涡轮喷嘴机翼的内部芯轮廓的制作方法

日期:2019-06-26 06:51:17

专利名称:涡轮喷嘴机翼的内部芯轮廓的制作方法
技术领域
本发明涉及燃气轮机的一个级的喷嘴机翼,特别地,涉及第一级涡轮喷嘴机翼内部芯轮廓。
背景技术
燃气轮机的热气通道部分的每个级必须满足很多系统要求,以便满足设计目的。特别地,涡轮部分的第一级的喷嘴段必须满足该特殊级的操作条件,也满足喷嘴机翼冷却流效率、寿命和壁厚度分配的要求。

发明内容
根据本发明的优选实施例,为燃气轮机的喷嘴机翼,最好是第一级喷嘴,提供独特的内部芯轮廓,其增强燃气轮机的性能。可以理解,喷嘴机翼的外部形状改进其与形成涡轮级的叶片的相互作用。伴随的,喷嘴机翼的内部芯轮廓形状由于结构原因也是重要的,以及对于优化具有合适壁厚的内部冷却也是重要的。喷嘴机翼内部芯轮廓由独特轨迹的点限定,其实现必要的结构和冷却要求,从而获得改进的涡轮性能。该独特轨迹的点限定内部额定芯轮廓,且由表格I的X、Y和Z笛卡儿坐标限定,该表格如下。在表格I中所示的坐标值的1200点是用于冷的,即,室温喷嘴机翼沿着其长度的喷嘴机翼的各个截面处。正的X、Y和Z方向分别是朝着涡轮的排放端的轴向、在尾部看的发动机旋转方向的切向和朝着外部平台径向向外。X和Y坐标以距离尺寸给出,例如,英寸单位,并且在每个Z位置平滑地连接,以形成平滑连续的内部芯轮廓截面。Z坐标沿着从涡轮轴线的半径以距离用英寸给出。在X、Y平面中的每个内部芯轮廓部分与在Z方向上的邻近轮廓部分平滑地连接,以使用表格I的坐标值形成完整的内部喷嘴机翼芯轮廓。
表格I提供通过内部和外部平台以及它们之间的机翼的完整内部芯机翼形状的坐标值。内部和外部平台之间的内部芯轮廓的物理形状在表格I中由在22.200和25.050的Z值限制之间限定的机翼部分给出。
可以理解,当每个喷嘴机翼在使用中加热时,内部芯轮廓会改变。这样,冷的或者室温轮廓由X、Y和Z坐标给定用于制造目的。因为制造的内部喷嘴机翼芯轮廓可能不同于由下面的表格给定的额定轮廓,在垂直于沿着额定轮廓的任何表面位置的方向上距离额定轮廓±0.030英寸的距离限定该内部喷嘴机翼芯轮廓的轮廓包络。该轮廓对于此变化是坚固的,不会削弱机翼的机械冷却和空气动力学功能。
根据本发明的优选实施例,提供有一种涡轮喷嘴段,其包括内部和外部平台,以及在平台之间延伸的机翼,该机翼具有内部额定芯轮廓,其至少一部分大致与在表格I中提出的在22.200和25.050的Z值限制之间的X、Y和Z笛卡儿坐标值一致,其中,在限制之间的Z值是从涡轮轴线到垂直于半径延伸的平面的径向距离,以及其中,X和Y值是以英寸表示的距离,当由平滑连续的弧连接时,其限定在所述Z值限制之间在沿着机翼的每个距离Z处的内部芯轮廓部分,在限制之间的Z距离处的轮廓部分相互平滑连接,以形成机翼内部芯轮廓。
根据本发明的还有的实施例,提供有一种涡轮,其包括以围绕涡轮轴线的圆周阵列设置的多个喷嘴段,每个喷嘴段包括内部和外部平台,以及在平台之间延伸的至少一个机翼,每个机翼具有内部额定芯轮廓,其至少一部分大致与在表格I中提出的在22.200和25.050的Z值限制之间的X、Y和Z笛卡儿坐标值一致,其中,在限制之间的所述Z值是从涡轮轴线到垂直于半径延伸的平面的径向距离,以及其中,X和Y值是以英寸表示的距离,当由平滑连续的弧连接时,其限定在Z值限制之间沿着机翼的每个距离Z处的内部芯轮廓部分,在限制之间的Z距离处的轮廓部分相互平滑连接,以形成机翼内部芯轮廓。
