專利名稱：渦輪葉片的錯誤檢驗識別結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及氣體渦輪機，尤其涉及對具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的渦輪葉片的識別。在氣體渦輪機中，燃料在被壓縮機產(chǎn)生的壓縮氣體中燃燒以獲得加熱的氣體。該加熱的氣體被用來轉(zhuǎn)動渦輪葉片或者翼片，其中之一是以產(chǎn)生運行壓縮機的轉(zhuǎn)動動力。在氣體渦輪機的運行中，燃燒室內(nèi)側(cè)的溫度能夠達到2500，導致葉片的溫度會超過1700。為了冷卻渦輪葉片，將放出空氣或繞過燃燒室的相對較冷的經(jīng)壓縮的空氣強制穿過葉片的內(nèi)部通道。該通道包括具有不同幾何形狀的路徑或槽路以把放出空氣引導出葉片內(nèi)部。流過通道的放出空氣在整個葉片上于葉片能夠正確起作用處維持一個溫度梯度。
背景技術(shù)：
由于運轉(zhuǎn)原因或制造原因，有時需要改變或更改特定葉片模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。同時，該葉片的內(nèi)部必須保持相同，以符合其中使用了該葉片模型的特定氣體渦輪機的設(shè)計。傳統(tǒng)上，識別渦輪葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模型數(shù)字被鑄制在渦輪葉片鑄件的外部上。鑄制模型數(shù)字在渦輪葉片的表面上產(chǎn)生一個淺的凹入數(shù)字。該淺的數(shù)字不會產(chǎn)生任何干擾葉片轉(zhuǎn)動的平衡的凸起或腔體。沿著渦輪葉片的長度上的重量的任何不相稱，即使是非常小的不相稱，也會在氣體渦輪機高速轉(zhuǎn)動中產(chǎn)生振動。
盡管鑄制模型數(shù)字小到足以防止任何對葉片的運行或安裝的干涉，這些數(shù)字也經(jīng)常會難以辨認且模糊地類似。例如，鑄字“9”可能類似于“0”。因此，具有第二級內(nèi)部結(jié)構(gòu)的渦輪葉片會與具有第一級內(nèi)部結(jié)構(gòu)的渦輪葉片相同，就難以識別其具有哪一級內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此，就會錯誤地把葉片引導到生產(chǎn)線上，接受不正確的精加工，在隨后的時間也不會被發(fā)現(xiàn)。從制造成本和安全考慮，需要完全把這些錯誤的可能性消除。所以，渦輪葉片就需要具有識別結(jié)構(gòu)，能夠無錯誤地識別視覺上相同的渦輪葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)而不會干涉葉片自身的運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種可靠的用來識別渦輪葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的識別結(jié)構(gòu)。本發(fā)明包括一個無錯誤地識別渦輪葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的突出識別結(jié)構(gòu)。該突出識別結(jié)構(gòu)可由坐標量測儀識別和讀取。該突出識別結(jié)構(gòu)位于渦輪葉片的翼根部分，以防止干涉渦輪葉片的安裝。所述突出識別結(jié)構(gòu)的重量大約是渦輪葉片重量的0.1％或比其小，以防止干涉渦輪葉片的運行。


附圖1示出氣體渦輪機的局部透視圖，其中有使用了本發(fā)明的渦輪；附圖2是附圖1的渦輪部分的局部透視圖，其中示出渦輪葉片和轉(zhuǎn)子盤組件；附圖3A示出具有第一級內(nèi)部結(jié)構(gòu)的渦輪葉片的翼根部分；附圖3B示出使用了本發(fā)明的具有第二級內(nèi)部結(jié)構(gòu)的渦輪葉片的翼根部分。
具體實施例方式
附圖1示出氣體渦輪機10的局部透視圖，其中有使用了本發(fā)明的葉片部分12。氣體渦輪機10包括位于燃燒室14和噴嘴16之間的渦輪部分12。殼體18遮蓋了渦輪部分12、燃燒室14和噴嘴16。渦輪部分10是一個多級渦輪，包括渦輪葉片20A、20B、20C；轉(zhuǎn)子盤22A、22B、22C；渦輪軸24。渦輪葉片20A、20B、20C徑向地在轉(zhuǎn)子盤22A、22B、22C的周邊分別對準。轉(zhuǎn)子盤22A、22B、22C同軸地連接到沿軸向延伸至氣體渦輪機10的渦輪軸24。
