头端鸣声器构造的制作方法

头端鸣声器构造


背景技术：

1.本实施方案整体涉及关于涡轮转子叶片的设备、方法和/或系统。更具体地但不限制，本技术涉及与具有鸣声器头端构造的涡轮转子叶片有关的设备和组件。


技术实现要素：

2.本实施方案阐述了一种包括翼面的叶片，该翼面包括外头端、凹形压力侧壁和凸形吸力侧壁，该外头端具有底板、前缘和后缘，该凹形压力侧壁和该凸形吸力侧壁在对应的前缘和后缘之间轴向延伸并且在该底板和该头端帽之间径向延伸。该翼面还包括头端帽，该头端帽从该外头端的该底板延伸，并且围绕该前缘和后缘与该压力侧壁和吸力侧壁共延。该头端帽包括鸣声器头端构造以减少过头端泄露和下游混合损失，并且该鸣声器头端构造包括吸力侧头端帽部分和压力侧头端帽部分。该压力侧头端帽部分包括台阶状降低的区段，冷却流体流由于压力梯度帽而位于该头端帽的该压力侧头端帽部分上方。
3.实施方案的另一个方面阐述了一种包括叶片的涡轮发动机。该叶片包括翼面，该翼面包括外头端、凹形压力侧壁和凸形吸力侧壁，该外头端具有底板、前缘和后缘，该凹形压力侧壁和该凸形吸力侧壁在对应的前缘和后缘之间轴向延伸并且在该底板和该头端帽之间径向延伸。该翼面还包括头端帽，该头端帽从该外头端的该底板延伸，并且围绕该前缘和后缘与该压力侧壁和吸力侧壁共延。该头端帽包括鸣声器头端构造以减少过头端泄露和下游混合损失，并且该鸣声器头端构造包括吸力侧头端帽部分和压力侧头端帽部分。该压力侧头端帽部分包括台阶状降低的区段，冷却流体流由于压力梯度帽而位于该头端帽的该压力侧头端帽部分上方。
4.在结合附图和所附权利要求书评阅以下优选实施方式的详细描述时，本技术的这些及其他特征将变得显而易见。
5.本公开的例示性方面被发展成解决本文描述的问题和/或未讨论的其他问题。
附图说明
6.通过仔细研究以下结合附图对示例性实施方案的更详细描述，将更全面地理解和体会本实施方案的这些及其他特征，其中：
7.图1是其中可以使用本技术的实施方案的例示性燃烧涡轮发动机的示意性表示；
8.图2是可与图1中的涡轮机一起使用的例示性燃气涡轮组件的截面图示；
9.图3是根据实施方案的各方面的具有头端的示例性转子叶片的透视图；
10.图4是根据实施方案的各方面的头端处的示例性转子叶片沿剖面线4
‑
4的侧视图；并且
11.图5是根据实施方案的各方面的叶片沿线5
‑
5的侧视图。
12.应当注意，本公开的附图未必按比例绘制。附图旨在仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当被视为限制本公开的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间的类似的元件。
具体实施方式
13.虽然可参考特定类型的涡轮发动机来描述本实施方案的以下示例，但是本领域的普通技术人员将会理解，除非特别限于此，否则本实施方案可不限于此类用途并且适用于其他类型的涡轮发动机。另外，应当理解，在描述本实施方案时，某些术语可用于指代燃气涡轮发动机内的某些机器部件。
14.在任何可能时，通用行业术语将以与术语的接受含义一致的方式来使用和采用。然而，此类术语不应被狭义地理解，因为本领域的普通技术人员将会理解，通常可使用不同的术语来指代特定的机器部件。另外，本文可以被描述为单个部件的东西可以在另一上下文中被称为由多个部件组成，或者，本文可以被描述为包括多个部件的东西可以在别处被称为单个部件。因此，在理解本实施方案的范围时，不仅应当关注特定术语，而且应当关注随附的描述、上下文以及部件的结构、构造、功能和/或用途，特别是如可在所附权利要求书中提供的。
