帶有重量減小的封閉空間的渦輪翼面的制作方法
【專利說明】帶有重量減小的封閉空間的渦輪翼面
[0001]本申請是于2007年2月14日提交的專利申請(中國國家申請?zhí)枮?00710005385.0，發(fā)明名稱“帶有重量減小的封閉空間的渦輪翼面”)的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明總體涉及燃?xì)鉁u輪部件，尤其涉及渦輪翼面。
【背景技術(shù)】
[0003]燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)包括一個(gè)壓縮機(jī)，后者將加壓的空氣送至燃燒室。在燃燒室中，空氣與燃料混合并點(diǎn)火，產(chǎn)生熱的燃燒氣體。這些氣體向下游至一個(gè)或多個(gè)渦輪中，該渦輪從燃燒氣體提取能量，供給該壓縮機(jī)動力，并作有用功，例如供給飛行中的飛機(jī)動力。在通常包括被安置在核心發(fā)動機(jī)前端的風(fēng)扇的渦扇發(fā)動機(jī)中，高壓渦輪驅(qū)動該核心發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)。一個(gè)低壓渦輪被安置在該高壓渦輪的下游，用于驅(qū)動該風(fēng)扇。通常，每一個(gè)渦輪級包括一個(gè)靜止的渦輪噴嘴，其后為渦輪轉(zhuǎn)子。
[0004]每一個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子上裝有一組沿圓周分布的翼面形狀的渦輪葉片。該組葉片從該核心發(fā)動機(jī)排出的燃燒氣體中提取能量。這些葉片通常由耐高溫的合金(例如“超級合金”)鑄造而成。就在該燃燒室下游的第一轉(zhuǎn)子級通常為內(nèi)部冷卻的，并具有帶有一個(gè)或多個(gè)蛇形通道，薄膜冷卻孔，后緣槽或孔等的空心內(nèi)部。其次的轉(zhuǎn)子級不受第一級的極高溫的作用，因此不需要冷卻。為了減小后一級翼面的重量，它們經(jīng)常包括一個(gè)稱為“重量減小的封閉空間”的空心的內(nèi)面部分。遺憾的是，現(xiàn)有技術(shù)的重量減少的封閉空間的形狀可使翼面破壞，并在該空心的封閉空間和實(shí)心的翼面部分之間的界面上分離。因此需要重量輕，同時(shí)保持高強(qiáng)度的渦輪葉片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明可滿足上述需要。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面提供了在間隔的前緣和后緣之間延伸的相反的壓力側(cè)壁和負(fù)壓側(cè)壁，一個(gè)根部，一個(gè)頂部，和被安置在該二個(gè)側(cè)壁之間的一個(gè)空心的封閉空間。該封閉空間在其徑向外端具有弦向的第一尺寸，在其徑向內(nèi)端具有弦向的第二尺寸。該第二尺寸基本上比該第一尺寸小。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，渦輪噴嘴部分包括在間隔的前緣和后緣之間延伸的相反的壓力側(cè)壁和負(fù)壓側(cè)壁，一個(gè)根部，一個(gè)頂部和被安置在該二個(gè)側(cè)壁之間的一個(gè)空心的封閉空間。該封閉空間為錐度形狀，其在徑向外端的弦向尺寸比在其徑向內(nèi)端的弦向尺寸大。其中，該封閉空間的形心基本上位于該翼面的中間弦位置的前面。
【附圖說明】
[0007]參考結(jié)合附圖進(jìn)行的下列說明，可以最好地理解本發(fā)明。其中:
圖1為現(xiàn)有技術(shù)的渦輪翼面的透視圖；
