翼型部分在其分别限定了凹面和凸面的第一壁和第二壁之间还具有至少一个加强件。至少一个加强件在翼型部分内限定了多个内腔，该多个内腔沿翼型部分的展向方向延伸，从而使得多个内腔中的各个内腔具有相对较接近根部部分的第一末端和相对较接近翼型尖端的第二末端。聚合材料填充内腔中的至少一个，且仅在至少一个内腔的第一末端处结合到翼型部分上，且聚合材料没有结合到至少一个加强件上或者翼型部分的第一壁和第二壁上，以便限定为翼型部分提供振动阻尼作用的至少一个内部阻尼部件。

根据本发明的第二个方面，该方法包括将翼型构件形成为具有根部部分和翼型部分，翼型部分沿该翼型部分的展向方向自根部部分延伸，且使得根部部分具有用于将该构件附连到支承结构上的机构，翼型部分在其展向末端处具有翼型尖端，且至少一个加强件在翼型部分内限定了多个内腔，该多个内腔沿翼型部分的展向方向延伸，从而使得多个内腔中的各个内腔具有相对较接近根部部分的第一末端和相对较接近翼型尖端的第二末端。然后用聚合材料填充内腔中的至少一个，从而使得聚合材料限定至少一个内部阻尼部件，该至少一个内部阻尼部件仅在至少一个内腔的第一末端处结合到翼型部分上，且没有结合到至少一个加强件上。然后执行另外的步骤，使得翼型部分包括沿该翼型部分的厚向方向隔开的相对地设置的凹面和凸面，该凹面和凸面在沿翼型部分的弦向方向隔开的翼型部分的前缘和后缘处会聚，至少一个加强件在分别限定了凹面和凸面的翼型部分的第一壁和第二壁之间，且至少一个内部阻尼部件没有结合到翼型部分的第一壁和第二壁上，且为翼型部分提供振动阻尼作用。

本发明的重要优点在于能够减小翼型构件-尤其是旋转的翼型构件(诸如压缩机叶片)的平均密度，以便在不牺牲构件寿命的情况下减小附连应力、轮缘载荷和盘孔应力。

根据以下详细描述，将更好地理解本发明的其它方面和优点。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的翼型构件的透视图。

图2描绘了其中暴露了构件的内部的图1的翼型构件的视图。

图3是图1的翼型构件的截面图。