本公開大體上涉及渦輪機(jī)葉片冷卻，并且更具體而言，涉及一種具有大體徑向冷卻導(dǎo)管的渦輪機(jī)葉片，該大體徑向冷卻導(dǎo)管將冷卻流體沿徑向向內(nèi)輸送至鄰近其柄部且在后根部邊緣徑向內(nèi)側(cè)的輪空間。

背景技術(shù)：

典型的渦輪機(jī)葉片包括由平臺聯(lián)接于柄部的翼型件，該柄部將渦輪機(jī)葉片安裝于渦輪機(jī)的殼體或轉(zhuǎn)子。翼型件的后緣聯(lián)接于葉片的平臺的后緣根部，其中兩個部分由填角(fillet)，例如由焊接或其它金屬組合方法形成的大體三角形形狀的材料件聯(lián)接。在歷史上，翼型件的后緣與平臺的后部分(被稱為蓋板)沿徑向?qū)?zhǔn)。然而，在某些新的渦輪機(jī)模型中，提供了具有后緣的翼型件，該后緣以徑向非對準(zhǔn)構(gòu)造會合平臺的后緣根部。該布置減小填角區(qū)域中的應(yīng)力。

新的渦輪機(jī)模型還在高于先前模型的溫度下操作，并且因此由于具有較低的材料能力而使其葉片暴露。增加的溫度可導(dǎo)致各種壽命限制問題，如低循環(huán)疲勞(lcf)。因此，在采用較高的操作溫度時，填角區(qū)域表示對低循環(huán)疲勞增加關(guān)注的區(qū)域。常規(guī)地，需要冷卻的渦輪機(jī)葉片包括用于輸送冷卻流體的在其中的倉室，其將冷卻流體供給至熱區(qū)域。例如，與倉室連通的軸向延伸的冷卻開口典型地應(yīng)用在葉片的翼型件的后緣中。流動穿過冷卻開口的冷卻流體冷卻柄部和/或平臺的后緣根部，該后緣根部關(guān)于翼型件向下游延伸。然而，填角和在徑向最內(nèi)冷卻孔下方的、僅在平臺上方的區(qū)域不設(shè)有冷卻開口并且不被直接地冷卻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的第一方面提供一種渦輪機(jī)葉片，其包括：翼型件，該翼型件包括在其中延伸的冷卻流體倉室以及從冷卻流體倉室延伸穿過翼型件的后緣的后緣冷卻開口；用于將翼型件聯(lián)接于柄部的平臺，平臺包括關(guān)于柄部向下游延伸的后緣根部；以及至少一個冷卻導(dǎo)管，該至少一個冷卻導(dǎo)管將冷卻流體從冷卻流體倉室和后緣冷卻開口中的至少一個沿徑向向內(nèi)輸送至輪空間，該輪空間鄰近柄部并且在后緣根部徑向內(nèi)側(cè)。

本公開的第二方面提供一種渦輪機(jī)，其包括：轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括多個渦輪機(jī)葉片，各個渦輪機(jī)葉片包括：翼型件，該翼型件包括在其中延伸的冷卻流體倉室以及從冷卻流體倉室延伸穿過翼型件的后緣的后緣冷卻開口；用于將翼型件聯(lián)接于柄部的平臺，平臺包括關(guān)于柄部向下游延伸的后緣根部；以及至少一個冷卻導(dǎo)管，該至少一個冷卻導(dǎo)管將冷卻流體從冷卻流體倉室和后緣冷卻開口中的至少一個沿徑向向內(nèi)輸送至輪空間，該輪空間鄰近柄部并且在后緣根部徑向內(nèi)側(cè)。

技術(shù)方案1.一種渦輪機(jī)葉片，其包括：

翼型件，其包括在其中延伸的冷卻流體倉室以及從所述冷卻流體倉室延伸穿過所述翼型件的后緣的后緣冷卻開口；

用于將所述翼型件聯(lián)接于柄部的平臺，所述平臺包括關(guān)于所述柄部向下游延伸的后緣根部；以及

至少一個冷卻導(dǎo)管，其將冷卻流體從所述冷卻流體倉室和所述后緣冷卻開口中的至少一個沿徑向向內(nèi)輸送至輪空間，所述輪空間鄰近所述柄部并且在所述后緣根部徑向內(nèi)側(cè)。