根据本发明的还有的实施例,提供有一种涡轮喷嘴段,其包括内部和外部平台,以及在平台之间延伸的机翼,该机翼具有内部额定芯轮廓,其大致与在表格I中提出的X、Y和Z笛卡儿坐标值一致,其中,Z值是从涡轮轴线到垂直于半径延伸的平面的径向距离,以及其中,X和Y值是以英寸表示的距离,当由平滑连续的弧连接时,其限定在沿着机翼的每个距离Z处的内部芯轮廓部分,在Z距离处的轮廓部分相互平滑连接,以形成机翼内部芯轮廓。
根据本发明的另一个实施例,提供有一种涡轮,其包括以围绕涡轮轴线的圆周阵列设置的多个喷嘴段,每个喷嘴段包括内部和外部平台,以及在平台之间延伸的至少一个机翼,每个机翼具有内部额定芯轮廓,其大致与在表格I中提出的X、Y和Z笛卡儿坐标值一致,其中,Z值是从涡轮轴线到垂直于半径延伸的平面的径向距离,以及其中,X和Y值是以英寸表示的距离,当由平滑连续的弧连接时,其限定在沿着机翼的每个距离Z处的内部芯轮廓部分,Z距离处的轮廓部分相互平滑连接,以形成机翼内部芯轮廓。


图1是通过燃气轮机的多个级的热气通道的示意性表示,且示出了根据本发明的优选实施例的第一级喷嘴机翼;图2是喷嘴段的透视图,其具有根据本发明的优选实施例的以实线表示的内部喷嘴机翼芯轮廓,喷嘴机翼结合内部和外部平台显示,喷嘴机翼的剩余部分由虚线显示;图3是图2的喷嘴机翼内部芯轮廓及相关的机翼和平台的圆周透视图;图4是从内部芯轮廓的外部平台上面的透视图,包括相关的机翼和平台;以及图5是通常在图3的线5-5截取的喷嘴机翼的截面图。
具体实施例方式
现在参考附图,特别是参考图1,示出有通常以10表示的包括多个涡轮级的燃气轮机12的热气通道。显示了三个级。例如,第一级包括多个圆周向隔开的喷嘴14和叶片16。喷嘴14圆周向相互隔开,且围绕转子的轴线固定。第一级叶片16安装在涡轮转子17上。还显示了涡轮12的第二级,包括多个圆周向隔开的喷嘴18和安装在转子17上的多个圆周向隔开的叶片20。第三级也显示了,其包括多个圆周向隔开的喷嘴22和安装在转子17上的叶片24。可以理解,喷嘴和叶片位于涡轮的热气通道10中,热气通过热气通道10的流动方向由箭头26表示。
现在参考图2,示出有通常以30表示的喷嘴段,其中,一个或者多个机翼32分别设置在内部和外部平台34和36之间。可以理解,多个喷嘴段30以围绕涡轮轴线的圆周阵列设置,以形成环行流动通道,使得机翼32引导热气到该级的紧跟的叶片,例如,第一级叶片16。喷嘴段30的叶片32由分别在机翼32内和在内部和外部平台34和36之间内部流动空气来冷却。
喷嘴机翼的内部芯形状由附图中的实线38表示。在图5中,内部芯形状38采用具有分别邻近机翼的吸力和压力外表面的内壁表面40和42的机翼形式,这些外表面与内部芯轮廓38一起限定机翼壁厚t。内部芯轮廓延伸通过内部和外部平台34和36。
