[发明专利]用于燃气涡轮发动机的叶片或导叶装置

说明书

技术领域

本发明涉及叶片或导叶装置，并且特别但非排他性地特别涉及用于燃气涡轮发动机的转子叶片或定子导叶的翼型和平台配置。

背景技术

在涡轮发动机中，压气机和涡轮机典型地具有轴向装置且交替的转子叶片(rotor blade)和定子导叶(stator vane)的组或级。定子导叶被安装至壳体并且转子叶片被安装至转子盘。转子叶片和定子导叶各包括被安装在平台上的翼型，并且表面限定工作气体流动沟道。

发动机的效率强烈地受到转子叶片和定子导叶的空气动力学表面的形状和配置的影响。经过压气机和涡轮机的主工作气体流动的行为高度复杂并且可以依赖于发动机输出、通向主工作气体流动且局部贯穿气体流动通道的二次气体流动的输入而变化。

特别是对于涡轮机而言，工作气体流动中的附加的复杂性可以产生于来自燃烧器的工作气体流动的温度跨度(temperature traverse)和涡轮机叶片和定子导叶的热特性。已进行了使叶片和导叶设计的某些方面优化的许多尝试以提高气体流动通道表面的级效率和热管理。

WO0061918A2公开一种布置在叶片或导叶与其端壁或平台的相交处的漩涡消除装置。漩涡消除装置具有带有直的或曲线的前缘的大致三角形形状并且与翼型和端壁为一体或者被附接至翼型和端壁上。漩涡消除装置通过产生对抗径向平衡和停滞流动力的径向前缘力来防止当流动流越过翼型的前缘时前缘漩涡的形成，由此提供了围绕翼型前缘的平滑的流动流。

EP1074697 A2公开一种用于抑制核心气体流动远离核心气体流动路径的中央径向区域并朝向内侧和外侧径向边界的径向传递的方法。流动导向结构包括具有镶边(fillet)的翼型，镶边使核心气体流动远离翼型毗邻端壁所在区域转移。翼型的前缘毗邻壁所在的区域中的核心气体流动的增加的速度妨碍了迫使核心气体从核心气体的中央区域朝向壁的沿着翼型的表面的压力梯度的形成。

在路易斯安那州立大学CEBA 1419B机械工程系的第363至390页的由Sumanta Acharya和Gazi Mahmood发表的“涡轮机叶片空气动力学”中，公开有一种在端壁附近前缘镶边或前缘成型。镶边被安置在前缘与端壁的汇合处。两种类型镶边轮廓的基本构造可以被确定：(i)具有从叶片表面到端壁的变化的高度的轮廓；和(ii)在外周具有表面厚度的球泡状的轮廓。

然而，这些文献都没有解决与来自主工作气体流动和在成组转子叶片或定子导叶的紧上游外出的二次或泄漏流动的相互作用有关的问题。

发明内容

本发明的一个目的或优点是提高叶片或导叶装置的效率。另一目的是减少或消除由主工作气体流动与二次或泄漏流动的相互作用招致的空气动力学损失。另一目的是减少或消除在翼型的前缘处或附近形成的马蹄形漩涡。另一目的是改进工作气体流动流线，使得它们显著地更加线性和平滑。另一目的是创建用于提高整体发动机效率的更加空气动力学高效的翼型和平台装置。另一目的是减少或消除特别地从压力侧至抽吸侧的交叉通道二次或泄漏流动。

本发明的另一目的或优点是叶片前方空气动力学负载上的减少和使主工作气体的交叉通道流动减少的更加有利的压力梯度。使交叉通道二次流动减少的又另一优点在于，冷却剂在更进一步的下游保持附着于平台表面，而不是在传统设计中的相对早期地横跨通道扫过。这给予叶片平台冷却改进的益处和赋予在翼型内的热量的减少。

对于这些及其他目的和优点而言提供有用于燃气涡轮发动机的叶片或导叶装置。装置具有围绕轴线被安装至各个平台并且限定工作气体流动所通过的通道的翼型的阵列。装置具有基准并且翼型具有径向跨度。各翼型具有压力侧、抽吸侧、前缘区域和从前缘区域延伸的前缘根部，前缘根部具有脊线。平台限定沟道和平台前缘，沟道具有最小径向高度线，并且平台前缘部分地限定二次流动所通过的出口。脊线大致在工作气体流动的方向上对齐并且最小径向高度线大致在二次流动的方向上对齐。

前缘根部和沟道可以具有相互平滑地交融的气洗面。

前缘根部和沟道可以在前缘的前方轴向地延伸以限定二次流动出口的一部分。

前缘根部可以在前缘区域的前方轴向地延伸至平台前缘。前缘根部可以在前缘区域的前方轴向延伸到翼型的弦长度的10％内至平台前缘。

前缘根部可以在基准上方在径向跨度的5％至25％的范围内的径向高度处与前缘区域相会。

最小径向高度线可以是在基准下方在径向跨度的2.5％与20％的范围内的径向高度处。最小径向高度线可以在沟道的最大深度处在基准下方在径向跨度的2.5％与20％的范围内的径向高度处。