專利名稱：渦輪翼型件同步的制作方法
技術領域：
本申請涉及用于設計、組裝和操作渦輪發(fā)動機的方法。更具體地，但不作為限制，
本申請涉及用于相對于相鄰排或鄰近排中的翼型件的定位來定位一排中的翼型件從而獲 得某些運行益處的方法。
背景技術：
燃氣渦輪發(fā)動機通常包括壓縮機、燃燒室和渦輪。壓縮機和渦輪大體包括軸向地 堆疊成級的翼型件排或葉片排。各個級大體包括一排沿周向隔開的固定的定子葉片，以及 繞著中心軸線或軸旋轉的一組沿周向隔開的轉子葉片。 一般，在運行中，壓縮機轉子中的轉 子葉片繞著軸旋轉，以壓縮空氣流。在燃燒室中使用壓縮空氣的供應來燃燒燃料的供應。由 于燃燒而產生的熱氣流膨脹而通過渦輪，這使得渦輪轉子葉片繞著軸旋轉。這樣，包含在燃 料中的能量就轉換成旋轉葉片的機械能，可使用機械能來使壓縮機的轉子葉片和發(fā)電機的 線圈旋轉來發(fā)電。在運行期間，由于極端溫度、工作流體的速度以及轉子葉片的旋轉速度， 貫穿壓縮機和渦輪兩者的定子葉片和轉子葉片是應力很高的部件。 通常，在渦輪發(fā)動機的壓縮機部分和渦輪部分兩者中，鄰近或相鄰級的定子或轉 子葉片排構造有基本相同數量的沿周向隔開的葉片。在努力改進渦輪發(fā)動機的空氣效率的 過程中，已經進行了努力，以便相對于鄰近或相鄰排中的葉片的周向位置，使一排中的葉片 的相對周向位置指標化(index)或"同步(clock)"。但是，雖然僅最低程度地或可忽略地 改進了發(fā)動機空氣效率，但是已經發(fā)現這樣的傳統(tǒng)的同步方法大體起增大在運行期間作用 于翼型件上的機械應力的作用。當然，增大的運行應力可能會使葉片失效，這可能會對燃氣 渦輪發(fā)動機造成重大的損傷。增大的運行應力最低限度都會縮短翼型件的部件壽命，這會 增加運行發(fā)動機的成本。 對能量的日益增加的需求使得設計更有效率的渦輪發(fā)動機的目標成為正在進行 的且重要的目標。但是，使渦輪發(fā)動機更有效率的許多方法會在發(fā)動機的壓縮機部分和渦 輪部分的翼型件上施加額外的應力。也就是說，渦輪效率一般可通過幾種方式來提高，包括 更大的大小、更高的點火溫度，以及/或者更大的旋轉速度，所有這些都會在運行期間在翼 型件上施加更大的應變。因此，需要降低渦輪翼型件上的應力的新方法和系統(tǒng)。降低作用 于翼型件上的運行應力的、用于使渦輪翼型件同步的新方法或系統(tǒng)將會是邁向設計更有效 率的渦輪發(fā)動機的重要的一步。

發(fā)明內容
因此本申請描述了一種降低作用于渦輪發(fā)動機中的目標翼型件排上的運行應力 的方法；其中，目標翼型件排在各側上由第一上游翼型件排和第一下游翼型件排鄰接，第一 上游翼型件排包括在目標翼型件排的上游方向上的第一排翼型件，且第一下游翼型件排包 括在目標翼型件排的下游方向上的第一排翼型件；第一上游翼型件排和第一下游翼型件排 具有基本相同數量的相似的翼型件，且兩者包括一排轉子葉片和一排定子葉片其中之一，排；該方法包括以下步驟將第一上游翼型件排的翼型件和第一下游翼型件排的翼型件的周向位置構造成使得第一上游翼型件排的至少90%的翼型件和第一下游翼型件排的至少90%的翼型件包括介于25%和75%槳距(pitch)之間的同步關系。 在一些實施例中，第一上游翼型件排由第二上游翼型件排鄰接，第二上游翼型件排包括在目標翼型件排的上游方向上的第二排翼型件；第二上游翼型件排由第三上游翼型件排鄰接，第三上游翼型件排包括在目標翼型件排的上游方向上的第三排翼型件；其中該方法進一步包括以下步驟將第三上游排的翼型件和第一上游翼型件排的翼型件的周向位置構造成使得第三上游翼型件排的至少90%的翼型件和第一上游翼型件排的至少90%的翼型件包括介于25%和75%槳距之間的同步關系。 在一些實施例中，該方法可進一步包括以下步驟將第一上游翼型件排的翼型件
和第一下游翼型件排的翼型件構造成使得第一上游翼型件排的至少90%的翼型件和第一
下游翼型件排的翼型件的至少90%包括介于45%和55%槳距之間的同步關系。 在一些實施例中，第一上游翼型件排包括壓縮機的第十四級中的一排轉子葉片；
目標翼型件排包括該壓縮機的第十四級中的一排定子葉片；且第一下游翼型件排包括該壓
縮機的第十五級中的一排轉子葉片。 本申請進一步描述了 (在已經使用了至少3個月且包括至少三個連續(xù)的軸向地堆疊的翼型件排的渦輪發(fā)動機中)修改渦輪發(fā)動機的運行以便降低作用于翼型件排中的一個或多個上的運行應力的方法，該方法包括以下步驟(a)確認渦輪發(fā)動機是否具有一對翼型件排，即第一翼型件排和第二翼型件排，該第一翼型件排和第二翼型件排彼此緊密鄰近地駐留在渦輪發(fā)動機的壓縮機或渦輪其中之一中；在運行期間，第一翼型件排和第二翼型件排它們之間基本沒有相對運動；第一翼型件排和第二翼型件排相對于定位在第一翼型件排和第二翼型件排之間的第三翼型件排具有基本相同的相對運動；以及，第一翼型件排和第二翼型件排具有基本相同數量的形狀相似的翼型件；和(b)將第一翼型件排的翼型件
