具体实施方式

现在将详细参考本发明的转子叶片和涡轮机的实施方案，其一个或多个示例在附图中示出。每个示例是通过解释本发明技术的方式提供的，而不是对本技术的限制。事实上，对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离受权利要求书保护的本发明技术的范围或实质的情况下，可以在本发明技术中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可以用于另一个实施方案，以产生又一个实施方案。因此，本公开旨在涵盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这些修改和变化。

具体实施方式使用数字和字母名称指代附图中的特征结构。附图和说明书中的相似或类似的名称已经用于指代本发明的相似或类似的部件。如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以将一个部件与另一个部件区分开来，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。

如本文所用，术语“上游”(或“向上”)和“下游”(或“向下”)是指相对于流体通路中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，并且“下游”是指流体向其流动的方向。术语“径向地”是指基本上垂直于特定部件的轴向中心线的相对方向；术语“轴向地”是指与特定部件的轴向中心线基本上平行和/或同轴对准的相对方向；并且术语“周向地”是指围绕特定部件的轴向中心线延伸的相对方向。

近似术语，诸如“大体”或“约”包括在大于或小于指定值的百分之十内的值。当在角度或方向的上下文中使用时，此类术语包括在大于或小于所述角度或方向的十度内。例如，“大体竖直”包括沿任何方向(例如，顺时针或逆时针)在竖直的十度内的方向。

现在参见附图，图1示出了涡轮机的示意图，该涡轮机在所示实施方案中是气体涡轮10。尽管本文示出并描述了工业或陆基气体涡轮，但除非在权利要求书中另外指明，否则本公开不限于陆基和/或工业气体涡轮。例如，如本文所述的本发明可用于任何类型的涡轮机，包括但不限于蒸汽涡轮、飞行器气体涡轮或船用气体涡轮。

如图所示，气体涡轮10通常包括入口区段12、设置在入口区段12下游的压缩机区段14、设置在压缩机区段14下游的燃烧器区段16内的多个燃烧器(未示出)、设置在燃烧器区段16下游的涡轮区段18以及设置在涡轮区段18下游的排气区段20。另外，气体涡轮10可包括联接在压缩机区段14和涡轮区段18之间的一个或多个轴22。

压缩机区段14一般可包括多个转子盘24(示出了其中一个)以及从每个转子盘24径向向外延伸并且连接到每个转子盘的多个转子叶片26。每个转子盘24继而可联接到或者可形成轴22的延伸穿过压缩机区段14的一部分。

涡轮区段18一般可包括多个转子盘28(示出了其中一个)以及从每个转子盘28径向向外延伸并且互连到每个转子盘的多个转子叶片30。每个转子盘28继而可联接到或者可形成轴22的延伸穿过涡轮区段18的一部分。涡轮区段18还包括外部壳体31，该外部壳体周向围绕轴22的部分和转子叶片30，从而至少部分地限定穿过涡轮区段18的热气体路径32。

在操作期间，工作流体诸如空气流过入口区段12并进入压缩机区段14，在该处空气逐渐被压缩，从而将加压空气提供给燃烧区段16的一个或多个燃烧器。加压空气与燃料混合并在每个燃烧器内燃烧以产生燃烧气体34。燃烧气体34从燃烧器区段16流过热气体路径32，流入涡轮区段18，在该涡轮区段中能量(动能和/或热能)从燃烧气体34传递到转子叶片30，从而导致轴22旋转。然后，机械旋转能可用于为压缩机区段14供电和/或发电。然后，离开涡轮区段18的燃烧气体34可经由排气区段20从气体涡轮10排出。

图2至图8示出了根据本公开的实施方案的转子叶片的实施方案。在所示的实施方案中，转子叶片是涡轮叶片或动叶30，但在另选的实施方案中，转子叶片可为压缩机叶片或动叶26。

转子叶片30可包括主体35，该主体包括翼型件36和柄部38。翼型件36可从柄部38径向向外延伸并定位。柄部38可包括根部或燕尾形件40，该根部或燕尾形件可附接到转子盘28以有利于转子叶片30的旋转。

