用于压缩机的翼型形状的制作方法
【专利摘要】本发明涉及并公开一种制品。所述制品具有大体符合可缩放表中列出的X、Y和Z笛卡尔坐标值的标称翼型轮廓，所述可缩放表选自由表1-11组成的表的组合，其中所述X、Y和Z笛卡尔坐标值是可以转换成量纲距离的无量纲值，转换方法是将所述X、Y和Z笛卡尔坐标值乘以一个数，并且其中X和Y是坐标，所述坐标在由连续的弧线连接起来时，在每个Z高度处界定翼型轮廓截面，每个Z高度处的所述翼型轮廓截面彼此接合，从而形成完整的翼型形状。
【专利说明】用于压缩机的翼型形状[0001]相关申请案的交叉引用
[0002]本申请案涉及同时申请的[GE档案号247350、259403、259446以及259560]，这些档案以全文引用的方式并入本说明书中，构成本说明书的一部分。
【技术领域】
[0003]本发明大体涉及用于涡轮机中的翼型，确切地说，涉及用于压缩机的翼型轮廓或翼型形状。
【背景技术】
[0004]在涡轮机中，涡轮机流路的每一级处都应满足许多系统要求，以实现设计目标。这些设计目标包括，但不限于，提高整体效率、减少振动响应，以及提高翼型负载能力。例如，压缩机翼型轮廓应达到压缩机中的特定级的热和机械运行要求。此外，还应满足部件寿命、可靠性以及成本目标。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个方面，提供一种制品，所述制品具有大体符合可缩放表中列出的X、Y和Z笛卡尔坐标值的标称翼型轮廓，所述可缩放表选自由表1-11组成的表的组合，其中所述χ、y和Z笛卡尔坐标值是可以转换成量纲距离的无量纲值，转换方法是将所述X、Y和Z笛卡尔坐标值乘以一个数，并且其中X和Y是坐标，所述坐标在由连续的弧线连接起来时,在每个Z高度处界定翼型轮廓截面，每个Z高度处的所述翼型轮廓截面彼此接合，从而形成完整的翼型形状。
[0006]根据本发明的另一个方面，提供一种制品，所述制品具有大体符合可缩放表中列出的吸入侧x、Y和Z笛卡尔坐标值的吸入侧标称翼型轮廓，所述可缩放表选自由表1-11组成的表的组合，其中所述Χ、y和Z笛卡尔坐标值是可以转换成量纲距离的无量纲值，转换方法是将χ、y和Z笛卡尔坐标值乘以一个数，并且其中X和Y是坐标，所述坐标在由连续的弧线连接起来时，在每个Z高度处界定翼型轮廓截面，每个Z高度处的所述翼型轮廓截面彼此平滑接合，从而形成完整的吸入侧翼型形状，X、Y和Z坐标值可根据所述数进行缩放，以提供未缩放、按比例增加以及按比例减少的翼型轮廓中的至少一者。
[0007]根据本发明的又一个方面，提供一种压缩机，所述压缩机包括多片转子叶片，所述转子叶片中的每片转子叶片均包括具有吸入侧翼型形状的翼型，所述翼型具有大体符合可缩放表中列出的吸入侧x、Y和Z笛卡尔坐标值的标称轮廓，所述可缩放表选自由表1-11组成的表的组合，其中所述Χ、y和Z笛卡尔坐标值是可以转换成量纲距离的无量纲值，转换方法是将χ、y和Z笛卡尔坐标值乘以一个数，并且其中X和Y是坐标，所述坐标在由连续的弧线连接起来时，在每个Z高度处界定翼型轮廓截面，每个Z高度处的所述翼型轮廓截面彼此接合，从而形成完整的吸入侧翼型形状。
[0008]通过参照附图和随附的权利要求书来阅读以下详细说明，所属领域的一般技术人员轻易就可了解本发明的这些和其他特征以及改进。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是通过多个级的压缩机流路的示意图，并且示出了根据本发明的一个方面的示例性压缩机级；
[0010]图2是根据本发明的一个方面的转子叶片的透视图；以及
