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用于涡轮系统的翼型

阅读:8发布:2021-04-10

专利汇可以提供用于涡轮系统的翼型专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于 涡轮 系统的 翼型 件。更具体而言,公开了一种用于涡轮系统的翼型件。该翼型件包括第一主体,该第一主体具有限定翼型件的空 气动 力 学轮廓的第一部分的外表面且由第一材料形成。该翼型件还包括具有限定翼型件的 空气动力 学 轮廓的第二部分的外表面的第二主体,第二主体联接到第一主体且由第二材料形成,第二材料具有与第一材料不同的 温度 能力。,下面是用于涡轮系统的翼型专利的具体信息内容。

1. 一种用于涡轮系统的翼型件,所述翼型件包括:
第一主体,所述第一主体具有限定所述翼型件的空气动学轮廓的第一部分的外表面且由第一材料形成;和
第二主体,所述第二主体具有限定所述翼型件的空气动力学轮廓的第二部分的外表面,所述第二主体联接到所述第一主体且由第二材料形成,所述第二材料具有与所述第一材料不同的温度能力。
2. 根据权利要求1所述的翼型件,其特征在于,所述第二材料为陶瓷基质复合材料
3. 根据权利要求1所述的翼型件,其特征在于,所述第一主体的外表面至少部分地限定压力侧和吸力侧且还限定前缘,并且其中,所述第二主体的外表面限定后缘
4. 根据权利要求1所述的翼型件,其特征在于,所述第二主体在整个截面外形上连续。
5. 根据权利要求1所述的翼型件,其特征在于,所述第二主体包括多个第二主体分段,所述第二主体分段中的每一个由第二材料形成。
6. 根据权利要求1所述的翼型件,其特征在于,所述第一主体或所述第二主体中的一个限定凹部,并且所述第一主体或所述第二主体中的另一个包括突起,并且其中,所述突起在所述凹部中的接合将所述第二主体联接到所述第一主体。
7. 根据权利要求1所述的翼型件,其特征在于,还包括将所述第二主体联接到所述第一主体的端盖。
8. 根据权利要求1所述的翼型件,其特征在于,所述第一主体限定冷却通道。
9. 一种用于涡轮系统的涡轮分段的喷嘴,所述喷嘴包括:
翼型件,所述翼型件具有限定空气动力学轮廓的外表面,所述空气动力学轮廓包括在前缘与后缘之间延伸的压力侧和吸力侧,所述翼型件包括:
第一主体,所述第一主体具有限定所述翼型件的空气动力学轮廓的第一部分的外表面且由第一材料形成;和
第二主体,所述第二主体具有限定所述翼型件的空气动力学轮廓的第二部分的外表面,所述第二主体联接到所述第一主体且由第二材料形成,所述第二材料具有与所述第一材料不同的温度能力。
10. 根据权利要求9所述的喷嘴,其特征在于,所述第二材料为陶瓷基质复合材料。
11. 根据权利要求9所述的喷嘴,其特征在于,所述第一主体的外表面至少部分地限定压力侧和吸力侧且还限定前缘,并且其中,所述第二主体的外表面限定后缘。
12. 根据权利要求9所述的喷嘴,其特征在于,所述第二主体在整个截面外形上连续。
13. 根据权利要求9所述的喷嘴,其特征在于,所述第一主体或所述第二主体中的一个限定凹部,并且所述第一主体或所述第二主体中的另一个包括突起,并且其中,所述突起在所述凹部中的接合将所述第二主体联接到所述第一主体。
14. 根据权利要求9所述的喷嘴,其特征在于,还包括将所述第二主体联接到所述第一主体的端盖。
15. 一种涡轮系统,包括:
涡轮分段,所述涡轮分段包括多个热气体路径部件,所述多个热气体路径部件中的至少一个包括具有限定空气动力学轮廓的外表面的翼型件,所述空气动力学轮廓包括在前缘与后缘之间延伸的压力侧和吸力侧,所述翼型件包括:
第一主体,所述第一主体具有限定所述翼型件的空气动力学轮廓的第一部分的外表面且由第一材料形成;和
第二主体,所述第二主体具有限定所述翼型件的空气动力学轮廓的第二部分的外表面,所述第二主体联接到所述第一主体且由第二材料形成,所述第二材料具有与所述第一材料不同的温度能力。
16. 根据权利要求15所述的涡轮系统,其特征在于,所述第二材料为陶瓷基质复合材料。
17. 根据权利要求15所述的涡轮系统,其特征在于,所述第一主体的外表面至少部分地限定压力侧和吸力侧且还限定前缘,并且其中,所述第二主体的外表面限定后缘。
18. 根据权利要求15所述的涡轮系统,其特征在于,所述第二主体在整个截面外形上连续。
19. 根据权利要求15所述的涡轮系统,其特征在于,所述第一主体或所述第二主体中的一个限定凹部,并且所述第一主体或所述第二主体中的另一个包括突起,并且其中,所述突起在所述凹部中的接合将所述第二主体联接到所述第一主体。
20. 根据权利要求15所述的涡轮系统,其特征在于,还包括将所述第二主体联接到所述第一主体的端盖。