翼型件36可具有大体空气动力学轮廓。例如，翼型件36可具有外表面，该外表面限定其中的每一者均在前缘与后缘之间延伸的压力侧和吸力侧。柄部38的外表面可包括压力侧面、吸力侧面、前缘面和后缘面。

主体35还可包括平台42。典型平台可定位在翼型件36和柄部38之间的交汇处或过渡处，并且可在大体轴向和切向方向上相对于柄部向外延伸，如图所示。在涡轮区段18中，平台42一般用作流经热气体路径32的燃烧气体34的径向向内流动边界。平台42可包括与后缘面54轴向间隔开的前缘面52。前缘面52定位在燃烧气体流34中，并且后缘面54定位在前缘面52的下游。此外，主体35可包括与吸力侧冲击面58周向间隔开的压力侧冲击面56。

在一些实施方案中，如图2和图3所示，压力侧冲击面56和/或吸力侧冲击面58可为大体平面的面(其通常可为平面的或倾斜的)。在其他实施方案中，诸如图5至图7所示的实施方案，压力侧冲击面56和/或吸力侧冲击面58或其至少部分可为曲平面的。例如，冲击面56和/或58可相对于轴向方向、径向方向和/或切向方向弯曲。

图4示出了一对周向邻近的相邻转子叶片30’、30”。如图所示，当转子叶片30如此定位时，转子叶片30的压力侧冲击面56面向相邻转子叶片30的吸力侧冲击面58。如上所述，多个转子叶片30可设置在一个或多个转子盘28中的每个转子盘上，并且可从每个转子盘径向向外延伸。设置在转子盘28上的转子叶片30可以周向阵列组装，使得当转子叶片30如此组装时，每个转子叶片30的压力侧冲击面56面向每个相邻转子叶片30的吸力侧冲击面58。在一些实施方案中，每个转子叶片30的压力侧冲击面56和每个相邻转子叶片30的吸力侧冲击面58可在圆周方向上限定间隙60。

再次参考图3，根据本公开，一个或多个阻尼器销95可设置在转子叶片30中。每个阻尼器销95可包括与第二端202轴向分离的第一端200。第一端200和第二端202可分别包括肩部204、206。每个阻尼器销95可设置在转子叶片30的冲击面56、58(例如，压力侧冲击面56或吸力侧冲击面58)处并与之接触，并且可大体沿轴向方向并且因此大体沿冲击面56、58的长度延伸，如图所示。

此外，如图4所示，根据本公开的阻尼器销95可设置在周向邻近的相邻转子叶片30的相邻的、面向压力侧冲击面56或吸力侧冲击面58之间并与之接触。

根据本公开的阻尼器销95有利地用作振动阻尼器。在操作中，阻尼器销95摩擦地耗散振动能量并减小振动的对应振幅。

图2和图3示出了主体35的压力侧冲击面56和吸力侧冲击面58。如图所示，主体35可包括限定于主体35的压力侧冲击面56和/或吸力侧冲击面58内的一个或多个狭槽70。在一些实施方案中，狭槽70可为沿压力侧冲击面56和/或吸力侧冲击面58中的每一者限定的一个连续沟槽。狭槽70可包括前缘段72、平台段74和后缘段76。前缘段72可沿前缘面52限定，平台段92可沿平台42限定，并且后缘段76可沿后缘面56限定。如本文所用，术语诸如“沿...限定”及其同源词可意指“基本上平行于...”或“与...大体成直线的”。

在其他实施方案中，狭槽70的前缘段72和后缘段76可相对于气体涡轮10的轴向中心线大体径向取向。同样，狭槽70的平台段74可相对于气体涡轮10的轴向中心线大体轴向取向。在一些实施方案中，前缘段72可直接连接到平台段74并与其连续，并且平台段74可直接连接到后缘段76并与其连续。在一些实施方案中，平台段74可限定于平台42内并相对于气体涡轮10的轴向中心线轴向取向。

在另选的实施方案(未示出)中，狭槽70可为不连续的。在此类实施方案中，前缘段72、平台段74和后缘段76可为周向地限定于压力侧冲击面56和/或吸力侧冲击面58内的完全分离的狭槽或沟槽。

