專利名稱：壓氣機(jī)葉片及壓氣機(jī)葉片的制造和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于壓氣機(jī)的壓氣機(jī)葉片，它沿主軸線包括葉根、平臺(tái)區(qū)和與之連接帶有型面頂端的葉片型面，該葉片型面由凸的吸入側(cè)壁和與吸入側(cè)壁對(duì)置的凹的增壓側(cè)壁構(gòu)成，所述的這些壁就流動(dòng)介質(zhì)而言從流入邊向流出邊延伸以及型面中線在它們之間在中央延伸，其中，在型面頂端設(shè)橫向于主軸線延伸的端面，一個(gè)與葉片型面設(shè)計(jì)為一體的密封唇至少部分從流入邊到流出邊與吸入側(cè)壁和增壓側(cè)壁相隔一定距離地沿型面中線延伸，以及，葉片型面連同密封唇具有一個(gè)沿主軸線方向延伸的葉片型面高度。
背景技術(shù)：
由US6039531已知一種帶有鑄在葉身上的密封唇的透平葉片。這種密封唇在型面頂端吸入側(cè)與增壓側(cè)之間的中央延伸。
此外，由JP-A-2000130102已知一種壓氣機(jī)工作葉片，它在其葉片型面的自由端有一個(gè)端面，一個(gè)唇狀的肋在該端面處在葉片型面吸入側(cè)區(qū)域內(nèi)從流入邊向流出邊延伸。此壓氣機(jī)工作葉片的肋在壓氣機(jī)工作時(shí)起密封元件的作用，為的是減小壓氣機(jī)內(nèi)在葉片頂端與壓氣機(jī)通道界邊之間產(chǎn)生的葉尖間隙損失。
制造這樣一種在葉片吸入側(cè)帶有擦掠棱邊的密封唇，尤其對(duì)于邊緣區(qū)強(qiáng)烈修正的，也就是說在葉尖區(qū)特別強(qiáng)烈地彎曲的葉片，成本可能很高，因?yàn)橹圃旎蛲庑毋娤饕柚环N五坐標(biāo)銑床實(shí)施。在銑削吸入側(cè)的壁及密封唇的幾何形狀后，葉片吸入側(cè)要手工打磨，以便能達(dá)到要求的表面品質(zhì)。這種手工加工往往導(dǎo)致帶有相應(yīng)缺點(diǎn)的成品缺陷，例如廢品或非最佳的輪廓形狀。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種空氣動(dòng)力學(xué)更佳的壓氣機(jī)葉片，與此同時(shí)并不降低密封唇的密封效果。此外，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種制造這種壓氣機(jī)葉片的經(jīng)濟(jì)的方法和壓氣機(jī)葉片的一種應(yīng)用。
上述涉及壓氣機(jī)葉片的技術(shù)問題通過權(quán)利要求1的特征得以解決，有關(guān)制造方法的技術(shù)問題通過權(quán)利要求6的特征得以解決，以及有關(guān)應(yīng)用的技術(shù)問題通過權(quán)利要求8的特征得以解決。
本發(fā)明建議，密封唇的高度小于2％葉片型面高度。
本發(fā)明從下列認(rèn)識(shí)出發(fā)雖然由于壓氣機(jī)葉片的葉片型面完全令人滿意的空氣動(dòng)力學(xué)幾何形狀要借助五坐標(biāo)銑床或通過精密鍛造制成，但借助三坐標(biāo)銑床仍能經(jīng)濟(jì)地制造壓氣機(jī)葉片的按照本發(fā)明的密封唇。
因此，生產(chǎn)時(shí)可以使用一種更簡單的制造方法和/或?yàn)榇瞬捎靡环N使用時(shí)更經(jīng)濟(jì)的機(jī)床。這尤其對(duì)于在葉尖區(qū)強(qiáng)烈地彎曲的壓氣機(jī)葉片是有利的。
此外無補(bǔ)償?shù)厝∠艘讕砣毕莺统杀靖甙旱募庸げ襟E，例如手工的后續(xù)加工。由此縮短生產(chǎn)過程。另外，取消手工的后續(xù)加工還導(dǎo)致顯著提高過程可靠性。
密封唇按照本發(fā)明的幾何形狀的精度還可以比平行于吸入側(cè)結(jié)構(gòu)的密封唇的幾何形狀精度更便于檢驗(yàn)和控制。這導(dǎo)致進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。
按照本發(fā)明，密封唇的高度最多等于2％葉片型面高度。迄今與葉片型面連接成一體的密封唇由于加工技術(shù)方面的原因具有更大的高度。
