CN1497131A - 有利于防止燃气涡轮发动机的叶片损坏的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种制造用于燃气涡轮发动机(10)的转子组件(12)的方法。该方法包括：形成叶片(30)，其中该叶片(30)包括翼面(50)，该翼面(50)从成一体的楔形榫(52)上延伸，该楔形榫(52)用来把叶片安装在转子组件内；及使突出部(94)从叶片的至少一部分(86)上延伸，因此有利于在叶片的至少一部分内所产生的应力保持在该叶片的预定损坏阈值之下，从而有利于防止该叶片损坏。

Description

有利于防止燃气涡轮发动机 的叶片损坏的方法和装置

发明领域

本发明总的涉及一些燃气涡轮发动机的叶片，更具体地说，涉及一些有利于防止燃气涡轮发动机的叶片损坏的方法和装置。

背景技术

至少一些公知的燃气涡轮发动机包括核心发动机，该发动机按顺序流动配置具有风扇组件和高压压缩机，该高压压缩机压缩进入到发动机中的气流。燃烧器点燃通过涡轮喷嘴组件引导到低压涡轮和高压涡轮中的燃料-空气混合物，其中这些低压涡轮和高压涡轮中的每一个包括若干转子叶片，这些转子叶片吸收来自从燃烧器中出来的气流中的旋转能量。

***内的零件损坏可以极大地损害该***和/或该***内的其它零件，并且在更换或者修理该损坏的零件时还可能需要***停止工作。尤其地，当该零件是涡轮风扇式燃气涡轮发动机的风扇叶片时，叶片脱落可以引起位于所断开的叶片下游处的叶片受到损害。更具体地说，根据对下游叶片的损害严重程度，位于所断开的叶片或者损坏的尾随叶片的下游处的其它叶片也可能被损坏。尾随叶片的损坏可能引起尾随叶片故障，因此可能需要涡轮风扇式燃气涡轮发动机停止工作，和/或损坏涡轮风扇式燃气涡轮发动机内的其它风扇叶片和/或其它零件。

例如，至少一些公知的涡轮风扇式燃气涡轮发动机包括风扇基体，该风扇基体具有若干风扇叶片，这些风扇叶片径向向外地延伸。断开的叶片撞击尾随的叶片上可能引起尾随叶片围绕与风扇旋转相切的轴线进行摆动。尾随叶片最初绕着该相切的轴线向着该尾随叶片的前部进行摆动，因此该尾随叶片可以径向向外地移离它的碟形槽。尾随叶片绕着该相切轴线的运动由于风扇的旋转而反向，从而引起尾随叶片向着该尾随叶片的后端向后摆动。叶片的摆动在叶片内可以产生压应力和拉应力。尾随叶片内的拉应力和压应力的大小可能超过叶片材料的损坏阈值，从而引起该尾随叶片损坏。

发明概述

按照本发明的一个方面，提供了一种制造用于燃气涡轮发动机的风扇组件的方法。该方法包括：形成叶片，其中该叶片包括一面翼，该翼面从成一体的楔形榫上延伸，该楔形榫用来把叶片安装在转子组件内，并且使突出部从叶片的至少一部分中延伸，使在叶片的至少一部分中所产生的应力有利于保持在该叶片的预定损坏阈值之下，从而有利于防止该叶片损坏。

按照本发明的另一个方面，提供了一种燃气涡轮发动机的叶片，该叶片包括：翼面；一楔形榫，它与所述翼面形成一体；及一突出部，它从翼面和楔形榫中的至少一个上向外延伸。该突出部成形成有利于至少部分地限制叶片的运动，从而有利于防止该叶片损坏。

按照本发明的又一个方面，提供了一种用于燃气涡轮发动机中的风扇组件。该风扇组件包括风扇毂和至少一个风扇叶片，该风扇叶片从风扇毂上径向向外延伸。该风扇叶片包括：一楔形榫；一翼面，它从楔形榫上向外延伸；及突出部，它从楔形榫上向外延伸，从而把在楔形榫和翼面中的至少一个内所产生的应力保持在风扇叶片的预定损坏阈值之下。