和第二翼型件排的翼型件構造成使得第一翼型件排的至少90%的翼型件和第二翼型件排的至少90%的翼型件包括介于25%和74%槳距之間的同步關系。 在一些實施例中，該方法進一步包括以下步驟將第一翼型件排的翼型件和第二翼型件排的翼型件構造成使得第一翼型件排的至少90%的翼型件和第二翼型件排的至少90%的翼型件包括介于45%和55%槳距之間的同步關系。在一些實施例中，第一翼型件排包括壓縮機的第十四級中的一排轉子葉片；并且第二翼型件排包括該壓縮機的第十五級中的一排轉子葉片。 本申請進一步描述了 (在包括對包含有至少三個連續(xù)的軸向地堆疊的翼型件排的燃氣渦輪發(fā)動機進行組裝的制造過程中)組裝燃氣渦輪發(fā)動機的翼型件排以便降低作用于翼型件排中的一個或多個上的運行應力的方法，該方法包括以下步驟(a)確認具有一對翼型件排，即第一翼型件排和第二翼型件排的燃氣渦輪發(fā)動機設計，該第一翼型件排和第二翼型件排彼此緊密鄰近地駐留在渦輪發(fā)動機的壓縮機或渦輪其中之一中；在運行期間，第一翼型件排和第二翼型件排它們之間基本沒有相對運動；第一翼型件排和第二翼型件排相對于定位在第一翼型件排和第二翼型件排之間的第三翼型件排具有基本相同的相對運動；以及第一翼型件排和第二翼型件排具有基本相同數量的形狀相似的翼型件；和
5(b)對于系在步驟(a)中確認的燃氣渦輪發(fā)動機設計的、被組裝的燃氣渦輪發(fā)動機的至少 大部分，將第一翼型件排的翼型件和第二翼型件排的翼型件的周向位置構造成使得第一翼 型件排的至少90%的翼型件和第二翼型件排的至少90%的翼型件包括介于25%和75%槳 距之間的同步關系。 在一些實施例中，該方法進一步包括以下步驟(對于系在上述步驟(a)中確認的 燃氣渦輪發(fā)動機設計的、被組裝的燃氣渦輪發(fā)動機的基本全部)將第一翼型件排的翼型 件和第二翼型件排的翼型件的周向位置構造成使得第一翼型件排的基本全部翼型件和第 二翼型件排的基本全部翼型件包括介于45%和55%槳距之間的同步關系。在一些實施例 中，第一翼型件排包括壓縮機的第十四級中的一排轉子葉片；并且第二翼型件排包括該壓 縮機的第十五級中的一排轉子葉片。 在結合附圖和所附權利要求書審閱對優(yōu)選實施例的以下詳細描述之后，本申請的 這些和其它特征將變得顯而易見。



全地明白 第三翼型件排138 箭頭140、 142 前緣148、 150、 154、 156、 158、 160、 162、 164、 182、 184、 186 第一翼型件排171 第二翼型件排172 第三翼型件排173 第四翼型件排174 第五翼型件排17具體實施例方式
現在參看附圖，圖1示出了燃氣渦輪發(fā)動機100的示意圖。大體上，燃氣渦輪發(fā)動機通過從由壓縮空氣流中的燃料的燃燒而產生的加壓熱氣流中汲取能量來運行。如圖l所示，燃氣渦輪發(fā)動機100可構造有通過公共軸或轉子以機械的方式聯接到下游渦輪部分或渦輪110上的軸流式壓縮機106 ;以及定位在壓縮機106和渦輪110之間的燃燒室112。注意，下列發(fā)明可用于所有類型的渦輪發(fā)動機中，包括燃氣渦輪發(fā)動機、蒸汽輪機發(fā)動機、航空發(fā)動機和其它發(fā)動機。另外，本文描述的發(fā)明可用于具有多軸和再熱構造的渦輪發(fā)動機中，以及可用于具有變化的體系結構(例如，環(huán)形或罐形燃燒室構造)的燃燒室的燃氣渦輪發(fā)動機的情況下。在下文中，將關于如圖l所描繪的一個示例性燃氣渦輪發(fā)動機來描述本發(fā)明。如本領域技術人員將理解的，此描述僅是示例性的，且不以任何方式進行限制。
圖2示出了可用于燃氣渦輪發(fā)動機中的一個示例性多級軸流式壓縮機118的視圖。如圖所示，壓縮機118可包括多個級。各個級可包括后面是一排壓縮機定子葉片122的一排壓縮機轉子葉片120。因此，第一級可包括繞著中心軸旋轉的一排壓縮機轉子葉片120，后面是在運行期間保持靜止的一排壓縮機定子葉片122。壓縮機定子葉片122大體是彼此沿周向隔開的，且繞著旋轉軸線而固定。壓縮機轉子葉片120繞著轉子的軸線而沿周向隔開，且在運行期間繞著軸旋轉。如本領域技術人員將理解的，壓縮機轉子葉片120構造成使得當繞著軸轉動時，它們對流過壓縮機118的空氣或工作流體賦予動能。如本領域技術人員將理解的，壓縮機118可具有除了圖2中所示的級之外的許多其它級。各個另外的級可包括后面是多個沿周向隔開的壓縮機定子葉片122的多個周向的間隔開的壓縮機轉子葉片120。 圖3示出了可用于燃氣渦輪發(fā)動機中的一個示例性渦輪124的局部視圖。渦輪124可包括多個級。示出了三個示例性的級，但是渦輪124中可以存在更多或更少的級。第一級包括在運行期間繞著軸旋轉的多個渦輪輪葉或渦輪轉子葉片126，以及在運行期間保持靜止的多個噴嘴或渦輪定子葉片128。渦輪定子葉片128大體上彼此沿周向隔開，且繞著旋轉軸線而固定。渦輪轉子葉片126可安裝在渦輪葉輪(未示出)上，以繞著軸(未示出)旋轉。還示出了渦輪124的第二級。第二級類似地包括后面是多個沿周向隔開的渦輪轉子葉片126的多個沿周向隔開的渦輪定子葉片128，該渦輪轉子葉片126也安裝在渦輪葉輪上，以進行旋轉。還示出了第三級，且其類似地包括多個沿周向隔開的渦輪定子葉片128和渦輪轉子葉片126。將理解的是，渦輪定子葉片128和渦輪轉子葉片126位于渦輪124的熱氣路徑中。熱氣流通過熱氣路徑的方向由箭頭表明。如本領域技術人員將理解的，渦輪124可具有除了圖3中所示的級之外的許多其它級。各個另外的級可包括后面是多個沿周 向隔開的渦輪轉子葉片126的多個周向的間隔開的渦輪定子葉片128。
