專利名稱：渦輪機的渦輪的制作方法
技術領域：
本發明涉及渦輪機，確切地說，涉及渦輪機的具有多個峰(hump)端壁的渦輪。
背景技術：
燃氣渦輪發動機等渦輪機可包括壓縮機、燃燒室和渦輪。壓縮機壓縮入口氣體，并且燃燒室將經壓縮的入口氣體與燃料一起燃燒以生成高溫流體。這些高溫流體被導入渦輪，在渦輪中高溫流體的能量被轉化為可用于生成動カ以及/或者發電的機械能。渦輪經形成以構成供高溫流體通過的環形通路。在渦輪的ー個或多個軸向級上，旋轉葉片通常在多個渦輪級呈現強大的二次流，由此高溫流體在橫切于主流方向的方向上穿過通路流動。這些二次流會在這些多個級的各級處不利地影響級的效率。
發明內容
根據本發明的一方面，提供渦輪機的渦輪，并且所述渦輪包括經設置以構成通路的第一端壁和第二端壁；所述第一端壁和所述第二端壁的每ー者都包括:朝向通路的表面，以及從第一端壁和第二端壁中的至少ー者可延伸跨過通路的第一葉片和第二葉片；第一葉片和第二葉片的每一者都具有翼型形狀，并且經設置使得第一葉片的壓力側朝向第二葉片的吸入側。在第一葉片和第二葉片之間的第一端壁和第二端壁中的至少ー者的表面的一部分具有:至少第一峰，其靠近第一葉片的前緣和壓カ側，以及第二峰，其設置于第一葉片的翼弦長度的10-60%處，并且靠近其壓カ側。根據本發明的另一方面，提供渦輪機的渦輪，并且所述渦輪包括經設置以構成環形通路的第一和第二環形端壁；第一端壁和第二端壁的每ー者都包括朝向環形通路的表面，以及從第一端壁和第二端壁的至少ー者中可延伸跨過通路的葉片的環形陣列；各葉片具有翼型形狀，并且經設置使得其中一個葉片的壓カ側朝向其相鄰的ー個葉片的吸入側。在所述其中一個葉片和所述其相鄰的ー個葉片之間的第一端壁和第二端壁的至少ー者的表面的一部分具有:至少第一峰，其靠近所述其中一個葉片的壓カ側和前緣，以及第二峰，其設置于所述其中一個葉片的翼弦長度的10-60%處，并且靠近其壓カ側。根據本發明的又ー個方面，提供渦輪機，所述渦輪機包括:壓縮機，其用于壓縮入ロ氣體以生成經壓縮的入口氣體；燃燒室，其將經壓縮的入口氣體與燃料一起燃燒以生成流體流；以及渦輪，其與燃燒室流體連通。渦輪包括第一端壁和第二端壁，其構成環形通路，流體流可引導的穿過所述環形通路；第一端壁設置于第二端壁內，并且氣動元件的軸向級經設置延伸穿過在第一端壁和第二端壁之間的通路并且由此以氣動的方式與流體流相互作用。第一端壁在相鄰氣動元件之間呈現非軸對稱輪廓，并在靠近其中一個氣動元件的壓カ側具有多個峰。通過以下結合附圖進行的說明可以更加清楚地了解這些和其他優點以及特征。
本說明書中的權利要求書特別指出并明確要求本發明的權利。通過以下結合附圖進行的詳細說明可以清楚地了解本發明的上述和其他特征以及優點，在附圖中:圖1是燃氣渦輪發動機的示意圖；圖2是圖1的燃氣渦輪發動機的渦輪部分的側視圖；以及圖3是潤輪部分的地形圖(topographical map)的徑向視圖。
具體實施方式
通過參考附圖以實例方式介紹本發明的各實施例以及優點和特征。
具體實施例方式參見圖1和圖2，并且根據本發明的各方面，渦輪機10可為，例如，燃氣渦輪發動機11。這樣，渦輪機10可包括壓縮機12、燃燒室13以及渦輪14。壓縮機12壓縮入口氣體，并且燃燒室13將經壓縮的入口氣體與燃料一起燃燒以生成高溫流體等的流體流。這些高溫流體被導入渦輪機14，在渦輪機14中高溫流體的能量被轉化為可用于生成動カ以及/或者發電的機械能。渦輪14包括第一環形端壁20以及第二環形端壁30，所述第二環形端壁30圍繞第一環形端壁20設置以構成環形通路40。環形通路40從靠近燃燒室13的上游部分41延伸到遠離燃燒室13的下游部分42。高溫流體從燃燒室13輸出，并且從上游部分41沿通路40穿過渦輪14到達下游部分42。第一環形端壁20以及第二環形端壁30的每ー者都包括朝向面21和31的相應熱氣路徑，所述面21和31向內朝向環形通路40。在渦輪機14的ー個或多個軸向級處，提供氣動元件的環形陣列，例如軸向對齊的葉片50。各級中的各葉片50從第一端壁20和第二端壁30中的至少ー者或二者可延伸跨過通路40，從而與流過通路40高溫流體以氣動方式相互作用。各葉片50可具有翼型形狀51，所述翼型形狀51具有前緣511以及相對于前緣511的后緣512、壓カ側513，其在前緣511和后緣512之間延伸，以及吸入側514，其相對于壓カ側513并且在前緣511和后緣512之間延伸。