具有使用高低压冷却流体的冷却系统的涡轮机翼型件技术方案

公开了用于燃气涡轮发动机的涡轮机翼型件的涡轮机翼型件冷却系统，包括低压冷却系统和高压冷却系统。在至少一个实施例中，低压冷却系统可以是环境空气冷却系统，高压冷却系统可以是压缩机排气冷却系统。在至少一个实施例中，压缩机排气冷却系统与可以是定位在缓冲器内的缓冲器冷却系统的高压子系统连通。包括可移动空气供应管的传送系统可以用来分离低压和高压冷却子系统。传送系统可允许高压冷却空气被送至缓冲器冷却系统，与由低压冷却系统提供至涡轮机翼型件冷却系统的其它部分的低压冷却流体分离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对于联邦政府资助的研究或开发的声明本专利技术的开发由美国能源部先进涡轮机开发计划合同No.DEFC26-05NT42644部分支持。相应地，美国政府在本专利技术中可以具有某些权利。
本专利技术总体上涉及涡轮发动机，并更具体地涉及在燃气涡轮发动机中具有用于涡轮机翼型件的环境冷却空气的冷却流体运送系统。
技术介绍
燃气涡轮发动机典型地包括用于压缩空气的压缩机、用于混合已压缩空气和燃料并点燃混合物的燃烧器和用于产生动力的涡轮机动叶组件。燃烧器通常在可以超过2500华氏度的高温下运行。典型的涡轮机燃烧器的构造将涡轮机动叶组件暴露于这些高温。因此，涡轮机动叶（blade）和涡轮机静叶（vane）必须由能够经受此种高温的材料制成。涡轮机动叶、静叶和其它部件通常包含冷却系统，用于延长这些部件的寿命并减少由过高温度造成的失效的可能性。涡轮机静叶典型地从静叶载体径向向内延伸并在紧邻转子组件内终结，涡轮机动叶径向向外延伸并在紧邻静叶载体内终结。涡轮机静叶和动叶典型地包括定位在其内部部分的多个冷却通道，以从燃烧器废气获得的热量冷却静叶和动叶。一些大型涡轮机动叶也不例外并且也需要内部冷却系统。此外，大型涡轮机动叶（特别是更大型下游级）可以包括在邻近动叶之间延伸用于结构支撑的缓冲器。缓冲器可以包括内部冷却系统来冷却形成缓冲器的外部壁。随着发动机在越发增加的载荷下运转，存在提高传统冷却系统效率的用于涡轮机翼型件和缓冲器的新型冷却系统的需求。
技术实现思路
公开了用于燃气涡轮发动机的涡轮机翼型件的涡轮机翼型件冷却系统，包括低压冷却系统和高压冷却系统。在至少一个实施例中，低压冷却系统可以是环境空气冷却系统，高压冷却系统可以是压缩机排气冷却系统。在至少一个实施例中，压缩机排气冷却系统与可以是定位在缓冲器内的缓冲器冷却系统的高压子系统连通。包括可移动空气供应管的传送系统可以用来分离低压和高压冷却子系统。传送系统可允许高压冷却空气被送至缓冲器冷却系统，与由低压冷却系统提供至涡轮机翼型件冷却系统的其它部分的低压冷却流体分离。在至少一个实施例中，冷却系统可以将冷却流体从压缩机引导至缓冲器冷却系统以冷却缓冲器冷却系统，冷却系统可以将冷却流体从环境空气源引导至翼型件内的环境空气冷却系统以冷却所述翼型件的其它部分。缓冲器冷却系统可以与压缩机排气冷却系统连通，用于接收压缩机排气。缓冲器冷却系统可以被定位在缓冲器内并可以延伸至下部叶根槽（under root slot）。环境空气冷却系统可以与环境空气源流体连通，用于向翼型件冷却系统的除缓冲器冷却系统之外的部分提供环境空气。压缩机排气冷却系统可以与压缩机流体连通，用于向缓冲器冷却系统提供压缩机排气。如此，压缩机排气和环境空气在翼型件冷却系统中使用时保持分离。冷却系统可以被至少部分地定位在涡轮机翼型件中，所述涡轮机翼型件可由大体细长的中空翼型件形成，由外部壁形成，并具有前缘、后缘、压力侧、吸力侧、在所述翼型件的第一端部处的叶根和在与所述第一端部相对的第二端部处的叶尖，以及定位在大体细长的中空翼型件的内部部分内的翼型件冷却系统。涡轮机翼型件可以包括从形成大体细长的中空翼型件的外部壁向定位在包括所述大体细长的中空翼型件在内的一排翼型件内的邻近涡轮机翼型件延伸的缓冲器。冷却系统还可以包括定位在缓冲器内并延伸至下部叶根槽的缓冲器冷却系统。