注意，如本文所用，在沒有另外的特殊性的情況下，對"轉子葉片"的引用是對壓縮 機118或渦輪124中的任何一個的旋轉葉片的引用，旋轉葉片包括壓縮機轉子葉片120和 渦輪轉子葉片126兩者。在沒有另外的特殊性的情況下，對"定子葉片"的引用是對壓縮機 118或渦輪124中的任何一個的靜止葉片的引用，靜止葉片包括壓縮機定子葉片122和渦輪 定子葉片128兩者。本文將使用用語"翼型件"來引用任何一種類型的葉片。因此，在沒有 另外的特殊性的情況下，用語"翼型件"包括所有類型的渦輪發(fā)動機葉片，包括壓縮機轉子 葉片120、壓縮機定子葉片122、渦輪轉子葉片126和渦輪定子葉片128。
在使用中，軸流式壓縮機118內的壓縮機轉子葉片120的旋轉可壓縮空氣流。在 燃燒室112中，當壓縮空氣與燃料混合且被點燃時，可釋放能量。然后，可將來自燃燒室112 的所得熱氣流引導到渦輪轉子葉片126上，這可導致渦輪轉子葉片126繞著軸旋轉，從而將 熱氣流的能量轉換成使軸旋轉的機械能。然后可使用軸的機械能來驅動壓縮機轉子葉片 120的旋轉，從而使得產生壓縮空氣的必要供應，而且還例如驅動發(fā)電機來產生電力。
通常，在燃氣輪機壓縮機106和渦輪110兩者中，鄰近的或相鄰的翼型件130排 可具有基本相同的構造，即具有圍繞排的周邊而類似地隔開的相同數量的大小類似的翼型
件。當在這種情況下時，而且另外，當兩排或更多排操作而使得各排(如例如在兩排或更多 排轉子葉片之間，或者在兩排或更多排定子葉片之間的情況)之間沒有相對運動時，這些 排中的翼型件可為"同步的"。如本文使用，用語"同步的"或"同步"指的是一排中的翼型 件相對于鄰近排中的翼型件的周位定位的固定的周向定位。 圖4至7示出了可如何使翼型件130排同步的實例的簡化示意圖。這些圖包括顯 示為并排的三排翼型件130。在圖4至7中的外面兩排翼型件130可各自表示一排轉子葉 片，而中間的排可表示一排定子葉片，或者，如本領域技術人員將理解的，外面的兩排可表 示一排定子葉片，而中間的排可表示一排轉子葉片。如本領域技術人員將理解的，不管它們 是定子葉片還是轉子葉片，外面的兩排在它們之間基本沒有相對運動(即在運行期間兩者 均保持靜止，或者兩者均以相同的速度旋轉)，而外面排兩者相對于中間排具有基本相同的 相對運動(即外面排兩者旋轉，同時中間排保持靜止，或者，外面排兩者保持靜止，同時中 間排旋轉)。另外，如已經描述過的，為了使在外面的兩排之間的同步最有效，外面的兩排各 自必須類似地構造。這樣，可以假定圖4至7中的外面的兩排具有基本相同數量的翼型件， 且可以假定在各排上的翼型件大小相似，且圍繞各排的周邊隔開。 為了圖4至7中的實例，外面的第一排翼型件將被稱為第一翼型件排134，中間 的一排翼型件將被稱為第二翼型件排136，而外面的另一排翼型件將被稱為第三翼型件排 138。第一翼型件排134和第三翼型件排138的相對運動由箭頭140表明?？杀硎就ㄟ^壓 縮機118或渦輪124中的任何一個的流的方向的流動方向，不管在什么情況下都由箭頭142 表示。注意，已經利用用語"第一"、"第二"和"第三"描述過在圖4至7中使用的示例性翼 型件排。此描述僅可應用于所示的排關于各圖中的其它排的相對定位，且不表明相對于渦 輪發(fā)動機中的其它翼型件排的整體定位。例如，其它翼型件排可定位在"第一翼型件排136" 的上游(即第一翼型件排136不一定是渦輪發(fā)動機中的第一排翼型件)。
本文使用一排翼型件的"槳距"來指圍繞特定排的周邊的重復模式的量度。因此，可將槳距描述為例如特定排中的翼型件的前緣和同一排中的相鄰翼型件中的任何一個的 前緣之間的周向距離。例如，槳距還可描述特定排中的翼型件的后緣和同一排中的相鄰翼 型件中的任何一個的后緣之間的周向距離。將理解的是，為了使同步更加有效，兩排大體上 將具有相似的槳距量度。如圖所示，第一翼型件排134和第三翼型件排138具有基本相同 的槳距，已經在圖4上的第三翼型件排138中將該槳距表示成距離144。還要注意的是，提 供圖4至7的同步實例，從而可描繪和理解描述鄰近或相鄰的翼型件排之間的各種同步關 系的一致方法。大體上，如下面更加充分地描述的，將按槳距量度的百分比給出兩排之間的 同步關系。也就是說，槳距量度的百分比表明兩排上的翼型件同步或偏移的距離。