技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于，所述至少一個冷卻導(dǎo)管包括至少兩個冷卻導(dǎo)管，其中所述至少兩個冷卻導(dǎo)管中的至少一個從所述冷卻流體倉室延伸，而所述至少兩個冷卻導(dǎo)管中的至少一個從所述后緣冷卻開口延伸。

技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于，一個冷卻導(dǎo)管從所述冷卻流體倉室延伸，而兩個冷卻導(dǎo)管從所述后緣冷卻開口延伸。

技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案1所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于，各個冷卻導(dǎo)管以關(guān)于徑向在近似0°到近似45°之間的角延伸。

技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案1所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于，所述翼型件由填角聯(lián)接于所述后緣根部，并且其中所述至少一個冷卻導(dǎo)管延伸穿過所述后緣根部。

技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案1所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于，所述后緣冷卻開口為沿著所述翼型件的所述后緣徑向地間隔的多個后緣冷卻開口中的徑向最內(nèi)冷卻開口。

技術(shù)方案7.一種渦輪機(jī)，其包括：

轉(zhuǎn)子，其包括多個渦輪機(jī)葉片，各個渦輪機(jī)葉片包括：

翼型件，其包括在其中延伸的冷卻流體倉室以及從所述冷卻流體倉室延伸穿過所述翼型件的后緣的后緣冷卻開口；

用于將所述翼型件聯(lián)接于柄部的平臺，所述平臺包括關(guān)于所述柄部向下游延伸的后緣根部；以及

至少一個冷卻導(dǎo)管，其將冷卻流體從所述冷卻流體倉室和所述后緣冷卻開口中的至少一個沿徑向向內(nèi)輸送至輪空間，所述輪空間鄰近所述柄部并且在所述后緣根部徑向內(nèi)側(cè)。

技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案7所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述至少一個冷卻導(dǎo)管包括至少兩個冷卻導(dǎo)管，其中所述至少兩個冷卻導(dǎo)管中的至少一個從所述冷卻流體倉室延伸，而所述至少兩個冷卻導(dǎo)管中的至少一個從所述后緣冷卻開口延伸。

技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案8所述的渦輪機(jī)，其特征在于，一個冷卻導(dǎo)管從所述冷卻流體倉室延伸，而兩個冷卻導(dǎo)管從所述后緣冷卻開口延伸。

技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案8所述的渦輪機(jī)，其特征在于，各個冷卻導(dǎo)管以關(guān)于徑向在近似0°到近似45°之間的角延伸。

技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案7所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述翼型件由填角聯(lián)接于所述后緣根部，并且其中所述至少一個冷卻導(dǎo)管延伸穿過所述后緣根部。

技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案7所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述后緣冷卻開口為沿著所述翼型件的所述后緣徑向地間隔的多個后緣冷卻開口中的徑向最內(nèi)冷卻開口。

本公開的示范性方面布置成解決本文中描述的問題和/或未論述的其它問題。

附圖說明

本公開的這些及其它的特征將從連同附圖進(jìn)行的本公開的各種方面的以下詳細(xì)描述更容易理解，該附圖繪出了本公開的各種實(shí)施例，在該附圖中：

圖1為示例性燃燒渦輪發(fā)動機(jī)的示意圖。

圖2為具有可與圖1中的燃燒渦輪發(fā)動機(jī)一起使用的三級噴嘴的示例性燃?xì)鉁u輪組件的截面圖。

圖3示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的包括徑向定向的冷卻導(dǎo)管的渦輪機(jī)葉片的透視圖。

圖4示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的渦輪機(jī)葉片的填角區(qū)域以及徑向定向的冷卻導(dǎo)管的放大的透明透視圖。

圖5示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的渦輪機(jī)葉片的填角區(qū)域的詳細(xì)的透明透視圖。

