用于涡轮转子叶片末端的构造制造技术

一种用于燃气涡轮系统的涡轮的转子叶片。转子叶片可包括：包括限定外周的压力侧壁和吸入侧壁的翼型件，其中翼型件的压力侧壁和吸入侧壁沿前缘和后缘连接；限定翼型件的外径向端的末端，其中末端包括外侧突出轨道在其上限定末端腔的盖；以及形成为穿过轨道的后区段的轨道间隙。

【技术实现步骤摘要】

本申请大体上涉及燃气涡轮转子叶片的末端的设计。更具体而言，但不经由限制，本申请涉及提高空气动力和冷却性能的转子叶片末端的构造。
技术介绍
在燃气涡轮发动机中，公知的是空气在压缩机中加压，并且用于在燃烧器中燃烧燃料来生成热燃烧气体流，因此此类气体向下游流过一个或更多个涡轮，以使能量可从其抽取。根据此类涡轮，大体上，成排的沿周向间隔的转子叶片从支承转子盘沿径向向外延伸。各个叶片典型地包括容许叶片在形成于转子盘中的对应槽口中组装和拆卸的根部，以及沿径向向外方向远离根部延伸的翼型件。翼型件具有大体上凹形的压力侧和大体上凸形的吸入侧，它们在对应的前缘与后缘之间沿轴向延伸，并且在根部与末端之间沿径向延伸。将理解的是，叶片末端与径向外涡轮护罩紧密间隔，用于最小化在涡轮叶片之间向下游流动的燃烧气体在其间的泄漏。发动机的最大效率通过使末端空隙或间隙最小化，使得防止了泄漏来获得，但该策略由转子叶片与涡轮护罩之间的不同热和机械膨胀和收缩率，以及在操作期间避免具有相对于护罩的过度末端摩擦的非合乎需要情况的动机略微限制。由于涡轮叶片浸泡在热燃烧气体中，故需要有效冷却来确保零件使用寿命。典型地，叶片翼型件为中空的，并且设置成与压缩机流动连通，以使从其放出的加压空气的一部分接收用于在冷却翼型件时使用。转子叶片的某些区中的翼型件冷却相当复杂，并且可使用各种形式的内部冷却通道和特征，以及用于排放冷却空气的穿过翼型件的外壁的冷却出口来使用。然而，翼型件末端特别难以冷却，因为它们直接定位在涡轮护罩附近，并且由流过末端间隙的热燃烧气体加热。因此，在叶片的翼型件内导送的空气的一部分典型地排放穿过末端用于其冷却。将认识到的是，常规叶片末端设计包括意在防止泄漏和增大冷却效力，以及改进空气动力性能和减少混合损失的若干不同的几何形状和构造。然而，常规叶片末端冷却设计，特别是具有\凹槽状末端\设计的那些设计具有某些缺点，包括压缩机旁通空气的不充分使用，这降低了设备效率。结果，增大引导至该区域的冷却剂的总体效力的改进的涡轮叶片末端设计将是高度期望的。
技术实现思路
因此，本申请描述了一种用于燃气涡轮系统的涡轮的转子叶片。转子叶片可包括：包括限定外周的压力侧壁和吸入侧壁的翼型件，其中翼型件的压力侧壁和吸入侧壁沿前缘和后缘连接；限定翼型件的外径向端的末端，其中末端包括外侧突出轨道在其上限定末端腔的盖；以及形成为穿过轨道的后区段的轨道间隙。技术方案1.一种用于燃气涡轮系统的涡轮的转子叶片，所述转子叶片包括翼型件，其包括限定外周的压力侧壁和吸入侧壁；其中所述翼型件的所述压力侧壁和吸入侧壁沿前缘和后缘连接，并且在根部与末端之间沿径向延伸；其中所述末端限定所述翼型件的外径向端，所述末端包括外侧突出轨道从其限定末端腔的盖；其中所述翼型件包括定位在所述翼型件的所述末端附近的小翼，并且其中轨道间隙形成为穿过所述轨道的后区段。技术方案2.根据技术方案1所述的转子叶片，其特征在于，所述轨道包括分别对应于所述翼型件的所述压力侧壁和所述吸入侧壁的压力轨道和吸入轨道；其中所述小翼形成在所述吸入侧壁上；并且其中所述轨道间隙形成为穿过所述吸入轨道。技术方案3.根据技术方案2所述的转子叶片，其特征在于，所述吸入轨道包括截头轨道，其在所述翼型件的所述前缘附近的位置与从所述翼型件的所述后缘迁移预定距离的位置之间延伸，所述预定距离对应于所述轨道间隙的宽度；其中所述压力轨道包括不间断轨道，其在所述翼型件的所述前缘附近的位置与所述翼型件的所述后缘附近的位置之间连续地延伸；并且其中所述小翼包括其中所述吸入侧壁相对于所述径向方向向外成角的所述翼型件的径向区段。技术方案4.