15.本文中可能会定期使用若干描述性术语，并且在本节开始时定义这些术语可以是有帮助的。因此，除非另有说明，否则这些术语以及其定义如下。如本文所用，“下游”和“上游”是指示相对于流体流的方向的术语，诸如例如通过燃气涡轮机的压缩机区段、燃烧器区段和涡轮区段的工作流体，或通过发动机的部件系统中的一个部件系统的流动冷却剂。术语“下游”对应于流体流的方向，而术语“上游”是指与流体流的方向相对或相反的方向。在没有任何特定性的情况下，术语“前”和“后”是指相对于燃气涡轮机的取向的方向，其中“前”是指发动机的前端或压缩机端，并且“后”是指发动机的后端或涡轮端。另外，考虑到燃气涡轮发动机围绕中心轴线的构造以及一些部件系统中的这种相同类型的构造，将类似使用描述相对于轴线的位置的术语。就这一点而言，应当理解，术语“径向”是指垂直于轴线的移动或位置。与此相关，可能需要描述离中心轴线的相对距离。在这种情况下，例如，如果第一部件比第二部件更靠近中心轴线驻留，则本文可以说明第一部件是第二部件的“径向向内”或“内侧”。另一方面，如果第一部件比第二部件更远离轴线驻留，则本文可以说明第一部件是第二部件的“径向向外”或“外侧”。另外，应当理解，术语“径向”是指平行于轴线的移动或位置。并且最后，术语“周向”是指围绕轴线的移动或位置。
16.参考附图，图1是呈燃烧涡轮或燃气涡轮(gt)系统100(下文称为“gt系统100”)形式的例示性涡轮机90的示意性视图。gt系统100包括压缩机102和燃烧器104。燃烧器104包括燃烧区域105和燃料喷嘴组件106。gt系统100还包括涡轮108和普通压缩机/涡轮轴110(在下文中称为“转子110”)。在一个实施方案中，gt系统100为7ha.03引擎，可从general electric company(boston，ma)商购获得。本公开不限于任一种特定的gt系统，并且可以与其他发动机一起植入，包括例如通用电气公司的ha、f、b、lm、gt、tm和e级发动机型，以及其他公司的发动机型。此外，本公开的教导内容不一定仅适用于gt系统，并且可应用于其他类型的涡轮机，例如蒸汽涡轮、喷气发动机、压缩机等。
17.图2是具有例示性和非限制性的四个级l0
‑
l3的涡轮108的例示性部分的截面视图，这些级被称为l0
‑
l3，仅用于描述目的，而并非旨在传达可与图1中的gt系统100一起使用的任何结构或特定机器。该四个级称为l0、l1、l2和l3。级l0是第一级并且是四个级中的最小级(在径向方向上)。级l1是第二级并且是轴向方向上的下一个级。级l2是第三级并且是轴向方向上的下一个级。级l3是第四个最后级并且是最大的(在径向方向上)。应当理解，
四个级仅作为一个示例示出，并且每个涡轮可以具有多于或少于四个级。一组固定式叶片或喷嘴112与一组旋转叶片114配合，以形成涡轮108的每个级l0
‑
l3并且限定通过涡轮108的流动路径的一部分。每组中的旋转叶片114联接到相应的转子轮116，该转子轮将它们周向地联接到转子110。即，多个旋转叶片114以周向间隔方式机械地联接到每个转子轮116。静止叶片区段115包括围绕转子110周向间隔开的多个静止叶片112。每个叶片112可包括与翼面130连接的至少一个端壁(或平台)120、122。在所示的示例中，叶片112包括径向外端壁120和径向内端壁122。径向外端壁120将叶片112联接到涡轮108的壳体124。
18.本公开的另一方面提供了具有涡轮机的最后级叶片的本文的实施方案。此类机器上最后一级的流动路径基本上是圆锥形的，并且本文的结构和特征在具有圆锥形流动路径的最后级叶片中类似地起作用，与其他叶片流动路径一样。