燃料在燃燒室14內(nèi)側(cè)的高壓空氣中燃燒以產(chǎn)生高密度和高壓力的經(jīng)加熱的氣體。當在燃燒室14內(nèi)存有經(jīng)加熱的氣體時，它們以高速進入渦輪部分12。該高密度氣體撞擊渦輪葉片20A、20B、20C以使轉(zhuǎn)子盤22A、22B、22C轉(zhuǎn)動，其又使渦輪軸24轉(zhuǎn)動。渦輪軸24的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生驅(qū)動氣體渦輪機10的壓縮機部分的機械力。該經(jīng)加熱的氣體繼續(xù)穿過渦輪部分12，且被強制穿過噴嘴16。當它們離開氣體渦輪機10時，該噴嘴16使該氣體的速度增加以產(chǎn)生向前推進飛行器的推力。
附圖2是附圖1的渦輪部分12局部分解透視圖，其示出渦輪葉片20A和轉(zhuǎn)子盤22A的組件。渦輪葉片20A徑向地布置在轉(zhuǎn)子盤22A外周向的周圍。渦輪葉片20A包括翼片26、護罩28、平臺30和翼根32。轉(zhuǎn)子盤22A包括沿轉(zhuǎn)子盤22A的外周向?qū)实牟劭?4。槽口34接納渦輪葉片22A的翼根32。槽口34包括鋸齒部36，翼根32包括翼腳38，其構(gòu)型與鋸齒部36的構(gòu)型配合。在通常的實施例中，翼根32具有在現(xiàn)有技術(shù)中公知的“杉樹”和“鴿尾”構(gòu)型。當翼腳38被鎖入鋸齒部36時，翼根32沿著軸向方向被插入槽口34。翼腳38和鋸齒部36在轉(zhuǎn)子盤22A轉(zhuǎn)動時沿著徑向方向固定渦輪葉片20A，并分配由轉(zhuǎn)動的渦輪葉片20A離心動量產(chǎn)生的負載。鋸齒部36和翼腳38也允許翼根30、轉(zhuǎn)子盤22A在氣體渦輪機10內(nèi)達到極限溫度下進行熱膨脹。此外，鉚釘或其他緊固機構(gòu)被用來在軸向方向上夾持渦輪葉片20A。
在渦輪葉片20A被插入轉(zhuǎn)子盤22A時，護罩28對準形成一個連續(xù)阻擋層，輔助防止氣體從渦輪葉片尖端的周圍漏出。護罩28也防止翼片26的振動和彎折。在其它實施例中，不使用護罩28，翼片26的葉片尖端被切割圍刀狀邊緣尖端。類似地，平臺30對準在渦輪葉片20A和翼根30形成一個連續(xù)的邊界。
通常，用于冷卻渦輪葉片20A的放出空氣，是通過翼根32底部的開口引入，從而其進入內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的通道。該內(nèi)部冷卻系統(tǒng)包括放出口氣流過的各種結(jié)構(gòu)和通道。該放出空氣穿過渦輪葉片20A上的通道，迅速帶走翼片26的熱量。通常，該經(jīng)加熱的空氣，通過翼片26的后緣上的一個或多個小開孔40、或者通過翼片26的庵＝凹部吸入側(cè)(未示)離開渦輪葉片20A的內(nèi)部。
附圖3A示出渦輪葉片20A的翼根部分，具有第一級內(nèi)部結(jié)構(gòu)。對于特定渦輪葉片的設(shè)計，對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變可以是在制造中期以增加葉片的性能。但是，每一級渦輪葉片20A的外部彼此相同，于是制造一個互換件總是安裝在用該設(shè)計的氣體渦輪機中。
附圖3B示出渦輪葉片20A′的翼根部分32，具有第二級或改型后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中使用了本發(fā)明。一旦已對包括渦輪葉片20A的渦輪葉片模型的內(nèi)部設(shè)計進行過改型，就將識別結(jié)構(gòu)42添加到翼根部分32產(chǎn)生渦輪葉片20A′。識別結(jié)構(gòu)42通過一個錯誤檢驗裝置來把渦輪葉片20A、20A′區(qū)別開。
識別結(jié)構(gòu)42提供一個確定的隆起凸起，能被視覺檢測確認。識別結(jié)構(gòu)42還提供一個可用坐標量測儀(CMM)量測的結(jié)構(gòu)。在渦輪葉片20A′的制造過程中，在該渦輪葉片被送至進行附加的機加工前，檢測其尺寸誤差。識別結(jié)構(gòu)42提供一個確定結(jié)構(gòu)，可以包括在尺寸誤差列表中，用CMM檢測。這就保證了被檢測的渦輪葉片實際上是渦輪葉片20A′，其會接受進行用于帶第二級內(nèi)部結(jié)構(gòu)葉片的機加工。