根据技术方案2所述的转子叶片，其特征在于，所述吸入轨道包括截头轨道，其在所述翼型件的所述前缘处的位置与从所述翼型件的所述后缘迁移预定距离的位置之间延伸，所述预定距离对应于所述轨道间隙的宽度；并且其中所述压力轨道包括不间断轨道，其在所述翼型件的所述前缘处的位置与所述翼型件的所述后缘处的位置之间连续地延伸；并且其中所述小翼包括其中所述吸入侧壁相对于所述径向方向向外成角的所述翼型件的径向区段。技术方案5.根据技术方案4所述的转子叶片，其特征在于，所述吸入轨道和所述压力轨道在所述翼型件的所述前缘处连接；其中所述小翼构造成使得所述末端腔在所述末端腔沿外侧方向在所述盖与所述轨道的外侧轨道表面之间延伸时加宽；其中所述轨道间隙限定在前边界与后边界之间，其中：所述轨道间隙的所述前边界包括所述截头吸入轨道的后端；并且所述轨道间隙的所述后边界包括所述不间断压力轨道的后端。技术方案6.根据技术方案5所述的转子叶片，其特征在于，所述压力轨道沿与所述压力侧壁的轮廓近似对准的路径从所述翼型件的所述前缘向后延伸；并且其中所述吸入轨道沿与所述吸入侧壁的轮廓近似对准的路径从所述翼型件的所述前缘向后延伸。技术方案7.根据技术方案6所述的转子叶片，其特征在于，所述盖构造成沿轴向且沿周向延伸，以将所述吸入侧壁的外径向边缘连接于所述压力侧壁的外径向边缘；并且其中所述轨道设置在所述盖的外周处。技术方案8.根据技术方案7所述的转子叶片，其特征在于，所述转子叶片还包括：限定成穿过所述翼型件的冷却通路；以及与所述冷却通路流体连通的出口端口，所述出口端口设置成穿过所述翼型件的所述盖、所述压力侧壁和所述吸入侧壁中的至少一个。技术方案9.根据技术方案8所述的转子叶片，其特征在于，所述冷却通路构造用于在操作期间使冷却剂循环穿过所述翼型件的内部，所述冷却通路在形成为穿过所述转子叶片的所述根部的连接通道与同所述出口端口中的各个的连接之间沿径向延伸；并且其中所述末端包括凹槽状末端。技术方案10.根据技术方案8所述的转子叶片，其特征在于，所述盖形成所述末端腔的底板；其中所述盖包括多个所述出口端口，所述多个出口端口形成为穿过所述盖的厚度，以便将从其排出的冷却剂引导到形成于所述盖上的所述末端腔中；并且其中所述压力侧壁包括多个所述出口端口。技术方案11.根据技术方案5所述的转子叶片，其特征在于，所述轨道包括面向内并且限定所述末端腔的内轨道表面、与所述内轨道表面相对以便面向外的外轨道表面，以及沿向外方向面向的外侧轨道表面；并且其中所述轨道间隙包括：穿过所述轨道的厚度的间隙，其从形成在所述外轨道表面上的开口延伸至形成在所述内轨道表面上的开口；以及从与所述末端盖的外侧表面近似共面的内侧边界沿径向延伸的间隙。技术方案12.根据技术方案2所述的转子叶片，其特征在于，所述轨道间隙包括从所述吸入轨道截头的区段。技术方案13.根据技术方案12所述的转子叶片，其特征在于，从所述吸入轨道截头的所述区段包括在所述吸入轨道的弦向长度的0%到40%之间。技术方案14.根据技术方案12所述的转子叶片，其特征在于，从所述吸入轨道截头的所述区段包括在所述吸入轨道的弦向长度的10%到30%之间。技术方案15.根据技术方案12所述的转子叶片，其特征在于，从所述吸入轨道截头的所述区段包括所述吸入轨道的弦向长度的近似20%。技术方案16.根据技术方案14所述的转子叶片，其特征在于，所述小翼包括其中所述吸入侧壁相对于所述径向方向向外成角的所述翼型件的径向区段。技术方案17.根据技术方案16所述的转子叶片，其特征在于，所述小翼包括所述翼型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃气涡轮系统的涡轮的转子叶片，所述转子叶片包括翼型件，其包括限定外周的压力侧壁和吸入侧壁；其中所述翼型件的所述压力侧壁和吸入侧壁沿前缘和后缘连接，并且在根部与末端之间沿径向延伸；其中所述末端限定所述翼型件的外径向端，所述末端包括外侧突出轨道从其限定末端腔的盖；其中所述翼型件包括定位在所述翼型件的所述末端附近的小翼，并且其中轨道间隙形成为穿过所述轨道的后区段。

