冷却的涡轮机叶片和用于冷却涡轮机叶片的方法技术

本发明专利技术涉及冷却的涡轮机叶片和用于冷却涡轮机叶片的方法。一种冷却的涡轮机叶片包括：根部，其用于将叶片固定到转子；翼型，其从根部沿着径向轴线延伸；和尖端护罩，其设置在翼型的径向向外端部上。尖端护罩从翼型沿着周向延伸，并且在其自身内限定中心增压室和外围增压室。翼型限定后部翼型冷却通路，后部翼型冷却通路在邻近翼型的后缘部分处径向延伸穿过翼型。翼型还限定后部冷却入口，以将冷却流体的后部流提供至后部翼型冷却通路。翼型还限定至少一个后部冷却出口，以将冷却流体的后部流从后部翼型冷却通路排出到外周增压室。尖端护罩限定至少一个外围增压室排出口，以将冷却流体的后部流排出。

【技术实现步骤摘要】
冷却的涡轮机叶片和用于冷却涡轮机叶片的方法
本专利技术涉及例如在航空发动机、燃气涡轮机发动机、蒸汽机等中的涡轮机的叶片。更具体地，本专利技术涉及对涡轮机叶片尖端护罩的冷却。
技术介绍
燃气涡轮机发动机包括涡轮机部分，其中热压缩气体膨胀以产生旋转轴功率。涡轮机部分常包括多个交替行的固定轮叶(喷嘴)和旋转叶片(斗叶)。每个旋转叶片具有翼型和将旋转叶片连接到转子的根部。在某些情况下，在每个涡轮机叶片的径向向外端部上包括一体式尖端护罩，以使得一组叶片在组装时产生限制热压缩气体经过叶片的翼型部分的通路的外表面。包含一体式尖端护罩可趋向于增强涡轮机部分从热压缩气体获得功的能力，从而改进涡轮机发动机的性能。遗憾的是，旋转翼型上的一体式尖端护罩由于这些尖端护罩受到机械和气动力、以及高温环境而高度受力。为改进涡轮机叶片的使用设计寿命，采用冷却方法。通常，通过从压缩机取得一部分压缩工作流体(例如空气)、并将该压缩工作流体直接传送到涡轮机部分而不会使冷却流体暴露于燃烧器部分中增加的热量，从而来实现叶片冷却。该冷却流体提供加压、并相对冷的流体的来源，该流体很容易流过在涡轮机叶片中形成的通路、并提供对涡轮机叶片的冷却。因此，经常提供径向通路，以将冷却流体从叶片的根部径向向外地运送至叶片的尖端，冷却流体在叶片的尖端被排出。相应地，本领域技术人员寻求对翼型后缘和尖端护罩具有改进冷却的涡轮机叶片。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，冷却的涡轮机叶片包括：根部，其用于将叶片固定到转子；翼型，其从根部沿着径向轴线延伸；和尖端护罩，其设置在翼型的径向向外端部上。尖端护罩从翼型沿着周向延伸，并且在其自身内限定中心增压室和外围增压室。翼型限定后部翼型冷却通路，后部翼型冷却通路在邻近翼型的后缘部分处径向延伸穿过翼型。翼型还限定后部冷却入口，以将冷却流体的后部流(aftstream)提供至后部翼型冷却通路。翼型还限定至少一个后部冷却出口，以将冷却流体的后部流从后部翼型冷却通路排出到外周增压室。尖端护罩限定至少一个外围增压室排出口(peripheralplenumvent)，以将冷却流体的后部流排出。所述翼型限定一个或多个中心翼型冷却通路，所述一个或多个中心翼型冷却通路径向延伸穿过所述翼型的中心部分，所述翼型限定中心冷却入口以将冷却流体的中心流提供至所述一个或多个中心翼型冷却通路，并且所述翼型限定至少一个中心冷却出口以将所述冷却流体的中心流从所述一个或多个中心翼型冷却通路排出到所述中心增压室。所述尖端护罩限定至少一个中心增压室冲击孔，以形成冲击冷却流体的流、并将所述冲击冷却流体的流从所述中心增压室引导至目标表面。所述后部翼型冷却通路具有圆形的横截面形状；或者，所述后部翼型冷却通路的横截面形状构造成符合所述翼型的所述后缘部分的外形。所述后部翼型冷却通路的第一壁与所述翼型的所述后缘部分的压力表面基本平行，所述后部翼型冷却通路的第二壁与所述翼型的所述后缘部分的吸力表面基本平行。所述至少一个中心冷却出口的总横截面积大于所述至少一个中心增压室冲击孔的总横截面积。所述至少一个后部冷却出口的总横截面积大于所述至少一个外围增压室冲击孔的总横截面积。所述目标表面包括位于所述翼型和所述尖端护罩之间的过渡圆角的内壁。所述尖端护罩具有支承表面，以与另一冷却的涡轮机叶片的另一尖端护罩配合。