專利名稱：具有蜿蜒冷卻的平臺的燃氣渦輪機輪葉及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般 地涉及燃氣渦輪機輪葉或葉片，且特別地涉及冷卻插入輪葉翼型件和輪葉柄部之間的所謂平臺部分。
背景技術(shù)：
多年來，燃氣渦輪機趨向于升高的入口點火溫度以改善輸出和發(fā)動機效率。然而， 隨著熱氣路徑溫度升高，輪葉平臺持續(xù)地展示出包括氧化、蠕變以及低循環(huán)疲勞破裂、碎裂以及某些情況下平臺脫落(liberation)等的危險。隨著例如工業(yè)燃氣渦輪機的前兩級中的輪葉和噴嘴中封閉回路蒸汽冷卻的出現(xiàn)，入口輪廓已經(jīng)變得使得輪葉平臺暴露于接近對于葉片列的峰值入口溫度的溫度下。該問題在前緣圓角處尤其尖銳，此處翼型件在翼型件的壓力側(cè)的前部接合平臺。因此，如果可以設(shè)計更有效的冷卻裝置來冷卻尤其用在渦輪機的第一和第二級中的輪葉的平臺區(qū)域，這將會是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
在第一示例性但非限制性實施例中，本發(fā)明涉及用于渦輪機輪葉的冷卻回路，該渦輪機輪葉具有柄部部分、平臺部分和翼型件部分，該冷卻回路包括從位于所述柄部部分的徑向內(nèi)端處的冷卻空氣入口延伸的第一冷卻通道，以便在使用時與渦輪機葉輪空間連通，所述第一冷卻通道連接到在所述平臺的至少一個區(qū)域內(nèi)延伸并橫跨該至少一個區(qū)域的第二冷卻通道上，所述第二冷卻通道與在所述翼型件部分中徑向向外延伸的第三冷卻通道連接，所述第三冷卻通道終止于位于所述翼型件部分的徑向外端處的一個或多個冷卻空氣出口處。在另一個示例性但非限制性實施例中，本發(fā)明涉及用于渦輪機輪葉的冷卻回路， 該渦輪機輪葉具有柄部、平臺和翼型件，該冷卻回路包括從位于該柄部的徑向內(nèi)端處的入口延伸并適于與渦輪機葉輪空間連通的第一冷卻通道，該第一冷卻通道在使用中向在平臺的至少一個區(qū)域內(nèi)延伸并橫跨該至少一個區(qū)域的蜿蜒的冷卻回路供應(yīng)冷卻空氣，所述蜿蜒的冷卻回路與靠近該翼型件的后緣的單獨的內(nèi)部冷卻回路通道連接，使得用于冷卻平臺的冷卻空氣在該翼型件冷卻回路中被重用；其中該平臺包括在翼型件部分的壓力側(cè)上的第一區(qū)域，以及在翼型件部分的吸力側(cè)上的第二區(qū)域，該至少一個區(qū)域包括在翼型件的壓力側(cè)上的第一區(qū)域。在又另一個示例性但非限制性實施例中，本發(fā)明提供了冷卻燃氣渦輪機輪葉平臺的方法，包括從安裝在渦輪機轉(zhuǎn)子上的葉片葉輪之間的葉輪空間區(qū)域抽取壓縮機冷卻空氣；從沿該輪葉的柄部部分的前緣徑向定向的通道向形成在平臺中的蜿蜒的冷卻通道供給抽取的壓縮機冷卻空氣；將抽取的壓縮機冷卻空氣傾入輪葉翼型件中的內(nèi)部冷卻回路；以及沿著輪葉翼型件的后緣排出該抽取的壓縮機冷卻空氣?，F(xiàn)在將聯(lián)系以下標識的圖形詳細地描述本發(fā)明。


圖1是部分以剖面顯示的根據(jù)本發(fā)明的第一示例性但非限制性實施例的渦輪機輪葉的側(cè)立面圖；圖2是部分以剖面顯示的示出備選冷卻空氣入口構(gòu)造的側(cè)立面圖；圖3是以示意性圖表顯示根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的蜿蜒的平臺冷卻回路的頂部俯視圖；圖4是以示意性圖表圖示根據(jù)本發(fā)明的另一示例性但非限制性實施例的備選的蜿蜒的冷卻回路的頂部俯視圖；以及圖5是以示意性圖表圖示根據(jù)本發(fā)明的另一示例性但非限制性實施例的蜿蜒的冷卻回路的頂部俯視圖。
