專利名稱：用于壓縮機的翼型形狀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及翼型件，例如用于燃氣渦輪的葉片或靜葉(為了方便描述和理解在下文中為葉片或靜葉)。具體而言，本發(fā)明涉及用于第4級轉子靜葉的壓縮機翼型輪廓。
背景技術：
在燃氣渦輪中，應在燃氣渦輪流動路徑部段的各個級滿足許多系統(tǒng)要求以滿足設計目的。渦輪熱氣體路徑需要壓縮機翼型件轉子靜葉滿足設計目的以及所需的效率、可靠性和負載要求。舉例而言，并且并不限制本發(fā)明，壓縮機轉子的靜葉應對于特定級實現(xiàn)熱和機械操作要求。此外，舉例而言，并且并不限制本發(fā)明，壓縮機轉子的靜葉應對于特定級實現(xiàn)熱和機械操作要求。過去為了滿足設計目的和所需要求做出的努力是在翼型件上提供涂層，但涂層可能不夠牢靠或持久以提供設計目的和所需要求。因此，需要提供一種翼型件構造，其帶有滿足設計目的和所需要求的輪廓。
發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一實施例中，一種制件包括具有翼型形狀的靜葉翼型件，該翼型件具有基本上根據(jù)表A中所述的X、Y和Z的笛卡爾坐標值的標稱輪廓(nominal profile)。X 和Y為距離，其在由平滑連續(xù)弧線連接時，在以英寸為單位的每個距離Z處限定翼型輪廓部段。Z距離處輪廓部段彼此平滑地聯(lián)接以形成完整的翼型形狀。在根據(jù)本發(fā)明的另一實施例中，一種壓縮機靜葉包括靜葉翼型件，該靜葉翼型件具有基本上根據(jù)表A中所述的X、Y和Z的笛卡爾坐標值的未涂覆的標稱翼型輪廓。X和Y 為以英寸為單位的距離，其在由平滑連續(xù)弧線連接時，在以英寸為單位的每個距離Z處限定翼型輪廓部段。Z距離處的輪廓部段彼此平滑地聯(lián)接以形成完整的翼型形狀。X距離和 Y距離可作為常數(shù)的函數(shù)按比例縮放以提供按比例放大或按比例縮小的翼型件。在本發(fā)明的進一步的實施例中，一種壓縮機包括壓縮機葉輪，該壓縮機葉輪具有多個與轉子靜葉協(xié)作的葉片。其中每個靜葉包括具有翼型形狀的翼型件。該翼型件包括基本上根據(jù)表A中所述的X、Y和Z的笛卡爾坐標值的標稱輪廓。X和Y為以英寸為單位的距離，其在由平滑連續(xù)弧線連接時，在以英寸為單位的每個距離Z處限定翼型輪廓部段。Z距離處的輪廓部段彼此平滑地聯(lián)接以形成完整的翼型形狀。在本發(fā)明的還進一步的實施例中，一種壓縮機包括壓縮機葉輪，該壓縮機葉輪具有多個與轉子靜葉協(xié)作的葉片，并且其中每個靜葉包括翼型件，該翼型件具有基本上根據(jù)表A中所述的X、Y和Z的笛卡爾坐標值的未涂覆標稱翼型輪廓。X和Y為距離，其在由平滑連續(xù)弧線連接時，在以英寸為單位的每個距離Z處限定翼型輪廓部段。Z距離處的輪廓部段彼此平滑地聯(lián)接以形成完整的翼型形狀。X距離、Y距離和Z距離可作為常數(shù)的函數(shù)按比例縮放以提供按比例放大或按比例縮小的翼型件。
圖1是如由本發(fā)明所實施的壓縮機的片段截面圖，其示出壓縮機的不同級；圖2是如由本發(fā)明所實施的壓縮機的葉片的透視圖；圖3是其側立面圖；圖4是如由本發(fā)明所實施的壓縮機葉片的切向和后部透視圖；圖5是如由本發(fā)明所實施的從葉片頂端沿徑向向外觀察的壓縮機葉片的端視圖；圖6是類似于圖2的視圖；以及圖7是大體上近似在圖6中的線7-7上所截取的截面圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的一實施例，一種制件具有基本上根據(jù)表A中所述的X、Y和Z的笛卡爾坐標值的標稱輪廓，并且，其中，X和Y為以英寸為單位的距離，當其由平滑連續(xù)的弧線連接時，在以英寸為單位的每個距離Z處限定翼型輪廓部段，Z距離處的輪廓部段彼此平滑地聯(lián)接以形成完整的翼型形狀。