说明书全文

用于涡轮系统的翼型

技术领域

[0001] 本文所公开的主题大体上涉及涡轮系统,并且更具体而言,涉及用于涡轮系统的翼型件。

背景技术

[0002] 涡轮系统在诸如发电的领域中广泛使用。例如,常规的燃气涡轮系统包括压缩机分段、燃烧器分段和至少一个涡轮分段。压缩机分段被构造成当空气流过压缩机分段时压缩空气。空气然后从压缩机分段流至燃烧器分段,在燃烧器中空气与燃料混合并燃烧,生成热气体流。热气体流被提供到涡轮分段,涡轮分段通过从热气体流抽取能量而利用热气体流为压缩机、发电机和其它各种负载提供动
[0003] 诸如动叶和喷嘴的各种部件通常包括于涡轮系统的各个分段中以用于与通过这些分段的流相互作用。例如,动叶和喷嘴的各个级可延伸入涡轮系统的涡轮分段的热气体路径中。在涡轮系统的操作期间,此类部件暴露于热气体路径的部分可能由于在热气体路径中的高温而面临损坏的险。因此,此类部件通常需要冷却。
[0004] 此前对于诸如动叶和喷嘴的部件的冷却尝试已涉及使用动叶和喷嘴内部的冷却通道。冷却流体流过这些内部冷却通道以冷却动叶和喷嘴的外表面的部分。然而,这些冷却尝试具有多种缺点。例如,在许多情况下,可能难以在动叶和喷嘴内制造足够靠近外表面的某些部分的冷却通道以冷却这些表面。例如,由于缺乏在其中制造冷却通道的内部空间,所以在动叶和喷嘴的翼型件部分的后缘处或附近的表面可能尤其难以冷却。
[0005] 因此,本领域将需要改进的热气体路径部件。例如,用于热气体路径部件的改进的翼型件可为有利的。发明内容
[0006] 本发明的方面和优点将部分地在下面的描述中陈述,或者可从该描述显而易见,或者可通过实施本发明来了解。
[0007] 在一个实施例中,公开了一种用于涡轮系统的翼型件。该翼型件包括第一主体,该第一主体具有限定翼型件的空气动力学轮廓的第一部分的外表面且由第一材料形成。该翼型件还包括具有限定翼型件的空气动力学轮廓的第二部分的外表面的第二主体,该第二主体联接到第一主体且由第二材料形成,第二材料具有与第一材料不同的温度能力。
[0008] 在另一个实施例中,公开了一种用于涡轮系统的涡轮分段的喷嘴。该喷嘴包括具有限定空气动力学轮廓的外表面的翼型件,空气动力学轮廓包括在前缘与后缘之间延伸的压力侧和吸力侧。翼型件包括第一主体,该第一主体具有限定翼型件的空气动力学轮廓的第一部分的外表面且由第一材料形成。翼型件还包括具有限定翼型件的空气动力学轮廓的第二部分的外表面的第二主体,第二主体联接到第一主体且由第二材料形成,第二材料具有与第一材料不同的温度能力。
[0009] 参考下面的描述和所附权利要求,本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。被合并到该说明书中并组成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例,并且与该描述一起用来解释本发明的原理。