各葉片50可設置于ー個或多個軸向級處，使得任ー葉片50的壓カ側513朝向葉片50的相鄰葉片的吸入側514并且構成相關節距(pitch)。采用此配置吋，隨著高溫流體通過通路40，高溫流體以氣動的方式與葉片50相互作用并且使得各軸向級處的葉片50的環形陣列圍繞渦輪14的中心線旋轉。通常，葉片50的配置傾向于穿過通路40的在橫切于主流方向的方向上流動的生成二次流。這些二次流可產生于前緣511處或其附近，此處引入的端壁邊界層卷成兩個漩渦，所述漩渦傳送入漿葉通道并且可能引起氣動效率損失。然而，根據各方面，這些漩渦的強度可被降低并且可能通過在前緣511附近放置至少ー個或多個第一端壁峰來防止。此外，隨著流體跨過通道40從高壓區域遷移到低壓區域，形成于相鄰葉片50之間的跨通道壓カ梯度可產生另一類型的二次流部件。所述跨通道流動遷移也可引起氣動性能的損失。根據進一歩的方面，前緣511的后部或下游的第二端壁峰以及第一端壁峰可加快局部流體的速度。此種加速可造成跨通道流動遷移的減少，進而提高氣動效率。因此，如圖2所示并且參考圖3，位于渦輪14的特定軸向級上的其中一個葉片501和其相鄰的ー個葉片502之間的第一端壁20的表面21的部分211，至少具有第一峰60以及設置于其上的第二峰70。為了簡潔清晰起見，以下將描述成第一峰60和第二峰70形成于第一端壁20之上，所述第一端壁20在第二端壁30內徑向設置，但是可以理解，此實施例只是示例性的，并且類似的峰也可設置于第二端壁30之上。可將第一峰60設置于靠近前緣511以及其中一個葉片501的壓カ側513。第二峰70可設置于其中一個葉片501的翼弦長度的10-60%處，并且靠近其壓カ側513。參考圖3，對第一峰60和第二峰70的地形圖進行了描繪。如圖3所示，第一峰60和第二峰70構成于渦輪14的給定的軸向級上，位于其中一個葉片(“第一”葉片)501的壓カ側513和其相鄰的葉片(“第二”葉片)502的吸入側514之間。第一峰60和第二峰70從朝向第一端壁20的表面21的熱氣路徑的部分211徑向向外上升。地形圖描繪了朝向表面21的熱氣路徑形成調零的第一徑向高度80。第一峰60和第二峰70各穿過至少第二至第七徑向高度81-86，而從該第一徑向高度80徑向向外上升，使得其各自徑向向外伸入通路40中。根據各實施例，第二徑向高度81處的相對于第一徑向高度80的無維(non-dimensional)峰的半徑大約是0.175 ;第三徑向高度82處的相對于第一徑向高度80的無維峰的半徑大約是0.25 ;第三徑向高度83處的相對于第一徑向高度80的無維峰的半徑大約是0.325 ;第四徑向高度84處的相對于第一徑向高度80的無維峰的半徑大約是
0.4 ;第五徑向高度85處的相對于第一徑向高度80的無維峰的半徑大約是0.475 ;以及第六徑向高度86處的相對于第一徑向高度80的無維峰的半徑大約是0.55。根據進ー步實施例，第一峰60距離朝向表面21的熱氣路徑可具有大約為第一葉片501跨度的6.7%的高度；第一峰60可設置于第一葉片501的翼弦長度的0-10%處，并且第一峰60可設置于相關節距的0-10%處。第二峰70距離朝向表面21的熱氣路徑可具有大約為第一葉片501跨度的5.9%的高度；第二峰70可設置于大約為第一葉片501的翼弦長度的42%處，并且第二峰70可設置于大約為相關節距的16.6%處。盡管僅結合有限數量的實施例來詳細描述本發明，但應理解，本發明并不限于所掲示的此類實施例。相反，本發明可經修改以涵蓋之前并未描述、但與本發明的精神和范圍相符合的任意數量的變化、更改、替換或等效布置。此外，盡管已描述本發明的各種實施例，但應理解，本發明的各方面可僅包括所述實施例中的一些實施例。因此，本發明不應視為受前述說明限制，而是僅受所附權利要求書的范圍限制。
權利要求
1.一種渦輪機的渦輪，包括: 第一端壁和第二端壁，其經設置以限定通路，所述第一端壁和所述第二端壁的每ー者都包括朝向所述通路的表面；以及 第一葉片和第二葉片，其從所述第一端壁和所述第二端壁中的至少ー者可延伸跨過所述通路，所述第一葉片和所述第二葉片的每一者都具有翼型形狀，并且經設置使得所述第一葉片的壓カ側朝向所述第二葉片的吸入側， 所述第一葉片和所述第二葉片之間的所述第一端壁和所述第二端壁中至少ー者的所述表面的一部分，其至少具有: 第一峰，其靠近所述第一葉片的前緣和所述壓カ側，以及 第二峰，其設置于所述第一葉片的翼弦長度的10-60%處，并且靠近其所述壓カ側。
