涡轮机叶片末端插入件的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及一种涡轮机叶片末端插入件。本公开的实施例针对如下系统，其包括末端围带插入件，该末端围带插入件具有构造成保持在涡轮机叶片的凹口内的被保持部，和构造成与涡轮机叶片周围的静止结构构件形成动态密封的暴露部。
【专利说明】涡轮机叶片末端插入件
[0001]关于联邦资助的研究和开发的声明
本发明在能源部颁发的授权号DE-FC26-05NT42643-ARRA下利用政府支持完成。政府具有本发明中的某些权利。
【技术领域】
[0002]本文中公开的主题涉及涡轮机，并且更特别地，涉及用于涡轮机叶片的改进的末端。
【背景技术】
[0003]涡轮机包括压缩机以及诸如燃气涡轮、蒸汽涡轮和水力涡轮的涡轮。通常，涡轮机包括转子，其可为涡轮机叶片附接于其的轴或鼓。某些涡轮机叶片可包括末端围带以满足结构和/或性能要求。例如，涡轮机叶片的末端围带可减少从涡轮机叶片的压力侧(例如，凹面)到吸入侧(例如，凸面)的泄漏流或超过流。然而，末端围带可经受抵靠涡轮机叶片周围的静止结构构件(例如，静止或静态护罩)的摩擦和/或磨损。为了避免抵靠静止结构构件的摩擦和/或磨损，可在传统末端围带与静止结构构件之间形成间隙或空隙，这可随着间隙的尺寸增大而降低涡轮机的效率。
【发明内容】
[0004]在下面概括在范围上与最初要求权利的本发明相称的某些实施例。这些实施例不意图限制要求权利的本发明的范围，而是相反地，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含可与在下面提出的实施例相似或不同的各种形式。
[0005]在弟一实施例中，一种系统包括末端围带插入件，其具有构造成保持在润轮机叶片的凹口内的被保持部，和构造成与涡轮机叶片周围的静止结构构件形成动态密封的暴露部。
[0006]在第二实施例中，一种系统包括涡轮机叶片，其具有形成在涡轮机叶片的径向端部中的凹口。系统还包括具有配置在凹口内的被保持部和联接于被保持部的暴露部的末端围带插入件，其中，暴露部从涡轮机叶片的径向端部径向向外延伸。
[0007]在第三实施例中，一种系统包括涡轮机，其具有涡轮机叶片和配置在涡轮机叶片的凹口内的可移除的末端围带插入件，其中，凹口形成在涡轮机叶片的径向端部处，并且可移除的末端围带插入件构造成形成涡轮机叶片与涡轮机的静止结构构件之间的动态密封。
[0008]一种系统，其包括:末端围带插入件，其包括:叶片安装部，其构造成保持在涡轮机叶片的凹口内；以及动态密封部，其构造成与涡轮机叶片周围的静止结构构件形成动态密封。
[0009]优选地，叶片安装部构造成通过粘合剂、机械保持件、摩擦配合，或它们的组合安装在凹口内。
[0010]优选地，系统包括具有末端围带插入件的涡轮机叶片。[0011]优选地，凹口形成在涡轮机叶片的径向端部中。
[0012]优选地,末端围带插入件由石墨、Kevlar、氧化招、鹤、钛、陶瓷,或它们的组合制成。
[0013]优选地，末端围带插入件的动态密封部构造成超出涡轮机叶片的压力面或吸入面延伸。
[0014]优选地，末端围带插入件构造成沿着涡轮机叶片的翼弦延伸。
[0015]优选地，涡轮机叶片由具有基质材料和分布在基质材料中的纤维材料的复合材料制成。
[0016]优选地,涡轮机叶片包括表面涂层。
[0017]优选地，系统包括具有涡轮机叶片和末端围带插入件的涡轮机。
[0018]一种系统，其包括:涡轮机叶片，其包括:形成在涡轮机叶片的径向端部中的凹口 ；以及末端围带插入件，其包括:配置在凹口内的叶片安装部；和联接于被保持部的动态密封部，其中，暴露部从涡轮机叶片的径向端部径向向外延伸。
[0019]优选地，被保持部通过粘合剂、机械紧固件、摩擦配合，或它们的组合保持在凹口内。
[0020]优选地，涡轮机叶片和末端围带插入件由不同材料制成。
