[发明专利]燃气涡轮叶片

说明书

本发明涉及一种燃气涡轮叶片，其包括翼型件，该翼型件沿径向方向从叶片根部延伸到叶片末端，限定翼展，该翼展的范围为叶片根部处的0%到叶片末端处的100%，并且该翼型件沿轴向方向从前缘延伸到后缘，该前缘和后缘限制具有轴向弦长的弦，该轴向弦长由取决于翼展的、连接翼型件的前缘和后缘的直线的轴向长度限定。本发明的特征在于，轴向弦长至少从80%翼展增大到100%翼展。

技术领域

本发明涉及一种燃气涡轮叶片，其包括翼型件，该翼型件沿径向方向从叶片根部延伸到叶片末端，限定翼展，该翼展的范围为叶片根部处的0%到叶片末端处的100%，并且该翼型件沿轴向方向从前缘延伸到后缘，该前缘和后缘限制具有轴向弦长的弦，该轴向弦长由取决于翼展的、连接翼型件的前缘和后缘的直线的轴向长度限定。大体上，根据本发明的燃气涡轮叶片不约束于燃气涡轮：涡轮机的转子叶片或导叶在法律上落在本发明内。

背景技术

燃气涡轮发动机中的转子叶片的设计在传送通过燃气涡轮发动机的气体流与尤其是燃气涡轮布置的至少一个涡轮的叶片相互作用的效率方面是至关重要的。

旋转的燃气涡轮叶片必须满足多个材料标准和设计标准，其考虑在运行期间作用到旋转叶片上的高机械应力和热应力。由于作用到旋转叶片上的巨大离心力，以及叶片必须经受住的巨大热负载，故叶片的设计工作的主要任务是通过在旋转叶片的翼型件内部提供冷却通道来组合：应当避免运行期间的叶片振动的高硬度和主动冷却以增强负载容量的可能性。考虑到前面的要求，为了改进涡轮空气动力学效率，始终在寻找最佳翼型件形状。

旋转叶片布置成排，其沿轴向方向与固定导叶排交错。包括一排固定导叶和一排旋转叶片(沿下游方向跟随)的每一对排直接形成所谓的级。所有涡轮级都按顺序编号，开始是涡轮的入口开口处的第一级，其包括第一排固定导叶，后面是第一排旋转叶片。

燃气涡轮的正常运行显示，例如第一级的固定导叶是以不利的方式作用到在下游方向上的后面的旋转叶片上的振动的激励源。因此涡轮开发的目的是减少此类激励源，以及/或者提高用以减小和/或避免到布置在第一级中的导叶下游的旋转叶片上的振动传递和激励的脱离机构的可能性。

明显干涉将意味着改变激励源本身，但认为改变第一级中的导叶是昂贵的，并且将引起许多开发工作。改变叶片的径向长度(即，从叶片根部延伸到叶片末端的翼型件的翼展)的提议对通过涡轮的流径的环面将具有影响，这将导致对开发计划的较大影响，该开发计划鉴于此是不利的。另一种通过减小末端弦的轴向弦长来减小旋转叶片的末端质量的方法(涉及连接叶片末端的区域中的翼型件的前缘和后缘的直线)导致空气动力学惩罚，并且此外无法实现旋转叶片的共振振动行为的期望频率转移。最后鉴于可能改变杨氏模量而想到改变叶片材料，但由于与常规地铸造且定向地固化的材料相关联的低循环疲劳限制，故放弃了该构想。

期望影响尤其是布置在涡轮的第一级内的旋转叶片的振动行为和涡轮空气动力学效率的所有方法都显示了问题的复杂性。还认为在设计旋转叶片的翼型件的增强的形状时重新分配主要质量是困难的，因为尤其是前面的级的旋转叶片是主动冷却式构件，该主动冷却式构件是包含许多用于冷却目的的冷却通道的中空本体。为了满足目标寿命，必须彻底冷却旋转叶片的薄金属壁。还认为增大旋转叶片的柄长的方面影响旋转叶片本身的振动行为，但不认为这是有利的，因为该方法将导致转子在杉树区域处受限制，在该杉树区域中，经由转子开孔提供冷却空气供应，以使还将必须调节转子外形。

文献US 5,525,038公开了一种用于燃气涡轮发动机的转子叶片，其经优化，以减少通过末端间隙的末端泄漏。转子叶片提供形成于末端区域处的显著成弓形的表面，其从转子叶片的吸力侧的前缘延伸到后缘。沿着转子叶片的翼型件的翼展的轮廓横截面并未显著地变化，至少沿着转子叶片的整个翼展的翼型件的轴向弦长保持不变。