涡轮转子叶片中的内部冷却构造制造技术

本发明专利技术涉及涡轮转子叶片中的内部冷却构造。具体地，一种涡轮转子叶片，包括：限定在压力面和吸力面之间的翼型件；末端护罩，其包括从外侧表面突出的密封围栏以及形成在密封围栏上的切削齿；以及冷却构造，其包括用于接收和引导冷却剂穿过转子叶片的内部的冷却通道。冷却通道可包括流体地连接的部段，在其中：供给部段径向地延伸穿过翼型件；切削齿部段形成在密封围栏的切削齿内；以及分支部段形成在末端护罩和翼型件的外侧区域中的至少之一内。分支部段中的每一个均可在连接至切削齿部段的上游端口和形成在目标表面区域上的出口端口之间延伸，以便分支部段对分目标内部区域。

Internal cooling structure in a turbine rotor blade

The invention relates to an internal cooling structure in a turbine rotor blade. Specifically, a turbine rotor blade, including: limiting the airfoil between the pressure surface and the suction surface of the end shield, including; protruding from the outer surface of the sealing enclosure and formed in the seal cutting teeth on the fence; and cooling structure, which includes means for receiving and guiding the coolant through the internal cooling passage of the rotor blade. The cooling channel may include fluidly connected segments, in which the supply section radially extending through the airfoil section; cutting teeth formed in cutting tooth sealing enclosure; and a branch section formed in the outer region of at least one of the end shield and the airfoil in the. Each of the branch sections may extend between an upstream port connected to the cutting tooth section and an outlet port formed on the target surface area so that the sub branch segments are divided into the target interior area.