如图3所示，主体35还可包括吸力侧阻尼器刃带120。吸力侧阻尼器刃带120可包括与第二端124轴向分离的第一端122。在许多实施方案中，切口121可被限定于吸力侧阻尼器刃带120中。切口121包括限定于吸力侧阻尼器刃带120的第一端122和第二端124处的肩部狭槽部分126。肩部狭槽部分126限定支撑表面128，该支撑表面在示例性实施方案中可为平坦的平面表面。在这些实施方案中，阻尼器销95的肩部204和206可设置在肩部狭槽部分126中，使得支撑表面128可接触肩部204和206。因此，阻尼器销95可被支撑在吸力侧阻尼器刃带120中，并且可减少或防止在使用和操作期间不期望的过度旋转。

此外，如图3所示，狭槽70可定尺寸成将密封件84的一部分牢固地容纳在其中，即狭槽70可定尺寸成防止密封件84在气体涡轮10操作期间滑出狭槽70。密封件84可包括第一端86和第二端88，并且可在这两者间延伸。密封件84可定尺寸成至少部分地密封配合到狭槽70中。

当两个或更多个叶片30彼此邻近地布置在转子盘24上时，诸如图4和图8所示并在上文论述的构型中，每个转子叶片30的压力侧冲击面56的狭槽70与相邻转子叶片30的吸力侧冲击面58的狭槽70对准以限定通道。彼此邻近布置的转子叶片30可包括在转子盘24上彼此直接相邻的转子叶片30和/或彼此直接接触的转子叶片30。密封件84(示于图3中)可容纳在由每个狭槽70限定的通道内。密封件84可在相邻转子叶片30’、30”的两个狭槽70之间延伸并延伸到其中。在一些实施方案中，密封件84防止来自涡轮区段18的不需要的热气体泄漏到叶片30的主体35中。另选地或除此之外，在许多实施方案中，密封件84可防止来自压缩机区段14的压缩冷却空气泄漏出柄部38并进入涡轮区段18。

如图5至图7所示，压力侧冲击面56还可包括具有第一端92和第二端94的压力侧阻尼器刃带90。在一些实施方案中，压力侧阻尼器刃带90的第一端92可与第二端94轴向分离。在各种实施方案中，压力侧阻尼器刃带的第一端92可部分地限定狭槽70的前缘段72，并且可延伸到第二端94，该第二端部分地限定狭槽70的后缘段76。在许多实施方案中，压力侧阻尼器刃带90可从狭槽70径向向内定位。具体地，压力侧阻尼器刃带90可从狭槽70的平台段74径向向内定位。在一些实施方案中，压力侧阻尼器刃带90可平行于狭槽70的平台段74取向。在其他实施方案中，压力侧阻尼器刃带90可相对于气体涡轮10的轴向中心线轴向取向。

压力侧阻尼器刃带90可用于为待定位在其上的阻尼器销95提供表面，并且为转子叶片30提供振动阻尼。在许多实施方案中，压力侧阻尼器刃带90的表面的轮廓可略微符合阻尼器销95的形状，以提供增加的表面接触和振动阻尼。例如，压力侧阻尼器刃带90还包括弯曲部分96和平坦部分98。弯曲部分96可从平台42周向向内弯曲到平坦部分98。压力侧阻尼器刃带90的平坦部分98可从弯曲部分96径向向内延伸到限定于主体35中的柄部切口39。平坦部分98可相对于气体涡轮10的轴向方向和径向方向两者大体平行于平台42。

在一些实施方案中，由于狭槽70及其平坦部分98，压力侧阻尼器刃带90可为基本上悬臂式的。例如，压力侧阻尼器刃带90的平坦部分98可从弯曲部分96径向向内延伸到自由端99。自由端99可基本上悬臂式地位于柄部切口39内，以有利地在转子叶片30的整个平台42中提供增加的顺应性，从而有效地增加振动阻尼。在各种实施方案中，压力侧阻尼器刃带的平坦部分98可从弯曲部分96到自由端99轴向向内渐缩。在各种实施方案中，压力侧阻尼器刃带90的平坦部分98可在其相应端部处远离第一底切100和第二底切102渐缩。

