[发明专利]用于燃气涡轮发动机的压应力系统

说明书

联邦研究声明

本发明利用政府支持在美国能源部(DOE)颁发的合同No.DE-FC26-05NT42643下做出。政府享有本发明的某些权利。

技术领域

本申请和所得专利大体而言涉及燃气涡轮发动机，且更特定而言涉及用于向复合翼型件施加压应力以便减小其柄部(shank)周围的层间拉应力的系统和方法。

背景技术

假定高温工作环境和在工作期间产生的各种应力，用于燃气涡轮发动机中的翼型件由高温超合金制成。也使用了各种类型的复合材料，假定这样的复合材料的轻重量性质和高温能力。然而，这样的复合材料的一个缺陷包括相对较差的层间性质。此外，全部涡轮叶片通常可在正常工作条件下经受不均匀的应力分布形式。因此，叶片可在不同的时间和在不同的部位经历不同程度的局部应力。因此，涡轮叶片可被设计成在诸如柄部和最小颈部区域的部位具有更多的复合材料以便适应较高的局部拉应力。

因此，需要一种改进的复合材料涡轮叶片设计。优选地，这样的改进的涡轮叶片设计应以更少的材料使用来适应增加的层间应力。这种减小的应力会延长构件寿命同时减少材料量，还会导致降低的构件成本。

发明内容

本申请和所得专利提供用于燃气涡轮发动机的压应力系统。该压应力系统可包括第一叶片，其附连到转子；第二叶片，其附连到转子；第一和第二叶片在它们之间限定了柄部凹处；以及压应力弹簧，其位于柄部凹处内。压应力弹簧在叶片上维持(assert)力，以便减小其中的层间应力。

本申请和所得专利还提供一种减小复合材料叶片中的层间应力的方法。该方法可包括以下步骤：将压应力弹簧定位在相邻叶片之间的柄部凹处中；将压应力弹簧的一对臂释放成与相邻叶片中的每一个接触；以及由这一对臂在相邻叶片中的每一个上维持压缩力，以便减小相邻叶片中的每一个中的层间应力。

本申请和所得专利还提供用于燃气涡轮发动机的压应力系统。该压应力系统可包括附连到转子的第一叶片和第二叶片。第一叶片和第二叶片可包括复合材料且可在它们之间限定柄部凹处。压应力弹簧可位于柄部凹处内以便在第一叶片和第二叶片上维持力。

当结合若干附图和所附权利要求时，通过阅读下文的详细描述，本申请和所得专利的这些及其它的特点和改进对于本领域普通技术人员而言将变得显而易见。

附图说明

图1为带有压缩机、燃烧器和涡轮的燃气涡轮发动机的示意图。

图2为如本文中可能描述的用于涡轮叶片的压应力系统的侧视平面图，示出了位于相邻叶片之间的压应力弹簧。

图3为如本文中可能描述的压应力系统的备选实施例的侧视平面图。

图4为如本文中可能描述的压应力系统的备选实施例的侧视平面图。

附图标记：

10   燃气涡轮发动机

15   压缩机

20   空气流

25   燃烧器

30   燃料流

35   燃烧气流

40   涡轮

45   轴

50   负载

100  涡轮叶片压应力系统

110  涡轮叶片

120  第一涡轮叶片

130  第二涡轮叶片

140  燕尾榫(dovetail)

150  柄部

155  最小颈部宽度区域

160  平台

170  翼型件

180  转子

190  转子槽

200  转子柱

205  柄部凹处

210  压应力弹簧

220  U形夹

230  第一臂

240  第二臂

250  弹簧燕尾榫

260  弹簧槽

300  压应力系统

310  阵列

320  第一叶片

330  第二叶片

340  第三叶片

350  第一压应力弹簧

360  第二压应力弹簧

370  U形夹

380  第一向内卷曲

390  第一臂

400  第二向内卷曲

410  第二臂

500  压应力系统

510  阵列

520  第一叶片

530  第二叶片

540  第三叶片