[发明专利]用在燃气涡轮发动机中的涡轮轮叶及其制造方法

说明书

技术领域

本发明的领域总体涉及燃气涡轮发动机，并且尤其是涉及随燃气涡轮发动机使用的涡轮轮叶。

背景技术

至少一些已知的燃气涡轮发动机包括燃烧器，在燃烧器下游连接的压缩机，涡轮和可旋转地连接在压缩机和涡轮之间的转子组件。一些已知的转子组件包括转子轴，与转子轴连接的至少一个转子盘，和从每个转子盘向外伸展的多个周向间隔的涡轮轮叶。各个涡轮轮叶包括从平台朝着涡轮壳体径向向外延伸的翼面。

在至少一些已知的涡轮的操作过程中，压缩机压缩空气，其随后与先前通入到燃烧器的燃料混合。混合物然后点燃产生热燃烧气体，之后其被通入到涡轮。旋转的涡轮机叶片或轮叶引导高温流体例如燃烧气体通过涡轮。涡轮从燃烧气体提取能量用于驱动压缩机，也产生有效功以驱动负载，例如发电机，或者推进飞行器飞行。

至少一些已知的涡轮轮叶包括从翼面的外部末端伸出的护罩，以减少在翼面和涡轮壳体之间的气流。通过涡轮引导的至少一部分燃烧气体不期望地作为尖端间隙损失导入在尖端护罩和翼面之间。这样的尖端间隙损失在涡轮级的总损失中占大约20-25％。已知的尖端护罩包括腔体，该腔体限定在涡轮轮叶的前缘和涡轮壳体之间。腔体捕获燃烧气体并导致涡流在腔体内形成。涡流朝向主流动路径重定向燃烧气体并且在主流动路径内中断燃烧气体。然而，该中断在主气流路径内产生二次流动损失，这降低了涡轮的操作效率。

发明内容

在一方面，提供了一种与涡轮发动机一起使用的涡轮轮叶。该涡轮轮叶包括与放置在涡轮壳体内的转子组件连接的楔形榫头。从楔形榫头伸出的平台。从平台伸出的翼面。该翼面包括根端和尖端。该尖端从根端朝向涡轮壳体向外延伸。尖端护罩从尖端伸出，该尖端护罩包括护板。第一护罩轨道从护板朝向涡轮壳体延伸第一径向距离。第二护罩轨道从护板朝向涡轮壳体延伸不同于第一径向距离的第二径向距离。

在另一方面，提供了涡轮发动机系统。该涡轮发动机系统包括壳体，压缩机和与压缩机以流体连通的方式连接的涡轮，以接纳至少一部分由压缩机排放的空气。涡轮放置在壳体内。转子轴可旋转地与涡轮连接。转子轴限定中心轴线。多个周向间隔的涡轮轮叶与转子轴连接，多个涡轮轮叶的每个包括平台。从平台伸出的翼面。该翼面包括根端和尖端。该尖端从根端朝向壳体向外延伸。尖端护罩从尖端伸出，该尖端护罩包括护板。第一护罩轨道从护板朝向涡轮壳体延伸第一径向距离。第二护罩轨道从护板朝向壳体延伸不同于第一径向距离的第二径向距离。

在又一方面，提供了一种用于制造在涡轮发动机中使用的涡轮轮叶的方法。该方法包括形成大体上硬质陶瓷涡轮轮叶核心。该核心被插入到冲模中。涡轮轮叶铸造成带有从平台伸出的翼面。其中翼面包括从翼面的尖端伸出的尖端护罩。尖端护罩包括护板，第一护罩轨道从护板延伸第一径向距离，第二护罩轨道从护板延伸不同于第一径向距离的第二径向距离。

附图说明

图1是示例性的涡轮发动机的示意图。

图2是一部分示例性的转子组件的部分的剖面图，其可以与图1中所示的燃气涡轮发动机一起使用。

图3是沿区域3所取的图2中所示的一部分转子组件的放大的部分剖面图。

图4是图3中所示的转子组件的部分透视图。

图5是备选的转子组件的部分剖面图，其可以与图1中所示的燃气涡轮发动机一起使用。

部件清单

10涡轮发动机系统

12吸入段

14压缩机段

16燃烧器段

18涡轮段

20排出段

22转子轴

24多个燃烧器

26负载

28转子组件

30多级

32定子导叶

34涡轮轮叶

36转子盘

38中心轴线

40涡轮壳体

42中心孔

44盘体

46径向内缘

48径向外缘

50上游表面

52相对的下游表面

54支撑臂

56空隙

58排

60排

62燃烧气体路径

64翼面

66尖端护罩

68平台

70柄部

72楔形榫头

74前盖板

76后盖板

78前天使翼

80前缓冲腔

82后天使翼

84后缓冲腔

86前下部天使翼

88根端