因此，槳 距量度的百分比可描述例如特定排上的翼型件的前緣和第二排上的對應的翼型件的前緣 彼此偏移的周向距離。 圖4至7提供了外面的兩排(即第一翼型件排134和第三翼型件排138)之間的 不同同步關系的幾個實例。在圖4中，如將理解的，第三翼型件排138相對于第一翼型件排 134偏移了大約0%槳距。因此，如圖所示，第三翼型件排138中的翼型件130的周向位置 落后于第一翼型件排134中的對應的翼型件130大約0%槳距量度的偏移，當然，這就意味 著第三翼型件排138中的翼型件130保持與第一翼型件排134中的對應的翼型件130基本 相同的周向位置。這樣，第一翼型件排134中的翼型件130的前緣(其中一個用參考標號 148標示)領先于第三翼型件排138中的對應的翼型件130的前緣(其用參考標號150標 示)大約0%槳距量度的周向距離，這就意味看對應的翼型件的前緣占據基本相同的周向 位置。 在圖5中，如將理解的，第三翼型件排138相對于第一翼型件排134偏移了大約 25%槳距。因此，如圖所示，第三翼型件排138中的翼型件130的周向位置落后于(給定外 面排的相對運動的方向的情況下)第一翼型件排134中的對應的翼型件130大約25%槳距 量度的偏移。這樣，第一翼型件排134中的翼型件130的前緣(其中一個用參考標號154 標示)領先于第三翼型件排138中的對應的翼型件130的前緣(其用參考標號156標示) 大約25%槳距量度的周向距離。 在圖6中，如將理解的，第三翼型件排138相對于第一翼型件排134偏移了大約 50%槳距。因此，如圖所示，第三翼型件排138中的翼型件130的周向位置落后于(給定外 面排的相對運動的方向的情況下)第一翼型件排134中的對應的翼型件130大約50%槳距 量度的偏移。這樣，第一翼型件排134中的翼型件130的前緣(其中一個用參考標號158 標示)領先于第三翼型件排138中的對應的翼型件130的前緣(其用參考標號160標示) 大約50%槳距量度的周向距離。 在圖7中，如將理解的，第三翼型件排138相對于第一翼型件排134偏移了大約 75%槳距。因此，如圖所示，第三翼型件排138中的翼型件130的周向位置落后于(給定外 面排的相對運動的方向的情況下)第一翼型件排134中的對應的翼型件130大約75%槳距 量度的偏移。這樣，第一翼型件排134中的翼型件130的前緣(其中一個用參考標號162 標示)領先于第三翼型件排138中的對應的翼型件130的前緣(其用參考標號164標示) 大約75%槳距量度的周向距離。 當然，可使翼型件130同步為不同于(即在第一翼型件排和第三翼型件排之間保 持不同的偏移)以上所述的關系(即0%、25%、50%、75%槳距)。雖然以上所述的同步關系中的一些在本發(fā)明的某些實施例內(如下面更加詳細地描述)，但它們也是示例性的，且意圖使用于描述幾個鄰近或相鄰的翼型件排之間的同步關系的方法清楚。本領域技術人員將理解，可使用其它方法來描述同步關系。本文使用的示例性方法不意圖以任何方式進行限制。相反，重要的是鄰近的翼型件之間的相對定位，即同步關系，如下面和權利要求書中所描繪的，而不是描述同步關系所采用的方法。 通過分析建模和實驗數據，已經發(fā)現某些同步構造對壓縮機118和渦輪124提供了某些運行優(yōu)點。更具體地，已經發(fā)現，翼型件排在運行期間經歷的機械或運行應力(其可包括翼型件(特別是定子葉片)的震動或搖動)，可受到相鄰的和/或鄰近的翼型件排的同步關系的顯著影響。某些同步關系會增加作用于特定翼型件排上的運行應力，而其它同步關系則會降低作用于該排上的應力。另外，雖然圖4-7僅顯示了涉及3排翼型件的同步構造，但是已經發(fā)現，可使用跨越另外的排的同步關系，從而可實現另外的運行優(yōu)點。
圖8示出了根據本發(fā)明的示例性實施例的同步構造。圖8包括并排顯示的五排翼型件第一翼型件排171、第二翼型件排172、第三翼型件排173、第四翼型件排174和第五翼型件排175。如本領域技術人員將理解的，第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175可表示轉子葉片，且在這幾排轉子葉片之間，第二翼型件排172和第四翼型件排174可表示定子葉片排?；蛘撸谝灰硇图?71、第三翼型件排173和第五翼型件排175也可表示定子葉片。在這種情況下，在定子葉片排之間，第二翼型件排172和第四翼型件排174可表示轉子葉片。另外，如本領域技術人員將理解的，無論它們各自是定子葉片還是轉子葉片，在運行期間，第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175它們之間將基本沒有相對運動(即如果它們是定子葉片，則所有排均保持靜止，或者如果它們是轉子葉片，則所有排均以相同的速度旋轉)。而且，無論它們各自是定子葉片還是轉子葉片，在運行期間，第二翼型件排172和第四翼型件排174它們之間將基本沒有相對運動(即如果它們是定子葉片，則這兩排均保持靜止，或者如果它們是轉子葉片，則這兩排均以相同的速度旋轉)。