[0011]图3是根据本发明的一个方面大体上沿着图2中的线3-3截取的转子叶片翼型的截面图。
【具体实施方式】
[0012]下文将描述本发明的一个或多个具体方面/实施例。为了简要描述这些方面/实施例，说明书中可能不会描述实际实施方案的所有特征。应了解，在任意工程或设计项目中开发任意此类实际实施方案时，均应当做出与实施方案特定相关的各种决定，以实现开发人员的具体目标，例如，是否要遵守与机器相关、系统相关以及与业务相关的限制，这些限制可能会因实施方案的不同而有所不同。此外，应了解，此类开发可能非常复杂耗时，但无论如何，对受益于本发明的一般技术人员而言，此类开发仍是常规的设计、建造和制造操作。
[0013]在介绍本发明各种实施例的元件时，“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示有一个或多个元件。术语“包括”和“具有”旨在表示包括性含义，且表示除了所列元件外，可能还有其他元件。运行参数和/或环境条件的任何实例并不表示排除所揭示实施例的其他参数/条件。此外，应理解，对本发明的“一项实施例”、“一个方面”或者“一个实施例”或“一方面”的引用并不代表不存在同样含有所述特征的其他实施例或方面。涡轮机被定义为在转子与流体之间或反过来传递能量的一个或多个机器，包括但不限于，燃气涡轮机、蒸汽涡轮机以及压缩机。
[0014]现在参考附图，图1示出了压缩机2的轴向压缩机流路1，所述压缩机包括多个压缩机级。压缩机2可以与燃气涡轮机结合使用，或者可以用作燃气涡轮机的一部分。仅仅作为一个非限制性实例，压缩机流路I可以包括约十八个转子/定子级。然而，转子和定子级的确切数目留待工程设计选择，并且可以多于或少于所述的十八个级。应理解，如本发明所体现，压缩机中可以设有任何数目个转子和定子级。所述十八个级仅仅是一种涡轮机/压缩机设计的示例，而并非意图以任何方式来限制本发明。
[0015]压缩机转子叶片22将动能传递到气流，从而实现所需的压力升高。定子压缩机轮叶23的级紧随在转子叶片22之后。然而，在一些设计中，定子轮叶可以位于转子叶片之前。转子叶片和定子轮叶都可以转动气流、降低气流速度(在相应的参考翼型框架中)，以及增加气流静压。通常，多行转子/定子级布置在轴流式压缩机中，以达到所需的出口与入口压力比(discharge to inlet pressure ratio)。每片转子叶片和定子轮叶均包括翼型,而这些翼型可以通过适当的附接配置而紧固到转子叶轮或定子外壳上，所述附接配置通常被认为是“根部”、“底座”或“鸠尾榫”。此外，压缩机还可以包括入口导叶(IGV)21、可变定子轮叶(VSV) 25，以及出口或排气导叶(EGV) 27。所有这些叶片和轮叶都具有翼型，所述翼型作用于通过压缩机流路I的媒介(例如，空气)。[0016]图1中示出了压缩机2的示例性级。压缩机2的一个级包括安装在转子叶轮51上的多片周向隔开的转子叶片22，以及附接到静止压缩机外壳59的多片周向隔开的定子轮叶23。每个转子叶轮51可以附接到后驱动轴58，而所述后驱动轴可以连接到发动机的涡轮部分。转子叶片和定子轮叶位于压缩机2的流路I中。如本发明所体现，穿过压缩机流路I的气流方向用箭头60表示(图1)，并且所述气流在该图中大体从左向右流动。
[0017]本说明书中，压缩机2的转子叶片22和定子轮叶23仅仅是本发明范围内的压缩机2的示例性级。此外，每片入口导叶21、转子叶片22、定子轮叶23、可变定子轮叶25以及出口导叶27都可以被视作制品。另外，所述制品可以包括经配置以用于压缩机的转子叶片。
