增材制造的具有带非线性冷却通道的平台的涡轮转子叶片制造技术

本发明专利技术题为增材制造的具有带非线性冷却通道的平台的涡轮转子叶片。本发明专利技术提供了一种涡轮转子叶片(120)，该涡轮转子叶片是增材制造的并且包括翼型主体(122)，该翼型主体具有用于接收冷却剂(236)流的径向延伸的室(134)。平台(150)相对于翼型主体(122)侧向向外延伸并且终止于至少一个斜面(230,230PS,230SS)处。冷却回路(234)位于平台(150)内并且与冷却剂(236)流的源流体连通。冷却通道(172,240)位于平台(150)中并且与冷却回路(234)流体连通。冷却通道(172,240)以非线性构型从冷却回路(234)穿过平台(150)的至少一个斜面(230,230PS,230SS)延伸到出口，从而提供与线性冷却通道(172,240)相比改善的冷却。

【技术实现步骤摘要】
增材制造的具有带非线性冷却通道的平台的涡轮转子叶片
技术介绍
本公开整体涉及涡轮机，并且更具体地，涉及具有多个增材制造的整体特征部的涡轮转子叶片，该整体特征部诸如整体冲击套筒、平台中的非线性冷却通道、具有冷却剂传送通道的翼部以及具有整体格栅支撑结构的中空燕尾部。涡轮机包括联接到转子的多个涡轮转子叶片。迫使工作流体诸如蒸汽或燃烧的燃料抵靠叶片以迫使它们转动转子。涡轮转子叶片在极热的条件下工作并且需要冷却。冷却特征部可以多种方式提供。一种提供冷却的机构是冲击插入件。冲击插入件或套筒包括中空主体，该中空主体在其壁中具有冷却通道，该冷却通道允许通过冷却通道递送冷却剂以撞击或冲击待冷却表面上。冲击插入件用于例如涡轮机械中的各种热气体路径(HGP)部件诸如涡轮转子叶片中，以提高其中的冷却回路的冷却性能。冲击插入件面临的一个问题是将冲击插入件以足够接近的方式定位在HGP部件中的锥形或弯曲腔体内以实现高冷却性能，但不是如此接近以至于冷却无效。冲击插入件的冷却性能的一个指标是Z/D参数，该Z/D参数为插入件和HGP部件的内表面之间的相隔距离Z与冲击插入件中的冷却通道(孔)的直径D的比率。插入件的Z/D参数值通常被设计成在导致更好冷却性能的期望范围内。在其中无法形成必要的相隔距离的情况下，通常不由插入件提供冲击冷却。例如，在HGP部件中的腔体弯曲过于显著以至于冲击插入件不能被制造得足够薄或弯曲到相应的必要相隔距离，则不能提供冲击冷却。解决这个问题的一种方法是在多个柔性纵向部分中提供冲击插入件以使得更容易将它们插入HGP部件中。然而，必须按顺序将多个插入件部分定位和联接在一起或将它们联接到HGP部件增加了制造的复杂性、时间和成本。柔性冲击插入件部分也不提供围绕其周边(即，横向(截面))的邻接元件，这可减损其不连续之处的冷却性能。冲击冷却以有限的方式应用于涡轮机中的旋转涡轮转子叶片，例如用于其前缘。然而，冲击冷却尚未更广泛地应用于涡轮转子叶片的整个内表面上，因为旋转叶片所经受的离心力在其旋转时迫使冷却剂到达叶片的径向外末端，从而使冲击冷却不太有效。另一个冷却特征部包括穿过待冷却的涡轮转子叶片的一部分的冷却通道。例如，涡轮转子叶片包括平台，该平台侧向延伸以与相邻涡轮转子叶片的平台协作形成穿过涡轮机的工作流体路径的一部分。由于工作流体的高温，平台通常在其中包括冷却回路，该冷却回路向穿过平台的斜面离开的多个冷却通道进料。一些平台在斜面中包括阻尼销座，该阻尼销座在其中接纳轴向延伸的销，该轴向延伸的销与相邻平台中的相邻阻尼销座配合以密封工作流体路径。冷却通道通常被钻到斜面中以将通道流体联接到冷却回路。因此，冷却通道具有可能无法充分冷却所有平台的线性构型。例如，冷却通道可穿过形成阻尼销座的延伸部，但不充分地冷却斜面的其他部分。冷却特征部也可与翼部一起使用。就这一点而言，另一个冷却特征部包括将冷却剂递送到翼部中或径向地围绕翼部的冷却通道。用于涡轮转子叶片的安装架还可在其中包括冷却特征部。
技术实现思路