計(jì)算表明，在端面上密封唇的這種新選擇的尺寸，對(duì)于葉片型面的空氣動(dòng)力學(xué)工作能力并沒有負(fù)面影響，確切地說，由于這種較低的密封唇，增大了葉片型面空氣動(dòng)力學(xué)最佳的有效面積，這對(duì)于一臺(tái)配備有按照本發(fā)明的壓氣機(jī)葉片的壓氣機(jī)將導(dǎo)致更好的空氣動(dòng)力學(xué)效果、導(dǎo)致在葉片型面的葉尖區(qū)內(nèi)較小的流動(dòng)干擾、以及在總體上導(dǎo)致提高效率。
在從屬權(quán)利要求中給出一些有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)。
尤其是，若密封唇有平行于主軸線延伸的吸入側(cè)側(cè)面和增壓側(cè)側(cè)面，則它可以特別簡單并因而經(jīng)濟(jì)地制造。此外建議，將這兩個(gè)側(cè)面加工為使它們也平行于型面中線延伸。因此，密封唇的這些側(cè)面不是空氣動(dòng)力學(xué)的造型，也就是說，不是如葉片型面?zhèn)缺诘妮喞螤钅菢酉鄬?duì)于主軸線是傾斜的。此外，密封唇減小了通過型面頂端的葉尖間隙損失。
按一項(xiàng)有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，密封唇的側(cè)面借助擦掠面互相連接，該擦掠面垂直于壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的半徑延伸。因此，在外殼或輪轂構(gòu)件與壓氣機(jī)葉片之間可形成一個(gè)減小間隙損失的圓柱形間隙。
按照本發(fā)明的壓氣機(jī)葉片可以按相同的方式有利地用作工作葉片和導(dǎo)向葉片。
特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)是，密封唇的至少一個(gè)側(cè)面通過過渡半徑與端面互相連接，此半徑的尺寸最多等于密封唇高度的25％?；谒龅奶貏e小的過渡半徑，可以實(shí)現(xiàn)一種極低的密封唇高度。這種過渡半徑的制造可與密封唇一起借助帶柄銑刀在三坐標(biāo)銑床上經(jīng)濟(jì)地完成。反之，迄今具有以大過渡半徑銑削而成的密封唇的強(qiáng)烈彎曲的葉片型面，尤其在流入邊與流出邊之間的中央?yún)^(qū)內(nèi)有一個(gè)比在流入邊和流出邊區(qū)域內(nèi)大的密封唇高度，迄今的結(jié)果是導(dǎo)致流動(dòng)干擾。密封唇或其高度這種凸的變化趨勢(shì)可通過明顯小得多的過渡半徑避免。


下面借助附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖中圖1表示具有壓氣機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)的局部縱剖面；圖2表示按照本發(fā)明的壓氣機(jī)葉片透視圖；以及圖3表示壓氣機(jī)葉片擦掠面詳圖。
具體實(shí)施例方式
壓氣機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)及其工作方式是眾所周知的。圖1表示燃?xì)廨啓C(jī)1，其包括一個(gè)可繞旋轉(zhuǎn)軸線3旋轉(zhuǎn)地支承的轉(zhuǎn)子5。
沿旋轉(zhuǎn)軸線3，燃?xì)廨啓C(jī)1有進(jìn)氣機(jī)匣7、壓氣機(jī)9、花托狀的環(huán)形燃燒室11和透平單元13。
不僅在壓氣機(jī)9內(nèi)而且在透平單元13內(nèi)分別成環(huán)地安裝一些導(dǎo)向葉片15和工作葉片17。在壓氣機(jī)9內(nèi)，導(dǎo)向葉片環(huán)21在工作葉片環(huán)19之后。在這里，工作葉片17借助轉(zhuǎn)子盤23固定在轉(zhuǎn)子5上，而導(dǎo)向葉片15固定安裝在機(jī)匣25上。
同樣，在透平單元13中設(shè)有導(dǎo)向葉片15組成的葉片環(huán)21，沿流動(dòng)介質(zhì)的方向看，由工作葉片17組成的葉片環(huán)在它之后。
導(dǎo)向葉片15和工作葉片17各自的葉片型面在環(huán)形流動(dòng)通道27內(nèi)輻射狀延伸。