冷却系统可以包括环境空气冷却系统，所述环境空气冷却系统与环境空气源流体连通，用于在翼型件内提供环境空气到环境冷却系统。环境空气冷却系统可以由涡轮机翼型件内的一个或多个冷却通道的任何合适的构造形成。冷却系统还可以包括压缩机排气冷却系统，所述压缩机排气冷却系统与压缩机和缓冲器冷却系统流体连通，用于向缓冲器冷却系统提供压缩机排气。在至少一个实施例中，压缩机排气冷却系统可以与压缩机流体连通，所述压缩机向安装涡轮机翼型件的燃气涡轮发动机的涡轮机运送压缩机排气。压缩机可以被定位在涡轮机的上游和涡轮发动机的燃烧器的上游。在另一个实施例中，压缩机排气冷却系统可以与第二压缩机流体连通，所述第二压缩机不与安装涡轮机翼型件的燃气涡轮发动机的涡轮机流体连通。在至少一个实施例中，第二压缩机可以是外部压缩机风扇，所述的外部压缩机风扇在期望压缩进来的环境空气以冷却缓冲器时启动。第二压缩机可以是向安装涡轮机翼型件的燃气涡轮发动机的涡轮机运送压缩机排气的压缩机的补充。在至少一个实施例中，冷却系统可以包括定位在大体细长的翼型件的叶根径向内部的下部叶根槽和定位在大体细长的翼型件的叶根径向内部的压缩机空气歧管。压缩机空气歧管可以被定位在下部叶根槽径向内部，且定位在圆盘内。冷却系统还可以包括一个或多个可移动空气供应管，所述一个或多个可移动空气供应管具有在压缩机空气歧管内的入口和出口，所述出口在与大体细长的翼型件中的通道接合和不与通道接合之间可移动，其中，出口位于下部叶根槽内。可移动空气供应管还可以包括邻近入口定位的项圈，所述项圈适合于与形成压缩机空气歧管的内部壁配合，以在所述可移动空气供应管含有压缩机排气时将所述可移动空气供应管与所述压缩机空气歧管密封。可移动空气供应管的出口还可以包括斜切外部边缘，以促进可移动空气供应管接合大体细长的翼型件中的通道。在大体细长的翼型件中的通道和可移动空气供应管可以具有不与形成大体细长的中空翼型件的外部壁的内部表面接触的外部表面。在另一个实施例中，涡轮机翼型件可以包括与低压空气源流体连通且与在大体细长的中空翼型件内的翼型件冷却系统的低压子系统连通的低压空气冷却系统，以向翼型件冷却系统提供低压冷却空气。涡轮机翼型件还可以包括与高压空气源和翼型件冷却系统的高压冷却子系统流体连通的高压冷却系统，用于向高压冷却子系统提供高压冷却空气，其中高压冷却空气具有比低压冷却空气更高的压力。在至少一个实施例中，高压冷却子系统可以由缓冲器冷却系统形成。在至少一个实施例中，低压空气冷却系统可以是与环境空气源流体连通且与在大体细长的中空翼型件内的翼型件冷却系统连通以向翼型件冷却系统提供环境空气的环境空气冷却系统。高压冷却系统可以是与压缩机流体连通且与缓冲器冷却系统连通用于向缓冲器冷却系统提供压缩机排气的压缩机排气冷却系统。在另一个实施例中，如前文所阐述的，涡轮机翼型件可以包括大体细长的翼型件和翼型件冷却系统，以及低压空气冷却系统、高压空气冷却系统和至少一个可移动空气供应管，用于将高压空气冷却系统耦接到翼型件冷却系统的高压部分。可移动空气供应管可以具有在压缩机空气歧管内的入口和出口，所述出口在与大体细长的翼型件中的通道接合和不与通道接合之间可移动，其中，出口位于下部叶根槽内。涡轮机翼型件冷却系统的优点在于，低压冷却系统冷却涡轮机翼型件的一部分，同时不能被低压冷却系统充分冷却的涡轮机翼型件的剩余部分被高压冷却系统冷却。如此，冷却涡轮机翼型件需要的高压空气量减少，从而减少使用由压缩机或者涡轮发动机的其它部件产生的高压空气的低效性。下文更详细地描述这些和其它实施例。附图说明附图包含于说明书并形成说明书的一部分，其说明目前公开专利技术的实施例并与说明书一起公开本专利技术的原理。图1是具有冷却系统的涡轮发动机的示意图，所述冷却系统由提供压缩机排气的压缩机排气冷却系统和给缓冲器冷却系统提供环境空气的环境空气冷却系统形成。