附图简述

图1是示例性涡轮风扇式燃气涡轮发动机的示意图；

图2是一部分示例性风扇叶片的透视图，其中该风扇叶片可以包括在图1所示的涡轮风扇式燃气涡轮发动机内；

图3是沿着图2的线3-3所截取的、图1所示的一部分风扇组件的横剖视图；及

图4是沿着图3的线4-4所截取的、图3所示的一部分风扇组件的横剖视图。

本发明的详细描述

如这里所使用的一样，术语“失效”和“故障”可以包括任何损坏或者至少局部地损坏一个零件使其离开正常运转的其它情况，例如，任何损坏或者至少局部地损坏一个零件使其离开正常运转的其它情况可以包括该零件的完全断裂、局部断裂、该零件形状的改变及性能的改变，但不局限于这些。上面这些例子只是想作为示例性的，因此决不想限定术语“失效”和“故障”的定义和/或含义。此外，尽管这里结合涡轮风扇式燃气涡轮发动机来描述本发明，并且更具体地与涡轮风扇式燃气涡轮发动机中的风扇叶片一起使用，但是应该知道，本发明可以应用到任何零件中。因此，本发明的实施不局限于涡轮风扇式燃气涡轮发动机的风扇叶片或者其它零件。

图1是涡轮风扇式燃气涡轮发动机10的示意图，其中发动机10包括风扇组件12、高压压缩机14和燃烧器16。发动机10还包括高压涡轮18、低压涡轮20和助推器22。风扇组件12包括风扇毂24，该风扇毂24具有若干碟形槽(在图1中没有示出)，这些碟形槽位于风扇毂内并且围绕风扇毂24沿着圆周方向隔开。风扇组件12还包括一排风扇叶片30，这些叶片30从碟形槽和风扇毂24径向向外地延伸到风扇叶片的翼面顶部32。风扇组件12围绕旋转轴线40旋转。发动机10具有进气侧42和排气侧44。在一个实施例中，发动机10是GE-90发动机，这种发动机在商业上可以从Cincinnati州Ohio的General Electric Aircraft Engines公司买到。

在工作时，空气流过风扇组件12并且把压缩过的空气供给到高压压缩机14中。充分压缩过的空气被输送到燃烧器16中，在那里该空气与燃料进行混合并且点燃。燃烧气体从燃烧器16中引出并且用来驱动涡轮18和20，而涡轮20驱动风扇组件12。

图2是一部分示例风扇叶片30的透视图，其中风扇叶片30可以与风扇组件12(在图1中没有示出)一起使用。每个叶片30包括中空的翼面50和成一体的楔形榫52，其中楔形榫52用来以公知的方式把翼面50安装到风扇毂24上。每个翼面50包括第一制成型面的侧壁54和第二制成型面的侧壁56。第一侧壁54是凸形的并且限定翼面50的负压侧，第二侧壁56是凹形的并且限定翼面50的压力侧。侧壁54和56在翼面50的前缘58和沿轴向隔开的后缘60处接合起来。更加具体地说，翼面的后缘60沿着弦向在下游处与翼面的前缘58隔开。第一和第二侧壁54和56相应地沿着纵向或者径向向外地从叶片根部62延伸到翼面的顶部32中(示出在图1中)，其中根部62设置在邻近的楔形榫52中。风扇叶片30所延伸的长度64为从前端66到后端68。楔形榫52包括第一压力表面的接触表面70和第二压力表面的接触表面72。

图3是沿着图2的线3-3所截取的一部分风扇组件12的横剖视图。图4是沿着图3的线4-4所截取的一部分风扇组件12的横剖视图。具体地说，在图3和4中，风扇叶片30连接在风扇毂24中。更具体地说，风扇叶片30安装和固定在碟形槽74内，在这里也称为安置在碟形槽74内，其中碟形槽74在风扇毂24内限定出。在一个实施例中，风扇毂24包括若干碟形槽74，这些槽形成在风扇毂24内并且绕着风扇毂24沿着圆周方向被隔开。