[0018]图2中示出的转子叶片22具有翼型200。每片转子叶片22都具有翼型轮廓，该翼型轮廓在翼型根部220到翼型尖端210之间的任何截面处。所述翼型连接到安装底座260，该安装底座也可以被称作鸠尾榫。所述安装底座能装进转子或转子叶轮51中的互补形凹槽或狭槽中。所述压缩机的实施例可以含有布置在多个级中的多种叶片22和轮叶21、23、25,27ο[0019]参考图3，应理解，如图所示，每片转子叶片22都具有翼型200。翼型200具有吸入侧310和压力侧320。吸入侧310位于翼型的压力侧320的相对侧上。因此，每片转子叶片22具有在任何截面处采用翼型200的形状的翼型轮廓。翼型200还包括前缘330和后缘340，以及在这两者之间延伸的弦长350。所述翼型的根部对应于可缩放表1-11的最小无量纲Z值。所述翼型的尖端对应于可缩放表1-11的最大无量纲Z值。翼型可以延伸到压缩机流路之外，并且可以倾斜，以获得所需的端壁间隙。仅作为非限制性实例，翼型200的高度可以为约I英寸到约20英寸或者更多，或可以为约2英寸到约18英寸，或者可以为约4英寸到约15英寸。然而，根据具体应用的需要，可以使用任何特定的翼型高度。
[0020]压缩机流路I要求翼型满足空气动力学和机械叶片/轮叶负载和效率的系统要求。例如，需要将翼型设计成能减少相应叶片和/或轮叶的振动响应或振动应力响应。叶片和/或轮叶中可以使用高强合金、抗蚀合金和/或不锈钢等材料。为了界定每个叶片翼型和/或轮叶翼型的翼型形状，空间中存在独特的一组点或点的轨迹，能满足级的要求并且可以制造出来。这些独特的点轨迹满足级效率的要求，并且可以通过空气动力学负载与机械负载之间的迭代来实现，从而使得涡轮机和压缩机能够以高效、安全、可靠并且平稳的方式运行。这些点对于系统而言是独特且专有的。界定翼型轮廓的轨迹包括一组点，这组点相对于参考原点坐标系具有X、Y和Z坐标。以下可缩放表1-11中给出了 X、Y和Z值的三维笛卡尔坐标系，所述坐标系界定了位于沿着转子叶片翼型长度的多个位置处的转子叶片翼型轮廓。可缩放表1-11列出了无涂层翼型的数据。所述坐标的包络面(envelope)/公差在垂直于任何翼型表面位置的方向上，为约+/-5%的弦长350,或者在垂直于任何翼型表面位置的方向上，为约+/-0.25英寸。然而，根据具体应用中的需要，公差在垂直于翼型表面位置的方向上，也可以为约+/-0.15英寸到约+/-0.25英寸，或者约+/-3%到约+/-5%。
[0021]点数据原点230可以是以下项的中点:翼型底座或翼型尖端的吸入侧或压力侧、翼型底座的前缘或后缘，或者所需的任何其他适当的位置。可缩放表1-11中的无量纲化单元中列出了 χ、y和Z坐标的坐标值，但在适当转换所述值时，也可以使用其他量纲单元。仅作为一个实例，X、Y和Z的笛卡尔坐标值可以转换为量纲距离，转换方法为将X、Y和Z值乘以一个常数(例如，100)。用于将无量纲值转换为量纲距离的数可以是分数(例如，1/2、1/4等)、小数(例如，0.5、1.5、10.25等)、整数(例如，1、2、10、100等)或者带分数(例如，11/2、101/4等)。所述量纲距离可以采取任何适当的格式(例如，英寸、英尺、毫米、厘米、米等)。仅作为一个非限制性实例，笛卡尔坐标系具有正交相关的X轴、Y轴和Z轴，而且X轴可以大体平行于压缩机转子的中心线，即，旋转轴，且正X坐标值朝向后部，即，涡轮机的排气端成轴向。正Y坐标值在转子的旋转方向上沿切向延伸，而正Z坐标值径向向外朝向转子叶尖或定子轮叶底座。可缩放表1-11中的所有值都是在室温下给出的且没有圆角。
