涡轮叶片中的冷却布置制造技术

一种用于燃气涡轮(10)的涡轮(12)的转子叶片包括翼型件(25)。翼型件(25)可具有前缘(28)、后缘(29)、外侧(31)和内侧端，内侧端附接到构造成将转子叶片联接到转子盘的根部(21)上。翼型件(25)可具有冷却构造，其包括用于穿过翼型件(25)接收和引导冷却剂的长形冷却通道(33)。转子叶片还可包括：连接到翼型件(25)上的末梢护罩(55)；穿过与冷却通道流体连通的末梢护罩(55)的外侧面(60)形成的出口端口(37)；以及形成在末梢护罩(55)的外侧表面(60)上的流引导结构。流引导结构可关于出口端口(37)定位，且构造成引导从出口端口(37)排放的冷却剂流。转子叶片可用于降低局部末梢护罩温度，以及通过减少将构件保持在期望温度水平所需的冷却剂供应来改进级空气动力效率。

Cooling arrangement in turbine blade

A rotor blade for a gas turbine (10) turbine (12) includes an airfoil (25). The airfoil (25) can have the front edge (28), the rear edge (29), the outside (31) and the inner end. The inner end is attached to the rotor blade to connect the rotor to the root of the rotor (21). The airfoil (25) may have a cooling structure including a long cooling channel (33) for receiving and guiding coolant through the airfoil (25). The rotor blade can also include a tip shield (55) connected to the airfoil (25); an outlet port (37) formed through the outer side (60) of the end shield (55) connected with the cooling channel fluid, and a flow guide structure formed on the outer surface (60) of the tip shield (55). The flow guiding structure can be positioned on the outlet port (37) and configured to guide the coolant flow discharged from the outlet port (37). Rotor blades can be used to reduce the temperature of the local tip shield, and to improve the aerodynamic efficiency by reducing the coolant supply required to keep the components at the desired temperature level.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涡轮叶片中的冷却布置
本申请涉及燃气涡轮发动机中的叶片的内部冷却通道和构造。更具体而言，但不通过限制方式，本申请涉及在涡轮转子叶片的外径向末梢附近形成的内部冷却通道和构造。
技术介绍