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提供了一種用于燃氣渦輪的靜葉的翼型壓縮機形狀，其增強燃氣渦輪的性能。此翼型形狀還改進壓縮機的各個級之間的相互作用并提供改進的空氣動力學效率，同時減小級翼型件的熱應力和機械應力。如由本發(fā)明所實施的靜葉翼型輪廓由獨特的點軌跡限定以實現(xiàn)必需的效率和負載要求，從而得到改進的壓縮機性能。這些獨特的點軌跡限定標稱翼型輪廓，并且由下文的表A中的X、Y和Z笛卡爾坐標指示。用于表A中所示的坐標值的點是相對于發(fā)動機中心線而言的，并且用于靜葉翼型件的沿其長度的不同截面的冷的(即，室溫)靜葉。正X、正Y和正Z方向分別沿軸向朝向渦輪的排氣端、沿切向在發(fā)動機旋轉的方向上以及沿徑向向外地朝向靜止殼體。Χ、Υ和Z坐標以距離尺寸給出，例如以英寸為單位，并且在每個Z位置處平滑地聯(lián)接以形成平滑連續(xù)的翼型截面。Χ、Υ平面中的每個限定的翼型部段在Z方向中與相鄰翼型部段平滑地聯(lián)接以形成完整的翼型形狀。應當理解，翼型件在使用期間升溫，如本領域普通技術人員已知的那樣。翼型輪廓將因此由于機械負載和溫度而改變。因此，出于制造目的，冷的或室溫輪廓由X、Y和Z坐標給出。在垂直于沿著標稱輪廓的任何表面位置的方向上從標稱輪廓加或減大約0. 160英寸(+/-0. 160”)的距離(并且其包括任何涂層)限定該靜葉翼型件的輪廓包絡，因為制造的靜葉翼型輪廓可不同于由下文的表給出的標稱翼型輪廓。翼型形狀對于這種變化是牢靠的，不會有損靜葉的機械功能和空氣動力學功能。如由本發(fā)明所實施的翼型件可被幾何地按比例放大或按比例縮小以用于引入類似渦輪設計中。因此，標稱翼型輪廓的x、Y和Z坐標可為常數(shù)的函數(shù)。即，Χ、Υ和Z坐標值可乘以或除以相同的常數(shù)或數(shù)字以提供靜葉翼型輪廓的“按比例放大”或“按比例縮小”形式，同時保持翼型部段形狀，如由本發(fā)明所實施的那樣?，F(xiàn)在參看圖1，示出大體上標注為10的壓縮機的一部分，其具有多個級，包括大體上標注為12的第一級。每個級包括多個周向間隔的定子葉片，以及安裝于壓縮機轉子16 上的轉子葉片14。第一級壓縮機定子葉片12彼此周向地間隔開，具有特定翼型形狀或下文所規(guī)定輪廓的翼型件18。參看圖2，該翼型形狀或輪廓分別包括前緣20和后緣22。
現(xiàn)在參看圖2至圖7，其中每個翼型葉片具有由笛卡爾坐標系限定的翼型輪廓(對于X、Y和Z值)。該坐標值在下文的表A中以英寸表述。笛卡爾坐標系包括正交相關的X、 Y和Z軸，其中Z軸沿著自壓縮機轉子的中心線的半徑(即，垂直于包含X值和Y值的平面) 延伸。Z距離在徑向最外部的空氣動力學部段處的X、Y平面中開始于零。X軸平行于壓縮機轉子中心線，即，旋轉軸線。通過在垂直于Χ、Υ平面的Z方向上限定選定位置處的X和Y 坐標值，可確定翼型件20的輪廓。通過利用平滑連續(xù)弧線連接X值和Y值，確定在各距離Z 處的各輪廓部段。距離Z之間的各表面位置處的表面輪廓彼此平滑地連接以形成翼型件。 在下文的表A中給出的列表值以英寸為單位，并且代表在周圍非操作或非熱條件下的翼型輪廓并用于未涂覆的翼型件。符號法則沿徑向向內(nèi)的方向指定正值Ζ，并且對于X坐標值和 Y坐標值為正值和負值，如通常在笛卡爾坐標系中使用的那樣。為了限定靜葉翼型件的翼型形狀，提供了獨特的點集或點軌跡。這樣獨特的點集或點軌跡滿足級要求從而可制造該級。這樣獨特的點軌跡還滿足級效率和減小的熱應力與機械應力的預期要求。通過空氣動力學負載與機械負載之間的迭代來得到點軌跡，從而使壓縮機能以高效、安全和平穩(wěn)的方式運行。