每个碟形槽74至少延伸一个长度64，因此每个楔形榫52完全安装在其中。当每个风扇叶片楔形榫52安置在相应的碟形槽74内时，每个风扇叶片30从风扇毂24径向向外地延伸。碟形槽74包括径向的内表面76，碟形槽74的一部分78成形成与楔形榫52的一部分互补，因此当楔形榫52安置在碟形槽74内时，第一压力表面的接触表面70邻近第一碟形槽的压力表面80，第二压力表面的接触表面72接触第二碟形槽的压力表面82。

在该示例性实施例中，楔形榫52包括叶片间隔区84，该间隔区84从楔形榫52的径向内表面86向外延伸。或者，楔形榫52不包括间隔区84。更加具体地说，间隔区84向着风扇毂24和碟形槽的径向内表面76径向向内地延伸。当风扇叶片30安置在碟形槽74内时，叶片间隔区84从楔形榫的径向内表面86延伸一个距离88，因此在间隔区84的径向内表面92和碟形槽的径向内表面76之间限定出了极小的叶片/盘形径向间隙90。在该例性实施例中，叶片间隔区84基本上跨越风扇叶片的长度64延伸。或者，在另一个实施例中，叶片间隔区84只跨越风扇叶片长度64的一部分。延伸在该示例性实施例中，叶片间隔区84是连接楔形榫52的独立零件。在该替换实施例中，叶片间隔区84与风扇叶片的楔形榫52形成一体。

风扇叶片的楔形榫52还包括突出部94，该突出部94从叶片间隔区84向外延伸。更具体地说，突出部94从楔形榫52朝着轴线40、风扇毂24和碟形槽的径向内表面76径向向内地延伸。当风扇叶片30安置在碟形槽74内时，突出部94设置成距离叶片间隔区的径向内表面92一个距离96，使在碟形槽的径向内表面76和突出部94的径向表面100之间限定出了突出部/碟形槽的径向间隙98。在一个实施例中，间隙90大约等于0.190英寸，而间隙98大约等于0.040英寸。

在该示例性实施例中，突出部94是独立元件，它连接到或者摩擦连接到叶片间隔区84上。在一替换实施例中，突出部94与叶片间隔区84形成一体。在一个实施例中，风扇叶片30不包括叶片间隔区84，而突出部94从楔形榫的径向内表面86朝向轴线40、风扇毂24和碟形槽的径向内表面76向外地延伸。在一替换实施例中，风扇叶片30不包括叶片间隔区84，并且突出部94与楔形榫52形成一体或者连接到楔形榫52上。突出部94从风扇叶片后端68向着风扇叶片前端66延伸一个距离102。尽管突出部94在这里被示成从后端68向着前端66延伸一个距离102，但是应该知道，突出部94可以设置在沿着叶片间隔区的径向内表面92上的任何位置上以便防止风扇叶片30失效，这一点下面将描述。例如，在一替换实施例中，突出部94设置成邻近风扇叶片的前端66。

风扇组件12包括轴线104，而轴线104与碟形槽的径向内表面76相切。尽管轴线104在这里被示成穿过风扇叶片长度64的总中心，但是应该知道，轴线104可以沿着长度64穿过叶片30的任何部分，并且与碟形槽的径向内表面76相切。