【技术特征摘要】
2015.09.02 US 14/8430691.一种用于燃气涡轮系统的涡轮的转子叶片，所述转子叶片包括翼型件，其包括限定外周的压力侧壁和吸入侧壁；其中所述翼型件的所述压力侧壁和吸入侧壁沿前缘和后缘连接，并且在根部与末端之间沿径向延伸；其中所述末端限定所述翼型件的外径向端，所述末端包括外侧突出轨道从其限定末端腔的盖；其中所述翼型件包括定位在所述翼型件的所述末端附近的小翼，并且其中轨道间隙形成为穿过所述轨道的后区段。2.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，所述轨道包括分别对应于所述翼型件的所述压力侧壁和所述吸入侧壁的压力轨道和吸入轨道；其中所述小翼形成在所述吸入侧壁上；并且其中所述轨道间隙形成为穿过所述吸入轨道。3.根据权利要求2所述的转子叶片，其特征在于，所述吸入轨道包括截头轨道，其在所述翼型件的所述前缘附近的位置与从所述翼型件的所述后缘迁移预定距离的位置之间延伸，所述预定距离对应于所述轨道间隙的宽度；其中所述压力轨道包括不间断轨道，其在所述翼型件的所述前缘附近的位置与所述翼型件的所述后缘附近的位置之间连续地延伸；并且其中所述小翼包括其中所述吸入侧壁相对于所述径向方向向外成角的所述翼型件的径向区段。4.根据权利要求2所述的转子叶片，其特征在于，所述吸入轨道包括截头轨道，其在所述翼型件的所述前缘处的位置与从所述翼型件的所述后缘迁移预定距离的位置之间延伸，所述预定距离对应于所述轨道间隙的宽度；并且其中所述压力轨道包括不间断轨道，其在所述翼型件的所述前缘处的位置与所述翼型件的所述后缘处的位置之间连续地延伸；并且其中所述小翼包括其中所述吸入侧壁相对于所述径向方向向外成角的所述翼型件的径向区段。...

【专利技术属性】
技术研发人员：R舒罕，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