選擇識別結(jié)構(gòu)42的位置以不干涉渦輪葉片20A′的運行。例如，在翼片部分26上設(shè)置識別標記是不可行的，因為這將會干涉熱空氣對翼片26的撞擊，造成翼片26的振動。由于類似理由，在護罩28或平臺30上設(shè)置識別結(jié)構(gòu)也不可行。另外，在翼根部分32的側(cè)面設(shè)置識別結(jié)構(gòu)也不合實際，因為這將干涉鋸齒部36與翼腳38的對準。考慮到這些因素，將識別結(jié)構(gòu)42設(shè)置在翼根部分32的前表面44上。在另外的實施例中，識別結(jié)構(gòu)42設(shè)置在翼根部分32的后表面上。在附圖3B中，識別結(jié)構(gòu)42設(shè)置在翼根部分32上離開前表面44的中心。這使識別結(jié)構(gòu)移離渦輪葉片20A′的鑄造分模線，允許渦輪葉片20A的模具適合于形成渦輪葉片20A′。在另外的實施例中，識別結(jié)構(gòu)42定心于翼根部分32的前表面44的中心上。將識別結(jié)構(gòu)42設(shè)置于翼根部分32上，也把識別結(jié)構(gòu)42引起的對翼片26的振動效應(yīng)最小化。
為了進一步防止識別結(jié)構(gòu)42干涉渦輪葉片20A′的運行和安裝，識別結(jié)構(gòu)42設(shè)置在位于翼根部分32的前表面44上的凹槽46中。凹槽46預(yù)成形于渦輪葉片20A′的鑄造中以減少重量或其他功能。此外，凹槽46可以被機加工入渦輪葉片20A′中以接納識別結(jié)構(gòu)42。于是，為了將識別結(jié)構(gòu)42對渦輪葉片20A′的運行和安裝的干涉最小化，識別結(jié)構(gòu)42不會延伸超出翼根部分32前邊緣的最前部分。
在氣體渦輪機10的運行過程中，轉(zhuǎn)子盤22A以大約每分鐘15000轉(zhuǎn)(RPM)的速度轉(zhuǎn)動。在該高速轉(zhuǎn)動過程中，渦輪葉片20A′的切向速度能達到2馬赫(Mach)。于是，即使將少量物質(zhì)置于渦輪葉片20A′也會產(chǎn)生干涉轉(zhuǎn)子盤22A和翼片26轉(zhuǎn)動的大的力量。由識別結(jié)構(gòu)42的質(zhì)量產(chǎn)生的離心力具有在渦輪葉片20A′的轉(zhuǎn)動中產(chǎn)生振動的潛能。當離心力施加的應(yīng)力超過渦輪葉片20A′應(yīng)力極限時，尤其是共振振動結(jié)合在一起時，就會發(fā)生大災(zāi)難性的失敗。
使用標準機械學公式，可以確定不會引起渦輪葉片20A′中過度應(yīng)力的識別結(jié)構(gòu)42的尺寸和質(zhì)量。已經(jīng)確定，在把識別結(jié)構(gòu)42設(shè)置于翼根部分32上時，其重量約為渦輪葉片20A重量的0.1％或比其小時的識別結(jié)構(gòu)，不會在渦輪葉片20A′中產(chǎn)生過度的應(yīng)力。因此，在一個實施例中，識別結(jié)構(gòu)42的重量為渦輪葉片20A′的0.1％。例如，如果渦輪葉片20A′的重量為0.84磅，識別結(jié)構(gòu)42的重量約為0.0008磅或更少。這樣，在氣體渦輪機10的運行中，可以防止在轉(zhuǎn)子盤22A高速轉(zhuǎn)動時的過度壓力和振動。
識別結(jié)構(gòu)42的具體形狀可以具有各種實施例。在附圖3B中，識別結(jié)構(gòu)42是一個豎向肋?？梢愿郊右粋€附加豎向肋識別結(jié)構(gòu)42或者不同形狀的識別結(jié)構(gòu)42，以識別渦輪葉片22A的每一個順序級。在各種實施例中，識別結(jié)構(gòu)42可以是環(huán)形、星形或三角形。通過將其重量維持為渦輪葉片20A重量的約0.1％或之下來限定每個識別結(jié)構(gòu)或者多個識別結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀，以在轉(zhuǎn)子盤22A轉(zhuǎn)動時防止擾亂渦輪葉片20A′。還要對識別結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀作出限制是因為一定不能干涉渦輪葉片20A′的安裝。
已對應(yīng)用于氣體渦輪機渦輪部分中的渦輪葉片的本發(fā)明進行了描述。突出識別結(jié)構(gòu)還能用于轉(zhuǎn)子葉片，該轉(zhuǎn)子葉片用在氣體渦輪機的壓縮機部分中或者具有各種內(nèi)部結(jié)構(gòu)的其他轉(zhuǎn)子翼片或葉片中。
盡管已參照優(yōu)選實施例描述肋本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會認識到，在不超出本發(fā)明的精神和范圍下可以在形狀或細節(jié)上進行改型。