为了限定每个喷嘴机翼的内部芯形状,包括在内部和外部平台内的,在空间中设置有一组独特轨迹的点,其满足级的要求、冷却面积、壁厚,且可以制造。限定内部喷嘴机翼芯轮廓38的该独特轨迹的点包括一组相对于涡轮的旋转轴线的1200点。在下面的表格I中给出的笛卡儿坐标系统X、Y和Z值限定了喷嘴机翼沿着其长度在各个位置的内部芯轮廓38。X、Y坐标的坐标值在表格I中以英寸提出,尽管在这些值适当转换时,也可以使用其它尺寸单位。在表格I中提出的Z值是从涡轮轴线到垂直于半径延伸的平面的径向距离。笛卡儿坐标系统具有正交相关的X、Y和Z轴,且X轴平行于涡轮转子中心线,即,旋转轴线,正X坐标值为朝着尾部,即,涡轮的排放端的轴向。正Y坐标值为朝着尾部看在转子的旋转方向的切向上延伸,以及正Z坐标值为朝着外部平台径向向外。
通过在垂直于X、Y平面的Z方向上的选定的位置上限定X和Y坐标,可以确定沿着喷嘴机翼的长度方向在每个Z距离处的在附图中由实线代表性地显示的喷嘴机翼的内部芯轮廓38。通过用平滑连续的弧连接X和Y值,在每个距离Z处的每个内部芯轮廓部分38被固定。在距离Z之间的各个内部位置的内部芯轮廓通过相互平滑地连接相邻的轮廓部分38来确定,以形成芯轮廓。这些值表示在周围非操作或者非热条件下的内部芯轮廓。
表格I的值产生和显示为三位小数位,以确定喷嘴机翼的内部芯轮廓。有在喷嘴机翼的实际内部轮廓中必须考虑的典型的制造公差以及涂层。因此,在表格I中给定的轮廓的值是额定的内部喷嘴机翼芯轮廓。因此,可以理解,±典型的制造公差,即,±值,包括任何涂层厚度,增加到在下面的表格I中给定的X和Y值。因此,在垂直于沿着内部芯轮廓的任何表面位置的方向上的±0.030英寸的距离限定该特定喷嘴机翼设计和涡轮的内部芯轮廓包络,即,在额定冷的或者室温下实际内部芯轮廓上测量的点和如下在相同的温度下在表格I中给定那些点理想位置之间的变化范围。该内部芯轮廓对于此变化范围是结实的,不会削弱机械和冷却功能。
下面的表格I的值提供机翼内部芯的X、Y和Z笛卡儿值,包括通过内部和外部平台。在内部和外部平台之间的内部芯轮廓物理结构在22.200和25.050的Z值限制之间由表格I提供。这些Z值限制分别开始于内部平台径向向外和外部平台径向向内,且限定这些限制之间的内部芯轮廓的物理形状。
在下面的表格I中给定的坐标值提供通过喷嘴机翼的优选的额定内部芯轮廓包络,包括通过内部和外部平台。








还可以理解,在上面表格中披露的喷嘴机翼的内部芯轮廓可以几何上按比例增加或者减小,以用于其它类似的涡轮设计。因此,在表格I中提出的坐标值可按比例增大或者减小,使得喷嘴机翼的内部轮廓形状保持不变。表格I的坐标的按比例变体通过表格I的X、Y和Z坐标值乘以或者除以常数来表示。
虽然结合目前认为是最实际和优选的实施例描述了本发明,但是可以理解,本发明不限于披露的实施例,相反,其意在覆盖包括在后附的权利要求书的精神和范围内的各种修改和等价装置。
部件列表30喷嘴段32机翼34外部平台36内部平台38芯轮廓
权利要求
1.一种涡轮喷嘴段(30),其包括内部(34)和外部(36)平台,以及在所述平台之间延伸的机翼(32),所述机翼具有内部额定芯轮廓(38),其至少一部分大致与在表格I中提出的在22.200和25.050的Z值限制之间的X、Y和Z笛卡儿坐标值一致,其中,在所述限制之间的所述Z值是从涡轮轴线到垂直于半径延伸的平面的径向距离,以及其中,X和Y值是以英寸表示的距离,当由平滑连续的弧连接时,其限定在所述Z值限制之间在沿着机翼的每个距离Z处的内部芯轮廓部分,在所述限制之间的Z距离处的轮廓部分相互平滑连接,以形成所述机翼内部芯轮廓。
