具有非约束性流动转向引导结构的涡轮叶片制造技术

一种涡轮叶片，该涡轮叶片包括压力侧壁(24)和吸力侧壁(26)、以及至少一个分隔肋(34)，该至少一个分隔肋在压力侧壁(24)与吸力侧壁(26)之间延伸以限定曲折的冷却路径(35)，曲折的冷却路径具有在翼型(12)内在展向方向(S)上延伸的相邻的冷却通道(36a、36b、36c)。流动转向引导结构(50)围绕所述至少一个分隔肋(34)的端部延伸，并且流动转向引导结构包括从压力侧壁(24)延伸至冷却路径中的压力侧壁(24)与吸力侧壁(26)之间的侧向位置的第一元件(52)以及从吸力侧壁(26)延伸至冷却路径中的压力侧壁(24)与吸力侧壁(26)之间的侧向位置的第二元件(54)。第一元件(52)和第二元件(54)包括在侧向位置处彼此侧向交叠的相应的远端边缘(52d、54d)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有非约束性流动转向引导结构的涡轮叶片关于联邦资助研究的声明本专利技术的研发部分地得到由美国能源部授予的合同No.DE-FC26-05NT42644的支持。因此，在该专利技术中美国政府对本专利技术会享有一定的权利。
该专利技术总体上涉及涡轮叶片，更具体地涉及具有冷却回路以引导冷却空气通过叶片翼型的涡轮叶片。
技术介绍
常规的燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩机对向燃烧器供应的外界空气进行压缩，被压缩的空气与燃料在燃烧器中结合并且点燃混合物，从而产生形成热工作气体的燃烧产物。工作气体供应至涡轮，其中，气体通过多排成对的静止轮叶和旋转叶片。旋转叶片联结至轴及盘组件。当工作气体膨胀通过涡轮时，工作气体使叶片旋转，并且因此使轴及盘组件旋转。由于涡轮叶片暴露于热工作气体，因而涡轮叶片必须由能够承受如此高的温度的材料制造。此外，涡轮叶片通常包含冷却系统以延长叶片的寿命并减小由过高的温度造成的故障的可能性。通常，涡轮叶片包括根部、平台和从平台向外延伸的翼型。翼型通常由梢部、前缘和后缘组成。大部分叶片通常包含形成冷却系统的内部冷却通道。叶片中的冷却通道可以接纳来自于涡轮发动机的压缩机的冷却空气并且使空气通过叶片。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供了一种涡轮叶片，该涡轮叶片包括翼型，翼型包括在叶片平台与叶片梢部之间沿展向延伸的外壁。外壁包括压力侧壁和吸力侧壁，并且压力侧壁和吸力侧壁在翼型的弦向间隔开的前缘和后缘处接合在一起。在压力侧壁与吸力侧壁之间延伸有至少一个分隔肋以限定曲折的冷却路径，曲折的冷却路径具有在叶片平台与叶片梢部之间在展向方向上延伸的相邻的冷却通道。流动转向引导结构在相邻的冷却通道中的每个冷却通道之间围绕所述至少一个分隔肋的端部延伸。流动转向引导结构包括：第一元件，第一元件从压力侧壁延伸至冷却路径中的压力侧壁与吸力侧壁之间的侧向位置；第二元件，第二元件从吸力侧壁延伸至冷却路径中的压力侧壁与吸力侧壁之间的侧向位置；其中，第一元件和第二元件包括在侧向位置处彼此侧向交叠的相应的远端边缘。流动转向引导结构可以包括与所述至少一个分隔肋径向对准的中央部段，并且在中央部段处、在第一元件与第二元件之间可以限定径向间隙。侧向交叠量与第一元件和第二元件之间的径向间隙的比率可以在25％至100％的范围内。中央部段可以包括弓形形状。流动转向引导结构可以包括位于中央部段的相反两端处的端部部段，其中，端部部段可以与相邻通道中的相应的通道对准。第一元件和第二元件可以弦向地彼此间隔开以沿着端部部段中的每个端部部段的展向部段限定弦向间隙。冷却路径中的第一元件和第二元件侧向地交叠的位置可以是压力侧壁与吸力侧壁之间的中间位置。所述至少一个分隔肋可以是使与前缘相邻的第一冷却通道与第一冷却通道下游的第二冷却通道分开的第一分隔肋，并且流动转向引导结构可以位于第一分隔肋的径向外端部与叶片梢部之间。第二分隔肋可以设置成将第二冷却通道与第二冷却通道下游的第三冷却通道分开，并且另一流动转向引导结构可以设置成围绕第二分隔肋的径向内端部延伸，其中，第二流动转向引导结构可以包括：第三元件，第三元件从压力侧壁延伸至冷却路径中的压力侧壁与吸力侧壁之间的第二侧向位置；第四元件，第四元件从吸力侧壁延伸至冷却路径中的压力侧壁与吸力侧壁之间的第二侧向位置；其中，第三元件和第四元件包括在第二侧向位置处彼此侧向交叠的相应的远端边缘。