專利名稱：用于壓縮機的翼型形狀的制作方法
技術領域：
本發明涉及諸如用于燃氣渦輪機的葉片或導葉的翼型件(下文中為了方便描述和理解稱為或者葉片或者導葉)。特別地，本發明涉及用于第4級轉子導葉的壓縮機翼型輪廓。
背景技術：
在燃氣渦輪機中，在燃氣渦輪機的流徑區段的各個級處應當滿足許多系統要求，以滿足設計目標。渦輪機熱氣路徑要求壓縮機翼型件轉子導葉滿足效率、可靠性以及加載的設計目標和期望的要求。例如且不以任何方式限制本發明，壓縮機轉子的導葉應當實現 針對該特定級的熱和機械運行要求。此外，例如且不以任何方式限制本發明，壓縮機轉子的導葉應當實現針對該特定級的熱和機械運行要求。為了滿足設計目標和期望的要求所作出的過去的努力在翼型件上提供涂層，但是該涂層可能并不足夠健壯或者永久來提供設計目標和期望的要求。因此，合乎需要的是提供具有滿足設計目標和期望的要求的輪廓的翼型件構造。

發明內容
在本發明的一個實施例中，一種制造物包括具有翼型形狀的導葉翼型件，該翼型件具有基本根據表A中描述的X，Y和Z的笛卡爾坐標值的公稱輪廓。X和Y是在由平滑的連續的弧連接時限定了以英寸表示的各個距離Z處的翼型輪廓截面的距離。Z距離處的輪廓截面彼此平滑地聯結而形成完整的翼型形狀。在根據本發明的另ー個實施例中，一種壓縮機導葉包括具有基本根據表A中描述的X，Y和Z的笛卡爾坐標值的無涂層的公稱翼型輪廓的導葉翼型件。X和Y是以英寸表示的距離，在由平滑的連續的弧連接時，它們限定了以英寸表示的各個距離Z處的翼型輪廓截面。Z距離處的輪廓截面彼此平滑地聯結而形成完整的翼型形狀。X和Y距離可作為常數的函數而按比例縮放，以提供按比例増大或者按比例縮小的翼型件。在本發明的又一個實施例中，一種壓縮機包括壓縮機葉輪，壓縮機葉輪具有與轉子導葉協作的多個葉片。各個導葉包括具有翼型形狀的翼型件。翼型件包括基本根據表A中描述的X，Y和Z的笛卡爾坐標值的公稱輪廓。X和Y是以英寸表示的距離，在由平滑的連續的弧連接時，它們限定了以英寸表示的各個距離Z處的翼型輪廓截面。Z距離處的輪廓截面彼此平滑地聯結而形成完整的翼型形狀。在本發明的再一個實施例中，一種壓縮機包括壓縮機葉輪，壓縮機葉輪具有與轉子導葉協作的多個葉片，且各個導葉包括具有基本根據表A中描述的X，Y和Z的笛卡爾坐標值的無涂層的公稱翼型輪廓的翼型件。X和Y是在由平滑的連續的弧連接時限定以英寸表示的各個距離Z處的翼型輪廓截面的距離。Z距離處的輪廓截面彼此平滑地聯結而形成完整的翼型形狀。X，Y和Z距離可作為常數的函數而按比例縮放，以提供按比例増大或者按比例縮小的導葉翼型件。


圖I是顯示了由本發明體現的壓縮機的多個級的壓縮機的局部截面圖；圖2是用于由本發明體現的壓縮機的葉片的透視圖；圖3是其側面正視圖；圖4是由本發明體現的壓縮機葉片的切向和后向透視圖；圖5是在徑向外部從葉片尖端觀察而看到的由本發明體現的壓縮機葉片的端視圖；圖6是類似于圖2的視圖；且圖7是其大體大約在圖6中的線7-7上得到的截面圖?！?br> 具體實施例方式根據本發明的一個實施例，一種制造物具有基本根據表A中所描述的X，Y和Z的笛卡爾坐標值的公稱輪廓，且其中，X和Y是以英寸表示的距離，當由平滑的連續的弧連接時，它們限定了以英寸表示的各個距離Z處的翼型輪廓截面，Z距離處的輪廓截面彼此平滑地聯結而形成完整的翼型形狀。根據本發明的一個實施例，提供了一種燃氣渦輪機的導葉的壓縮機翼型形狀(airfoil compressor shape),其會提高燃氣潤輪機的性能。此處的翼型形狀還會改進壓縮機的各個級之間的相互作用，并且提供改進的空氣動力學效率，而同時降低級翼型件熱應力和機械應力。