[發明專利]抑制橫向流動的渦輪機轉子葉片末梢

無效

• 申請號: 200910215904.5
• 申請日: 2009-12-24
• 公開（公告）號: CN101769171A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: A·哈特曼
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/20
• 分類號: F01D5/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;楊松齡

技術領域

本發明一般地涉及用于抑制渦輪機翼型件末梢上的橫向流動的裝置、方法和/或系統。更具體地，但并非以限制的方式，本發明涉及與包括抑制葉片的橫向流動的葉頂凹槽(squealer?tip)和/或橫脊或肋的渦輪機葉片末梢相關的裝置、方法和/或系統。

背景技術

眾所周知，在燃氣渦輪發動機中，空氣在壓縮機中進行壓縮，然后用于在燃燒室中燃燒燃料以產生的熱的燃燒氣流，隨之這種燃氣向下游流過一個或多個渦輪，以便可以從中提取能量。根據這種渦輪機，通常，多排圓周地隔開的轉子葉片從支撐轉子盤向外徑向地延伸。典型地，各葉片包括允許在轉子盤中相應的鳩尾槽內裝配和拆卸葉片的鳩尾榫，以及從鳩尾榫徑向地向外延伸的翼型件。

翼型件具有通常內凹的壓力側以及通常外凸的吸力側，它們在對應的前緣和后緣之間軸向地延伸，并在根部與末梢之間徑向地延伸。將會理解，葉片末梢與徑向的外渦輪機護罩隔開很近，以使得它們之間在渦輪機葉片間向下游流動的燃燒氣的泄漏最小。發動機的最大效率通過使末梢間隙或縫隙最小從而防止泄漏而獲得，但是此策略在某種程度上受到轉子葉片和渦輪機護罩之間不同的熱力以及機械膨脹和收縮速率以及避免在運行期間使末梢摩擦到護罩的不期望情況的動機的限制。

此外，由于渦輪機葉片沉浸在熱的燃燒氣中，為了保證有用的部件壽命，需要有效的冷卻。典型地，葉片翼型件是中空的，并且布置成與壓縮機呈流連通，以便接收從壓縮機吹來的一部分壓縮空氣，用于冷卻該翼型件。翼型件冷卻是非常復雜的，并且可使用各種形式的內部冷卻通道和特征，以及穿過翼型件的外壁用來排出冷卻空氣的冷卻孔而采用。但是，冷卻翼型件末梢尤其困難，因為它們定位成直接與渦輪機護罩相鄰，并且被流經末梢間隙的熱燃燒氣加熱。因此，典型地，在葉片的翼型件內引導的一部分空氣通過末梢排出用于末梢的冷卻。

將會意識到，為了避免泄漏和增加冷卻效果，傳統的葉片末梢設計包括若干不同的幾何形狀和結構。示例性專利包括：授權給Butts等的美國專利NO.5,261,789，授權給Bunker的美國專利No.6,179,556，授權給Mayer等的美國專利No.6,190,129，以及授權給Lee的美國專利No.6,059,530。然而，常規的葉片末梢設計均具有某些缺點，包括充分減少泄漏和/或允許有效的末梢冷卻方面的常規缺陷，有效的末梢冷卻使損害效率的壓縮機旁路空氣的使用最小化。仍然尋求改善接近末梢區域的壓力分布以進一步減少總的末梢泄漏流動，并從而增加渦輪機效率。結果，將非常需要改變末梢區域附近的壓力分布，并另外減少總的末梢泄漏流動，從而提高渦輪發動機的整體效率的渦輪機葉片末梢設計。而且，也期望這樣的葉片末梢，其增強在葉片末梢處排出的冷卻空氣的冷卻特性，以及增強渦輪機葉片的整體氣動性能。

發明內容

本發明因而描述了一種用于燃氣渦輪發動機的渦輪機轉子葉片，其包括翼型件和用來將翼型件沿著徑向軸線安裝到位于渦輪機護罩內的轉子盤上的鳩尾榫，該翼型件包括：壓力側壁和吸力側壁，其在前緣和后緣處連接在一起，壓力側壁和吸力側壁從根部延伸到頂板(tipplate)；壓力末梢壁，其從頂板徑向向外地延伸，從前緣向后緣穿過，使得該壓力末梢壁位于大致靠近壓力側壁的末端處；吸力末梢壁，其從頂板徑向向外地延伸，從前緣向后緣穿過，使得該吸力末梢壁位于大致靠近吸力側壁的末端處；以及大體上在壓力末梢壁和吸力末梢壁之間延伸的一根或多根末梢肋。

當結合附圖和權利要求書時，在查看優選實施例的以下具體實施方式后，本發明的這些以及其它的特征將變得明顯。

附圖說明

結合附圖，通過仔細研究本發明的示例性實施例的以下更為詳盡的描述，本發明的這些以及其它目的和優點將被更完整地理解，附圖中：

圖1為在渦輪機護罩內安裝在轉子盤中的示例性燃氣渦輪發動機轉子葉片的局部等軸剖面圖，且葉片具有根據本發明的一個示例性實施例的末梢；以及

圖2為如圖1中所示的葉片末梢的等軸圖。

部件列表

10渦輪

12燃氣

14軸向中心線軸線

16轉子盤

18渦輪機轉子葉片

20渦輪機護罩

22鳩尾榫

24翼型件

26平臺

28壓力側壁

30吸力側壁

32前緣

34后緣

36內根部

38葉片末梢

44薄膜冷卻孔

46后緣排放孔

48頂板

50壓力末梢壁

52吸力末梢壁

60末梢弦中心線

62末梢肋