本公开的第一方面提供了一种涡轮转子叶片，该涡轮转子叶片包括：翼型主体，该翼型主体包括沿着前缘和后缘连接的凹形压力侧外壁和凸形抽吸侧外壁，该外壁具有翼型内表面，该翼型内表面限定用于接收冷却剂流的径向延伸的室；末端，该末端位于翼型主体的径向外端处；柄部，该柄部位于翼型主体的径向内端处，该径向延伸的室至少部分地延伸到柄部中以限定柄部内表面；以及冲击冷却结构，该冲击冷却结构位于径向延伸的室内，该冲击冷却结构包括：中空主体，该中空主体包括第一端部、第二端部、内部表面和外部表面；多个冷却通道，该多个冷却通道穿过中空主体并与径向延伸的室流体连通，以允许冷却剂流从中空主体的内部表面经过以冲击在至少翼型内表面上，其中中空主体的第一端部与柄部内表面一体地形成，并且其中中空主体的外部表面在中空主体的第一端部与第二端部之间与翼型内表面均匀地间隔开。本公开的第二方面提供了一种增材制造的涡轮转子叶片，该涡轮转子叶片包括：翼型主体，该翼型主体包括沿着前缘和后缘连接的凹形压力侧外壁和凸形抽吸侧外壁，该外壁具有翼型内表面，该翼型内表面限定用于接收冷却剂流的径向延伸的室；以及整体冲击冷却结构，该整体冲击冷却结构位于径向延伸的室内，该整体冲击冷却结构包括：中空主体，该中空主体包括第一端部、第二端部、内部表面和外部表面；以及多个冷却通道，该多个冷却通道穿过中空主体并与径向延伸的室流体连通，以允许冷却剂流从中空主体的内部表面经过以冲击在至少翼型内表面上，其中中空主体的外部表面在中空主体的第一端部与第二端部之间与翼型内表面均匀地间隔开。本公开的第三方面提供了一种方法，该方法包括：顺序地形成材料层并施加热源以烧结材料层从而形成：翼型主体，该翼型主体包括沿着前缘和后缘连接的凹形压力侧外壁和凸形抽吸侧外壁，该外壁具有翼型内表面，该翼型内表面限定用于接收冷却剂流的径向延伸的室；以及冲击冷却结构，该冲击冷却结构位于径向延伸的室内，该整体冲击冷却结构包括：中空主体，该中空主体包括第一端部、第二端部、内部表面和外部表面；以及多个冷却通道，该多个冷却通道穿过中空主体并与径向延伸的室流体连通，以允许冷却剂流从中空主体的内部表面经过以冲击在至少翼型内表面上，其中中空主体的外部表面在中空主体的第一端部与第二端部之间与翼型内表面均匀地间隔开。本公开的第四方面提供了一种涡轮转子叶片，该涡轮转子叶片包括：翼型主体，该翼型主体包括沿着前缘和后缘连接的凹形压力侧外壁和凸形抽吸侧外壁，该外壁限定用于接收冷却剂流的径向延伸的室；平台，该平台相对于翼型主体侧向向外延伸并且终止于至少一个斜面处；冷却回路，该冷却回路限定在平台内并且与冷却剂流的源流体连通；以及至少一个冷却通道，该至少一个冷却通道限定在平台中并且与冷却回路流体连通，该至少一个冷却通道以非线性构型从冷却回路穿过平台的至少一个斜面延伸到出口。本公开的第五方面提供了一种增材制造的涡轮转子叶片，该涡轮转子叶片包括：翼型主体，该翼型主体包括沿着前缘和后缘连接的凹形压力侧外壁和凸形抽吸侧外壁，该外壁限定用于接收冷却剂流的径向延伸的室；平台，该平台相对于翼型主体侧向向外延伸并且终止于至少一个斜面处；冷却回路，该冷却回路限定在平台内并且与冷却剂流的源流体连通；以及至少一个冷却通道，该至少一个冷却通道限定在平台中并且与冷却回路流体连通，该至少一个冷却通道以非线性构型从冷却回路穿过平台的斜面延伸到出口。第六方面包括一种涡轮转子叶片，该涡轮转子叶片包括：翼型主体，该翼型主体包括沿着前缘和后缘连接的凹形压力侧外壁和凸形抽吸侧外壁；柄部，该柄部位于翼型主体的径向内端处；至少一个翼部，该至少一个翼部从柄部的至少一侧侧向延伸；以及冷却剂传送通道，该冷却剂传送通道通过至少一个翼部限定，该冷却剂传送通道流体地联接被限定在柄部与第一相邻涡轮转子叶片的第一相邻柄部之间的第一轮空间部分以及被限定在柄部与第二相邻涡轮转子叶片的第二相邻柄部之间的第二轮空间部分。本公开的第七方面涉及一种增材制造的涡轮转子叶片，该涡轮转子叶片包括：翼型主体，该翼型主体包括沿着前缘和后缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮转子叶片(120)，包括：/n翼型主体(122)，所述翼型主体包括沿着前缘和后缘(128,130)连接的凹形压力侧外壁(124)和凸形抽吸侧外壁(126)，所述外壁(124,126)限定用于接收冷却剂(236)流的径向延伸的室(134)；/n平台(150)，所述平台相对于所述翼型主体(122)侧向向外延伸并且终止于至少一个斜面(230,230PS,230SS)处；/n冷却回路(234)，所述冷却回路限定在所述平台(150)内并且与所述冷却剂(236)流的源流体连通；以及/n至少一个冷却通道(172,240)，所述至少一个冷却通道限定在所述平台(150)中并且与所述冷却回路(234)流体连通，所述至少一个冷却通道(172,240)以非线性构型从所述冷却回路(234)穿过所述平台(150)的所述至少一个斜面(230,230PS,230SS)延伸到出口(262)。/n