【技术实现步骤摘要】
涡轮转子叶片中的内部冷却构造
本申请涉及燃气涡轮发动机中叶片的内部冷却通道和构造。更具体地而非作为限制，本申请涉及形成在涡轮转子叶片的外部径向末端(tip)附近的内部冷却通道和结构构造。
技术介绍
将应理解，燃烧或燃气涡轮发动机（“燃气涡轮”）包括在其中成列的叶片轴向地叠置成级的压缩机和涡轮区段。每个级均包括固定的一列环向隔开的定子叶片，以及围绕中心涡轮轴线或轴旋转的一列转子叶片。在操作中，一般而言，压缩机转子叶片围绕轴旋转，并且与定子叶片一致地作用来压缩空气流。供给的压缩空气然后在燃烧器中用来燃烧供给的燃料。由燃烧产生的热膨胀气体（也即，工作流体）流经由发动机的涡轮区段膨胀。穿过涡轮的工作流体流通过定子叶片再次引导到转子叶片上由此引起旋转。转子叶片连接至中心轴，使得转子叶片的旋转致使轴旋转。这样，包含在燃料中的能量转换成旋转轴的机械能，该机械能例如可用来旋转压缩机的转子叶片以致于产生燃烧所需的压缩空气的供给，以及用来旋转发电机的线圈以致于生成电力。在操作期间，由于热气体路径的极端温度、工作流体的速度以及发动机的旋转速度，涡轮内的叶片在极端的机械和热负载下变得经受高度应力。设计高效且成本合算的燃气涡轮是一项持续且重要的目标。尽管已知有若干策略用于提高燃气涡轮的效率，但其保持为有挑战性的目标，因为此类替代方案（例如，包括增大发动机的尺寸、提高经过热气体路径的温度，以及提高转子叶片的旋转速度）通常使附加的应变置于叶片和已经受高度应力的其它热气体路径构成部件上。因此，减小置于涡轮叶片上的操作应力或容许涡轮叶片更好地耐受这些应力以便发动机可更为高效地操作的改进设备、方法或系统仍然是对于技术改进的重要方面。用于减轻叶片上应力的一个策略是通过在操作期间对它们主动地冷却。此种冷却可容许叶片更好地耐受更高的点火温度和机械应力，这可延长叶片的寿命和通常使得发动机更为成本合算和高效地操作。在操作期间冷却叶片的一种方式是通过使用内部冷却通道或回路。一般来讲，这包括传送来源于压缩机的相对冷却的供给压缩空气经过内部冷却通道。如将认识到那样，由于众多原因，在设计和制造这些内部冷却通道时要求非常谨慎。第一，冷却空气的使用降低了发动机的效率。具体地，来自压缩机的经转向用于冷却目的的空气为否则可在燃烧过程中使用的空气。因此，此种空气的使用必然地减少了燃烧可用的空气，且因此降低了总体效率。这要求冷却通道高度有效以便最小化用于冷却的空气用量。第二，较新的涡轮叶片设计要求侵略性地成型的空气动力学构造，其较薄并且更加弯曲或扭曲。这些新型的叶片构造给予另一优质到紧凑且高效的通道上。这些新型的设计也产生空间约束，其阻碍或限制使用常规方式来制造传统的冷却通道构造。第三，内部冷却通道必须构造成促进重量轻的转子叶片，同时仍提供足够结实的结构用于耐受极端加载。也就是说，尽管冷却通道设计为减轻叶片总体重量的有效方式（其提升效率并且降低机械负载），但叶片仍必须保持非常有回弹力的。因此，冷却通道必须设计成移除材料和重量，同时仍促进结构的回弹性。内部布置也必须避免应力集中或冷却不足的区域（或“热点”），其可不利地影响部件寿命。第四，冷却构造也必须设计成以便排出的冷却剂促进表面冷却和高效的空气动力学操作。具体地，由于冷却通道典型地在冷却剂循环经过内部冷却通道后将其排出到工作流体流路中，另一设计考虑因素涉及使用排出的冷却剂用于表面冷却以及最小化与其相关联的空气动力学损失。排出的冷却剂常常预期在其释放之后用以对叶片的外表面或区域提供冷却，并且这必须与内部冷却策略相结合而且考虑空气动力学性能。如将认识到那样，根据这些及其它标准，在涡轮叶片内的内部冷却构造的设计包括许多复杂的、常常竞争性的考虑因素。使这些以优化或增强一个或更多个期望的性能标准（同时仍足够地促进结构稳健性、部件寿命持久性、成本合算的发动机操作，以及冷却剂的有效使用）的方式平衡的新颖设计代表了显著的技术进步。
技术实现思路
因此，本申请描述了一种涡轮转子叶片，其可包括：限定在凹入压力面和侧向相对的凸起吸力面之间的翼型件（airfoil）；连接至翼型件的外侧末端上的末端护罩，其包括从外侧表面突出的密封围栏（rail）以及形成在密封围栏上的切削齿；以及冷却构造，其包括用于接收和引导冷却剂穿过转子叶片的内部的冷却通道。冷却通道可包括流体地连接的部段，在其中：供给部段径向地延伸穿过翼型件；切削齿部段形成在密封围栏的切削齿内；以及分支部段形成在末端护罩和翼型件的外侧区域中的至少之一内。分支部段中的每一个均可在连接至切削齿部段的上游端口和形成在目标表面区域上的出口端口之间延伸，以便分支部段对分（或平分）目标内部区域。具体地，本专利技术至少公开了以下技术方案。技术方案1.一种用于燃气涡轮的涡轮的转子叶片，所述转子叶片包括：限定在凹入压力面和侧向相对的凸起吸力面之间的翼型件，其中，所述压力面和所述吸力面轴向地在相对的前缘和后缘之间以及径向地在外侧末端和内侧端部之间延伸，所述内侧端部附接至构造成将所述转子叶片联接至转子盘的根部；连接至所述翼型件的外侧末端的末端护罩，所述末端护罩包括从外侧表面突出的密封围栏，以及形成在所述密封围栏上的切削齿；冷却构造，所述冷却构造包括用于接收和引导冷却剂穿过所述转子叶片的内部的冷却通道，所述冷却通道包括流体地连接的部段，其中：供给部段径向地延伸穿过所述翼型件；仓室部段形成在所述密封围栏内；以及分支部段形成在所述末端护罩和所述翼型件的外侧区域中的至少之一内；其中，所述分支部段中的每一个均在连接至所述切削齿部段的上游端口和形成在目标表面区域上的出口端口之间延伸，并且在二者之间对分目标内部区域。技术方案2.根据技术方案1所述的转子叶片，其特征在于：所述仓室部段包括形成在所述密封围栏的切削齿内的切削齿部段；所述末端护罩包括由所述翼型件的外侧末端支承的轴向和环向地延伸构件；所述末端护罩包括横跨所述末端护罩的径向厚度与所述外侧表面相对的内侧表面，以及将所述内侧表面连接至所述外侧表面的边缘，所述边缘限定所述末端护罩的外侧轮廓；所述密封围栏从所述末端护罩的外侧表面沿径向向外突出并且在所述转子叶片的旋转方向上环向地延伸；以及所述切削齿包括所述密封围栏的轴向地加宽的环向区段，其中，所述轴向加宽沿径向在所述末端护罩的外侧表面和所述密封围栏的外侧边缘之间延伸。技术方案3.根据技术方案2所述的转子叶片，其特征在于：所述转子叶片包括构造成在所述翼型件的表面和所述末端护罩的内侧表面之间平滑地过渡的内侧圆角区域；以及所述转子叶片包括外侧圆角区域，所述外侧圆角区域构造成在下列部分之间平滑地过渡：所述末端护罩的外侧表面和所述密封围栏的前面；以及所述末端护罩的外侧表面和所述密封围栏的后面；以及其中，所述末端护罩包括：前部部分和后部部分，所述前部部分从所述密封围栏向前延伸以便悬于所述翼型件的前缘之上，所述后部部分从所述密封围栏向后延伸以便悬于所述翼型件的后缘之上；压力部分和吸力部分，所述压力部分从所述翼型件的压力面悬臂式外伸并且悬于所述压力面之上，所述吸力部分从所述翼型件的吸力面悬臂式外伸并且悬于所述吸力面之上；以及翼型部分，所述翼型部分限定在经由所述末端护罩沿径向突出的所述翼型件的轮廓的外形内。技术方案4.根据技术方案3所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃气涡轮的涡轮的转子叶片，所述转子叶片包括：限定在凹入压力面和侧向相对的凸起吸力面之间的翼型件，其中，所述压力面和所述吸力面轴向地在相对的前缘和后缘之间以及径向地在外侧末端和内侧端部之间延伸，所述内侧端部附接至构造成将所述转子叶片联接至转子盘的根部；连接至所述翼型件的外侧末端的末端护罩，所述末端护罩包括从外侧表面突出的密封围栏，以及形成在所述密封围栏上的切削齿；冷却构造，所述冷却构造包括用于接收和引导冷却剂穿过所述转子叶片的内部的冷却通道，所述冷却通道包括流体地连接的部段，其中：供给部段径向地延伸穿过所述翼型件；仓室部段形成在所述密封围栏内；以及分支部段形成在所述末端护罩和所述翼型件的外侧区域中的至少之一内；其中，所述分支部段中的每一个均在连接至所述切削齿部段的上游端口和形成在目标表面区域上的出口端口之间延伸，并且在二者之间对分目标内部区域。