[0021]优选地，末端围带插入件由石墨、Kevlar、氧化铝、钨、钛、陶瓷，或它们的组合制成。
[0022]优选地，涡轮机叶片由具有基质材料和分布在基质材料中的纤维材料的复合材料形成。
[0023]优选地，末端围带插入件构造成形成静止结构构件与涡轮机叶片之间的动态密封。
[0024]优选地，末端围带插入件的动态密封部超出涡轮机叶片的压力面或吸入面延伸。
[0025]一种系统，其包括:涡轮机，其包括:涡轮机叶片；以及配置在涡轮机叶片的凹口内的可移除的末端围带插入件，其中，凹口形成在涡轮机叶片的径向端部处，并且可移除的末端围带插入件构造成形成涡轮机叶片与涡轮机的静止结构构件之间的动态密封。
[0026]优选地，可移除的末端围带插入件由石墨、Kevlar、氧化铝、钨、钛、陶瓷，或它们的组合制成。
[0027]优选地，可移除的末端围带插入件通过粘合剂、机械紧固件、摩擦配合，或它们的组合保持在凹口内。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]当参考附图阅读下列详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它的特征、方面和优点，其中，同样的标记在所有附图中表示同样的部件，其中:
图1是具有带有末端围带插入件的叶片的燃气涡轮系统的实施例的示意性框图；
图2是根据本公开的实施例的具有带有末端围带插入件的涡轮机叶片的涡轮机(例如，涡轮)的在图1的线2-2内截取的局部侧视图；
图3是带有末端围带插入件的涡轮机叶片的实施例的局部透视图；以及 图4是带有末端围带插入件的涡轮机叶片的实施例的局部透视图。【具体实施方式】
[0029]将在下面描述本申请的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实施的所有特征。应当理解，在任何这种实际实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定实施决定以实现开发者的特定目的，诸如符合系统相关且商业相关的约束，这可从一个实施变化到另一个实施。此外，应当理解，这种开发努力可为复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的技术人员而言，仍将是设计、制作和制造的日常工作。
[0030]当介绍本申请的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图表示存在元件中的一个或更多个。用语“包括”、“包含”和“具有”意图是包含的，并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。
[0031]公开的实施例包括用于涡轮机叶片的改进的末端围带。更具体地，以下描述的末端围带包括末端围带插入件，其可至少部分地插入到形成在涡轮机叶片的径向端部处的凹口或凹部中。就是说，末端围带插入件独立于涡轮机叶片，并且可在不显著修改涡轮机叶片的材料特性的情况下更换或修理。因此，末端围带插入件和涡轮机叶片可由不同材料制成。在某些实施例中，末端围带插入件可由耐磨材料或可容忍或吸收与静止结构构件的接触的其它材料制成。因而，任何接触可在低摩擦下发生，并且/或者可磨损插入件而不是其它部件。另外，涡轮机叶片可由诸如陶瓷、复合材料、聚合物或具有先进或复杂的材料特性的材料的材料制成。如以下讨论的，末端围带插入件可构造成维持和提供横跨涡轮机叶片的吸入侧和压力侧的动态密封。例如，末端围带插入件可提供涡轮机叶片与涡轮机叶片周围的诸如护罩的静止结构构件之间的接触点(或更紧密的空隙)，由此提供涡轮机叶片的吸入侧和压力侧之间的密封。以该方式，可阻止或避免涡轮机叶片与静止结构构件之间的不需要的接触，由此减少涡轮机叶片的损坏或退化。虽然公开的改进的末端围带可与多种涡轮机(例如，涡轮和压缩机)的涡轮机叶片联用，但是下列讨论在诸如燃气涡轮或蒸汽涡轮的涡轮的背景下描述改进的末端围带。然而，重要的是注意，下列讨论不意图将公开的改进的末端围带的应用限制为涡轮。