将认识到的是，燃烧或燃气涡轮发动机("燃气涡轮")包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩机和涡轮区段大体上包括沿轴向按级堆叠的成排的叶片。各级均包括固定的成排的沿周向间隔开的定子叶片，以及围绕中心涡轮轴线或轴旋转的成排的转子叶片。在操作中，大体上，压缩机转子叶片围绕轴旋转，且与定子叶片一齐作用来压缩空气流。压缩空气供应然后用于燃烧器中来燃烧供应燃料。来自燃烧的所得的热膨胀气流(即，工作流体)膨胀穿过发动机的涡轮区段。工作流体流过涡轮引起转子叶片旋转。转子叶片连接到中心轴上，使得转子叶片的旋转使轴旋转。以此方式，包含在燃料中的能量转变成旋转轴的机械能，其例如可用于使压缩机的转子叶片旋转，使得产生用于燃烧所需的压缩空气供应，且旋转发电机的线圈，使得生成电功率。在操作期间，由于热气体路径的极端温度、工作流体的速度、以及发动机的转速，涡轮内的叶片变得由于极端机械和热负载而受到较高应力。对于能源的日益增长的需求使得更高效的燃气涡轮的设计是一直且显著的目标。尽管用于提高燃气涡轮的效率的若干策略是已知的，但其仍是挑战性的目标，因为例如包括增大发动机大小、提高穿过热气体路径的温度和提高转子叶片的转速的此类备选方案大体上对已经受到较高应力的部分施加额外的应变。结果，减小置于涡轮叶片上的操作应力且允许涡轮叶片更好经得起这些应力或更高效操作的改进的设备、方法和/或系统有很大需求。缓解叶片上的热应力的一个策略是通过在操作期间主动地冷却它们。例如，此类冷却可允许叶片经得起较高燃烧温度，经得起高操作温度下的较大机械应力，和/或延长叶片的零件寿命，它们所有都可允许燃气涡轮在其操作中成本效益更划算且高效。在操作期间冷却叶片的一种方式是通过使用内部冷却通路、通道或回路。大体上，这涉及传递相对较冷的压缩空气供应，这可由燃气涡轮的压缩机经由叶片内的内部冷却通道供应。出于许多原因，如将认识到的那样，这些内部冷却通道构造的设计和制造需要较大关注。首先，冷却空气的使用是有成本的。即，从压缩机转移至发动机的涡轮区段来用于冷却的空气绕过燃烧器，且因此降低发动机的效率。其次，较新的更积极的成形空气动力叶片构造较薄且更弯曲或扭曲，这需要冷却通道更好表现，同时具有紧凑设计。第三，为了减小机械负载，冷却通道可形成为从叶片除去不需要的重量；然而，叶片将必须保持较强以经得起极端的机械负载。因此，冷却通道必须设计成使得涡轮叶片是轻量的，但仍很稳健，同时还限制应力集中和/或有效冷却此类集中不可避免的那些区域。第四，冷却构造可构造成使得流出叶片的冷却剂加强高效冷却。具体而言，由于从冷却通道流出的冷却剂干扰穿过气体通路的流，它引起空气动力损耗。此外，其一旦释放(即，在叶片的外表面上)，则冷却剂释放的方式可影响冷却效果。因此，释放冷却剂以便空气动力损耗最小化同时冷却高效性提高的冷却构造是期望的。因此，以促进结构稳健性、构件寿命和冷却剂高效使用的方式满足这些若干竞争性标准的冷却构造是商业上需要的。
技术实现思路
因此，本申请描述了一种用于燃气涡轮的涡轮区段的转子叶片。转子叶片可具有翼型件，其包括前缘、后缘、外侧末梢和内侧端。在内侧端处，翼型件可附接到根部上，根部构造成用于将涡轮叶片联接到转子盘上。翼型件可具有内部冷却构造，其包括用于穿过翼型件接收和引导冷却剂的长形冷却通道。转子叶片还可包括：连接到翼型件的外侧末梢上的末梢护罩；穿过与冷却通道流体连通的末梢护罩的外侧面限定的出口端口；以及形成在末梢护罩的外侧表面上的流引导结构。流引导结构可关于出口端口定位，且构造成引导从出口端口排放的冷却剂。本专利技术的这些及其他特征将在结合附图和所附权利要求时查阅优选实施例的以下详细描述时变得更加清楚。附图说明通过连同附图仔细研究本专利技术的示例性实施例的以下更详细的描述，将更完整地理解和认识到本专利技术的这些和其他特征，在附图中：图1为可在其中使用根据本申请的实施例的叶片的示例性燃气涡轮的示意表达；图2为图1的燃气涡轮的压缩机区段的截面视图；图3为图1的燃气涡轮的涡轮区段的截面视图；图4为可在其中使用本专利技术的实施例的示例性涡轮转子叶片的侧视图；图5为沿图4的视线5-5的截面视图；图6为沿图4的视线6-6的截面视图；图7为沿图4的视线7-7的截面视图；图8为包括末梢护罩的示例性涡轮转子叶片的透视图；图9为图8的末梢护罩的透视局部放大视图；图10为带末梢护罩的涡轮转子叶片的安装布置的顶视图；图11为根据本专利技术的某些方面的包括冷却构造的带末梢护罩的涡轮转子叶片的顶视图；图12为沿图11的视线12-12的截面透视图；图13为根据本专利技术的备选方面的包括冷却构造的带末梢护罩的涡轮转子叶片的截面透视图；图14为根据本专利技术的备选实施例的包括冷却构造的带末梢护罩的涡轮转子叶片的顶视图；图15为沿图14的视线15-15的截面透视图；图16为包括根据本专利技术的备选实施例构造的末梢护罩的带末梢护罩的