當然，鑒于此，第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175相對于第二翼型件排172和第四翼型件排174將具有基本相同的相對運動(即或者是第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175旋轉，同時第二翼型件排172和第四翼型件排174保持靜止，或者是這三排保持靜止，同時第二翼型件排172和第四翼型件排174旋轉)。如本領域技術人員將理解的，圖8中的翼型件排可位于渦輪發(fā)動機的壓縮機118或渦輪124中。 另外，如已經描述過的，大體上，為了更有效地執(zhí)行同步構造，第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175可構造成基本相同。這樣，圖8的第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175大體可具有相同數量的翼型件或者基本相同數量的翼型件。各排上的翼型件還可為基本相同的大小，且基本圍繞各排的周邊相同地間隔開。
在圖8中，根據本申請的一個示例性實施例，第三翼型件排173可相對于第一翼型件排171以大約50%槳距同步。因此，如圖所示，第三翼型件排173中的翼型件的周向位置落后于(給定排的相對運動的方向的情況下)第一翼型件排171中的對應的翼型件大約50%槳距量度的偏移。這樣，第一翼型件排171中的翼型件的前緣(其中一個用參考標號182標示)領先于第三翼型件排173中的對應的翼型件的前緣(其用參考標號184標示)大約50%槳距量度的周向距離。
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連同其它優(yōu)點一起，分析建模和實驗數據已經證實，具有第一翼型件排171和第 三翼型件排173之間所描繪的近似值(即50%槳距)的同步構造，提供了運行期間作用于 第二翼型件排172的翼型件上的應力(包括機械應力，例如振動或搖動)的降低。也就是 說，已經發(fā)現，可通過以與圖8所示的方式相符的方式使兩個相鄰的翼型件排(即在特定排 的各側上的翼型件排)同步，來實現作用于該特定排的翼型件上的運行應力的顯著降低， 而且非常接近50%槳距值或者處于50%槳距值的同步構造在一些實施例和應用中提供了 大約最大水平的應力消除。而且，已經確定，在50%槳距值的正或負10%內的同步值提供 接近最大應力降低水平的應力降低。(如本文使用，50%槳距+/-10%是介于45%和55% 槳距之間的槳距范圍)。如本領域技術人員將理解的，連同其它優(yōu)點一起，運行應力的降低 可延長翼型件的部件壽命，從而允許渦輪以更加成本高效的方式運行。
在其中兩個翼型件排(例如第一翼型件排171和第三翼型件排173)被同步的一 些實施例中，第一翼型件排171可為一排壓縮機轉子葉片120，第二翼型件排172可為一排 壓縮機定子葉片122，而第三翼型件排173可為一排壓縮機轉子葉片120。更具體地，在本 申請的一個示例性實施例中，第一翼型件排171可為壓縮機的第十四級中的壓縮機轉子葉 片120排，第二翼型件排172可為該壓縮機的第十四級中的壓縮機定子葉片122排，且第三 翼型件排176可為該壓縮機的第十五級中的壓縮機轉子葉片120排。在此示例性實施例的 一些情況下，第十四級和第十五級可為由紐約斯卡奈塔第的通用電氣公司制造的7F或9F 燃氣渦輪發(fā)動機的F級壓縮機的第十四級和第十五級。另外，在此實例和一些實施例中，壓 縮機可具有總共17級翼型件，各個級具有后面是單獨的定子葉片排的單獨的轉子葉片排。 第十四級中的轉子葉片排可具有總共64個轉子葉片，且第十五級中的轉子葉片排可具有 總共64個轉子葉片。最后，在一些實施例中，第十四級中的定子葉片排可具有總共132個 定子葉片，且第十五級中的定子葉片排可具有總共130個定子葉片。已經通過實驗數據和 分析建模發(fā)現，對于圖表中的以上所述的壓縮機構造，如本文所描述和要求保護的那些的 同步關系運行良好。 另外，在一個備選實施例中，第一翼型件排171可為壓縮機的第十五級中的壓縮 機轉子葉片120排，第二翼型件排172可為該壓縮機的第十五級中的壓縮機定子葉片122 排，且第三翼型件排176可為該壓縮機的第十六級中的壓縮機轉子葉片120排。在此示例 性實施例的一些情況下，第十五級和第十六級可為由紐約斯卡奈塔第的通用電氣公司制造 的7F或9F燃氣渦輪發(fā)動機的F級壓縮機的第十五級和第十六級。另外，在此實例和一些 實施例中，壓縮機可具有總共17級翼型件，各個級具有后面是單獨的定子葉片排的單獨的 轉子葉片排。第十五級中的轉子葉片排可具有總共64個轉子葉片，而第十六級中的轉子葉 片排可具有總共64個轉子葉片。