具體實施例方式總體而言，本發(fā)明涉及渦輪機輪葉平臺冷卻裝置，此處用于冷卻轉(zhuǎn)子葉輪之間的葉輪空間區(qū)域的壓縮機抽取空氣的一部分被通過輪葉柄部部分的下出口側(cè)上的通道供給至輪葉平臺。此通道將把抽取的空氣徑向向外地供給至平臺，此處其將轉(zhuǎn)向大致90度并跟隨沿著并環(huán)繞平臺的“內(nèi)部部分”(即，在輪葉翼型件的壓力側(cè)上的部分)的蜿蜒的通道。 抽取的冷卻空氣然后將傾入要用于翼型件冷卻的輪葉翼型件的其中一個徑向延伸的內(nèi)部核心冷卻通道。更具體地，且參考圖1，渦輪機輪葉10包括翼型件12和柄部14，典型地形成有所謂的天使翼(angel-wing)密封件16。相對平坦的平臺18徑向地位于翼型件12和柄部14 之間。根據(jù)一個示例性但非限制性實施例，冷卻空氣入口通道20形成(例如，鉆削或鑄造) 在輪葉柄部14的前部面或前面22中。該入口通道20徑向向外地延伸至平臺18，在此處其轉(zhuǎn)向大約90度進入總體標示為24的平臺冷卻回路。到徑向通道20的入口 26與通道20 徑向地對齊。圖2圖示了備選裝置，其中到通道20的入口 28對通道形成銳角，圖示了備選的制造權(quán)宜之計。建造在其他方面大致與圖1中所示的相同，并且任一種入口裝置均可與每一種以下所述的蜿蜒的冷卻回路一起使用?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，顯示了根據(jù)一個示例性但非限制性實施例的用于冷卻該平臺18的蜿蜒的冷卻回路24。首先注意輪葉翼型件12具有吸力側(cè)30、壓力側(cè)32、前緣34和后緣36。 入口通道20沿柄部14的前緣定位，鄰近翼型件的前緣34。蜿蜒的冷卻回路24形成在平臺 18內(nèi)(例如通過鑄造)，以便提供用于冷卻靠近翼型件的壓力側(cè)32并包括圓角區(qū)域的區(qū)域的第一冷卻通道區(qū)段38，翼型件12在圓角區(qū)域處連接到平臺18上。冷卻流然后反轉(zhuǎn)通過在平臺中間地帶的冷卻通道區(qū)段40，且然后在靠近平臺的邊緣44延伸的冷卻通道區(qū)段42 中再次反轉(zhuǎn)。該回路在冷卻通道區(qū)段46中轉(zhuǎn)向大致90°，且然后將冷卻空氣傾入最靠近翼型件后緣36的徑向延伸的內(nèi)部翼型件冷卻通道48。徑向冷卻通道48是翼型件12中的內(nèi)部蜿蜒的冷卻回路的一部分，該冷卻回路包括多個徑向連接的通道50，52，54，56，58和48。 典型地，冷卻劑沿從前緣到后緣的方向流過回路，通過從徑向通道48向后緣36延伸的多個通道60離開翼型件。圖4顯示了用于冷卻平臺18的備選的蜿蜒的冷卻回路124。此處，入口通道20保持靠近翼型件12的前緣34。冷卻回路124的第一冷卻通道區(qū)段62沿平臺18的邊緣44延伸，且然后在較靠近輪葉翼型件的吸力側(cè)32的冷卻通道區(qū)段66中再次反轉(zhuǎn)之前在沿平臺的中間地帶的冷卻通道區(qū)段64中反轉(zhuǎn)。冷卻回路然后通過冷卻通道區(qū)段68反轉(zhuǎn)，并經(jīng)由冷卻通道區(qū)段70轉(zhuǎn)入翼型件的中間部分，在該中間部分處其傾入徑向延伸的內(nèi)部翼型件冷卻通道56。內(nèi)部翼型件冷卻回路保持如以上關(guān)于圖3中所述。為了便于制造過程，冷卻通道區(qū)段70通過從平臺18的相對邊緣76開始鉆削操作而更易于形成，從而形成了延伸的冷卻通道區(qū)段72。為了保持冷卻通道的完整性，延伸的冷卻通道區(qū)段72在74處被塞住。 