在风扇组件12的旋转期间，当安装到叶片30上游处的风扇毂24上的叶片发生故障或者从它的相应碟形槽中甩出(即这里称为“叶片脱出”的情况)时，这种风扇叶片的一部分可以撞击风扇30。这种接触可以引起风扇叶片30摆动或者围绕轴线104进行旋转。具体地说，最初，风扇叶片30向着风扇叶片前端66、绕着轴线104进行旋转，因此径向向内地迫使前端66向着碟形槽的径向内表面76，并且径向向外地迫使风扇叶片后端68远离碟形槽的径向内表面76。更具体地说，这种撞击可以引起风扇叶片前端66局部离开碟形槽74。当由断开叶片撞击所引起的应力波动通过叶片30来反射和传递时，围绕轴线104的旋转运动被反向，因此引起风扇叶片30向着风扇叶片的后端68进行转动，以致径向向外地迫使风扇叶片前端66远离碟形槽的径向内表面76，并且径向向内地迫使风扇叶片后端68向着碟形槽的径向内表面76。更加具体地说，风扇叶片后端68可以局部地离开碟形槽74。

当风扇叶片后端68至少部分地离开碟形槽74时，风扇叶片的第一压力表面的接触表面70和第一碟形槽的压力表面80之间的压力及风扇叶片的第二压力表面的接触表面72和第二碟形槽的压力表面82之间的压力集中在风扇叶片的前端66上。更具体地说，相对较大的压应力可以集中在风扇叶片的后端68，相对较大的拉应力可以集中在风扇叶片的前端66上。风扇叶片30内的拉应力和压应力的大小可以超过至少一部分风扇叶片30的预定损坏阈值，因此引起风扇叶片30部分或者完全损坏。但是，突出部94限制了风扇叶片30的运动，更具体地说，限制风扇叶片30围绕轴线104转动，因此有利于减少在风扇叶片前端66内所可能产生的拉应力。更具体地说，当风扇叶片后端68离开碟形槽74时，突出部94局部限制风扇叶片后端68的向内径向移动，因此只有有限大小的拉应力可以集中在风扇叶片的前端66上。相应地，突出部94有利于把风扇叶片30内的应力大小保持在风扇叶片30的损坏阈值之下。

上述装置的费用较低，并且可靠性较高，从而有利于防止零件损坏。该装置有利于把零件的至少一部分内所产生的应力保持在该零件的预定损坏阈值之下。更加具体地说，该装置至少部分地限制了零件的运动，从而使该零件内的拉应力和压应力保持在该零件的损坏阈值之下。其结果是，该装置有利于以廉价并且工作可靠的方式来防止零件损坏。

在上面详细地描述了叶片和组件的示例性实施例。这些***不局限于这里所描述的具体实施例，相反，每个组件的一些零件可以与这里所描述的其它零件分开地、独立地使用。每个叶片和组件的零件也可以与其它装置和组件的零件结合起来使用。

尽管就各种具体实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该知道，本发明可以通过处在权利要求书的精神和范围内的变形来实现。

Claims (20)

1.一种制造用于燃气涡轮发动机(10)转子组件(12)的方法，所述方法包括：

形成叶片(30)，其中该叶片包括一翼面(50)，该翼面(50)从成一体的楔形榫(52)上延伸，该楔形榫(52)用来把叶片安装在转子组件内；及

使一突出部(94)从叶片的至少一部分中延伸，使在叶片的至少一部分(86)中所产生的应力有利于保持在该叶片的预定损坏阈值之下，从而有利于防止该叶片损坏。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使突出部(94)从叶片的至少一部分(86)中延伸的步骤包括：把突出部连接到该叶片的至少一部分上，使该突出部从该叶片的至少一部分上向外延伸。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使突出部(94)从叶片(30)的至少一部分(86)上延伸的步骤包括：在该叶片的至少一部分上成一体地形成突出部，使该突出部从该叶片的至少一部分上向外延伸。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使突出部(94)从叶片(30)的至少一部分(86)上延伸的步骤包括：利用该突出部以利于至少部分地限制该叶片的至少一部分的运动。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使突出部(94)从叶片(30)的至少一部分(86)上延伸的步骤包括：利用该突出部以利于把该叶片的至少一部分内的拉应力保持在该叶片的预定损坏阈值之下。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使突出部(94)从叶片(30)的至少一部分(86)上延伸的步骤包括：利用该突出部以利于至少部分地限制该叶片的至少一部分产生旋转。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使突出部(94)从叶片(30)的至少一部分(86)上延伸的步骤包括：在第二燃气涡轮发动机叶片损坏和第二燃气涡轮发动机叶片产生叶片脱落这两种情况中的至少一种情况期间，利用该突出部以利于把该叶片的至少一部分内的应力保持在该叶片的预定损坏阈值之下。