當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)1運(yùn)行時(shí)，空氣29通過進(jìn)氣機(jī)匣7被壓氣機(jī)9吸入并壓縮。在壓氣機(jī)9出口壓縮空氣被導(dǎo)向燃燒器33，這些燃燒器成環(huán)地設(shè)在環(huán)形燃燒室11上。壓縮空氣29在燃燒器內(nèi)與燃料35混合，混合物在環(huán)形燃燒室11內(nèi)燃燒成熱燃?xì)?7。接著，熱燃?xì)?7通過透平單元13的流動(dòng)通道27流過導(dǎo)向葉片15和工作葉片17。在此過程中熱燃?xì)?7在透平單元13的工作葉片17上膨脹作功。由此使燃?xì)廨啓C(jī)1的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用于驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)9和驅(qū)動(dòng)一個(gè)圖中沒有表示出的作功機(jī)械。
圖2表示壓氣機(jī)葉片50的透視圖。壓氣機(jī)葉片50沿主軸線53具有葉根55、包括平臺(tái)59的平臺(tái)區(qū)57和葉片型面61。葉片型面61在壓氣機(jī)9運(yùn)行時(shí)被空氣29繞流，空氣在葉片型面61的流入邊63流入和從流出邊65流出。葉片型面61由增壓側(cè)壁67和吸入側(cè)壁69構(gòu)成，并有一個(gè)沿主軸線53方向延伸的葉片高度H。
型面中線71從流入邊63延伸到流出邊65，它在其延伸過程的任何位置有一條垂直線，該垂直線74既與吸入側(cè)壁69相交也與增壓側(cè)壁67相交。在這里，垂直線74和型面中線71的交點(diǎn)與增壓側(cè)壁67和垂直線74的交點(diǎn)之間的第一間距A，與型面中線71和垂直線74的交點(diǎn)與吸入側(cè)壁69和垂直線74的交點(diǎn)之間的第二間距B一致。
此外，葉片型面61在其背對(duì)平臺(tái)59的型面頂端72具有端面73，在端面73上設(shè)密封唇75。密封唇75比葉片型面61窄，它從流入邊63向流出邊65延伸并沿型面中線71延伸，也就是說有一定距離地在吸入側(cè)壁69與增壓側(cè)壁67的輪廓形狀之間延伸。
也稱為擦掠邊的密封唇75有一個(gè)面朝增壓側(cè)壁67的第一側(cè)面77和一個(gè)面朝吸入側(cè)壁69的第二側(cè)面79。
密封唇75的彎曲側(cè)面77、79平行于型面中線71地延伸，而葉片型面61的吸入側(cè)壁69以及葉片型面61的增壓側(cè)壁67出自于空氣動(dòng)力學(xué)的原因是傾斜的，換句話說相對(duì)于主軸線53傾斜地延伸。因此與現(xiàn)有技術(shù)中的葉片相比較，可以實(shí)現(xiàn)簡化地制造密封唇75。
此外，密封唇75的側(cè)面77、79借助擦掠面81互相連接，該擦掠面81垂直于壓氣機(jī)9轉(zhuǎn)子5的半徑。
密封唇75具有平行于主軸線53定向的、在葉片型面的端面73與擦掠面81之間計(jì)量的高度HL，它是葉片型面高度H的一部分。
圖3表示按照本發(fā)明的擦掠邊詳圖。由圖中可以清楚看出，密封唇75在吸入側(cè)壁69與增壓側(cè)壁67之間的中央從流入邊63向流出邊65延伸，并有平行于主軸線53和型面中線71定向的側(cè)面77、79。
側(cè)面77、79通過過渡半徑R過渡到端面73內(nèi)，過渡半徑R有利地最大為密封唇高度HL的25％。由此可以制造特別低的密封唇，它的高度HL最大等于葉身高度H的2％。
采用密封唇75這種新的幾何形狀和位置，取消了易帶來缺陷和成本高昂的加工步驟。由此既可以降低生產(chǎn)成本而且可以減小所制造的壓氣機(jī)葉片50的廢品率。在這里不發(fā)生由于壓氣機(jī)葉片50與內(nèi)機(jī)匣之間的徑向間隙惡化葉尖間隙損失的情況，同樣，由于并不明顯地減小最大可能的空氣動(dòng)力學(xué)有效型面，所以流動(dòng)損失也很小。
權(quán)利要求