另外相對短的冷卻通道區(qū)段72可給平臺提供一些盡管小但是附加的冷卻。 圖5圖示了合適的蜿蜒的冷卻回路的第三示例性但非限制性實施例。此冷卻回路 224包含如圖4中所示的相同的冷卻通道區(qū)段62，64和66。然而，在此實施例中，如在第一描述的實施例中一樣，冷卻回路224再次經(jīng)由冷卻通道區(qū)段78傾入后緣翼型件空腔48。 通過穿過該平臺在翼型件12的吸力側(cè)30上鉆削延伸的通道80而便于冷卻通道區(qū)段78的制造，該冷卻通道區(qū)段78在82處以圖4中通道區(qū)段72在74處被塞住相同的方式被塞住。 由于延伸的通道區(qū)段80的長度，提供了平臺18的吸力側(cè)的有意義的冷卻。在各個上述實施例中，形成在輪葉平臺18中的蜿蜒的冷卻回路24，124和224被供給壓縮機抽取空氣，該壓縮機抽取空氣取自輪葉柄部的較低的前側(cè)。冷卻空氣然后在被傾入內(nèi)部翼型件冷卻回路前沿蜿蜒的平臺冷卻回路導(dǎo)引，此處該平臺冷卻空氣被重復(fù)用于冷卻翼型件。冷卻空氣然后通過輪葉的后緣與翼型件冷卻回路空氣一起排出。此布置有效地薄膜冷卻柄部的前面以及平臺，同時給翼型件提供附加的冷卻空氣。此外，直接將壓縮機抽取空氣吸入輪葉在較高的壓力下將空氣提供給有問題的平臺區(qū)域，這幫助降低了平臺溫度，并延長了輪葉的壽命。這又導(dǎo)致在輪葉的使用壽命期間降低的維修成本。盡管已經(jīng)聯(lián)系當前認為最可行以及優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不限于所公開的實施例，而是相反，本發(fā)明意圖覆蓋包括在所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的各種改型和等價裝置。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪機輪葉(10)的冷卻回路，所述渦輪機輪葉(10)具有柄部(14)、平臺 (18)和翼型件(12)，所述冷卻回路包括從位于所述柄部(14)的徑向內(nèi)端的入口(20)處延伸并適于與渦輪機葉輪空間連通的第一冷卻通道(38)，所述第一冷卻通道(38)在使用中將冷卻空氣供應(yīng)給在所述平臺(18) 的至少一個區(qū)域內(nèi)延伸并橫跨該至少一個區(qū)域的蜿蜒的冷卻回路(24)，所述蜿蜒的冷卻回路(24)與所述翼型件(12)中單獨的內(nèi)部冷卻回路連接，使得用來冷卻所述平臺(18)的所述冷卻空氣在所述翼型件冷卻回路中被重復(fù)使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻回路，其特征在于，所述平臺(18)包括所述翼型件部分的壓力側(cè)(32)上的第一區(qū)域和所述翼型件部分的吸力側(cè)(30)上的第二區(qū)域，所述至少一個區(qū)域包括所述翼型件(12)的所述壓力側(cè)(32)上的所述第一區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻回路，其特征在于，所述冷卻空氣入口(20)靠近所述翼型件(12)的前緣(34)定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻回路，其特征在于，所述蜿蜒的冷卻回路(24)包括至少三個大致平行的冷卻回路區(qū)段。