第二流动转向引导结构可以包括弓形的中央部段，该弓形的中央部段具有与第二冷却通道和第三冷却通道中的相应的冷却通道对准的端部部段，并且其中，与第三冷却通道对准的端部部段可以穿过第三冷却通道延伸翼型的展向高度的至少约30％。根据本专利技术的另一方面，提供了一种涡轮叶片，该涡轮叶片设置成包括翼型，翼型包括在叶片平台与叶片梢部之间沿展向延伸的外壁。外壁包括压力侧壁和吸力侧壁，压力侧壁和吸力侧壁在翼型的弦向间隔开的前缘和后缘处接合在一起。在压力侧壁与吸力侧壁之间延伸有至少一个分隔肋以限定曲折的冷却路径，曲折的冷却路径具有在叶片平台与叶片梢部之间在展向方向上延伸的相邻的冷却通道。流动转向引导结构围绕所述至少一个分隔肋的端部延伸以将冷却流体流从一个冷却通道引导至另一冷却通道。流动转向引导结构包括第一元件和第二元件，第一元件和第二元件分别从压力侧壁和吸力侧壁朝向彼此延伸，其中，第一元件和第二元件的总侧向高度比在元件的对应位置处、压力侧壁与吸力侧壁之间的流动路径的宽度大。流动转向引导结构的长度可以沿着穿过流动路径并绕过所述至少一个分隔肋的端部的冷却流体流的方向延伸，并且第一元件与第二元件之间的间隙可以限定成横向于侧向高度方向和冷却流体流动方向两者。第一元件和第二元件可以包括沿着流动转向引导结构的长度在侧向高度方向上彼此交叠的相应的远端边缘。侧向交叠量与第一元件和第二元件之间的间隙的比率可以在25％至100％的范围内。第一元件和第二元件的远端边缘可以在压力侧壁与吸力侧壁之间的中间位置处交叠。流动转向引导结构可以包括与所述至少一个分隔肋径向对准的弓形的中央部段，并且第一元件可以相对于第二元件径向地移置以在中央部段处、在第一元件与第二元件之间限定径向间隙。流动转向引导结构可以包括位于中央部段的相反两端处的端部部段，其中，端部部段可以与相邻通道中的相应的通道对准。第一元件和第二元件可以弦向地彼此间隔开以沿着端部部段中的每个端部部段的展向部段限定弦向间隙。根据本专利技术的另一方面，提供了一种气冷式涡轮叶片，该气冷式涡轮叶片包括翼型，翼型包括在叶片平台与叶片梢部之间沿展向延伸的外壁。外壁包括压力侧壁和吸力侧壁，压力侧壁和吸力侧壁在翼型的弦向间隔开的前缘和后缘处接合在一起。在压力侧壁与吸力侧壁之间延伸有至少一个分隔肋以限定曲折的冷却路径，曲折的冷却路径具有在叶片平台与叶片梢部之间在展向方向上延伸的相邻的冷却通道。流动转向引导结构围绕所述至少一个分隔肋的端部延伸以将冷却流体流从一个冷却通道引导至另一冷却通道。流动转向引导结构包括第一元件和第二元件，第一元件和第二元件分别从压力侧壁和吸力侧壁沿侧向高度方向朝向彼此延伸。第一元件和第二元件限定流动引导结构的与所述至少一个分隔肋径向对准的弓形的中央部段，其中，第一元件相对于第二元件径向地移置以在中央部段处、在第一元件与第二元件之间限定径向间隙，并且第一元件和第二元件限定位于中央部段的相反两端处的端部部段，其中，端部部段与相邻通道中的相应的通道对准。流动转向引导结构的长度可以沿着穿过流动路径并绕过所述至少一个分隔肋的端部的冷却流体流的方向延伸，并且第一元件和第二元件可以包括沿着流动转向引导结构的长度在侧向高度方向上彼此交叠的相应的远端边缘。附图说明虽然本说明书以特别地指出并清楚地声明了本专利技术的权利要求作为总结，但是应当相信的是，本专利技术将从结合附图的以下描述中被更好地理解，在附图中，相同的附图标记指代相同的元件，并且在附图中：-图1是在轴向平面中沿弦向轴线截取的正视截面图，该正视截面图示出了本专利技术的各方面；-图2是沿着图1中的线2-2截取的截面图；-图2A是图2中所示的引导结构的一部分的放大视图；-图3是沿着图1中的线3-3截取的截面图；-图4是沿着图1中的线4-4截取的截面图；-图5A是沿着图1中的线5A-5A截取的截面图；-图5B是沿着图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮叶片，包括：翼型，所述翼型包括在叶片平台与叶片梢部之间沿展向延伸的外壁，所述外壁包括压力侧壁和吸力侧壁，所述压力侧壁和所述吸力侧壁在所述翼型的弦向间隔开的前缘和后缘处接合在一起；至少一个分隔肋，所述至少一个分隔肋在所述压力侧壁与所述吸力侧壁之间延伸以限定曲折的冷却路径，所述冷却路径具有在所述叶片平台与所述叶片梢部之间在展向方向上延伸的相邻的冷却通道；流动转向引导结构，所述流动转向引导结构在相邻的冷却通道中的各个冷却通道之间围绕所述至少一个分隔肋的端部延伸，所述流动转向引导结构包括：第一元件，所述第一元件从所述压力侧壁延伸至所述冷却路径中的所述压力侧壁与所述吸力侧壁之间的侧向位置；第二元件，所述第二元件从所述吸力侧壁延伸至所述冷却路径中的所述压力侧壁与所述吸力侧壁之间的所述侧向位置；其中，所述第一元件和所述第二元件包括在所述侧向位置处彼此侧向交叠的相应的远端边缘。