注意的是，本公開的附圖不按比例。附圖旨在僅描繪本公開的典型方面，并且因此不應(yīng)當(dāng)看作是限制本公開的范圍。在附圖中，相似的標(biāo)記在附圖之間表示相似的元件。

部件列表

100燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)

102壓縮機(jī)

104燃燒器

105燃燒區(qū)域

106燃料噴嘴組件

108渦輪組件

110轉(zhuǎn)子

112導(dǎo)葉子組件

114外平臺

116內(nèi)平臺

119葉片

120渦輪機(jī)葉片

122翼型件

124柄部

126平臺

130蓋板

132板

134天使翼

136連接樹

138冷卻流體倉室

140冷卻流體

146后緣冷卻開口

148后緣

150最內(nèi)后緣冷卻開口

160后緣根部

162填角

170冷卻導(dǎo)管

172輪空間

170a冷卻導(dǎo)管

170b冷卻導(dǎo)管

170c冷卻導(dǎo)管

170d冷卻導(dǎo)管。

具體實(shí)施方式

如以上所指示，本公開提供了在渦輪葉片的后緣根部區(qū)段之下的徑向定向的冷卻導(dǎo)管。

圖1為呈燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)100形式的示范性渦輪機(jī)的示意圖。系統(tǒng)100包括壓縮機(jī)102和燃燒器104。燃燒器104包括燃燒區(qū)域105和燃料噴嘴組件106。系統(tǒng)100還包括渦輪108和共同的壓縮機(jī)/渦輪軸110(有時被稱為轉(zhuǎn)子110)。在一個實(shí)施例中，系統(tǒng)100為具有s1b技術(shù)包的7f型發(fā)動機(jī)，其由generalelectric公司(sechenectady,ny)市售。本公開的實(shí)施例不限于任何一種特定的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，并且可關(guān)于包括例如generalelectric公司的7fa和9fa發(fā)動機(jī)模型的其它發(fā)動機(jī)來植入。此外，本公開的教導(dǎo)不限于燃?xì)鉁u輪，并且可應(yīng)用于任何種類的渦輪機(jī)，如蒸汽渦輪、噴氣發(fā)動機(jī)、壓縮機(jī)等。如本文中使用的，用語“軸向”、“徑向”和“周向”與轉(zhuǎn)子110一起用作參考結(jié)構(gòu)。

在操作中，空氣流動穿過壓縮機(jī)102，并且壓縮空氣供應(yīng)至燃燒器104。具體而言，壓縮空氣供應(yīng)至燃料噴嘴組件106，其集成于燃燒器104。組件106與燃燒區(qū)域105流動連通。燃料噴嘴組件106還與燃料源(圖1中未示出)流動連通，并且將燃料和空氣引導(dǎo)至燃燒區(qū)域105。燃燒器104點(diǎn)燃并且燃燒燃料。燃燒器104與渦輪108流動連通，對于渦輪108而言，氣流熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械旋轉(zhuǎn)能。渦輪108可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接于轉(zhuǎn)子110并且驅(qū)動轉(zhuǎn)子110。壓縮機(jī)102還可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接于軸110。在示范性實(shí)施例中，存在多個燃燒器104和燃料噴嘴組件106。

圖2為具有可與圖1中的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)100一起使用的三級噴嘴的示范性渦輪組件108的截面圖。渦輪組件108包括導(dǎo)葉子組件112。導(dǎo)葉子組件112由徑向外平臺114和徑向內(nèi)平臺116保持在渦輪組件108中。渦輪組件108還包括旋轉(zhuǎn)葉片119，其可包括由柄部124保持于轉(zhuǎn)子110的翼型件122。由于本公開的教導(dǎo)可應(yīng)用于導(dǎo)葉/噴嘴或旋轉(zhuǎn)葉片，故導(dǎo)葉子組件112和旋轉(zhuǎn)葉片119將被統(tǒng)稱為“渦輪機(jī)葉片”。