【技术特征摘要】
20200122 US 16/749,1581.一种涡轮转子叶片(120)，包括：
翼型主体(122)，所述翼型主体包括沿着前缘和后缘(128,130)连接的凹形压力侧外壁(124)和凸形抽吸侧外壁(126)，所述外壁(124,126)限定用于接收冷却剂(236)流的径向延伸的室(134)；
平台(150)，所述平台相对于所述翼型主体(122)侧向向外延伸并且终止于至少一个斜面(230,230PS,230SS)处；
冷却回路(234)，所述冷却回路限定在所述平台(150)内并且与所述冷却剂(236)流的源流体连通；以及
至少一个冷却通道(172,240)，所述至少一个冷却通道限定在所述平台(150)中并且与所述冷却回路(234)流体连通，所述至少一个冷却通道(172,240)以非线性构型从所述冷却回路(234)穿过所述平台(150)的所述至少一个斜面(230,230PS,230SS)延伸到出口(262)。


2.根据权利要求1所述的涡轮转子叶片(120)，还包括位于所述径向延伸的室(134)中的冲击冷却结构(160)，其中通向所述冷却回路(234)的所述冷却剂(236)的所述源在穿过所述冲击冷却结构(160)之后提供所述冷却剂(236)。


3.根据权利要求1所述的涡轮转子叶片(120)，其中通向所述冷却回路(234)的所述冷却剂(236)流的所述源直接从所述径向延伸的室(134)提供所述冷却剂(236)。


4.根据权利要求1所述的涡轮转子叶片(120)，其中所述至少一个斜面(230,230PS,230SS)包括延伸构件(244)，并且其中所述至少一个冷却通道(172,240)延伸穿过所述延伸构件(244)。


5.根据权利要求1所述的涡轮转子叶片(120)，其中所述至少一个冷却通道(172,240)具有螺旋形状。


6.根据权利要求1所述的涡轮转子叶片(120)，其中所述至少一个冷却通道(172,24...

【专利技术属性】
技术研发人员：扎卡里·约翰·斯奈德，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US