2.根據權利要求1所述的渦輪，其中所述第一葉片和所述第二葉片在所述通路內軸向對齊。
3.根據權利要求1所述的渦輪，其中所述第一峰距離所述第一端壁和所述第二端壁中至少ー者的所述表面的高度大約是所述第一葉片的跨度的6.7%。
4.根據權利要求1所述渦輪，其中所述第一峰設置于所述第一葉片的所述翼弦長度的0-10%處。
5.根據權利要求1所述渦輪，其中所述第一峰設置于相關節距的0-10%處。
6.根據權利要求1所述的渦輪，其中所述第二峰距離所述第一端壁和所述第二端壁中至少ー者的所述表面的高 度大約是所述第一葉片的跨度的5.9%。
7.根據權利要求1所述渦輪，其中所述第二峰設置于大約為所述第一葉片的所述翼弦長度的42%處。
8.根據權利要求1所述渦輪，其中所述第二峰設置于大約為相關節距的16.6%處。
9.一種渦輪機的渦輪，包括: 第一環形端壁和第二環形端壁，其經設置以限定環形通路，所述第一端壁和所述第二端壁的每ー者均包括朝向所述環形通路的表面；以及 葉片的環形陣列，其從所述第一端壁和所述第二端壁中的至少ー者可延伸跨過所述通路，所述葉片的每ー者都具有翼型形狀，并且經設置使得其中一個葉片的壓カ側朝向其相鄰葉片的吸入側， 所述ー個葉片和所述其相鄰葉片之間的所述第一端壁和所述第二端壁中至少ー者的所述表面的一部分，其至少具有: 第一峰，其靠近所述ー個葉片的前緣和所述壓カ側，以及 第二峰，其設置于所述ー個葉片的翼弦長度的10-60%處，并且靠近其所述壓カ側。
10.根據權利要求9所述的渦輪，其中所述環形陣列中的所述葉片在所述通路內軸向對齊。
11.根據權利要求9所述的渦輪，其中所述第一峰距離所述第一端壁和所述第二端壁中至少ー者的所述表面的高度大約是所述ー個葉片的跨度的6.7%。
12.根據權利要求9所述渦輪，其中所述第一峰設置于所述ー個葉片的所述翼弦長度的0-10%處。
13.根據權利要求9所述渦輪，其中所述第一峰設置于相關節距的0-10%處。
14.根據權利要求9所述的渦輪，其中所述第二峰距離所述第一端壁和所述第二端壁中至少ー者的所述表面的高度大約是所述ー個葉片的跨度的5.9%。
15.根據權利要求9所述渦輪，其中所述第二峰設置于所述ー個葉片的所述翼弦長度的42%處。
16.根據權利要求9所述渦輪，其中所述第二峰設置于大約為相關節距的16.6%處。
17.一種渦輪機，包括: 壓縮機，其用于壓縮入口氣體，以產生經壓縮的入口氣體； 燃燒室，其用于將所述經壓縮的入口氣體與燃料一起燃燒以產生流體流；以及 渦輪，其與所述燃燒室流體連通，所述渦輪包括: 第一端壁和第二端壁，其限定環形通路，所述流體流可引導的穿過所述環形通路，所述第一端壁設置于所述第二端壁中， 氣動元件的軸向級，其經設置以延伸穿過位于所述第一端壁和所述第二端壁之間的所述通路，并且由此以氣動的方式與所述流體流相互作用，以及 第一端壁，其在相鄰氣動元件之間呈現非軸對稱輪廓，所述第一端壁在靠近其中ー個所述氣動元件的壓カ側具有多個峰。
18.根據權利要求17所述的渦輪機，其中所述多個峰包括靠近所述其中ー個所述氣動元件的前緣的第一峰以及位于所述第一峰下游的第二峰。
19.根據權利要求17所述渦輪機，其中所述多個峰延伸跨過所述通路的部分跨度。
20.根據權利要求17所 述渦輪機，其中所述多個峰具有不同的形狀。
全文摘要
本發明提供一種渦輪機。所述渦輪機包括經設置以限定通路的第一端壁和第二端壁；所述第一端壁和所述第二端壁均包括朝向所述通路的表面，以及從所述第一端壁和所述第二端壁的至少一者中可延伸跨過所述通路的第一葉片和第二葉片；所述第一葉片和所述第二葉片都具有翼型形狀，并且經設置使得所述第一葉片的壓力側朝向所述第二葉片的吸入側。在所述第一葉片和所述第二葉片之間的所述第一端壁和所述第二端壁中至少一者的所述表面的一部分具有至少第一峰，其靠近所述第一葉片的前緣和所述壓力側，以及第二峰，其設置于所述第一葉片的翼弦長度的10-60％處，并且靠近所述壓力側。
文檔編號F01D5/14GK103089319SQ20121041745
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月26日 優先權日2011年10月28日
發明者A.施泰因, B.T.博伊爾 申請人:通用電氣公司