附图说明

[0010] 针对本领域技术人员的本发明的完全且充分的公开,包括其最佳模式,在参考附图的说明书中阐述,在附图中:图1是根据本公开的一个实施例的燃气涡轮系统的示意图;
图2是根据本公开的一个实施例的燃气涡轮系统的涡轮分段的剖视图;
图3是根据本公开的一个实施例的燃气涡轮系统的涡轮分段的各个部件的特写剖视图;
图4是根据本公开的一个实施例的翼型件的俯视剖视图;
图5是根据本公开的一个实施例的多个喷嘴的局部透视图;以及
图6是根据本公开的一个实施例的喷嘴的剖视图。
[0011] 部件列表10 涡轮系统
12 压缩机分段
14 燃烧器分段
16 涡轮分段
18 轴
20 热气体路径
22 护罩
24 喷嘴
26 动叶
31 第一级喷嘴组件
32 第一级动叶组件
33 第二级喷嘴组件
34 第二级动叶组件
35 第三级喷嘴组件
36 第三级动叶组件
40 翼型件
42 柄部
44 端盖
52 压力侧
54 吸力侧
56 前缘
58 后缘
62 第一主体
64 第二主体
65 冷却通道
66 第二主体段
72 凹部
74 突起
76 开口
78 焊缝
79 盖板。