圖3為根據(jù)本公開的實(shí)施例的示范性渦輪機(jī)葉片120(此處示為旋轉(zhuǎn)葉片)的截面圖。渦輪機(jī)葉片120可包括翼型件122和柄部124。平臺126將翼型件122聯(lián)接于柄部124。柄部124可包括一對相對的蓋板130,132。如由熱氣體路徑(hgp)所指示，蓋板130為面朝hgp的上游側(cè)蓋板，而蓋板132為背向hgp的下游側(cè)蓋板。一個或更多個天使翼134可從各個蓋板130,132延伸。至轉(zhuǎn)子110(圖1-2)或渦輪機(jī)的殼體的連接的各種形式可取決于如何采用渦輪機(jī)葉片120來應(yīng)用。在其中葉片為旋轉(zhuǎn)葉片的圖3中，連接樹136可提供成將渦輪機(jī)葉片120聯(lián)接于轉(zhuǎn)子輪(未示出)。如所示，翼型件122包括在其中延伸的冷卻流體倉室138，其將冷卻流體140(箭頭)運(yùn)送至葉片120的部分。冷卻流體140可以以任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的方式提供，例如，從壓縮機(jī)102流、排出蒸汽流等拉出，取決于期望的冷卻的量和采用的渦輪機(jī)的類型。在示出的實(shí)例中，冷卻流體倉室138環(huán)繞翼型件122的內(nèi)部的大部分。然而，理解的是，冷卻流體倉室138可在翼型件內(nèi)采取各種形式，如但不限于：蛇線路徑、多個室等。還理解的是，翼型件122還可以可選地包括用以分配冷卻流體140的多種不同的結(jié)構(gòu)(為了清楚未示出)，如沖擊套筒等。翼型件120還包括多個后緣冷卻開口146，其從冷卻流體倉室138延伸穿過翼型件122的后緣148。在一個實(shí)施例中，如所示，多個后緣冷卻開口146沿著翼型件122的后緣148徑向地間隔。相等的徑向間隔在所有情況中不是必要的。冷卻流體140沿徑向向外流動，并且接著沿軸向流動穿過后緣冷卻開口146以冷卻翼型件122。徑向最內(nèi)后緣冷卻開口150在圖4-5中示出，并且如此提及，因?yàn)槠潢P(guān)于轉(zhuǎn)子110(圖1和2)的軸線為最內(nèi)的。

如圖4的放大的透明透視圖和圖5的放大的詳細(xì)透明透視圖中最佳所示，平臺126包括關(guān)于柄部124向下游延伸的、也稱為葉片斜面的后緣根部160。在示出的實(shí)例中，翼型件122在后蓋板132下游的點(diǎn)處會合后緣根部160，即后蓋板132不與翼型件122的后緣148沿徑向?qū)?zhǔn)。此處，將后緣根部160聯(lián)接于翼型件122的填角162暴露于關(guān)于葉片的高應(yīng)力，其中翼型件和后蓋板132沿徑向?qū)?zhǔn)?！疤罱恰?62可包括任何種類的附加材料(其添加在翼型件122和平臺126之間以將兩個部分聯(lián)接在一起)，例如焊接填角。徑向最內(nèi)后緣冷卻開口150示出具有與其它后緣冷卻開口146相比的略微更大的徑向范圍，因?yàn)樵跉v史上，更多的冷卻流體140對冷卻填角162而言為合乎需要的。然而，所有開口146,150可具有相同尺寸。