除了为密封件84提供壳体之外，狭槽70还可在压力侧阻尼器刃带90中提供降低的材料刚度和增加的顺应性，这允许增加整个叶片30的振动阻尼。另外，狭槽70可包括狭槽深度71。改变狭槽深度(即，增大或减小)71可有利地增大或减小压力侧刃带90的总体刚度，从而导致总体阻尼效果的增大。

在一些实施方案中，诸如图5至图7所示，压力侧冲击面56还可包括第一底切100和第二底切102。第一底切100和第二底切102用于有利地改变，即增加或减小柄部38的刚度，以改进总体振动阻尼效果。在图5所示的实施方案中，第一底切100和第二底切102可为周向向内限定于转子叶片30的主体35上的半圆形切口。在一些实施方案中，第一底切100和第二底切102可为基本上弯曲的或弓形的。在其他实施方案中，诸如图6和图7所示的实施方案，第一底切100和第二底切102可包括多个半圆形切口或梯形切口。

在许多实施方案中，第一底切100可从压力侧阻尼器刃带90的第一端92直接径向向内设置，并且第二底切102可与第一底切100轴向分离，并且可从压力侧阻尼器刃带90的第二端94直接径向向内设置。在一些实施方案中，第一底切100和第二底切102可分别从压力侧阻尼器刃带90的第一端92和第二端94大体径向向内延伸。在许多实施方案中，第一底切100和第二底切102均可径向向内延伸经过压力侧阻尼器刃带90的自由端99。

第一底切100和第二底切102可各自部分地限定狭槽70。更具体地，第一底切100可部分地限定狭槽70的前缘段72。同样，第二狭槽102可部分地限定狭槽70的后缘段76。在各种实施方案中，第一底切100可轴向设置在狭槽70的前缘段72与压力侧阻尼器刃带90的平坦部分98之间。第二底切102可轴向设置在压力侧阻尼器刃带90的平坦部分98与狭槽70的后缘段76之间。

第一底切100和第二底切102可各自包括限定于周向方向上的最大底切深度106。第一底切100的最大底切深度106可与第二底切102的最大底切深度106相同或不同。改变第一底切和/或第二底切102的最大底切深度106将有利地改变(即，增大或减小)压力侧阻尼器刃带90的刚度，从而导致增大的阻尼效果。在一些实施方案中，相应底切100、102的最大底切深度106可最高至约1.5英寸。在其他实施方案中，最大底切深度106可最高至约1英寸。在一些实施方案中，最大底切深度106可最高至约0.75英寸。在各种实施方案中，最大底切深度106可最高至约0.5英寸。在其他实施方案中，最大底切深度106可最高至约0.25英寸。

图8示出了一对周向邻近的相邻转子叶片的剖视图。如图所示，当转子叶片30’、30”如此定位时，第一转子叶片30’的压力侧阻尼器刃带90与相邻第二转子叶片30”的吸力侧阻尼器刃带120对准。如图8所示，阻尼器销95可沿吸力侧阻尼器刃带120设置。在操作中，阻尼器销95在沿箭头130的方向上移动并接触压力侧阻尼器刃带90和吸力侧阻尼器刃带120两者，以向相邻转子叶片30’、30”提供振动阻尼。

此外，压力侧冲击面56的狭槽深度71’可不同于吸力侧冲击面58的狭槽深度71”。例如，压力侧冲击面56的狭槽深度71′可大于吸力侧冲击面58的狭槽深度71”，反之亦然。一般来讲，压力侧冲击面56的狭槽深度71’、间隙60在周向方向上的宽度(示出于图4中)以及吸力侧冲击面58的狭槽深度71”的总和可大体等于或略大于密封件84的宽度。在各种实施方案中，密封件84可小于狭槽70，并且可具有在狭槽70内热膨胀的空间。另外，密封件84可定尺寸成允许其制造变化。

例如，在许多实施方案中，密封件84的宽度可介于通道宽度的约5％和约30％之间，以允许狭槽70内的制造变化和热膨胀两者。图2至图8所示的实施方案允许使用振动阻尼销95和密封件84两者。在各种实施方案中，叶片30可包括仅振动阻尼销95、仅密封件84或者振动阻尼销95和密封件84两者。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言没有实质差异的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求书的范围内。