19.在操作中，空气流动通过压缩机102并且压缩空气被供应到燃烧器104。具体地，压缩空气被供应到燃料喷嘴组件106，该燃料喷嘴组件与燃烧器104成一整体。燃料喷嘴组件106与燃烧区域105流体连通。燃料喷嘴组件106还与燃料源(图1中未示出)流体连通，并且将燃料和空气引导到燃烧区域105。点燃燃烧器104并且燃烧燃料。燃烧器104与涡轮108流体连通，以便气体流热能被转换成机械旋转能量。涡轮108可旋转地联接到转子110并且驱动该转子。压缩机102也可旋转地联接到转子110。在例示性实施方案中，存在多个燃烧器104和燃料喷嘴组件106。在以下讨论中，除非另外指明，否则将仅讨论每个部件中的一个部件。涡轮108的至少一个端部可以轴向地远离旋转轴110延伸，并且可以附接到负载或机械(未示出)，诸如但不限于发电机和/或另一个涡轮。
20.参考图3，叶片114包括翼面12。翼面12包括分别在相对的前缘51和后缘52之间延伸的大致凹形的压力侧壁20和相对的大致凸形的吸力侧壁22。侧壁20和22也在径向方向上在根部(为便于理解实施方案而未示出)和外头端28之间延伸。侧壁20和22在翼面12的基本上整个跨度上间隔开，从而允许冷却流体流动，如下文所讨论的。
21.翼面12可具有内部冷却流体构造。内部冷却流体构造可包括例如用于引导冷却流体空气通过翼面12的至少一个内部流动通道30(在图3中以虚线示出)，例如蛇形流动通道。每个内部冷却流体流动通道30可设置有用于改善冷却流体有效性的形成于其中的湍流器(为便于理解实施方案而未示出)。来自每个内部冷却流体流动通道30的冷却流体可通过外头端28的底板128处的对应数量的冷却流体孔34(图3)排出，如下文所述。
22.如图3所示，翼面12包括外头端28。外头端28包括头端帽36，该头端帽可在压力侧壁20和吸力侧壁22的径向外端的顶部一体形成。头端帽36环绕内部流动通道或空腔29。如图所示，头端帽36环绕从后缘50延伸到前缘51的外头端28。
23.在后缘50处，在压力侧20处靠近后缘50在头端帽36中形成开口52。开口52允许冷却流体离开头端帽36。开口52从压力侧头端帽部分137中的后缘50朝向前缘51延伸。开口52的尺寸可沿着压力侧头端帽部分137变化任何合适的距离，以允许冷却流体连同通过操作夹带在鸣声器头端构造中的过头端泄漏流一起流出空腔29，其中冷却流体流通过在涡轮叶片和翼面操作期间从叶片的压力侧到吸力侧固有地发生的压力梯度而发生。
24.头端帽36包括吸力和压力鸣声器头端构造。吸力和压力鸣声器头端构造由与压力和侧壁20、22共延的吸力侧头端帽部分136和压力侧头端帽部分137形成。吸力侧头端帽部分136设置在距头端帽28的底板128的高度y处，而压力侧头端帽部分137设置在距外头端28
的底板128的高度x处(参见图4和图5)。根据本公开的实施方案，高度y>高度x。高度差减轻叶片头端与相邻壳体(未示出)的摩擦。另外，外头端28处的空腔29中的冷却流体流无论来源如何均可通过后缘50处的开口52离开空腔29，并且还可在压力侧头端帽部分137上方离开空腔29。参见图3中的箭头f。
25.高度y和x的差值通常约小于约100密耳。在本公开的一些实施方案中，高度y和x的差值通常约小于约100密耳，或高度y和x的差值通常约小于约90密耳，或甚至高度y和x的差值通常约小于约80密耳。另选地，高度y和x的差值通常可约小于约70密耳，或在一些方面，高度y和x的差值通常可约小于约60密耳。在本公开的其他方面，高度y和x的差值通常约小于约50密耳。此外，根据本公开的另一个实施方案，y和x的差值可在约10密耳至约50密耳的范围内，或在约10密耳和约50密耳的范围内，仍然允许冷却流体从空腔29流过开口52，并且也从空腔29流过压力侧头端帽部分137，参见箭头f(图3)。
26.如图3、图4和图5所示，头端帽36的前缘51区域限定用于头端帽部分136和137的高度变化的结构，以产生高度x和y的差值，从而产生高度变化z。偏移37提供用于高度变化z的结构。偏移37被示出为在前缘51区域处的头端帽部分136和137之间的高度台阶，其中偏移37位于压力侧头端帽部分137上。高度变化z使压力侧头端帽部分137低于吸力侧头端帽部分136并且在压力侧头端帽部分137中限定台阶状降低的区段237。台阶状降低的区段237从偏移73延伸到开口52。