由本發明體現的導葉翼型輪廓由點的特別的軌跡限定，以便實現必須的效率和加載要求，由此獲得改進的壓縮機性能。這些特別的點的軌跡限定了公稱翼型輪廓，并且由下文中的表A的Χ，Υ和Z笛卡爾坐標來表示。表A所顯示的坐標值的點在導葉的翼型件的沿著其長度的各個截面處相對于發動機的中心線以及用于低溫，即室溫的導葉。正的X，Y和Z方向分別是朝向渦輪機的排氣端的軸向，沿著發動機旋轉方向的切向以及朝向靜態箱體沿徑向向外。X，Y和Z坐標例如以英寸為單位以距離尺寸給出，且在各個Z位置處平滑地聯結而形成平滑的連續的翼型件截面。X，Y平面中的各個限定的翼型件截面在Z方向上與相鄰的翼型件截面平滑地聯結而形成完整的翼型形狀。將了解，如本領域普通技術人員已知的，翼型件在使用期間變熱。翼型輪廓因此將由于機械加載和溫度而改變。因此，為了制造的目的，低溫或者室溫輪廓由X，Y和Z坐標給出。在沿著包括任何涂層的公稱輪廓垂直于任何表面位置的方向上距該公稱輪廓正或負大約O. 160英寸(+/-0. 160”)的距離限定了此導葉翼型件的輪廓包絡，因為制造的導葉翼型輪廓可能不同于以下表中給出的公稱翼型輪廓。翼型形狀針對此變化而言是健壯的，不會損害導葉的機械和空氣動力學功能。由本發明體現的翼型件可在幾何上按比例增大或者按比例縮小，以便引入類似的渦輪機設計。結果，公稱翼型輪廓的x，Y和Z坐標可為常數的函數。也就是說，Χ，Υ和Z坐標值可乘以或者除以相同的常數或者數值，以便提供導葉翼型輪廓的“按比例增大”或“按比例縮小”的形式，同時保持由本發明體現的翼型件截面形狀?，F在參照圖1，其中顯示了大體由10標示的具有多個級(包括大體由12標示的第ー級)的壓縮機的一部分。各個級包括多個沿周向隔開的定子葉片，以及安裝在壓縮機轉子16上的轉子葉片14。第一級壓縮機定子葉片12彼此沿周向隔開，具有翼型件18，其具有以下規定的特定的翼型形狀或輪廓。參照圖2，翼型形狀或輪廓分別包括前緣20和后緣22。現在參照圖2-7，各個翼型件葉片具有由X，Y和Z值的笛卡爾坐標系限定的翼型輪廓。坐標值在以下表I中以英寸來描述。笛卡爾坐標系包括正交地相關的X，Y和Z軸，其中Z軸從壓縮機轉子的中心線起沿著半徑-即垂直于包含X和Y值的平面延伸。Z距離在徑向最外側空氣動力學區段中、X，Y平面中的零點處開始。X軸平行于壓縮機轉子中心線，即旋轉軸線而設置。通過在垂直于X，Y平面的Z方向中的選定位置處限定X和Y坐標值，可確定翼型件20的輪廓。通過用平滑的連續的弧連接X和Y值，各個距離Z處的各個輪廓截面確定。在距離Z之間的多個表面位置處的表面輪廓彼此平滑地連接而形成翼型件。以 下表I中給出的表格式的值以英寸表示，且表示環境中的、非操作或者非熱狀態下的翼型輪廓，并且用于無涂層的翼型件。符號慣例在沿徑向向內的方向上賦予正值Z，以及為在笛卡爾坐標系中典型地使用的X和Y坐標值賦予正的和負的值。為了限定導葉翼型件的翼型形狀，提供了空間中的點的特別的組或軌跡。該特別的點組或軌跡滿足級的要求，以便可制造級。該特別的點的軌跡還滿足級效率以及降低的熱和機械應カ的期望的要求。點的軌跡通過使得壓縮機能夠以高效、安全和平滑的方式運行的空氣動力學和機械加載之間的迭代而實現。由本發明體現的軌跡限定了導葉翼型輪廓，且可包括相對于發動機的旋轉軸線的ー組點。例如，可提供一組點來限定導葉翼型輪廓。此外，由本發明體現的導葉翼型輪廓可包括用于壓縮機的第4級轉子導葉的導葉。以下表A中給出的X，Y和Z值的笛卡爾坐標系限定了導葉翼型件的在沿著其長度的多個位置處的輪廓。X，Y和Z坐標的坐標值以英寸來描述，但在對值進行恰當地轉換時可使用其它尺寸単位。