如由本發(fā)明所實施的軌跡限定靜葉翼型輪廓并且可包括相對于發(fā)動機的旋轉軸線的點集。舉例而言，可提供點集來限定靜葉翼型輪廓。此外，如由本發(fā)明所實施的靜葉翼型輪廓可包括用于壓縮機的第4級轉子靜葉的靜葉。在下文的表A中給出的Χ、Υ和Z值的笛卡爾坐標系沿著靜葉翼型件的長度在不同位置處限定靜葉翼型件的輪廓。X、Y和Z坐標的坐標值以英寸表述，但在適當?shù)剞D換這些值時，也可使用其它尺寸單位。這些值排除了平臺的圓角區(qū)域。笛卡爾坐標系具有正交相關的X、Y和Z軸。X軸平行于壓縮機轉子中心線，例如旋轉軸線。正X坐標值沿軸向朝向后部，例如壓縮機的排氣端。朝向后部的正Y坐標值在轉子的旋轉方向上切向地延伸。正 Z坐標值沿徑向向外地朝向壓縮機的靜止殼體。產(chǎn)生了表A的值并且顯示到小數(shù)點后三位以用于確定翼型件的輪廓。具有典型的制造公差以及涂層，在翼型件的實際輪廓中應考慮這些。因此，所給出的輪廓值用于標稱翼型件。因此，應當理解，+/-典型制造公差，例如，+/-—定值(包括任何涂層厚度)，被添加至X值和Y值。因此，在垂直于沿著翼型輪廓的任何表面位置的方向上的大約+/-0. 160英寸的距離限定對于靜葉翼型設計和壓縮機的翼型輪廓包絡。換言之，在垂直于沿著翼型輪廓的任何表面位置的方向上的大約+/-0. 160英寸的距離限定這樣的變化范圍，該變化范圍介于標稱低溫或室溫下位于實際翼型表面上的測量點以及那些點在相同溫度下的理想位置之間，如由本發(fā)明所實施的那樣。如由本發(fā)明所實施的靜葉翼型設計對于這種變化范圍是牢靠的，不會有損機械功能和空氣動力學功能。在下文的表A中給出的坐標值提供對于示例性Sl級轉子的標稱輪廓包絡。表 A說明書4/66 頁CN 102400955 AXYZ
-1.1136 1.7787-0.1581
-1.1127 1,7791-0.1581
-1.111 1.7797-0.1581
-1.1076 1.7807-0.1581
-1.1004 1.7818-0.1581
-1.0891 1.7812-0.1581
-1.0697 1.7754-0.1581
-1.04611.7621-0.1581
-1.01841.7396-0.1581
-0.98741.7074-0.1581
-0.9511,6619-0.1581
-0.91181.6075-0.1581
-0.8707 1.549-0.1581
-0.82481.4828-0.1581
-0.7741.4093-0.1581
-0.7181.3284-0.1581
-0.6593 1.244-0.1581
-0.59751.1562-0.1581
0.53241.0653-0.1581
-0.46370.9715-0.1581
-0.3913 0.875-0.1581
-0.31470.7761-0.1581
-0.2337 0.675-0.1581
-0.1479 0.572-0.1581
-0.05980.4708-0.1581
0.03040.3716-0.1581
0.12280.2745-0.1581
0.21740.1796-0.1581
0.3140.0867-0.1581
0.4121-0.0046-0.1581
0.5111-0.095-0.1581
0.611-0.1844-0.1581
0.712-0.2726-0.1581
0.8142-0.3593-0.1581
0.9175-0.4447-0.1581