8.如权利要求7所述的方法，利用突出部(94)来保持该叶片(30)的至少一部分内的应力的步骤包括：在第二燃气涡轮发动机叶片损坏和第二燃气涡轮发动机叶片产生叶片脱落这两种情况中的至少一种情况期间，利用该突出部以利于至少部分地限制该叶片的至少一部分产生运动。

9.一种燃气涡轮发动机的叶片(30)，该叶片包括：

一翼面(50)；

一楔形榫(52)，它与所述翼面形成一体；及

突出部(94)，它从所述翼面和所述楔形榫中的至少一个上向外延伸，所述突出部成形成有利于至少部分地限制所述叶片的运动，从而有利于防止所述叶片损坏。

10.如权利要求9所述的叶片(30)，其特征在于，所述突出部(94)还成形成有利于把在所述翼面(50)和所述楔形榫(52)中的至少一个内所产生的应力保持在所述叶片的预定损坏阈值之下。

11.如权利要求10所述的叶片(30)，其特征在于，所述突出部(94)还成形成有利于把在所述翼面(50)和所述楔形榫(52)中的至少一个内的拉应力保持在所述叶片的预定损坏阈值之下。

12.如权利要求9所述的叶片(30)，其特征在于，所述突出部(94)从所述楔形榫(52)上径向向外地延伸。

13.一种燃气涡轮发动机的风扇组件(12)，所述风扇组件包括：

一风扇毂(24)；和

至少一个风扇叶片(30)，该风扇叶片从所述风扇毂上径向向外延伸，所述风扇叶片包括：一楔形榫(52)；一翼面(50)，它从所述楔形榫上向外延伸；及突出部(94)，它从所述楔形榫上向外延伸，从而把在所述楔形榫和所述翼面中的至少一个内所产生的应力保持在所述风扇叶片的预定损坏阈值之下。

14.如权利要求13所述的风扇组件(12)，其特征在于，所述突出部(94)成形成有利于至少部分地限制所述风扇叶片(30)的运动，使有利于把在所述风扇叶片翼面(50)和所述风扇叶片楔形榫(52)中的至少一个内所产生的应力保持在所述风扇叶片的预定损坏阈值之下。

15.如权利要求13所述的风扇组件(12)，其特征在于，所述突出部(94)连接到所述楔形榫(52)上。

16.如权利要求13所述的风扇组件(12)，其特征在于，所述突出部(94)与所述楔形榫(52)形成一体。

17.如权利要求13所述的风扇组件(12)，其特征在于，所述楔形榫(52)包括一间隔区(84)，该间隔区(84)从所述楔形榫向外延伸，所述突出部从所述间隔区向外延伸。

18.如权利要求13所述的风扇组件(12)，其特征在于，所述风扇叶片(30)还包括一翼面顶部(32)，所述翼面(50)在所述楔形榫(52)和所述翼面顶部之间延伸，所述突出部(94)沿着远离所述翼面顶部的方向从所述楔形榫部分向外延伸。

19.如权利要求13所述的风扇组件(12)，其特征在于，所述风扇毂(24)包括至少一个碟形槽(74)，所述楔形榫(52)至少部分地安装在所述碟形槽内，使所述风扇叶片(30)相对于所述风扇基体固定，所述突出部(94)从所述楔形榫沿径向延伸到所述碟形槽中，从而有利于至少部分地限制所述风扇叶片在所述碟形槽内运动。

20.如权利要求19所述的风扇组件(12)，其特征在于，所述突出部(94)还成形成有利于至少部分地限制所述风扇叶片(30)相对于所述碟形槽(74)的转动。

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