這些值排除了平臺的圓角區域。笛卡爾坐標系具有正交地相關的X，Y和Z軸。X軸平行于壓縮機轉子中心線-諸如旋轉軸線而布置。正的X坐標值是朝向后方-例如壓縮機的排氣端的軸向。向后方引導的正的Y坐標值在轉子的旋轉方向上沿切向延伸。正的Z坐標值朝向壓縮機的靜態箱體沿徑向向外引導。產生了表A的值，且顯示為三位小數位，以確定翼型件的輪廓。存在應當在翼型件的實際輪廓中考慮的典型的制造容差以及涂層。因此，給出的輪廓的值是用于公稱翼型件的。因此將理解，+/-典型制造容差，諸如包括任何涂層厚度的+/_值，添加到X以及Y值。因此，在垂直于沿著翼形輪廓的任何表面位置的方向上的大約+/-0. 160英寸的距離限定了用于導葉翼型件設計和壓縮機的翼型輪廓包絡。換言之，在垂直于沿著翼形輪廓的任何表面位置的方向上的大約+/-0. 160英寸的距離限定了在公稱低溫或者室溫處的實際翼型件表面上的測量的點與由本發明體現的那些點的相同溫度時的理想位置之間的變化范圍。對于該變化范圍而言，由本發明體現的導葉翼型件設計是健壯的，不會損害機械和空氣動力學功能。以下表A中給出的坐標值提供了示例性SI級轉子的公稱輪廓包絡。表A
權利要求
1.一種制造物，所述制造物具有基本根據表A中描述的X，Y和Z的笛卡爾坐標值的公稱輪廓，且其中，X和Y是以英寸表示的距離，當由平滑的連續的弧連接時，它們限定以英寸表示的各個距離Z處的翼型輪廓截面，所述Z距離處的輪廓截面彼此平滑地聯結而形成完整的翼型形狀。
2.根據權利要求I所述的制造物，其特征在于，所述翼型形狀包括翼型件。
3.根據權利要求2所述的制造物，其特征在于，所述翼型形狀位于垂直于任何制造物表面位置的方向上的±0. 160英寸內的包絡中。
4.根據權利要求I所述的制造物，其特征在于，所述翼型形狀包括轉子葉片。
5.一種包括壓縮機葉輪的壓縮機，所述壓縮機葉輪具有多個葉片，所述葉片中的各個與多個轉子導葉協作，所述多個轉子導葉包括具有翼型形狀的翼型件，所述翼型形狀具有基本根據表A中描述的X，Y和Z的笛卡爾坐標值的公稱輪廓，其中X和Y是以英寸表示的距離，當由平滑的連續的弧連接時，它們限定以英寸表示的各個距離Z處的翼型輪廓截面，所述Z距離處的輪廓截面彼此平滑地聯結而形成完整的翼型形狀。
6.一種包括壓縮機葉輪的壓縮機，所述壓縮機葉輪具有多個導葉，所述多個轉子導葉包括具有基本根據表A中描述的X，Y和Z的笛卡爾坐標值的無涂層的公稱翼型輪廓的翼型件，其中X和Y是以英寸表示的距離，當由平滑的連續的弧連接時，它們限定以英寸表示的各個距離Z處的翼型輪廓截面，所述Z距離處的輪廓截面彼此平滑地聯結而形成完整的翼型形狀，所述X和Y距離能夠作為相同的常數或者數值的函數而按比例縮放，以提供按比例增大的翼型件以及按比例縮小的翼型件中的至少一個。
7.根據權利要求6所述的壓縮機，其特征在于，所述多個轉子葉片包括第14級轉子導葉。
8.根據權利要求6所述的壓縮機，其特征在于，所述翼型形狀位于垂直于任何翼型件表面位置的方向上的±0. 160英寸內的包絡中。
全文摘要
本發明涉及用于壓縮機的翼型形狀。一種具有基本根據表A中描述的X，Y和Z的笛卡爾坐標值的公稱輪廓的制造物。X和Y是以英寸表示的距離，當由平滑的連續的弧連接時，它們限定以英寸表示的各個距離Z處的翼型輪廓截面。Z距離處的輪廓截面可彼此平滑地聯結而形成完整的翼型形狀。
文檔編號F04D29/38GK102661289SQ20111026656
公開日2012年9月12日 申請日期2011年8月31日 優先權日2010年8月31日
發明者J.P.萊蒂默, M.E.布羅姆 申請人:通用電氣公司