【技术特征摘要】
2015.12.18 US 14/9741551.一种用于燃气涡轮的涡轮的转子叶片，所述转子叶片包括：限定在凹入压力面和侧向相对的凸起吸力面之间的翼型件，其中，所述压力面和所述吸力面轴向地在相对的前缘和后缘之间以及径向地在外侧末端和内侧端部之间延伸，所述内侧端部附接至构造成将所述转子叶片联接至转子盘的根部；连接至所述翼型件的外侧末端的末端护罩，所述末端护罩包括从外侧表面突出的密封围栏，以及形成在所述密封围栏上的切削齿；冷却构造，所述冷却构造包括用于接收和引导冷却剂穿过所述转子叶片的内部的冷却通道，所述冷却通道包括流体地连接的部段，其中：供给部段径向地延伸穿过所述翼型件；仓室部段形成在所述密封围栏内；以及分支部段形成在所述末端护罩和所述翼型件的外侧区域中的至少之一内；其中，所述分支部段中的每一个均在连接至所述切削齿部段的上游端口和形成在目标表面区域上的出口端口之间延伸，并且在二者之间对分目标内部区域。2.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于：所述仓室部段包括形成在所述密封围栏的切削齿内的切削齿部段；所述末端护罩包括由所述翼型件的外侧末端支承的轴向和环向地延伸构件；所述末端护罩包括横跨所述末端护罩的径向厚度与所述外侧表面相对的内侧表面，以及将所述内侧表面连接至所述外侧表面的边缘，所述边缘限定所述末端护罩的外侧轮廓；所述密封围栏从所述末端护罩的外侧表面沿径向向外突出并且在所述转子叶片的旋转方向上环向地延伸；以及所述切削齿包括所述密封围栏的轴向地加宽的环向区段，其中，所述轴向加宽沿径向在所述末端护罩的外侧表面和所述密封围栏的外侧边缘之间延伸。3.根据权利要求2所述的转子叶片，其特征在于：所述转子叶片包括构造成在所述翼型件的表面和所述末端护罩的内侧表面之间平滑地过渡的内侧圆角区域；以及所述转子叶片包括外侧圆角区域，所述外侧圆角区域构造成在下列部分之间平滑地过渡：所述末端护罩的外侧表面和所述密封围栏的前面；以及所述末端护罩的外侧表面和所述密封围栏的后面；以及其中，所述末端护罩包括：前部部分和后部部分，所述前部部分从所述密封围栏向前延伸以便悬于所述翼型件的前缘之上，所述后部部分从所述密封围栏向后延伸以便悬于所述翼型件的后缘之上；压力部分和吸力部分，所述压力部分从所述翼型件的压力面悬臂式外伸并且悬于所述压力面之上，所述吸力部分从所述翼型件的吸力面悬臂式外伸并且悬于所述吸力面之上；以及翼型部分，所述翼型部分限定在经由所述末端护罩沿径向突出的所述翼型件的轮廓的外形内。4.根据权利要求3所述的转子叶片，其特征在于，所述密封围栏包括相对的围栏面，其中：所述密封围栏的前面对应于所述涡轮的向前方向；以及所述密封围栏的后面对应于所述涡轮的向后方向；以及其中，所述密封围栏的所述前面和所述后面中的每一个均相对于所述末端护罩的外侧表面以陡斜角度布置。5.根据权利要求4所述的转子叶片，其特征在于，所述密封围栏包括近似矩形轮廓，使...

【专利技术属性】
技术研发人员：R舒罕，RR古德，HR米斯特里，SS贾伊斯瓦尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US