圖2為圖1的翼面的側(cè)視圖； 圖3為根據(jù)本發(fā)明制造的渦輪葉片的透視圖；和圖4為圖3的翼面的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]在附圖中，相同的符號表示相同的零件。圖1表示一個(gè)示例性的現(xiàn)有技術(shù)的高壓渦輪(HPT)葉片10。該渦輪葉片10包括一個(gè)榫頭12，它可以具有任何適當(dāng)?shù)男螤睢Ｔ撔螤畎ㄅc轉(zhuǎn)子盤(沒有示出)上的燕尾槽的互補(bǔ)的柄腳接合的柄腳，以便當(dāng)在工作過程中，轉(zhuǎn)子圓盤轉(zhuǎn)動時(shí)，將該葉片10在徑向保持在該轉(zhuǎn)子盤上。一個(gè)葉片柄14徑向從該榫頭12向上伸出，并且終端在側(cè)向從該柄14向外突出并包圍該柄14的一個(gè)平臺16上?？招囊砻?8沿徑向從該平臺16向外伸出并進(jìn)入熱氣體流中。該翼面18在該平臺16和該翼面18的連接處有一個(gè)根部20，和在其徑向外端有一個(gè)頂部22。該翼面18的凹形的壓力側(cè)壁24和凸形的負(fù)壓側(cè)壁20在前緣28和后緣30上連接在一起。該翼面18可以有適合于從熱氣體流提取能量和使轉(zhuǎn)子圓盤轉(zhuǎn)動的任何形狀。
[0009]—般，該渦輪葉片10作成適當(dāng)?shù)某壓辖鹨焕珂?，鈷或鐵基超級合金的單體式鑄件。該鑄件在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中高的工作溫度下具有可接受的強(qiáng)度。該翼面18包括圖2所示的，稱為重量減小的封閉空間的一個(gè)空心的空間或封閉空間32。該封閉空間的目的是去掉在不重要區(qū)域的材料。這可減小渦輪葉片10的重量。而減小渦輪葉片重量具有重要的好處，包括減少工作應(yīng)力和材料成本。多個(gè)增強(qiáng)銷34為該鑄件的一部分，并側(cè)向從壓力側(cè)壁24延伸至負(fù)壓側(cè)壁26。
[0010]該重量減小的封閉空間32的形狀在截面挨著截面的基礎(chǔ)上跟隨翼面的外部幾何形狀。該封閉空間的深度“D1”，即在徑向方向的長度，根據(jù)硬件的重量要求和負(fù)荷與面積比的要求設(shè)定。設(shè)定該重量減小的封閉空間32的橫截面面積，以控制該壓力和負(fù)壓側(cè)壁24和26的厚度。
[0011]當(dāng)在側(cè)視圖中看時(shí)，該重量減小封閉空間32的外邊界以間隔前邊緣38和后邊緣40的頂部邊緣36和底部邊緣42為邊界。該底部邊緣42具有一個(gè)基本上在縱向取向(即在側(cè)視圖中的水平方向)的中心部分44。該中心部分44分別利用切成圓角的前面和后面部分46和48與該前面和后邊緣38和40連接。該重量減小的封閉空間32的幾何形狀分布基本上與位于大致在該翼面18的中間弦位置上的徑向延伸線“LI”對稱。與該底部邊緣42附近的翼面弦比較，該重量減小封閉空間32的弦向尺寸較大，并且沿著線“T”從該空心的重量減小的封閉空間32至翼面18的實(shí)心部分有較陡的過渡部分。這使應(yīng)力惡化并使現(xiàn)有技術(shù)的翼面18容易破壞和沿著線“T”分離。
[0012]圖3表示根據(jù)本發(fā)明制造的一個(gè)示例性的高壓渦輪(HPT)的葉片110。該渦輪葉片110的一般結(jié)構(gòu)與上述的渦輪葉片10相同，并包括與榫頭112，一個(gè)葉片柄114，一個(gè)平臺116和具有根部120和頂部122的一個(gè)翼面118。該翼面118的壓力側(cè)壁124和負(fù)壓側(cè)壁126在前緣128和后緣130處連接在一起。如上所述，該渦輪葉片110可作成適當(dāng)?shù)某壓辖鹨焕珂嚕捇蜩F基的超級合金的單件式鑄件。該鑄件在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的高的工作溫度下具有可接受的強(qiáng)度。
[0013]該翼面118包括一個(gè)稱為重量減小封閉空間的空心的空間或封閉空間132。該封閉空間的目的是去掉不重要區(qū)域中的金屬。這可減少渦輪葉片110的重量。這具有包括減少工作應(yīng)力和材料成本的重要的好處。多個(gè)增強(qiáng)銷134為該鑄件的一部分，并且側(cè)向從該壓力側(cè)壁124延伸至該負(fù)壓側(cè)壁126。該重量減少封閉空間132的形狀在截面挨著截面的基礎(chǔ)上跟隨翼面的外部幾何形狀。設(shè)定該重量減小的封閉空間132的橫截面積，以達(dá)到該壓力和負(fù)壓側(cè)壁124和126的所希望的