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻回路，其特征在于，所述蜿蜒的冷卻回路(24)連接到靠近所述翼型件(12)的后緣定位的所述翼型件(12)中的所述內(nèi)部冷卻回路中的徑向通道上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻回路，其特征在于，所述蜿蜒的冷卻回路連接到位于所述翼型件(12)的前緣(34)和后緣(36)之間大致中間的所述翼型件(12)中的所述內(nèi)部冷卻回路中的徑向通道(48)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻回路，其特征在于，所述蜿蜒的冷卻回路(24)通過延伸的冷卻通道區(qū)段(72)連接到所述內(nèi)部翼型件冷卻回路上，所述延伸的冷卻通道區(qū)段(72) 超出所述翼型件(12)并沿著所述平臺(18)的所述吸力側(cè)(30)延伸至所述平臺(18)的周邊邊緣。
8.一種用于渦輪機輪葉(10)的冷卻回路，所述渦輪機輪葉(10)具有柄部(14)、平臺 (18)和翼型件(12)，所述冷卻回路包括從位于所述柄部(14)的徑向內(nèi)端的入口處延伸并適于與渦輪機葉輪空間連通的第一冷卻通道(38)，所述第一冷卻通道(38)在使用中將冷卻空氣供應(yīng)給在所述平臺(18)的至少一個區(qū)域內(nèi)延伸并橫跨該至少一個區(qū)域的蜿蜒的冷卻回路，所述蜿蜒的冷卻回路與靠近所述翼型件的后緣的單獨的內(nèi)部冷卻回路連接，使得用來冷卻所述平臺(18)的所述冷卻空氣在所述翼型件冷卻回路中被重復(fù)使用；其中所述平臺(18)包括所述翼型件部分的壓力側(cè)上的第一區(qū)域和所述翼型件部分的吸力側(cè)上的第二區(qū)域，所述至少一個區(qū)域包括所述翼型件(12)的所述壓力側(cè)上的所述第一區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的冷卻回路，其特征在于，所述冷卻空氣入口靠近所述翼型件 (12)的前緣(34)定位。
10.一種冷卻燃氣渦輪機輪葉(10)平臺(18)的方法，包括(a)從安裝在渦輪機轉(zhuǎn)子上的葉片葉輪之間的葉輪空間區(qū)域抽取壓縮機冷卻空氣；(b)從沿所述輪葉(10)的柄部(14)部分的前緣徑向定向的通道(20)將抽取的壓縮機冷卻空氣供給至形成在所述平臺(18)中的蜿蜒的冷卻通道(24)；(c)將抽取的壓縮機冷卻空氣傾入所述輪葉 翼型件(12)中的內(nèi)部冷卻回路；以及(d)沿所述輪葉翼型件(12)的后緣(36)排放所述抽取的壓縮機冷卻空氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有蜿蜒冷卻的平臺的燃氣渦輪機輪葉及相關(guān)方法，具體而言，涉及一種用于渦輪機輪葉(10)的冷卻回路，該渦輪機輪葉(10)具有柄部(14)、平臺(18)和翼型件(12)。該冷卻回路包括從位于柄部(14)的徑向內(nèi)端處的入口(20)延伸并適于與渦輪機葉輪空間連通的第一冷卻通道(38)，該第一冷卻通道(38)在使用中將冷卻空氣供應(yīng)至在該平臺(18)的至少一個區(qū)域內(nèi)延伸并橫跨該至少一個區(qū)域的蜿蜒的冷卻回路(24)。該蜿蜒的冷卻回路(24)與翼型件(12)中的單獨的內(nèi)部冷卻通道連接，使得用來冷卻平臺(18)的冷卻空氣在翼型件冷卻回路中被重復(fù)使用。
文檔編號F01D5/08GK102200032SQ20111008214
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者M·A·西利 申請人:通用電氣公司