最后，在一些實施例中，第十五級中的定子葉片排可具有 總共130個定子葉片，且第十六級中的定子葉片排可具有總共132個定子葉片。已經通過 實驗數據和分析建模發(fā)現，對于該圖表中的以上所述的壓縮機構造，如本文所描述和要求 保護的那些的同步關系運行良好。 分析建模和實驗數據也已經證實，運行優(yōu)點和應力降低可通過比以上所述的那些 范圍更寬的同步構造實現，雖然在一些實施例中，優(yōu)點可能沒有這么大。可在第一翼型件排 171和第三翼型件排173之間的大約50%槳距+/_50%的同步構造內降低運行應力。(如 本文使用，50%槳距+/_50%是介于25%和75%槳距之間的槳距范圍)。如上所述，在偏移范圍接近50%槳距水平時，可獲得更好的結果。在大約50%槳距+/_30%的范圍內(即介于35%和65%槳距之間的槳距范圍)的偏移可比在此較窄的范圍之外的值提供更明顯的運行優(yōu)點和應力降低。 圖8還包括另外兩排翼型件。第四翼型件排174和第五翼型件排175。以與上面針對第二翼型件排172所述的相同的方式，可通過使第五翼型件排175相對于第三翼型件排173同步來降低第四翼型件排174上的運行應力。在一些實施例中(其中，使兩個翼型件排同步來發(fā)揮中間的翼型件排的優(yōu)點)，中間的翼型件排可為一排定子葉片，且兩個同步的翼型件排可為轉子葉片排。在其它實施例中，中間的翼型件排可為一排轉子葉片，且兩個同步的翼型件排可為定子葉片排。翼型件排可為壓縮機翼型件排或渦輪翼型件排。
另外，已經發(fā)現，可通過使不止兩個相鄰的翼型件排(即緊靠各側的翼型件)同步來進一步降低作用于特定的一排翼型件上的運行應力。第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175可相對于彼此同步，從而使得在一些實施例中，位于第四翼型件排174的相對位置上的排可能會經歷更加顯著的運行應力降低。在這種情況下，第三翼型件排173可相對于第一翼型件排171以大約50%槳距同步，且第五翼型件排175可相對于第三翼型件排173以大約50%槳距同步。從而，如圖所示，第一翼型件排171中的翼型件的前緣(見參考標號182)領先于第三翼型件排173中的對應的翼型件的前緣(見參考標號184)大約50%槳距量度的周向距離，且第三翼型件排173中的翼型件的前緣(見參考標號184)領先于第五翼型件排175中的對應的翼型件的前緣大約50%槳距量度的周向距離?？捎糜谏婕叭齻€同步的翼型件排的實施例的槳距值的范圍與可用于涉及兩個同步的翼型件排的實施例的槳距值的范圍相同。也就是說，當第三翼型件排173相對于第一翼型件排171以大約50%槳距同步，且第五翼型件排175相對于第三翼型件排173以大約50%槳距同步時，可實現位于第四翼型件排174中的翼型件的大約最大應力消除。
也已經確定，在上述范圍內的、對于第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175的其它同步構造，提供了明顯和重要的運行好處，以及對第四翼型件排174的運行應力的降低。這樣，介于45%和55%槳距之間，35%和65%槳距之間，或者25%和75%槳距之間的槳距范圍都可用于變化的成功水平。另外，對于待實現的運行好處和應力降低，第一翼型件排171和第三翼型件排173之間以及第三翼型件排173和第五翼型件排175之間的同步關系不必是相同的(盡管它們可為大約相同的)。也就是說，在三排被同步的情況下，可實現運行好處和應力降低，只要第一翼型件排171和第三翼型件排173之間的同步關系在以上所述的范圍中的一個內，同時第三翼型件排173和第五翼型件排175之間的同步關系在以上所述的范圍中的一個內(盡管與第一翼型件排171和第三翼型件排173之間的同步關系不同)。簡言之，只要兩者均在最寬泛的槳距范圍內——即介于25%和75%槳距之間——就將實現運行好處。在一些實施例中，以相同的槳距或接近相同的槳距使第一翼型件排171和第三翼型件排173以及第三翼型件排173和第五翼型件排175同步，可提高所實現的運行好處和應力降低。 在其中三個翼型件排被同步的一些實施例中，第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175可為轉子葉片排，且第二翼型件排172和第四翼型件排174可為定子葉片排。在其它實施例中，第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175可為定子葉片排，且第二翼型件排172和第四翼型件排174可為轉子葉片排。在任何一種情況下，翼型件排可位于渦輪發(fā)動機的壓縮機或渦輪中。作為另外的優(yōu)點，還可降低作用于相
對于彼此同步的翼型件排上的運行應力，該翼型件排可包括例如第一翼型件排171和第三翼型件排173，或者可包括第一翼型件排171、第三翼型件排173以及第五翼型件排175。