[0022]通过界定在垂直于X、Y平面的Z方向(或高度)上的选定位置处的X和Y坐标值，可以在沿着翼型长度的每个Z高度处确定翼型轮廓截面或翼型形状。通过用平滑连续的弧线来连接X值和Y值，可以确定每个Z高度处的每个轮廓截面。各个Z高度之间的多个表面位置的翼型轮廓通过以下方式来确定，将相邻的轮廓截面平滑地连接到彼此来形成翼型轮廓。
[0023]表1-11中的值得以生成并且示为具有零到四或更多个小数位，以用于确定翼型的轮廓。随着翼型受热，相关的应力和温度会导致X、Y和Z值发生改变。因此，表1-11中给出的轮廓值表示未运行或非加热的环境条件(例如，室温)，并且是针对无涂层翼型的。
[0024]在翼型的实际轮廓中，必须考虑典型的制造公差以及可选的涂层。每个截面都与其他截面平滑地接合，从而形成完整的翼型形状。因此，应理解，包括任何涂层厚度的+/-典型制造公差，即，+/-值，可以添加到下表1-11中给出的X值和Y值。因此，在垂直于沿着翼型轮廓的表面位置的方向上为约+/-5%的弦长和/或+/-0.25英寸的距离界定了针对此特定翼型设计和压缩机的翼型轮廓包络面，即，介于标称低温或室温下位于实际翼型表面上的测量点与下表中给出的那些点在相同温度下的理想位置之间的变化范围。此外，在垂直于沿着翼型轮廓的翼型表面位置的方向上为约+/-5%的弦长的距离也可以界定针对此特定翼型设计的翼型轮廓包络面。数据是可缩放的，并且几何形状涉及处于、高于和/或低于约3，600RPM的所有空气动力学标度。所述转子叶片翼型设计对于此变化范围而言是稳健的，且不会减损机械和空气动力学功能。
[0025]以下可缩放表1-11中给出的坐标值提供了压缩机转子叶片的示例性级的标称轮廓。
[0026]
【权利要求】
1.一种制品，所述制品具有大体符合可缩放表中列出的X、Y和Z笛卡尔坐标值的标称翼型轮廓，所述可缩放表选自由表1-11组成的表的组合，其中所述X、Y和Z笛卡尔坐标值是可以转换成量纲距离的无量纲值，转换方法是将所述Χ、y和Z笛卡尔坐标值乘以一个数，并且其中X和Y是坐标，所述坐标在由连续的弧线连接起来时，在每个Z高度处界定翼型轮廓截面，每个Z高度处的所述翼型轮廓截面彼此接合，从而形成完整的翼型形状。
2.根据权利要求1所述的制品，其中所述制品包括翼型。
3.根据权利要求1所述的制品，其中所述制品包括配置用于压缩机的转子叶片。
4.根据权利要求1所述的制品，其中所述翼型形状位于一定的包络面中，所述包络面处于以下至少一项内: 在垂直于翼型表面位置的方向上的+/-5%的弦长；以及 在垂直于翼型表面位置的方向上的+/-0.25英寸。
5.根据权利要求1所述的制品，其中用于将所述无量纲值转换为量纲距离的所述数是分数、小数、整数以及带分数中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的制品，其中所述制品的高度为约I英寸到约20英寸。
7.一种制品，所述制品具有大体符合可缩放表中列出的吸入侧Χ、y和Z笛卡尔坐标值的吸入侧标称翼型轮廓，所述可缩放表选自由表1-11组成的表的组合，其中所述X、Y和Z笛卡尔坐标值是可以转换成量纲距离的无量纲值，转换方法是将所述X、Y和Z笛卡尔坐标值乘以一个数，并且其中X和Y是坐标，所述坐标在由连续的弧线连接起来时，在每个Z高度处界定翼型轮廓截面，每个Z高度处的所述翼型轮廓截面彼此接合，从而形成完整的吸入侧翼型形状，X、Y和Z坐标值可根据所述数进行缩放，以提供未缩放、按比例增加以及按比例减少的翼型轮廓中的至少一者。
8.根据权利要求7所述的制品，其中所述制品包括翼型。
9.根据权利要求7所述的制品，其中所述制品包括配置用于压缩机的转子叶片。