1.0187-0.5257-0.15811.1176-0.6024-0.15811.2142-0.6747-0.15811.3083-0.7429-0.15811.3997-0.807-0.15811.4884-0.8674-0.15811.5741-0.9241-0.15811.6531-0.975-0.15811.725-1.0203-0.15811.7896-1.0602-0.15811.847-1.095-0.15811.8968-1.1249-0.15811.9391-1.1501-0.15811.9752-1.1715-0.15812.0057-1.1894-0.15812.0308-1.204-0.15812.0509-1.2156-0.15812.0655-1.2261-0.15812.0725-1.2376-0.15812.0748-1.2487-0.15812.0741-1.2577-0.15812.0721-1.2643-0.15812.0688-1.2706-0.15812.0626-1.2777-0.15812.0526-1.284-0.15812.0387-1.2868-0.15812.0202-1.2829-0.15811.9963-1.2762-0.15811.9665-1.2679-0.15811.9303-1.2576-0.15811.8872-1.2453-0.15811.8369-1.2306-0.15811.7775-1.2129-0.15811.7092-1.1919-0.15811.632-1.1675-0.15811.5461-1.1392-0.15811.4515-1.1068-0.15811.3485-1.0697-0.15811.2418-1.0289-0.15811.1314-0.9842-0.15811.0177-0.9351-0.15810.9014-0.8814-0.15810.7828-0.8226-0.15810.6623-0.7582-0.15810.5403-0.6877-0.15810.421-0.6129-0.15810.3047-0.5336-0.15810.1917-0.4494-0.15810.0823-0.3596-0.1581-0.0234-0.2643-0.1581-0.1257-0.1638-0.1581-0.2243-0.0593-0.1581-0.31850.0482-0.1581-0.40830.1588-0.1581-0.49370.2726-0.1581-0.57480.3893-0.1581-0.64920.5049-0.1581-0.71750.6191-0.1581-0.78010.7314-0.1581-0.83760.8416-0.1581-0.890.9493-0.1581-0.93771.0539-0.1581-0.9811.1553-0.1581-1.021.2532-0.1581-1.05341.343-0.1581-1.08171.4245-0.1581-1.10521.4975-0.1581-1.12541.5665-0.1581-1.13971.6272-0.1581-1.14611.6746-0.1581-1.14611.7128-0.1581-1.14121.7412-0.1581-1.13271.761-0.1581-1.12541.7705-0.1581-1.11951.7754-0.1581-1.11621.7774-0.1581-1.11451.7783-0.1581-1.13491.74780-1.13411.74820-1.13241.74890-1.129 -1.1218 -1.1106 -1.0911 -1.0674 -1.0394 -1.0079 -0.9707 -0.9305 -0.8883 -0.8412 -0.789 -0.7315 -0.6712 -0.6077 -0.541 -0.4706 -0.3965 -0.3182 -0.2356 -0.1481 -0.0586 0.0329 0.1264 0.2219 0.3193 0.4181 0.5177 0.6181 0.7196 0.8221 0.9257 1.0271 1.1261 1.2227 1.3166 1.4079 1.4964 1.582 1.6607