2.根据权利要求1所述的涡轮喷嘴段,形成涡轮的第一级的部分。
3.根据权利要求1所述的涡轮喷嘴段,其特征在于,所述内部芯轮廓(38)位于在垂直于任何内部芯表面位置的方向上的±0.030英寸(0.0762cm)内的包络中。
4.根据权利要求1所述的涡轮喷嘴段,其特征在于,X、Y和Z距离作为相同的常数或者数字的函数可按比例变化,以提供一种按比例增加或者按比例减小的内部芯轮廓(38)。
5.一种涡轮,其包括以围绕涡轮的轴线的圆周阵列设置的多个喷嘴段(30),每个所述喷嘴段包括内部(34)和外部(36)平台,以及在所述平台之间延伸的至少一个机翼,每个所述机翼具有内部额定芯轮廓(38),其至少一部分大致与在表格I中提出的在22.200和25.050的Z值限制之间的X、Y和Z笛卡儿坐标值一致,其中,在所述限制之间的所述Z值是从涡轮轴线到垂直于半径延伸的平面的径向距离,以及其中,X和Y值是以英寸表示的距离,当由平滑连续的弧连接时,其限定在所述Z值限制之间在沿着机翼的每个距离Z处的内部芯轮廓部分,在所述限制之间的Z距离处的轮廓部分相互平滑连接,以形成所述机翼内部芯轮廓。
6.根据权利要求5所述的涡轮,形成涡轮的第一级的部分。
7.根据权利要求5所述的涡轮,其特征在于,所述内部芯轮廓(38)位于在垂直于任何内部芯表面位置的方向上的±0.030英寸(0.0762cm)内的包络中。
8.一种涡轮喷嘴段(30),其包括内部(34)和外部(36)平台,以及在所述平台之间延伸的机翼(32),所述机翼具有内部额定芯轮廓(38),其大致与在表格I中提出的X、Y和Z笛卡儿坐标值一致,其中,Z值是从涡轮轴线到垂直于半径延伸的平面的径向距离,以及其中,X和Y值是以英寸表示的距离,当由平滑连续的弧连接时,其限定在沿着机翼的每个距离Z处的内部芯轮廓部分,在Z距离处的轮廓部分相互平滑连接,以形成所述机翼内部芯轮廓。
9.根据权利要求8所述的涡轮喷嘴段,形成涡轮的第一级的部分。
10.根据权利要求8所述的涡轮喷嘴段,其特征在于,所述内部芯轮廓(38)位于在垂直于任何内部芯表面位置的方向上的±0.030英寸(0.0762cm)内的包络中。
全文摘要
第一级喷嘴机翼(32)具有内部芯轮廓(38),其大致与在表格I中提出的X、Y和Z笛卡儿坐标值一致,其中,X、Y和Z值以英寸表示。X和Y值是距离,当由平滑连续的弧连接时,其限定在每个径向距离Z处的内部芯轮廓部分。在每个距离Z处的轮廓部分相互平滑连接,以形成完整的内部芯轮廓。X、Y和Z距离作为相同的常数或者数字的函数可按比例变化,以提供一种按比例增加或者按比例减小的内部芯轮廓。由X、Y和Z距离给定的额定内部芯轮廓(38)位于在垂直于任何内部芯表面位置的方向上的±0.030英寸的包络中。
文档编号F01D9/02GK1702302SQ20051007595
公开日2005年11月30日 申请日期2005年5月26日 优先权日2004年5月26日
发明者D·J·胡曼楚克, C·J·杰克斯, R·W·夸恩 申请人:通用电气公司


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