具体实施方式

[0012] 现在将对本发明的实施例进行详细参考,在附图中显示了其中一个或多个示例。每个示例通过对本发明进行解释而不是对本发明进行限制的方式提供。实际上,对本领域技术人员而言,显而易见的是,在不脱离本发明的范围或精神的情况下,可在本发明中做出许多修改与变型。例如,作为一个实施例的部分而示出或描述的特征可与另一实施例一起使用,以得到又一实施例。因此,本发明意图包括落入所附权利要求及其等同物的范围内的这种修改与变型。
[0013] 图1是燃气涡轮系统10的示意图。应当理解,本公开的涡轮系统10未必是燃气涡轮系统10,而可以是任何合适的涡轮系统10,诸如蒸汽涡轮系统或其它合适的系统。燃气涡轮系统10可包括压缩机分段12、燃烧器分段14和涡轮分段16。压缩机分段12和涡轮分段16可由轴18联接。轴18可以是单个轴或联接到一起以形成轴18的多个轴节段。
[0014] 如本领域大体公知的,空气或另一种合适的工作流体流过压缩机分段12并在压缩机分段12中压缩。压缩工作流体然后被供应到燃烧器分段14,在燃烧器分段14中,压缩工作流体与燃料混合并燃烧,从而形成热燃烧气体。在热燃烧气体流过燃烧器分段14之后,它们可流入涡轮分段16中。
[0015] 图2示出了根据本公开的涡轮分段16的部分的一个实施例。热气体路径20可限定在涡轮分段16内。各种热气体路径部件,诸如护罩22、喷嘴24和动叶26可至少部分地设置在热气体路径20中。
[0016] 例如,如图所示,涡轮分段16可包括多个动叶26和多个喷嘴24。多个动叶26和喷嘴24中的每一个可至少部分地设置在热气体路径20中。此外,多个动叶26和多个喷嘴24可设置在一个或多个环形阵列中,环形阵列中的每一个可限定热气体路径20的一部分。
[0017] 涡轮分段16可包括多个涡轮级。每个级可包括设置在环形阵列中的多个动叶26和设置在环形阵列中的多个喷嘴24。例如,在一个实施例中,涡轮分段16可具有三个级,如图2所示。例如,涡轮分段16的第一级可包括第一级喷嘴组件31和第一级动叶组件32。喷嘴组件31可包括围绕轴18周向地设置且固定的多个喷嘴24。动叶组件32可包括围绕轴18周向设置且联接到轴18的多个动叶26。涡轮分段16的第二级可包括第二级喷嘴组件33和第二级动叶组件34。包括于喷嘴组件33中的喷嘴24可围绕轴18周向地设置且固定。包括于动叶组件34中的动叶26可围绕轴18周向地设置且联接到轴18。第二级喷嘴组件33因此沿热气体路径20定位在第一级动叶组件32与第二级动叶组件34之间。涡轮分段16的第三级可包括第三级喷嘴组件35和第三级动叶组件36。包括于喷嘴组件35中的喷嘴24可围绕轴18周向地设置且固定。包括于动叶组件36中的动叶26可围绕轴18周向地设置且联接到轴18。第三级喷嘴组件35因此沿热气体路径20定位在第二级动叶组件34与第三级动叶组件36之间。
[0018] 应当理解,涡轮分段16不限于三个级,而是,任何数量的级均在本公开的范围和精神内。
[0019] 应当理解,根据本公开的热气体路径部件不限于涡轮分段16中的部件。相反,热气体路径部件可以是至少部分地设置在流体路径中以用于压缩机分段12或系统10的任何其它合适的分段的部件。
[0020] 如图2和图3中进一步示出的,每个热气体路径部件,诸如每个喷嘴24和每个动叶26可包括翼型件40。例如,动叶26的翼型件40可从柄部42向外延伸,而喷嘴24的翼型件40则可从端盖44向外延伸。根据本公开的翼型件40具有限定大体空气动力学轮廓的外表面。例如,外表面可限定各自在前缘56与后缘58之间延伸的压力侧52和吸力侧54。
[0021] 如图3至图6所示,根据本公开的翼型件40还可包括第一主体62和第二主体64。每个主体62、64可限定翼型件40的外表面的一部分。因此,例如,第一主体62可具有限定翼型件40的空气动力学轮廓的第一部分的外表面,而第二主体64具有限定翼型件40的空气动力学轮廓的第二部分的外表面。
[0022] 在示例性实施例中,第一主体62的外表面可限定压力侧52和吸力侧54的至少一部分以及前缘56,而第二主体64的外表面可限定后缘58。第二主体64的外表面还可限定压力侧52和吸力侧54的剩余部分,或者这些全部侧面可被第一主体62限定。然而在其它实施例中,第一主体62可包括限定压力侧52、吸力侧54、前缘56和后缘58中的任何一个或多个或它们的任何部分的外表面,而第二主体64可包括限定剩余的这些侧面和/或边缘或它们的部分的外表面。
[0023] 根据本公开的第一主体62由第一材料形成。第一材料可以是任何合适的材料,例如合适的金属或金属合金。例如,在一些实施例中,第一材料可包括、镍、、铬和/或任何其它合适的金属。还应当理解,第一材料不限于金属,而是第一材料可由任何合适的材料形成。