1.75 7512 7507 7451 7322 7102 6785 6339 5804 .5228 ,4577 3853 ,3057 2227 1364 .047 0.9548 0.8599 0.7626 0.6631 0.5618 0.4622 0.3645 0.2689 0.1753 0.0836 -0.0067 -0.0961 -0.1846 -0.2718 -0.3578 -0.4425 -0.5229 -0.5991 -0.6711 -0.739 -0.803 -0.8633 -0.92 -0.9709
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
權利要求
1.一種制件，所述物件具有基本上根據(jù)表A中所述的X、Y和Z的笛卡爾坐標值的標稱輪廓，并且，其中，X和Y為以英寸為單位的距離，其在由平滑連續(xù)弧線連接時，在以英寸為單位的每個距離Z處限定翼型輪廓部段，Z距離處的輪廓部段彼此平滑地聯(lián)接以形成完整的翼型形狀。
2.根據(jù)權利要求1所述的制件，其特征在于，所述翼型形狀包括翼型件。
3.根據(jù)權利要求2所述的制件，其特征在于，所述翼型形狀位于在垂直于任何物件表面位置的方向上處于士0. 160英寸的包絡內(nèi)。
4.根據(jù)權利要求1所述的制件，其特征在于，所述翼型形狀包括轉子葉片。
5.一種壓縮機，所述壓縮機包括具有多個葉片的壓縮機葉輪，所述葉片中的每一個與多個轉子靜葉協(xié)作，所述多個轉子靜葉包括具有翼型形狀的翼型件，所述翼型形狀具有基本上根據(jù)表A中所述的Χ、Υ和Z的笛卡爾坐標值的標稱輪廓，其中，X和Y為以英寸為單位的距離，其在由平滑連續(xù)弧線連接時，在以英寸為單位的每個距離Z處限定翼型輪廓部段， Z距離處的輪廓部段彼此平滑地聯(lián)接以形成完整的翼型形狀。
6.一種壓縮機，所述壓縮機包括具有多個靜葉的壓縮機葉輪，所述多個轉子靜葉包括翼型件，所述翼型件具有基本上根據(jù)表A中所述的X、Y和Z的笛卡爾坐標值的未涂覆的標稱翼型輪廓，其中，X和Y為以英寸為單位的距離，其在由平滑連續(xù)弧線連接時，在以英寸為單位的每個距離Z處限定翼型輪廓部段，Z距離處的輪廓部段彼此平滑地聯(lián)接以形成完整的翼型形狀，X距離和Y距離可作為相同常數(shù)或數(shù)字的函數(shù)按比例縮放以提供按比例放大的靜葉翼型件和按比例縮小的翼型件的其中至少一種。
7.根據(jù)權利要求6所述的壓縮機，其特征在于，所述多個轉子葉片包括第4級轉子靜葉。
8.根據(jù)權利要求6所述的壓縮機，其特征在于，所述翼型形狀位于在垂直于任何翼型件表面位置的方向上處于士0. 160英寸的包絡內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于壓縮機的翼型形狀。具體而言，一種制件具有基本上根據(jù)表A中所述的X、Y和Z的笛卡爾坐標值的標稱輪廓。X和Y為以英寸為單位的距離，其在由平滑連續(xù)弧線連接時，在以英寸為單位的每個距離Z處限定翼型輪廓部段，Z距離處的輪廓部段彼此平滑地聯(lián)接以形成完整的翼型形狀。
文檔編號F04D29/38GK102400955SQ20111026873
公開日2012年4月4日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權日2010年8月31日
發(fā)明者C·E·拉馬斯特, K·R·亞倫 申請人:通用電氣公司