另外，在其中三個翼型件排(例如第一翼型件排171、第三翼型件排173和第五翼型件排175)被同步的一些實施例中，第一翼型件排171可為一排壓縮機轉子葉片120，第二翼型件排172可為一排壓縮機定子葉片122，第三翼型件排173可為一排壓縮機轉子葉片120，第四翼型件排174可為一排壓縮機定子葉片122，且第五翼型件排可為一排壓縮機轉子葉片120。更具體地，在本申請的一個示例性實施例中，第一翼型件排171可為壓縮機的第十四級中的壓縮機轉子葉片120排，第二翼型件排172可為該壓縮機的第十四級中的壓縮機定子葉片122排，第三翼型件排176可為該壓縮機的第十五級中的壓縮機轉子葉片120排，第四翼型件排174可為該壓縮機的第十五級中的壓縮機定子葉片122排，且第五翼型件排175可為該壓縮機的第十六級中的壓縮機轉子葉片120排。在此示例性實施例的一些情況下，第十四級、第十五級和第十六級可為由紐約斯卡奈塔第的通用電氣公司制造的7F或9F燃氣渦輪發(fā)動機的F級壓縮機的第十四級、第十五級和第十六級。另外，在此實例和一些實施例中，壓縮機可具有總共17級翼型件，各個級具有后面是單獨的定子葉片排的單獨的轉子葉片排。第十四級中的轉子葉片排可具有總共64個轉子葉片，第十五級中的轉子葉片排可具有總共64個轉子葉片，且第十六級中的轉子葉片排可具有總共64個轉子葉片。最后，在一些實施例中，第十四級中的定子葉片排可具有總共132個定子葉片，第十五級中的定子葉片排可具有總共130個定子葉片，且第十六級中的定子葉片排可具有總共132個定子葉片。已經通過實驗數據和分析建模發(fā)現，對于圖表中的以上所述的壓縮機構造，如本文所描述和要求保護的那些的同步關系運行良好。 根據對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的以上描述，本領域技術人員將認識到改進、變化和修改。在本領域內的這樣的改進、變化和修改意圖由所附權利要求書覆蓋。另外，應當顯而易見的是，前述內容僅涉及本申請的所述實施例，且在不偏離由所附的權利要求書及其等效物限定的本申請的精神和范圍的情況下，可在本文中進行許多變化和修改。
權利要求
一種降低作用于渦輪發(fā)動機(100)中的目標翼型件(130)排上的運行應力的方法；其中，所述目標翼型件(130)排在各側上由第一上游翼型件(130)排和第一下游翼型件(130)排鄰接，所述第一上游翼型件(130)排包括在所述目標翼型件(130)排的上游方向上的第一排翼型件(130)，且所述第一下游翼型件(130)排包括在所述目標翼型件(130)排的下游方向上的第一排翼型件(130)；所述第一上游翼型件(130)排和所述第一下游翼型件(130)排具有基本相同數量的相似的翼型件(130)，且兩者包括一排轉子葉片(120)、(126)和一排定子葉片(122)、(128)其中之一，且所述目標翼型件(130)排包括另一排；所述方法包括以下步驟將所述第一上游翼型件(130)排的翼型件(130)和第一下游翼型件(130)排的翼型件(130)的周向位置構造成使得所述第一上游翼型件(130)排的至少90％的翼型件(130)和所述第一下游翼型件(130)排的至少90％的翼型件(130)包括介于25％和75％槳距之間的同步關系。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述第一上游翼型件(130)排由第二上游翼型件(130)排鄰接，所述第二上游翼型件(130)排包括在所述目標翼型件(130)排的上游方向上的第二排翼型件(130);所述第二上游翼型件(130)排由第三上游翼型件(130)排鄰接，所述第三上游翼型件(130)排包括在所述目標翼型件(130)排的上游方向上的第三排翼型件(130);所述方法進一步包括以下步驟將所述第三上游排的翼型件(130)和第一上游翼型件(130)排的翼型件(130)的周向位置構造成使得所述第三上游翼型件(130)排的至少90%的翼型件(130)和所述第一上游翼型件(130)排的至少90%的翼型件(130)包括介于25%和75%槳距之間的同步關系。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括以下步驟將所述第一上游翼型件(130)排的翼型件(130)和第一下游翼型件(130)排的翼型件(130)構造成使得所述第一上游翼型件(130)排的至少90%的翼型件(130)和所述第一下游翼型件(130)排的至少90%的翼型件(130)包括介于45%和55%槳距之間的同步關系。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述第一上游翼型件(130)排包括壓縮機(118)的第十四級中的一排轉子葉片(120);所述目標翼型件(130)排包括所述壓縮機(118)的所述第十四級中的一排定子葉片(122);所述第一下游翼型件(130)排包括所述壓縮機(118)的第十五級中的一排轉子葉片(120)。