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涡轮叶片，包括：翼型，所述翼型包括在叶片平台与叶片梢部之间沿展向延伸的外壁，所述外壁包括压力侧壁和吸力侧壁，所述压力侧壁和所述吸力侧壁在所述翼型的弦向间隔开的前缘和后缘处接合在一起；至少一个分隔肋，所述至少一个分隔肋在所述压力侧壁与所述吸力侧壁之间延伸以限定曲折的冷却路径，所述冷却路径具有在所述叶片平台与所述叶片梢部之间在展向方向上延伸的相邻的冷却通道；流动转向引导结构，所述流动转向引导结构在相邻的冷却通道中的各个冷却通道之间围绕所述至少一个分隔肋的端部延伸，所述流动转向引导结构包括：第一元件，所述第一元件从所述压力侧壁延伸至所述冷却路径中的所述压力侧壁与所述吸力侧壁之间的侧向位置；第二元件，所述第二元件从所述吸力侧壁延伸至所述冷却路径中的所述压力侧壁与所述吸力侧壁之间的所述侧向位置；其中，所述第一元件和所述第二元件包括在所述侧向位置处彼此侧向交叠的相应的远端边缘。2.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中，所述流动转向引导结构包括与所述至少一个分隔肋径向对准的中央部段，并且在所述中央部段处、在所述第一元件与所述第二元件之间限定径向间隙。3.根据权利要求2所述的涡轮叶片，其中，侧向交叠量与所述第一元件和所述第二元件之间的所述径向间隙的比率在25％至100％的范围内。4.根据权利要求2所述的涡轮叶片，其中，所述中央部段包括弓形形状。5.根据权利要求2所述的涡轮叶片，其中，所述流动转向引导结构包括位于所述中央部段的相反两端处的端部部段，其中，所述端部部段与相邻通道中的相应的通道对准。6.根据权利要求4所述的涡轮叶片，其中，所述第一元件和所述第二元件弦向地彼此间隔开以沿着所述端部部段中的各个端部部段的展向部段限定弦向间隙。7.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中，所述冷却路径中的所述第一元件和所述第二元件侧向地交叠的位置是所述压力侧壁与所述吸力侧壁之间的中间位置。8.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中，所述至少一个分隔肋是将与所述前缘相邻的第一冷却通道与所述第一冷却通道下游的第二冷却通道分开的第一分隔肋，并且所述流动转向引导结构位于所述第一分隔肋的径向外端部与所述叶片梢部之间。9.根据权利要求8所述的涡轮叶片，包括将所述第二冷却通道与所述第二冷却通道下游的第三冷却通道分开的第二分隔肋，并且包括围绕所述第二分隔肋的径向内端部延伸的另一流动转向引导结构，其中，所述第二流动转向引导结构包括：第三元件，所述第三元件从所述压力侧壁延伸至所述冷却路径中的所述压力侧壁与所述吸力侧壁之间的第二侧向位置；第四元件，所述第四元件从所述吸力侧壁延伸至所述冷却路径中的所述压力侧壁与所述吸力侧壁之间的所述第二侧向位置；其中，所述第三元件和所述第四元件包括在所述第二侧向位置处彼此侧向交叠的相应的远端边缘。10.根据权利要求9所述的涡轮叶片，其中，所述第二流动转向引导结构包括弓形的中央部段，所述弓形的中央部段具有与所述第二冷却通道和所述第三冷却通道中相应的冷却通道对准的端部部段，并且其中，与所述第三冷却通道对准的端部部段穿过所述第三冷却通道延伸所述翼型的展向高度的至少约30％。11.一种涡轮叶片，包括：翼型，所述翼型包括在叶片平台与叶片梢部之间沿展向延伸的外壁，所述外壁包括压力侧壁和吸力侧壁，所述压力侧壁和所述吸力侧壁在所述翼型的弦向间隔开的前缘和后缘处接合在一起；至少一个分隔肋，所述至少一个分隔肋在所述压力侧壁与所述吸力侧壁之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：李经邦，周岳琨，阿莱尔·科菲，史蒂文·克斯特，
申请(专利权)人：西门子能源有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US