涡轮转子叶片的顶视图；图17为图16的带末梢护罩的涡轮转子叶片的透视图；图18为包括根据本专利技术的备选实施例构造的末梢护罩的带末梢护罩的涡轮转子叶片的顶视图；图19为图18的带末梢护罩的涡轮转子叶片的透视图；图20为包括根据本专利技术的备选实施例构造的末梢护罩的带末梢护罩的涡轮转子叶片的顶视图；图21为图20的带末梢护罩的涡轮转子叶片的透视图；图22为包括根据本专利技术的备选实施例构造的末梢护罩的带末梢护罩的涡轮转子叶片的顶视图；图23为图22的带末梢护罩的涡轮转子叶片的透视图；以及图24为包括根据本专利技术的备选实施例构造的末梢护罩的带末梢护罩的涡轮转子叶片的透视图。具体实施方式本专利技术的方面和优点在以下描述中提出，或可从描述中清楚，或可通过实施本专利技术而学习到。现在将详细参照本专利技术的实施例，实施例的一个或多个示例在附图中示出。该详细描述使用了数字标号来表示附图中的特征。附图中相似或类似的标号可用于表示本专利技术的实施例的相似或类似的部分。如将认识到的那样，各个示例均通过阐释本专利技术而非限制本专利技术的方式提供。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，可在本专利技术中进行改型和变型，而不会脱离其范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例上以产生又一个实施例。因此，期望本专利技术覆盖归入所附权利要求和其等同物的范围内的此类改型和变型。将理解的是，本文提出的范围和限制包括位于规定限制内的所有子范围，包括限制自身，除非另外规定。此外，某些用语选择成描述本专利技术及其构件子系统和部分。在可能的情况下，这些用语基于
中常用用语来选择。另外，将认识到是的，此用语通常存在不同的理解。例如，本文中可提到为单个构件的用语可在别处参照成由多个构件构成，或本文中可参照成包括多个构件的用语可在别处提到为单个构件。在本专利技术的范围的理解中，应当不仅注意使用的特定用语，而且注意所附描述和上下文，以及参照和描述的构件的结构、构造、功能和/或使用，包括用语涉及若干图以及当然所附权利要求中的用语的准确使用的方式。此外，尽管以下示例关于某些类型的燃气涡轮或涡轮发动机提出，但本专利技术的技术还可适本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃气涡轮的涡轮的转子叶片，其包括翼型件，所述翼型件具有前缘、后缘、外侧末梢和附接到构造成将所述转子叶片联接到转子盘上的根部上的内侧端，其中所述翼型件包括冷却构造，所述冷却构造包括用于穿过所述翼型件接收和引导冷却剂的长形冷却通道，所述转子叶片还包括：连接到所述翼型件的外侧末梢上的末梢护罩；穿过所述末梢护罩的外侧面限定的出口端口，所述出口端口与所述冷却通道流体连通，以从所述转子叶片排放冷却剂；以及形成在所述末梢护罩的外侧表面上的流引导结构，所述流引导结构关于所述出口端口定位成用于影响从其排放的冷却剂流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于燃气涡轮的涡轮的转子叶片，其包括翼型件，所述翼型件具有前缘、后缘、外侧末梢和附接到构造成将所述转子叶片联接到转子盘上的根部上的内侧端，其中所述翼型件包括冷却构造，所述冷却构造包括用于穿过所述翼型件接收和引导冷却剂的长形冷却通道，所述转子叶片还包括：连接到所述翼型件的外侧末梢上的末梢护罩；穿过所述末梢护罩的外侧面限定的出口端口，所述出口端口与所述冷却通道流体连通，以从所述转子叶片排放冷却剂；以及形成在所述末梢护罩的外侧表面上的流引导结构，所述流引导结构关于所述出口端口定位成用于影响从其排放的冷却剂流。2.根据权利要求1所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述末梢护罩包括沿轴向和沿周向延伸的大致平坦的构件，其在所述翼型件的外侧末梢处由所述翼型件支撑；以及其中所述流引导结构包括护罩围栏，所述护罩围栏包括长形围栏状结构，其从所述末梢护罩的外侧表面沿径向突出且沿限定在所述末梢护罩的外侧表面上的路径延伸。3.