[發明專利]用于冷卻平臺區域的裝置和方法

有效

• 申請號: 201110309587.0
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102619573A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: S·E·艾利斯;X·付
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;譚祐祥

技術領域

本申請總體涉及燃燒渦輪發動機，其如本文所用且除非另外特別說明，包括所有類型的燃燒渦輪發動機，例如用于發電的那些渦輪發動機和航空發動機。更具體地，但不作為限制，本申請涉及用于冷卻渦輪轉子葉片的平臺區域的裝置、系統和/或方法。

背景技術

燃氣渦輪發動機典型地包括壓縮機、燃燒器和渦輪。壓縮機和渦輪通常包括多排軸向堆疊成級的翼型件或葉片。各級典型地包括一排周向間隔開的固定的定子葉片和一組圍繞中心軸線或軸而旋轉的周向間隔開的轉子葉片。在操作中，壓縮機中的轉子葉片圍繞軸而旋轉，從而壓縮空氣流。壓縮空氣然后在燃燒器內用于燃燒燃料供給。由燃燒過程產生的熱氣體流通過渦輪進行膨脹，其造成轉子葉片使葉片連接在其上的軸旋轉。通過這種方式，包含在燃料中的能量被轉換成旋轉軸的機械能，其然后例如可用于使發電機的線圈旋轉，從而產生電力。

參看圖1和圖2，渦輪轉子葉片100通常包括翼型件部分或翼型件102和根部部分或根部104。翼型件102可描述為具有凸起的吸力面105和凹入的壓力面106。翼型件102可進一步描述為具有前緣107和后緣108，前緣107是前面邊緣，后緣108是后面邊緣。根部104可被描述為具有用于將葉片100固定在轉子軸上的結構(其如圖所示典型地包括燕尾榫109)、翼型件102從其伸出的平臺110、以及包括位于燕尾榫109和平臺110之間的結構的柄部112。

如圖所示，平臺110可以是基本平坦的。(注意如本文使用的“平坦”意味著大致或基本上是平面的形狀。例如，本領域技術人員將會懂得，平臺可構造為具有略微彎曲且凸起的外側表面，且在轉子葉片的徑向位置，曲率與渦輪的圓周相對應。如本文所用，該類型的平臺形狀被視為是平坦的，因為曲率半徑足夠大從而賦予平臺平坦的外觀。)更具體地說，平臺110可具有平坦的頂側面113，其如圖1中所示可包括軸向且周向延伸的平坦表面。如圖2中所示，平臺110可具有平坦的下側面114，其也可包括軸向且周向延伸的平坦表面。平臺110的頂側面113和底側面114可形成為使得各側面基本上彼此平行。如圖所示，將會懂得平臺110典型地具有薄的徑向剖面，即在平臺110的頂側面113和底側面114之間具有相對較短的徑向距離。

通常，在渦輪轉子葉片100上采用平臺110，以形成燃氣渦輪機的熱氣道部段的內部流道邊界。平臺110進一步為翼型件102提供結構支撐。在操作中，渦輪的旋轉速度引起了機械負載，其產生了沿著平臺110的高應力區域，該高應力區域當與高溫結合時最終會造成操作缺陷的形成，例如氧化、蠕變、低循環疲勞開裂以及其它缺陷。這些缺陷當然負面地影響轉子葉片100的有效壽命。將會懂得這些苛刻的操作條件，即暴露于熱氣道的極端溫度和與旋轉葉片相關的機械負載下，在設計耐用持久的轉子葉片平臺110方面產生了相當大的挑戰，該轉子平臺110運行良好且制造起來成本合算。

使平臺區域110更加耐用的一種常見解決方案是在操作期間利用壓縮空氣流或其它冷卻劑冷卻它，并且已知多種這些類型的平臺設計。然而，本領域技術人員將會懂得，平臺區域110提出了某些設計挑戰，其致使難以以此方式冷卻。這很大一部分是由于該區域難于使用的幾何形狀，因為如所述，平臺110是一種外圍構件，其遠離轉子葉片的中心核，并且典型地設計為具有結構上合理但薄的徑向厚度。

為了使冷卻劑循環，轉子葉片100典型地包括一個或更多空心的冷卻通路116(見圖3，4和5)，其至少徑向穿過葉片100的核芯，包括穿過根部104和翼型件102。如以下更詳細所述，為了增加熱交換，此類冷卻通路116可形成為具有蜿蜒路徑，其繞過葉片100的中心區域，但其它構造也是可行的。在操作中，冷卻劑可經由形成于根部104的內側部分中的一個或更多入口117而進入中心冷卻通路。冷卻劑可循環穿過葉片100，并通過形成于翼型件上的出口(未顯示)和/或經由形成于根部104中的一個或更多出口(未顯示)而離開。冷卻劑可被加壓，并且例如可包括加壓空氣、與水混合的加壓空氣、蒸汽等。在許多情況下，冷卻劑是壓縮空氣，其從發動機的壓縮機分流出來，但其它來源也是可行的。如以下更詳細所述，這些冷卻通路典型地包括高壓冷卻劑區域和低壓冷卻劑區域。高壓冷卻劑區域典型地與冷卻通路的上游部分相對應，其具有較高的冷卻劑壓力，而低壓冷卻劑區域與具有相對較低的冷卻劑壓力的下游部分相對應。