權(quán)利要求
1.一種渦輪葉片，其包括一個翼片部分；以及一個翼根部分，其包括前緣表面；后緣表面；多個翼腳，其位于所述前緣表面和后緣表面之間；以及一個突出識別結(jié)構(gòu)，其位于渦輪葉片的翼根部分，用于識別渦輪葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，其中所述識別結(jié)構(gòu)位于所述翼根部分的凹陷表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，其中所述識別結(jié)構(gòu)位于所述前緣表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，其中所述識別結(jié)構(gòu)沒有延伸超出前緣表面的最向前部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，其中所述識別結(jié)構(gòu)是一個豎向肋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，其中所述識別結(jié)構(gòu)的重量大約是渦輪葉片重量的0.1％或比其小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，其中所述識別結(jié)構(gòu)可由坐標量測儀讀取。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，其中所述識別結(jié)構(gòu)與渦輪葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的具體產(chǎn)生相應(yīng)。
9.一種渦輪葉片，其具有包括內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的翼片部分和把渦輪葉片固定到氣體渦輪機的轉(zhuǎn)子盤上的翼根部分，該渦輪葉片的特征為一個突出識別結(jié)構(gòu)位于翼根部分上以識別冷卻系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪葉片，其中所述識別結(jié)構(gòu)位于所述翼根部分的凹陷表面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪葉片，其中所述識別結(jié)構(gòu)位于所述前緣表面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪葉片，其中所述識別結(jié)構(gòu)沒有延伸超出前緣表面的最向前部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪葉片，其中所述識別結(jié)構(gòu)是一個豎向肋。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪葉片，其中所述識別結(jié)構(gòu)的重量大約是渦輪葉片重量的0.1％或比其小。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪葉片，其中所述識別結(jié)構(gòu)可由坐標量測儀讀取。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪葉片，其中所述識別結(jié)構(gòu)與渦輪葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的具體產(chǎn)生相應(yīng)。
全文摘要
識別結(jié)構(gòu)用來無錯誤地識別位于不同級渦輪葉片設(shè)計中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該識別結(jié)構(gòu)位于渦輪葉片的翼根部分且突出以提供可由坐標量測儀識別的可視識別結(jié)構(gòu)，但是不干涉渦輪葉片的安裝和運行。所述識別結(jié)構(gòu)的重量與渦輪葉片重量成一個具體的比例，以防止干涉渦輪葉片在氣體渦輪機高速轉(zhuǎn)動時的運行。
文檔編號F01D5/14GK1916371SQ200610115509
公開日2007年2月21日 申請日期2006年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月15日
發(fā)明者M·－K·B·康, K·A·隆察克, E·F·皮特拉什基維茨 申請人:聯(lián)合工藝公司