[0024] 此外,在如图4中所示的示例性实施例中,第一主体62可在其中限定一个或多个冷却通道65。冷却通道65可以是大致线性或弯曲的,并可延伸通过第一主体62的任何合适部分。例如,在一些实施例中,冷却通道65可以是大致蛇形冷却通道。这样的冷却通道65可提供对流冷却、冲击冷却和/或任何其它适当形式的冷却。
[0025] 根据本公开的翼型件40的第二主体64由第二材料形成。根据本公开的第二材料具有与第一材料不同的温度能力。温度能力表示在失效之前经受一定温度的能力,使得材料的失效在这样的温度下发生。因此,第二材料在不同于第一材料失效时的温度的温度下失效。在示例性实施例中,第二材料具有高于第一材料的温度能力的温度能力。
[0026] 第二材料可以是如上文所讨论的任何合适的金属或金属合金,或合适的非金属材料、合金或复合材料。例如,在示例性实施例中,第二材料为陶瓷基质复合(“CMC”)材料。CMC材料被设计成经受相对增加的温度,诸如在系统10的操作期间在热气体路径20中的那样的温度。CMC材料通常由嵌入在陶瓷基质中的陶瓷纤维形成。纤维和/或基质可由碳、碳化化铝、莫来石或任何其它合适的材料形成。如果第二材料具有比第一材料更高的温度能力,则使用CMC材料或其它合适的第二材料来形成第二主体64可以有利地允许第二主体64在操作期间经受热气体路径20中的温度。因此,可以不需要冷却第二主体64。这在其中第二主体64包括翼型件40的后缘58的实施例中尤其有利,在这样的实施例中,由于在翼型件40中缺乏用来制造冷却通道或其它合适的冷却装置的内部空间,所以在操作期间,后缘58原本可无法被充分地冷却。
[0027] 应当理解,由第一材料或第二材料形成的主体可包括用第一或第二材料的层覆盖或可仅由第一或第二材料形成的其它材料。
[0028] 在一些示例性实施例中,如图4所示,第二主体64在整个截面外形上是连续的。因此,第二主体64具有大体上实心的内部,其中没有在其中的通道或其它钻孔或孔口。然而,在其它实施例中,可通过第二主体64或其部分限定合适的通道、钻孔或孔口。
[0029] 此外,在一些实施例中,第二主体64可以为单个整体部件。然而,在如图3所示的其它实施例中,第二主体64可包括多个第二主体分段66。每个分段66可由第二材料形成。应当理解,用于每个分段66的第二材料可变化或相同。分段66可以在大致径向方向上彼此堆叠,如图所示,或者可以以其它方式彼此邻接以形成第二主体64。使用多个第二主体分段66来形成第二主体64可有利地允许第二主体64在系统10的操作之前、期间和之后由于在热气体路径20中的温度变化而热增长。
[0030] 如图4至图6所示,第二主体64可联接到第一主体62。当联接在一起时,第二主体64和第一主体62可形成翼型件40的大体空气动力学轮廓。
[0031] 例如,在一些实施例中,第一主体62和第二主体64中的一个可限定凹部72,而第一主体62和第二主体64中的另一个则限定配合突起74。例如,如图4所示,凹部72可以为燕尾件凹部,而突起74为燕尾件突起。然而应当理解,本公开不限于燕尾件,而是,任何合适的凹型和凸形部分都可构成凹部72和突起74。突起74在凹部72中的接合可使它们配合在一起以将第一主体62联接到第二主体64,如图所示。
[0032] 在其它实施例中,端盖44或其它合适的联接装置可将第二主体64联接到第一主体62。例如,如图5和图6所示,端盖44可包括限定在其中以用于第一主体62和第二主体64两者的开口76。第一主体62和第二主体64可相对于彼此定位,使得它们由端盖44联接在一起,如图所示。设置在开口76中的第一主体62和第二主体64的部分可固定在开口中。例如,如图所示,焊缝78可覆盖开口76或将盖板79固定到开口76以将第一主体62和第二主体64固定到端盖44上。
[0033] 应当理解,本公开不限于用于将翼型件40的第二主体64联接到第一主体62的凹部和突起或端盖。而是,主体或用于将主体联接在一起的合适联接装置的任何合适的设计都在本公开的范围和精神内。
[0034] 该书面描述用示例来公开包括最佳模式的本发明,并且还使本领域技术人员能实施本发明,包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由权利要求所限定,并且可包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果这种其它示例包括与所附权利要求的字面语言没有不同的结构元件,或者如果它们包括与所附权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件,则这种其它示例意图在所附权利要求的范围内。
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