為了與常規(guī)布置相比除了后緣根部160之外還向填角162提供冷卻，至少一個冷卻導(dǎo)管170將冷卻流體140從冷卻流體倉室138和/或后緣冷卻開口150沿徑向向內(nèi)(關(guān)于轉(zhuǎn)子100的軸線)輸送至輪空間172，其鄰近柄部124并且在后緣根部160徑向內(nèi)側(cè)。在圖4中示出的實(shí)施例中，提供了三個冷卻導(dǎo)管170a,170b,170c。在圖4中，一個冷卻導(dǎo)管170a從冷卻流體倉室138延伸，而兩個冷卻導(dǎo)管170b,170c從后緣冷卻開口150延伸。(徑向最內(nèi))后緣冷卻開口150可看作在其中冷卻流體140可不再經(jīng)過任何其它地方除了穿過開口150并且離開翼型件122的點(diǎn)處開始。在圖5中示出的另一實(shí)施例中，兩個冷卻導(dǎo)管170a,170d從冷卻流體倉室138延伸，而兩個冷卻導(dǎo)管170b,170c從后緣冷卻開口150延伸。盡管示出了冷卻導(dǎo)管170布置的兩個實(shí)例，但強(qiáng)調(diào)的是，可采用來自冷卻流體倉室138和/或后緣冷卻開口150的任何數(shù)量或布置的冷卻導(dǎo)管。在任何情況下，至少一個冷卻導(dǎo)管(例如，170b,170c)延伸穿過后緣根部160以向各個提供改進(jìn)的冷卻。各個冷卻導(dǎo)管170可以以任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的方式形成穿過平臺126等，例如，旋轉(zhuǎn)鉆頭鉆孔、快速孔電火花加工(edm)鉆孔等。冷卻流體倉室138和/或后緣冷卻開口150均具有對于相應(yīng)的冷卻導(dǎo)管170“登陸”在其上，即通到相應(yīng)的區(qū)域中而不顯著地切割到其徑向范圍中而言足夠的周向尺寸(大體上進(jìn)出頁面)。由于倉室138和開口150的周向尺寸可橫跨不同渦輪機(jī)變化，故冷卻導(dǎo)管170的直徑也可變化。盡管特定葉片內(nèi)的冷卻導(dǎo)管170可為相同大小，但不需要這樣。

如本文中使用的，冷卻導(dǎo)管170描述為“徑向定向的”，因?yàn)樗鼈兇篌w上在平臺126等內(nèi)沿徑向方向延伸。例如，各個冷卻導(dǎo)管170可以以關(guān)于徑向(關(guān)于轉(zhuǎn)子110軸線(圖1-2))在近似0°到近似45°之間的角延伸；“近似”指示+/-0.5°。在一個實(shí)施例中，角可為近似30°。雖然冷卻導(dǎo)管170示為相當(dāng)直的，但它們可在某種程度上彎曲。此外，冷卻導(dǎo)管170中的一個或更多個可平行于彼此(例如，導(dǎo)管170b,170c)，或者它們中的一個或更多個或全部可為非平行的(例如，170a,170b)。

本公開的實(shí)施例提供了沿徑向向內(nèi)的方向(見圖5中的箭頭)至輪空間172的冷卻流體140流，并且這樣做時與常規(guī)冷卻布置相比提供了填角162和/或后緣根部160的改進(jìn)冷卻。因此，冷卻導(dǎo)管170允許非常接近后緣148的高應(yīng)力區(qū)域的冷卻，這減少問題應(yīng)力和低循環(huán)疲勞，并且節(jié)省冷卻流，這提高總體渦輪機(jī)性能。此外，冷卻導(dǎo)管170允許附加的冷卻而不改變現(xiàn)有的葉片鑄件。

本文中使用的用語出于僅描述特定實(shí)施例的目的，并且不旨在限制本公開。如本文中使用的，單數(shù)形式"一"、"一個"和"該"旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外清楚地指出。還將理解的是，用語"包括(comprises)"和/或"包含(comprising)"在用于本說明書中時表示敘述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件的存在，但并未排除存在或添加一個或更多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、構(gòu)件和/或它們的組。

以下權(quán)利要求中的所有器件或步驟加功能元件的對應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、動作和等同物旨在包括用于結(jié)合如明確要求權(quán)利的其它要求權(quán)利的元件執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或動作。本公開的描述出于圖示和描述的目的提出，但不旨在為詳盡的或者將本公開限于公開的形式。許多改型和變型將對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言為顯而易見的而并未脫離本公開的范圍和精神。對于如適于構(gòu)想的特定使用的具有各種改型的各種實(shí)施例，實(shí)施例選擇和描述成以便最佳地闡釋本公開的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解本公開。