1.一種用于壓氣機(jī)(9)的壓氣機(jī)葉片(50)，它沿主軸線(53)包括葉根(55)、平臺(tái)區(qū)(59)和與之連接的具有型面頂端(72)的葉片型面(61)，該葉片型面(61)由凸的吸入側(cè)壁(69)和與吸入側(cè)壁(69)對(duì)置的凹的增壓側(cè)壁(67)構(gòu)成，所述的這些壁就流動(dòng)介質(zhì)而言從流入邊(63)向流出邊(65)延伸以及型面中線(71)在它們之間在中央延伸，其中，在型面頂端(72)設(shè)橫向于主軸線(53)延伸的端面(73)，一個(gè)與葉片型面(61)設(shè)計(jì)為一體的密封唇(75)至少部分地從流入邊(63)到流出邊(65)、與吸入側(cè)壁(69)和增壓側(cè)壁(67)相隔一定距離地沿型面中線(71)延伸，以及，葉片型面(61)連同密封唇(75)有一個(gè)沿主軸線(53)方向延伸的葉片型面高度(H)，其特征為所述密封唇(75)的高度(HL)小于2％的葉片型面(61)的高度(H)。
2.按照權(quán)利要求1所述的壓氣機(jī)葉片，其中，所述密封唇(75)有一個(gè)吸入側(cè)側(cè)面(79)和一個(gè)增壓側(cè)側(cè)面(77)，它們平行于主軸線(53)延伸。
3.按照權(quán)利要求2所述的壓氣機(jī)葉片，其中，所述兩個(gè)側(cè)面(77、79)平行于型面中線(71)延伸。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的壓氣機(jī)葉片(50)，其中，所述密封唇(75)的側(cè)面(77、79)借助擦掠面(81)互相連接，該擦掠面(81)垂直于壓氣機(jī)(9)轉(zhuǎn)子(5)的半徑。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的壓氣機(jī)葉片(50)，其中，所述密封唇(75)的至少一個(gè)側(cè)面(77、79)通過半徑(R)與所述端面(73)互相連接，該半徑(R)的尺寸最多等于所述密封唇(75)高度(HL)的25％。
6.一種制造按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述壓氣機(jī)葉片(50)的密封唇(75)的方法，其特征為在葉片型面(61)的型面頂端(72)上借助三坐標(biāo)銑床銑削所述密封唇(75)。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述壓氣機(jī)葉片(50)通過銑削或精密鍛造制成。
8.按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的壓氣機(jī)葉片在壓氣機(jī)(9)中，尤其在固定式軸流燃?xì)廨啓C(jī)(1)的壓氣機(jī)中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓氣機(jī)(9)的壓氣機(jī)葉片(50)，它沿主軸線(53)包括葉根(55)、平臺(tái)區(qū)(59)和與之連接有型面頂端的葉片型面(61)，該葉片型面(61)由凸的吸入側(cè)壁(69)和與吸入側(cè)壁(69)對(duì)置的凹的增壓側(cè)壁(67)構(gòu)成，所述的這些壁面就流動(dòng)介質(zhì)而言從流入邊(63)向流出邊(65)延伸以及型面中線(71)在它們之間在中央延伸，其中，在型面頂端(72)設(shè)橫向于主軸線(53)延伸的端面(73)，一個(gè)密封唇(75)至少部分從流入邊(63)到流出邊(65)延伸，以及，葉片型面(61)連同密封唇(75)有一個(gè)沿主軸線(53)方向延伸的葉片型面高度(H)。為了提供一種經(jīng)濟(jì)的且空氣動(dòng)力學(xué)效果更佳的、具有改進(jìn)的其密封效果不變的密封唇的壓氣機(jī)葉片，令密封唇(75)的高度(HL)小于2％葉片型面(61)高度(H)。
文檔編號(hào)F01D5/20GK101035988SQ200580033671
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者克里斯琴·科尼利厄斯, 伯恩哈德·庫斯特斯, 斯蒂芬·梅斯, 安德烈亞斯·彼得斯, 阿基姆·希爾梅徹, 盧茨·斯蒂芬, 伯恩德·范登圖恩 申請(qǐng)人:西門子公司