[0032]现在转向附图，图1是具有带有改进的末端围带(例如，末端围带插入件)的涡轮叶片22的燃气涡轮系统10的实施例的示意性框图。燃气涡轮系统10包括压缩机12、具有燃料喷嘴16的燃烧器14以及涡轮18。燃料喷嘴16将液体燃料和/或诸如天然气或合成气的气体燃料发送到燃烧器14中。燃烧器14点燃并燃烧燃料-空气混合物，并且接着将热加压燃烧气体20 (例如，排气)传送到涡轮18中。涡轮叶片22联接于转子24，其还联接于遍及燃气涡轮系统10的若干其它构件，如示出的。当燃烧气体20穿过涡轮18中的涡轮叶片22时，涡轮18被驱动而旋转，该旋转使转子24沿着旋转轴线25旋转。最终，燃烧气体20经由排气出口 26离开涡轮18。
[0033]在示出的实施例中，压缩机12包括压缩机叶片28。压缩机12内的压缩机叶片28也联接于转子24，并且在转子24被涡轮18驱动旋转时旋转，如上所述。重要的是注意，公开的改进的末端围带也可与压缩机叶片28结合使用。当压缩机叶片28在压缩机12内旋转时，压缩机叶片28将来自进气道的空气压缩成加压空气30，加压空气30发送到燃烧器
14、燃料喷嘴16和燃气涡轮系统10的其它部分。接着，燃料喷嘴16使加压空气和燃料混合以产生合适的燃料-空气混合物，其在燃烧器14中燃烧以生成燃烧气体20，以驱动涡轮18。此外，转子24可联接于负载31，可经由转子24的旋转为负载31提供动力。例如，负载31可为可经由燃气涡轮系统10的旋转输出生成动力的任何合适的装置，诸如发电设备或外部机械负载。例如，负载31可包括发电机、飞机的推进器等。在下列讨论中，可提及各种方向，诸如涡轮18的轴向或轴线32、径向或轴线34以及周向或轴线36。
[0034]图2是涡轮18的在图1的线2-2内截取的局部侧视图，示出了具有末端围带50的涡轮叶片22(例如，翼型件)。如将理解的，末端围带50可用于阻止涡轮叶片22的径向端部52与静止结构构件54之间的末端泄漏。例如，静止结构构件54可为涡轮外壳、壳体、护罩等。换言之，末端围带50可帮助阻止涡轮18内(例如，来自燃烧器14的燃烧气体20)的流体流56通过涡轮叶片22的径向端部52与静止结构构件54之间的空隙62从涡轮叶片22的压力侧58传送至吸入侧60。末端围带50还可包括迷宫式密封件64，其进一步阻止流体流56通过空隙62从压力侧58传送至吸入侧60。
[0035]在示出的实施例中，末端围带50包括末端围带插入件66，其沿径向34朝向静止结构构件54延伸。更具体地，末端围带插入件66插入到形成在涡轮叶片22的径向端部52中的凹口 68中。就是说，末端围带插入件66保持在凹口 68内，并且从涡轮叶片22的径向端部52朝向静止结构构件54径向34向外延伸。如在下面详细讨论的，末端围带插入件66可以以多种方式保持在涡轮叶片22的凹口 68内。例如，末端围带插入件66可通过粘合剂、机械紧固件(例如，螺栓)、摩擦配合、过盈配合、焊接或硬钎焊、燕尾接头、卡扣配合联接、锁销、其它保持机构，或它们的任何组合保持在凹口 68中。
[0036]另外，末端围带插入件66可由诸如耐磨材料的多种材料制成。如将理解的，耐磨材料可构造成耐受、容忍或吸收在涡轮叶片22在静止结构构件54内旋转(例如，绕着轴25旋转)时与静止结构构件54的接触。如以上提到的，末端围带插入件66可为涡轮叶片22与静止结构构件54之间的接触点，并且可维持横跨涡轮叶片22的压力侧58和吸入侧60的密封。以该方式，可减少涡轮叶片22与静止结构构件54之间的直接接触，由此减少涡轮叶片22的局部摩擦损坏和退化。如将理解的，涡轮叶片22与静止结构构件54之间的接触的减少可实现复杂和/或复合材料的使用，该复杂和/或复合材料否则可通过在涡轮18的操作期间与静止结构构件54接触而退化或损坏。