图2是包括具有缓冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮机翼型件，包括：大体细长的中空翼型件，由外部壁形成，并具有前缘、后缘、压力侧、吸力侧、在所述翼型件的第一端部处的叶根和在与所述第一端部相对的第二端部处的叶尖、以及定位在大体细长的中空翼型件的内部部分内的翼型件冷却系统；缓冲器，从形成大体细长的中空翼型件的外部壁向定位在包括所述大体细长的中空翼型件在内的一排翼型件内的邻近涡轮机翼型件延伸；定位在缓冲器内并延伸至下部叶根槽的缓冲器冷却系统；与环境空气源流体连通且与在大体细长的中空翼型件内的翼型件冷却系统连通的环境空气冷却系统，以向翼型件冷却系统提供环境空气；和与压缩机和缓冲器冷却系统流体连通的压缩机排气冷却系统，用于向缓冲器冷却系统提供压缩机排气。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.07 US 14/2001681.一种涡轮机翼型件，包括：大体细长的中空翼型件，由外部壁形成，并具有前缘、后缘、压力侧、吸力侧、在所述翼型件的第一端部处的叶根和在与所述第一端部相对的第二端部处的叶尖、以及定位在大体细长的中空翼型件的内部部分内的翼型件冷却系统；缓冲器，从形成大体细长的中空翼型件的外部壁向定位在包括所述大体细长的中空翼型件在内的一排翼型件内的邻近涡轮机翼型件延伸；定位在缓冲器内并延伸至下部叶根槽的缓冲器冷却系统；与环境空气源流体连通且与在大体细长的中空翼型件内的翼型件冷却系统连通的环境空气冷却系统，以向翼型件冷却系统提供环境空气；和与压缩机和缓冲器冷却系统流体连通的压缩机排气冷却系统，用于向缓冲器冷却系统提供压缩机排气。2.如权利要求1所述的涡轮机翼型件，其中，与压缩机排气冷却系统流体连通的压缩机向安装涡轮机翼型件的燃气涡轮发动机的涡轮机运送压缩机排气。3.如权利要求1所述的涡轮机翼型件，其中，与压缩机排气冷却系统流体连通的压缩机是不与安装涡轮机翼型件的燃气涡轮发动机的涡轮机流体连通的第二压缩机。4.如权利要求1所述的涡轮机翼型件，还包括定位在大体细长的翼型件的叶根径向内部的下部叶根槽和定位在大体细长的翼型件的叶根径向内部的压缩机空气歧管。5.如权利要求4所述的涡轮机翼型件，其中，压缩机空气歧管在圆盘内被定位在下部叶根槽径向内部。6.如权利要求5所述的涡轮机翼型件，还包括至少一个可移动空气供应管，所述至少一个可移动空气供应管具有在压缩机空气歧管内的入口和出口，所述出口在与大体细长的翼型件中的通道接合和不与通道接合之间可移动，其中，出口位于下部叶根槽内。7.如权利要求6所述的涡轮机翼型件，其中，至少一个可移动空气供应管还包括邻近入口定位的项圈，适合于与形成压缩机空气歧管的内部壁配合，以在所述至少一个可移动空气供应管含有压缩机空气时将所述至少一个可移动空气供应管与所述压缩机空气歧管密封。8.如权利要求7所述的涡轮机翼型件，其中，至少一个可移动空气供应管的出口还包括斜切外部边缘，以促进至少一个可移动空气供应管接合大体细长的翼型件中的通道。9.一种涡轮机翼型件，包括：大体细长的中空翼型件，由外部壁形成，并具有前缘、后缘、压力侧、吸力侧、在所述翼型件的第一端部处的叶根和在与所述第一端部相对的第二端部处的叶尖、以及定位在大体细长的中空翼型件内部部分内的翼型件冷却系统；缓冲器，从形成大体细长的中空翼型件的外部壁向定位在包括所述大体细长的中空翼型件在内的一排翼型件内的邻近涡轮机翼型件延伸；定位在缓冲器内并延伸至下部叶根槽的缓冲器冷却系统；与低压空气源流体连通且与在大体细长的中空翼型件内的翼型件冷却系统的低压子系统连通的低压空气冷却系统，以向翼型件冷却系统提供低压冷却空气；和与高压空气源和翼型件冷却系统的缓冲器冷却系统流体连通的高压冷却系统，用于向缓冲器冷却系统提供高压冷却空气，其中，高压冷却空气具有比低压冷却空气更高的压力。10.如权利要求9所述的涡轮机翼型件，其中，低压空气冷却系统是与环境空气源流体...

【专利技术属性】
技术研发人员：JH马什，CA斯克里布纳，SJ梅斯曼，
申请(专利权)人：西门子能源公司，
类型：发明
国别省市：美国;US