所述至少一个外围增压室排出口设置成与所述支承表面相邻。根据本专利技术的另一方面，提供用于冷却涡轮机叶片的方法，涡轮机叶片具有翼型和尖端护罩，尖端护罩从翼型的尖端沿周向延伸。该方法包括在尖端护罩中提供中心增压室和外围增压室，并将冷却流体供应分成中心冷却流和外围冷却流。引导外围冷却流穿过后部翼型冷却通路，后部翼型冷却通路在邻近翼型的后缘部分处径向延伸穿过翼型，以从翼型的后缘部分向外围冷却流传热。引导中心冷却流穿过一个或多个中心翼型冷却通路，中心翼型冷却通路延伸穿过翼型的中心部分，以从中心部分向中心冷却流传热。将外围冷却流从后部翼型冷却通路引导至外围增压室，将中心冷却流从一个或多个中心翼型冷却通路引导至中心增压室。从外围增压室排出外围冷却流，并从中心增压室排出中心冷却流。该方法还包括将冷却流体的后部流经由后部冷却入口提供至后部翼型冷却通路，并将冷却流体的流从外围增压室经由至少一个外围增压室排出口排出。所述方法还包括引导所述中心冷却流的至少一部分朝着目标表面穿过至少一个冲击孔。所述方法还包括引导所述外围冷却流的至少一部分朝着目标表面穿过至少一个冲击孔。根据下列结合附图的详细描述，这些和其他优点和特征将更加显而易见。附图说明视为本专利技术的主题被具体指出并明确地在说明书结尾处的权利要求书中要求保护。从下列结合附图进行的详细描述，本专利技术的前述和其他特征以及优点将显而易见，其中：图1是示例性冷却的涡轮机叶片的示图；图2是示例性冷却的涡轮机叶片的俯视图；图3是本专利技术的示例性实施例的横截面图；图4是本专利技术的另一示例性实施例的横截面图；图5是根据本专利技术如图3所示的结构的第一示例性实施例的平面示意图；和图6是根据本专利技术如图3所示的结构的第二示例性实施例的平面示意图。详细的描述通过参照附图的示例对本专利技术的实施例以及优点和特征进行解释。具体实施方式如图1所示，涡轮机叶片100包括翼型112和根部114。翼型112沿着径向轴线从根部114延伸到叶片尖端130。翼型112具有前缘部分116和后缘部分118，从前缘到后缘的距离限定翼型弦长(airfoilchordlength)117。通常凹形的压力表面120和通常凸形的压力表面122在翼型112的相对侧上的前缘和后缘之间延伸。在图示的示例中，叶片100的根部114包括柄部124和燕尾榫126以配合转子上的相应燕尾榫槽，以使得涡轮机叶片100能被固定到转子。如图1和图2所示，尖端护罩128设置在叶片尖端130上，即定位成与翼型112的径向外端相邻，并且沿着周向(即，沿着与径向轴线基本垂直的方向)从翼型112延伸。尖端护罩128具有径向向内的面对表面和径向向外的面对表面，这两个表面都暴露于流过涡轮机部分的热压缩气体。每个尖端护罩128具有支承面136、138，尖端护罩128在该支承面136、138上接触相邻叶片的相邻尖端护罩的支承面。一个或多个挡板140从尖端护罩128径向向外延伸，以防止热气体在叶片周围泄露。如图1所示，一个或多个中心翼型冷却通路160延伸穿过翼型112的中心部分(即，在距离翼型的中心小于翼型弦长度(airfoilchordlength)的约25％的距离内)，后部翼型冷却通路162延伸穿过翼型112的后缘部分。一个或多个中心翼型冷却通路160和后部翼型冷却通路162从根部114沿径向延伸到叶片尖端130，这些通路各自在根部114处接收加压冷却流体的流(加压冷却流体可以包括从安装有涡轮机叶片的发动机的压缩机部分收集的压缩气体或另外的流体)，在叶片尖端130处冷却流体的流可以被引导至待冷却的位置、或者可以另外地被排出或排放。例如，如图3和图4所示，在尖端护罩128中局部的定向冲击冷却被用于降低尖端护罩的高受力区域中的材料(例如金属或陶瓷)温度。更具体地，尖端护罩128包括内部中心冷却室142，该冷却室142将冷却流体提供至期望区域，并能实现对尖端护本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却的涡轮机叶片，其包括：根部，所述根部用于将所述冷却的涡轮机叶片固定到涡轮机转子；翼型，所述翼型从所述根部沿着径向轴线延伸，所述翼型限定后部翼型冷却通路，所述后部翼型冷却通路在邻近所述翼型的后缘部分处径向延伸穿过所述翼型；和尖端护罩，所述尖端护罩设置在所述翼型的径向向外端部上，从所述翼型沿着周向延伸，并且在所述尖端护罩内限定中心增压室和外围增压室；所述翼型限定后部冷却入口以将冷却流体的后部流提供至所述后部翼型冷却通路，并且所述翼型限定至少一个后部冷却出口以将所述冷却流体的后部流从所述后部翼型冷却通路排出到所述外周增压室；并且所述尖端护罩限定至少一个外围增压室排出口，以将所述冷却流体的后部流从所述外围增压室排出。

