[发明专利]具有结合波浪形配合面的端壁造型的涡轮级平台

说明书

涡轮级（100）包括相应地从第一平台（12a）和第二平台（12b）延伸的第一翼型件（10a）和第二翼型件（10b），该第一平台（12a）和第二平台（12b）为流动通道形成端壁（40）。该端壁（40）具有关于该涡轮级的轴线轴对称的名义表面（60）。该端壁（40）还包括相对于该轴线非轴对称的至少一个造型区域（42、46）。该至少一个造型区域（42、46）从第一平台（12a）跨越平台拼合线（30）延伸到第二平台（12b）。该端壁（40）的整体最大高程变化ΔEW是该翼型件（10a、10b）在该端壁（40）上的轴向弦长L的至少3%。在平台（12a、12b）的配合面（26、28）处的最大高程变化ΔMF处于15‑60%ΔEW的范围内。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机，并且特别是涉及具有非轴对称造型（contoured）端壁的固定涡轮轮叶和旋转涡轮叶片。

背景技术

在例如燃气涡轮发动机之类的涡轮机中，空气在压缩机部段中被加压，并且随后与燃料混合并在燃烧器部段中燃烧，以产生热燃烧气体。包括热燃烧气体的工作介质在发动机的涡轮部段内膨胀，在那里能量被提取以为压缩机部段供能并产生有用功，例如使发电机转动来发电。该工作介质行进通过涡轮部段内的一系列涡轮级。涡轮级可包括一排固定轮叶，继之以一排旋转叶片，其中，这些叶片从该热燃烧气体提取能量以便提供输出。

每个旋转叶片通常包括附接件，其适于装配在槽、平台和翼型件中的一者中。当叶片被安装在轮毂中时，平台彼此协作，以部分地限定环形工作介质流动路径的径向内部边界。翼型件跨越该流动路径，使得翼型件末梢紧密靠近固定部件，例如涡轮环段。该环段外接叶片阵列，以部分地限定该流动路径的径向外部边界。可替代地，叶片可具有径向外部平台或围罩，其部分地限定该流动路径的径向外部边界。该径向内部平台和该径向外部平台（如果存在）限定了流动路径端壁。

每个固定轮叶通常具有径向内部和外部的平台，其部分地限定径向内部和外部的流动路径边界。翼型件从该内部平台到该外部平台跨越该流动路径。该轮叶的径向内部和外部的平台也限定了流动路径端壁。

在发动机操作期间，工作介质流体的流流过涡轮流动路径。在这些端壁附近，流体流动被称为马蹄涡的涡流结构支配。该涡流由于端壁边界层而形成，该端壁边界层当流体接近翼型件时与端壁分离。分离的流体重新组织成该马蹄涡。存在与该涡流相关联的高效率损失。该损失被称为“二次”或“端壁”损失。

为了解决二次损失，已知为叶片和轮叶端壁设置非轴对称造型表面。造型端壁表面可能会存在机械方面的挑战，特别是在相邻平台的配合面处。

发明内容

简言之，本发明的各方面涉及端壁的造型上的改进，以在实现性能收益的同时实现制造可行性。

根据本发明的一个方面，提供了一种涡轮级。所述涡轮级包括第一翼型件和第二翼型件，所述第一翼型件从第一平台延伸，所述第二翼型件与所述第一翼型件周向隔开并且从第二平台延伸。工作介质的流动通道被限定在所述第一翼型件和所述第二翼型件之间，所述第一平台和所述第二平台为所述流动通道限定了端壁。所述第一平台和所述第二平台包括沿平台拼合线接合的相应配合面。所述端壁具有关于所述涡轮级的轴线轴对称的名义表面。所述端壁还包括相对于所述轴线非轴对称的至少一个造型区域。所述至少一个造型区域从所述第一平台跨越所述平台拼合线延伸到所述第二平台。所述端壁的整体最大高程变化ΔEW是所述翼型件在所述端壁上的轴向弦长L的至少3%。在任何所述配合面处的最大高程变化ΔMF处于15-60% ΔEW的范围内。

附图说明

借助于附图更详细地示出了本发明。附图示出了特定构造并且不限制本发明的范围。

图1图示了根据本发明的各方面的造型端壁的形貌；以及

图2是放大（未按比例绘制）的示意图，其图示了如沿轴向方向投影的沿图1中的剖面P-P、Q-Q和R-R的高程上的变化。

具体实施方式