[0037]如在下面讨论的，末端围带插入件66的几何形状可变化。例如，在示出的实施例中，末端围带插入件66绕着涡轮叶片22的周边从涡轮叶片22的外表面70侧向地延伸。然而，在其它实施例中，末端围带插入件66可仅仅从涡轮叶片22的径向端部52径向34向外延伸。此外，如下所述，末端围带插入件66可具有其它几何形状的变化。
[0038]图3是带有末端围带插入件66的涡轮叶片22的局部透视图。如以上讨论的，末端围带插入件66插入到形成在润轮叶片22的径向端部52中的四口 68中，并且末端围带插入件66从涡轮叶片22的径向端部52径向34向外延伸。换言之，末端围带插入件66包括被保持部(例如，叶片安装部)80和暴露部(例如，动态密封部)82。如将理解的，被保持部80保持在涡轮叶片22的凹口 68内，并且暴露部82从径向端部52朝向静止结构构件54延伸。暴露部82还可朝向和/或超出涡轮叶片22的外表面70侧向地延伸。
[0039]如以上提到的，末端围带插入件66可使用多种方法保持在凹口 68内。例如，被保持部80可通过粘合剂(例如,胶水)、机械紧固件(例如,螺栓)、摩擦配合、过盈配合、焊接或硬钎焊、燕尾接头、卡扣配合联接、锁销、其它保持机构，或它们的任何合适的组合保持在凹口 68内。例如，示出的实施例包括螺栓81，其可固定在形成在末端围带插入件66和涡轮叶片22中的孔口 83内，由此将末端围带插入件66的被保持部80固定在涡轮叶片22内。
[0040]此外，末端围带插入件66可由多种材料形成。例如，末端围带插入件66可由一种材料或由多种材料制成。在某些实施例中，被保持部80可由第一材料制成，而暴露部82可由第二材料制成。如以上提到的，用于制造末端围带插入件66的材料可为耐磨材料或构造成耐受、容忍或吸收与涡轮叶片22周围的静止结构构件54的接触的其它材料。可用于制造末端围带插入件66的示例性材料包括石墨、Kevlar、氧化铝、钨、钛、陶瓷或其它合适的材料。
[0041]末端围带插入件66用作涡轮叶片22与静止结构构件54之间的接触点(或小空隙点)。以该方式，末端围带插入件66帮助形成涡轮叶片22与静止结构构件54之间的动态密封，由此减少通过涡轮叶片22的径向端部52与静止结构构件54之间的空隙62从涡轮叶片22的压力侧58到吸入侧60的流泄漏。在不同实施例中，末端围带插入件66的尺寸可变化。例如，末端围带插入件66可沿着涡轮叶片22的翼弦84的整个长度或翼弦84的部分长度延伸。另外，末端围带插入件66可具有各种宽度。在某些实施例中，末端围带插入件66可沿着涡轮叶片22的翼弦84定心，而在其它实施例中，末端围带插入件66可偏置(例如，朝向压力侧58或吸入侧60和/或朝向涡轮叶片22的前缘或后缘)。
[0042]此外，由于末端围带插入件66用作涡轮叶片22与静止结构构件54之间的接触点，故可阻止或避免涡轮叶片22与静止结构构件54之间的直接接触。换言之，末端围带插入件66的损坏或磨损不传递到涡轮叶片22的材料。因此，涡轮叶片22可由复杂和/或复合材料(例如，聚合物或基于陶瓷的复合材料)制成，该复杂和/或复合材料否则将通过与静止结构构件54接触而损坏。例如，润轮叶片22可由具有基质材料和遍及基质材料分布的纤维材料的复合材料制成。如将理解的，这种涡轮叶片22可用多个复合材料层或层压件形成。可选地，涡轮叶片22可利用铸造或放电加工工艺由金属制成。另外，在某些实施例中，涡轮叶片22可具有诸如环境屏蔽涂层的表面处理或涂层86，其否则可通过与静止结构构件54的直接接触而被侵蚀、磨损或擦掉。例如，表面涂层86可为二氧化硅、稀土元素(例如，镱)、氧或氢抑制剂或其它涂层。