根据权利要求2所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述末梢护罩包括密封轨道，其从所述末梢护罩的外侧表面沿径向向外突出，且沿所述转子叶片的旋转方向沿周向延伸；其中所述护罩围栏包括布置成关于所述末梢护罩的外侧表面近似垂直的陡峭侧；以及其中所述护罩围栏的径向高度包括所述密封轨道的径向高度的小于一半。4.根据权利要求3所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述护罩围栏的路径在限定于后端与前端之间的长度之间沿轴向延伸；其中关于所述长度，所述护罩围栏的径向高度较短且周向厚度较窄；以及其中所述护罩围栏的径向高度包括所述密封轨道的径向高度的小于大约0.3。5.根据权利要求4所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述护罩围栏的径向高度包括所述密封轨道的径向高度的大约0.05到0.25之间；以及其中所述护罩围栏的厚度小于所述护罩围栏的径向高度。6.根据权利要求3所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述末梢护罩的外侧表面包括：从所述密封轨道向前延伸以便悬于所述翼型件的前缘上方的前部；以及从所述密封轨道向后延伸以便悬于所述翼型件的后缘上方的后部；以及其中所述护罩围栏定位在所述末梢护罩的前部上，所述护罩围栏从设置在所述密封轨道附近的后端延伸至定位在所述末梢护罩的周缘附近的前端。7.根据权利要求3所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述末梢护罩的外侧表面包括：从所述密封轨道向前延伸以便悬于所述翼型件的前缘上方的前部；以及从所述密封轨道向后延伸以便悬于所述翼型件的后缘上方的后部；其中所述护罩围栏包括定位在所述外侧表面的前部和后部中的各个上的护罩围栏；其中定位在所述前部上的护罩围栏从设置在所述密封轨道附近的后端延伸至定位在所述末梢护罩的周缘附近的前端；以及其中定位在所述后部上的护罩围栏从设置在所述密封轨道附近的前端延伸至定位在所述末梢护罩的周缘附近的后端。8.根据权利要求7所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述外侧表面的前部上的护罩面从连接到所述密封轨道上的后端沿轴向延伸至前端，所述前端渐缩至近似悬于所述翼型件的前缘上方的位置处的点；以及其中所述外侧表面的后部上的护罩面从连接到所述密封轨道上的前端沿轴向延伸至后端，所述后端渐缩至近似悬于所述翼型件的后缘上的位置处的点。9.根据权利要求7所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述外侧表面的前部和后部各自包括所述出口端口中的多个出口端口；其中所述外侧表面的前部上的护罩围栏跨越限定在定位于所述外侧表面的前部上的最前出口端口与最后出口端口之间的轴向范围；以及其中所述外侧表面的后部上的护罩围栏跨越限定在定位于所述外侧表面的后部上的最前出口端口与最后出口端口之间的轴向范围。10.根据权利要求7所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述外侧表面的前部上的护罩围栏包括围绕所述最前出口端口弯曲的包绕尾部；以及其中所述外侧表面的后部上的护罩围栏包括围绕所述最后出口端口弯曲的包绕尾部。11.根据权利要求2所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述护罩围栏定位在所述外侧表面上，以便所述护罩围栏在所述出口端口的旋转后方；其中所述冷却通道中的各个的上游端连接到穿过所述转子叶片的根部形成的冷却剂进料口，以用于将冷却剂供应输送至所述冷却通道中的各个；以及其中翼型件轮廓包括沿径向突出到所述末梢护罩的外侧表面上的所述翼型件的轮廓的轮廓线。12.根据权利要求11所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述护罩围栏的路径与所述翼型件轮廓的延伸节段近似重合。13.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：ZJ泰勒，周莹，AR苏尔蒂，HR米斯特里，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US