27.偏移37的构造可以向叶片114和翼面12提供物理完整性。偏移37的构造也可沿压力侧头端帽部分137物理地延伸任何合适的距离，该距离允许在压力侧头端帽部分137上流动并且也允许流出开口52。台阶状降低的区段237可延伸压力侧头端帽部分137的任何部分。因此，台阶状降低的区段237的长度可从偏移37到开口52改变其长度。在实施方案的一个方面，如图3所示，偏移37靠近或位于前缘51处，因此台阶状降低的区段237基本上在压力侧头端帽部分137上延伸。偏移37越远离前缘51(相反地，偏移37越靠近后缘50)，将产生越短的台阶状降低的区段237。尽管短的台阶状降低的区段237将允许冷却流体流出压力侧头端帽部分137上的空腔29，但较长的台阶状降低的区段237提供较大的面积以冷却压力侧头端帽部分137上的流体流，这当然产生增强的冷却流体。
28.偏移37可采用任何合适的构造，该构造提供头端帽部分136和137之间的高度台阶状变化/差异。偏移37在图5中以正交台阶(实线)、倾斜台阶(虚线)和曲线(虚线)示出，所有这些均在单独或组合使用的实施方案的范围内。
29.图5示出了翼面12的侧视图的框图，其中偏移37台阶状构造在线5
‑
5处靠近前缘51(线5
‑
5基本上与翼面28的底板128齐平)。图5中的偏移37在前缘51处，但该位置仅仅是可能位置的一个示例，并非旨在以任何方式限制实施方案。偏移37可位于前缘51的任何部分处，并且优选地靠近前缘51，其中前缘51过渡到压力侧头端帽部分137。
30.偏移37和台阶状降低的区段237限定高度y和x的差值z。偏移37和台阶状降低的区段237可在翼面12的制造期间形成或在翼面12形成之后形成。此外，一旦翼面12已在操作中，可添加或修改吸力侧头端帽部分136和压力侧头端帽部分137以增强来自头端帽28和空腔29的流动。
31.应当理解，根据上文所述的若干实施方案，本实施方案提供了一种方式，通过该方式，头端帽构造允许冷却流体从设置有鸣声器头端的头端帽流动。另外，由本实施方案实现
的头端帽可允许叶片和周围静止结构之间的更紧密的间隙。如本领域的技术人员所认识到的，更紧密的间隙使得更多的动力气体抵靠翼面移动并因此移动翼面的转子以做功。
32.如在整个说明书和权利要求书中使用的，近似语言可以用于修改可以允许变化的任何定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(诸如“约”、“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制可以可以组合和/或互换。除非上下文或语言另有说明，否则这些范围被识别并包括其中包含的所有子范围。应用于范围的特定值的“大约”适用于两个终止值，除非另外依赖于测量值的仪器的精度，否则可以指示所述值的+/
‑
10％。
33.以下权利要求书中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于结合具体要求保护的其他要求保护的元件执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的给出了对本公开的描述，但其并不旨在穷举或将本公开限制于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和实质的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述了实施方案以便最好地解释本公开的原理和实际应用，并且使得本领域的其他技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的各种修改的本公开的各种实施方案。