[0043]如以上提到的，末端围带插入件66可根据需要移除和/或更换。例如，末端围带插入件66可贯穿涡轮18的寿命或操作定期更换。另外，末端围带插入件66可在经历阈值量的磨损或退化之后更换。如将理解的，末端围带插入件66的更换可明显没有涡轮叶片22的更换那么复杂和昂贵。
[0044]图4是带有末端围带插入件66的涡轮叶片22的局部透视图。具体地，示出的末端围带插入件66的实施例包括两个被保持部80。因此，涡轮叶片22的径向端部52具有两个凹口 68，每个凹口 68构造成接收末端围带插入件66的一个被保持部80。然而，末端围带插入件66和涡轮叶片22的其它实施例可包括其它数量的被保持部80和相应凹口 68。
[0045]如以上详细讨论的，公开的实施例针对改进的涡轮机叶片末端围带50。更具体地，以上描述的末端围带50的实施例可包括末端围带插入件66，其保持在形成在涡轮叶片22的径向端部52中的凹口 68中。末端围带插入件66用作涡轮叶片22与涡轮叶片22周围的静止结构构件54(例如，护罩)之间的接触点，以形成涡轮叶片22与静止结构构件54之间的动态密封。以该方式，可在涡轮18的操作(例如，涡轮叶片22的旋转)期间避免涡轮叶片22与静止结构构件54之间的直接接触。因此，涡轮叶片22可由否则将通过与静止结构构件54的直接接触而损坏或退化的材料制成，而末端围带插入件66可由构造成耐受、容忍或吸收与静止结构构件54的直接接触的耐磨材料制成。
[0046]该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种系统，其包括: 末端围带插入件，其包括: 叶片安装部，其构造成保持在涡轮机叶片的凹口内；以及 动态密封部，其构造成与所述涡轮机叶片周围的静止结构构件形成动态密封。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述叶片安装部构造成通过粘合剂、机械保持件、摩擦配合，或它们的组合安装在所述凹口内。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括具有所述末端围带插入件的所述涡轮机叶片。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述凹口形成在所述涡轮机叶片的径向端部中。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述末端围带插入件由石墨、Kevlar、氧化铝、钨、钛、陶瓷，或它们的组合制成。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述末端围带插入件的动态密封部构造成超出所述涡轮机叶片的压力面或吸入面延伸。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述末端围带插入件构造成沿着所述涡轮机叶片的翼弦延伸。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述涡轮机叶片由具有基质材料和分布在所述基质材料中的纤维材料的复合材料制成。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述涡轮机叶片包括表面涂层。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，包括具有所述涡轮机叶片和所述末端围带插入件的涡轮机。
【文档编号】F04D29/26GK103670530SQ201310426165
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2012年9月20日
【发明者】H.C.罗伯茨三世, G.C.塔克萨彻尔, J.M.德尔沃瓦 申请人:通用电气公司