[发明专利]涡轮发动机转子叶片凹槽

说明书

技术领域

本发明总体上涉及涡轮发动机，且更具体地涉及具有用于重定向(redirecting)转子叶片中的应力的凹槽的涡轮发动机转子叶片。

背景技术

燃气涡轮发动机包括多级轴流压气机，该轴流压气机对空气加压、混合加压的空气与燃料、并且点燃压缩的空气/燃料混合物以产生向下游流过高压涡轮的热的燃烧气体，该高压涡轮从热的燃烧气体中提取有用的能量。每个压气机级通常包括一排从支承转子轮毂沿径向向外延伸的压气机转子叶片。每个叶片包括加压的空气在其上流动的叶面。

压气机轮毂在运行期间用以旋转的高速产生非常大的离心力，该离心力使转子叶片产生应力。随着时间推移，该应力能损坏转子叶片而使得需要对转子叶片进行更换。因此，转子叶片通常设计成可拆卸的，这样可以在不用替换轮毂或涡轮发动机的其他部件的情形下对转子叶片进行更换。例如，转子叶片通常具有在下方带有燕尾榫的根部，该燕尾榫构造成与位于转子轮毂周缘中的互补的燕尾槽接合。燕尾榫具有压力面，该压力面与槽的相应的内表面接合以抵抗由旋转轮毂产生的向外的离心力而将叶片保持在槽内。通常，燕尾榫为在涡轮发动机的轴向方向上与槽接合的轴向插入燕尾榫，或在垂直于涡轮发动机的轴的方向上与槽接合的周向插入燕尾榫。

已开发技术来延长转子轮毂和/或转子叶片自身的使用寿命。在于2000年3月7日授予Lammas等人的美国专利No.6,033,185(’185专利)中描述了一种这样的技术。根据’185专利，在叶片的早期寿命阶段，最大燕尾榫应力起初可能发生在燕尾榫颈部，然后在中期寿命阶段转变到压力面的外部边缘。’185专利陈述了这种中期寿命阶段的最大应力的转变可能导致缩短叶片燕尾榫的剩余可用寿命。

为了解决这一问题，’185专利提出了一种周向安装的转子叶片，该周向安装的转子叶片包括位于燕尾榫的压力面中的底切(undercut)。根据’185专利，该底切在转子叶片的颈部中引入了应力集中，该应力集中起初在早期寿命阶段(在干膜润滑剂失效前)增大叶片燕尾榫的压力面的外部边缘处所经受的最大应力，但却在超过中期寿命阶段显著减小随着在运行中干膜润滑剂的磨损而能够产生的最大应力。’185专利解释称：这种折衷延长了转子叶片的整体寿命。在S.J.Shaffer等人的Fretting Fatigue(磨损疲劳)ASM手册的1996年的第19卷中也公开了一种类似于’185专利中的底切的底切。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种用于燃气涡轮发动机的转子叶片。在一个实施例中，转子叶片可包括叶面、整体结合到所述叶面的基部以及整体结合到所述基部且可安装在燃气涡轮发动机的转子轮毂中的槽中的根部。所述根部可包括燕尾榫和位于所述基部和所述燕尾榫之间的颈部，所述燕尾榫包括至少一个接触面，当所述根部安装在所述槽内时，所述至少一个接触面接触所述槽的表面以将转子叶片保持在轮毂中。此外，所述根部可包括形成于所述颈部中的用于重定向转子叶片中的应力的凹槽，其中所述凹槽位于距所述至少一个接触面一定距离处。

本发明的另一个方面涉及一种用于燃气涡轮发动机的转子叶片。在一个实施例中，所述转子叶片可包括叶面、整体结合到所述叶面的基部以及整体结合到所述基部且可安装在燃气涡轮发动机的转子轮毂中的槽中的根部。所述根部可包括燕尾榫、位于所述基部和所述燕尾榫之间的颈部以及形成于所述颈部中的用于重定向转子叶片中的应力的凹槽，所述燕尾榫包括至少一个接触面，当所述根部安装在所述槽内时，所述至少一个接触面接触所述槽的表面以将转子叶片保持在轮毂中。所述凹槽的长度可小于所述燕尾榫的长度，且所述凹槽可位于距所述至少一个接触面一定距离处。

本发明的又一个方面涉及一种用于燃气涡轮发动机的转子叶片。所述转子叶片可包括具有前缘和尾缘的叶面、整体结合到所述叶面的基部以及整体结合到所述基部且可安装在燃气涡轮发动机的转子轮毂中的槽中的根部。所述根部可包括燕尾榫和位于所述基部和所述燕尾榫之间的颈部，所述燕尾榫包括至少一个接触面，当所述根部安装在所述槽内时，所述至少一个接触面接触所述槽的表面以保持转子叶片。所述根部还可包括形成于所述颈部中的用于重定向转子叶片中的应力的凹槽。所述凹槽可开始于所述转子叶片的与所述尾缘相同的一侧且朝着所述转子叶片的与所述前缘相同的一侧延伸。此外，所述凹槽可在所述尾缘侧处具有初始非零深度且朝前缘方向深度逐渐减小至零。

附图说明

图1为与所公开的实施例一致的示例性燃气涡轮发动机的示意图；

图2为与所公开的实施例一致的燃气涡轮发动机的示例性转子组件的示意图；