【技术特征摘要】
2011.12.01 US 13/3089271.一种冷却的涡轮机叶片，其包括：根部，所述根部用于将所述冷却的涡轮机叶片固定到涡轮机转子；翼型，所述翼型从所述根部沿着径向轴线延伸，所述翼型限定单个后部翼型冷却通路，所述单个后部翼型冷却通路在邻近所述翼型的后缘部分处径向延伸穿过所述翼型，其中所述单个后部翼型冷却通路设置于距所述翼型的后缘小于翼型弦长度的25％的距离内；尖端护罩，所述尖端护罩设置在所述翼型的径向向外端部上，从所述翼型沿着周向延伸，并且在所述尖端护罩内限定中心增压室和外围增压室；所述翼型限定后部冷却入口以将冷却流体的单个后部流提供至所述单个后部翼型冷却通路，并且所述翼型限定单个后部冷却出口以将所述冷却流体的所述单个后部流从所述单个后部翼型冷却通路排出到所述外围增压室，其中所述单个后部流的全部量通过所述单个后部翼型冷却通路直接引导到所述外围增压室；所述尖端护罩限定至少一个外围增压室排出口，以将所述冷却流体的所述单个后部流从所述外围增压室排出；并且界定于所述翼型中的一个或多个中心翼型冷却通路，所述一个或多个中心翼型冷却通路中的每一个径向延伸通过所述翼型的中心部分，所述翼型设有中心冷却入口以将冷却流体的中心流提供到所述一个或多个中心翼型冷却通路，并设有至少一个中心冷却出口以将所述冷却流体的所述中心流从所述一个或多个中心翼型冷却通路排放到所述中心增压室，其中，所述单个后部翼型冷却通路和所述一个或多个中心翼型冷却通路被定位于将所述冷却流体的所述单个后部流和所述冷却流体的所述中心流引导到不同的腔，其中所述一个或多个中心翼型冷却通路设置于距离所述翼型的中心小于所述翼型弦长度的25％的距离内。2.根据权利要求1所述的冷却的涡轮机叶片，其特征在于，所述尖端护罩限定至少一个中心增压室冲击孔，以形成冲击冷却流体的流、并将所述冲击冷却流体的流从所述中心增压室引导至目标表面。3.根据权利要求1所述的冷却的涡轮机叶片，其特征在于，所述尖端护罩限定至少一个外围增压室冲击孔，以形成冲击冷却流体的流、并将所述冲击冷却流体的流从所述外围增压室引导至目标表面。4.根据权利要求1所述的冷却的涡轮机叶片，其特征在于，所述后部翼型冷却通路具有圆形的横截面形状。5.根据权利要求1所述的冷却的涡轮机叶片，其特征在于，所述后部翼型冷却通路的横截面形状构造成符合所述翼型的所述后缘部分的外形。6.根据权利要求5所述的冷却的涡轮机叶片，其特征在于，所述后部翼型冷却通路的第一壁与所述翼型的所述后缘部分的压力表面基本平行，所述后部翼型冷却通路的第二壁与所述翼型的所述后缘部分的吸力表面基本平行。7.根据权利要求2所述的冷却的涡轮机叶片，其特征在于，所述至少一个中心冷却出口的总横截面积大于所述至少一个中心增压室冲击孔的总横截面积。8.根据权利要求3所述的冷却的涡轮机叶片，其特征在于，所述单个后部冷却出口的总横截面积大于所述至少一个外围增压室冲击孔的总横截面积。9.根据权利要求2所述的冷却的涡轮机叶片，其特征在于，所述目标表面包括位于所述翼型和所述尖端护罩之间的过渡圆角的内壁。10.根据权利要求3所述的冷却的涡轮机叶片，其特征在于，所述目标表面包括位于所述翼型和所述尖端护罩之间的过渡圆角的内壁。11.根据权利要求1所述的冷却的涡轮机叶片，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：MD科利耶，G普拉姆，AL吉格利奥，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：