10.根据权利要求7所述的制品，其中所述吸入侧翼型形状位于一定的包络面中，所述包络面处于以下至少一项内: 在垂直于吸入侧翼型表面位置的方向上的+/-5%的弦长；以及 在垂直于吸入侧翼型表面位置的方向上的+/-0.25英寸。
11.根据权利要求7所述的制品，其中用于将所述无量纲值转换为量纲距离的所述数是分数、小数、整数以及带分数中的至少一者。
12.根据权利要求7所述的制品，其中所述制品的高度为约I英寸到约20英寸。
13.根据权利要求7所述的制品，其进一步包括具有压力侧标称翼型轮廓的所述制品，所述压力侧标称翼型轮廓大体符合所述可缩放表中列出的压力侧X、Y和Z笛卡尔坐标值，其中所述χ、y和Z笛卡尔坐标值是可以转换成量纲距离的无量纲值，转换方法是将所述X、Y和Z笛卡尔坐标值乘以一个数，并且其中X和Y是坐标，所述坐标在由连续的弧线连接起来时,在每个Z高度处界定翼型轮廓截面，每个Z高度处的所述翼型轮廓截面彼此接合，从而形成完整的压力侧翼型形状，X、Y和Z值可根据所述数进行缩放，以提供未缩放、按比例增加以及按比例减少的翼型中的至少一者。
14.一种压缩机，所述压缩机包括多片转子叶片，所述转子叶片中的每片转子叶片均包括具有吸入侧翼型形状的翼型，所述翼型具有大体符合可缩放表中列出的吸入侧X、Y和Z笛卡尔坐标值的标称轮廓，所述可缩放表选自由表1-11组成的表的组合，其中所述Χ、gamma和Z笛卡尔坐标值是可以转换成量纲距离的无量纲值，转换方法是将所述X、Y和Z笛卡尔坐标值乘以一个数，并且其中X和Y是坐标，所述坐标在由连续的弧线连接起来时，在每个Z高度处界定翼型轮廓截面，每个Z高度处的所述翼型轮廓截面彼此接合，从而形成完整的吸入侧翼型形状。
15.根据权利要求14所述的压缩机，其中所述吸入侧翼型形状位于包络面中，所述包络面处于以下-至少一项内:在垂直于吸入侧翼型表面位置的方向上的+/-5%的弦长；以及在垂直于吸入侧翼型表面位置的方向上的+/-0.25英寸。
16.根据权利要求14所述的压缩机，其中用于将所述无量纲值转换为量纲距离的所述数是分数、小数、整数以及带分数中的至少一者。
17.根据权利要求14所述的压缩机，其中每片转子叶片的高度为约I英寸到约20英寸。
18.根据权利要求14所述的压缩机，其进一步包括所述多片转子叶片中的每片转子叶片，所述转子叶片具有大体符合所述可缩放表中列出的压力侧X、Y和Z笛卡尔坐标值的压力侧标称翼型轮廓，其中所述Χ、gamma和Z笛卡尔坐标值是可以转换成量纲距离的无量纲值，转换方法是将所述Χ、gamma和Z笛卡尔坐标值乘以所述数，并且其中X和Y是坐标，所述坐标在由连续的弧线连接起来时，在每个Z高度处界定翼型轮廓截面，每个Z高度处的所述翼型轮廓截面彼此接合，从而形成完整的压力侧翼型形状。
19.根据权利要求18所述的压缩机，其中所述压力侧翼型形状位于包络面中，所述包络面处于以下至少一项内:在垂直于压力侧翼型表面位置的方向上的+/-5%的弦长；以及在垂直于压力侧翼型表面位置的方向上的+/-0.25英寸。
20.根据权利要求18所述的压缩机，其中用于将所述无量纲值转换为量纲距离的所述数是分数、小数、整数以及带分数中的至少一者。
【文档编号】F01D9/02GK103511342SQ201310243195
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2012年6月19日
【发明者】M.J.杜特卡, J.杜, 邱亚天, A.D.什拉姆, K.R.亚伦, C.E.拉马斯特, S-D.高, F.蒙特莱昂, P.G.戴弗诺瓦, M.J.麦基弗, G.伦加拉简, J.P.拉蒂默, M.E.布罗姆, E.R.博尼尼, V.S.P.查卢瓦迪 申请人:通用电气公司