5. 在已經使用了至少3個月且包括至少三個連續(xù)的軸向地堆疊的翼型件(130)排的渦輪發(fā)動機(100)中；一種修改所述渦輪發(fā)動機(100)的運行以便降低作用于所述翼型件(130)排中的一個或多個上的運行應力的方法，所述方法包括以下步驟(a)確認所述渦輪發(fā)動機(100)是否具有一對翼型件(130)排，即第一翼型件(130)排和第二翼型件(130)排，所述第一翼型件(130)排和所述第二翼型件(130)排彼此緊密鄰近地駐留在所述渦輪發(fā)動機(100)的壓縮機或渦輪其中之一中；在運行期間，在它們之間間的第三翼型件(130)排具有基本相同的相對運動；并且具有基本相同數量的形狀相似的翼型件(130);禾口(b)將所述第一翼型件(130)排的翼型件(130)和第二翼型件(130)排的翼型件(130)構造成使得所述第一翼型件(130)排的至少90%的翼型件(130)和所述第二翼型件(130)排的至少90%的翼型件(130)包括介于25%和75%槳距之間的同步關系。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括以下步驟將所述第一翼型件(130)排的翼型件(130)和第二翼型件(130)排的翼型件(130)構造成使得所述第一翼型件(130)排的至少90%的翼型件(130)和所述第二翼型件(130)排的至少90%的翼型件(130)包括介于45%和55%槳距之間的同步關系。
7. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于所述第一翼型件(130)排包括壓縮機(118)的第十四級中的一排轉子葉片(120);所述第二翼型件(130)排包括所述壓縮機(118)的第十五級中的一排轉子葉片(120)。
8. 在包括對包含至少三個連續(xù)的軸向地堆疊的翼型件(130)排的燃氣渦輪發(fā)動機(100)進行組裝的制造過程中，一種組裝所述燃氣渦輪發(fā)動機(100)的所述翼型件(130)排以便降低作用于所述翼型件(130)排中的一個或多個上的運行應力的方法，所述方法包括以下步驟(a) 確認包括一對翼型件(130)排，即第一翼型件(130)排和第二翼型件(130)排的燃氣渦輪發(fā)動機設計，所述第一翼型件(130)排和所述第二翼型件(130)排彼此緊密鄰近地駐留在所述渦輪發(fā)動機(100)的壓縮機或渦輪其中之一中；在運行期間，在它們之間基本沒有相對運動；相對于定位在所述第一翼型件(130)排和所述第二翼型件(130)排之間的第三翼型件(130)排具有基本相同的相對運動；并且具有基本相同數量的形狀相似的翼型件(130);以及(b) 對于系在步驟(a)中確認的所述燃氣渦輪發(fā)動機設計的、被組裝的所述燃氣渦輪發(fā)動機(100)的至少大部分，將所述第一翼型件(130)排的翼型件(130)和所述第二翼型件(130)排的翼型件(130)的周向位置構造成使得第一翼型件(130)排的至少90%的翼型件(130)和所述第二翼型件(130)排的至少90%的翼型件(130)包括介于25%和75%槳距之間的同步關系。
9. 根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括以下步驟對于系在步驟(a)中確認的所述燃氣渦輪發(fā)動機設計的、被組裝的所述燃氣渦輪發(fā)動機(100)的基本全部，將所述第一翼型件(130)排的翼型件(130)和所述第二翼型件(130)排的翼型件(130)的周向位置構造成使得第一翼型件(130)排的基本全部翼型件(130)和所述第二翼型件(130)排的基本全部翼型件(130)包括介于45%和55%槳距之間的同步關系。
10. 根據權利要求8所述的方法，其特征在于所述第一翼型件(130)排包括壓縮機(118)的第十四級中的一排轉子葉片(120);所述第二翼型件(130)排包括所述壓縮機(118)的第十五級中的一排轉子葉片(120)。
全文摘要
本發(fā)明涉及渦輪翼型件同步。一種降低作用于渦輪發(fā)動機中的目標翼型件排上的運行應力的方法；其中目標翼型件排在各側上由第一上游翼型件排和第一下游翼型件排鄰接；第一上游翼型件排和第一下游翼型件排具有基本相同數量的相似的翼型件，且兩者包括一排轉子葉片和一排定子葉片其中之一，且目標翼型件排包括另一排；該方法包括以下步驟將第一上游翼型件排的翼型件和第一下游翼型件排的翼型件的周向位置構造成使得第一上游翼型件排的至少90％的翼型件和第一下游翼型件排的至少90％的翼型件包括介于25％和75％槳距之間的同步關系。
文檔編號F02C3/04GK101776011SQ20091026673
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權日2008年12月29日
發(fā)明者J·F·賴曼, M·E·弗里曼, 寧衛(wèi) 申請人:通用電氣公司