[發明專利]渦輪轉子葉片的末端中的冷卻結構

有效

• 申請號: 201310197486.8
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN103422909A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 張修章;A.E.史密斯;A.L.吉格利奧;B.P.阿恩斯;B.P.萊西
• 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: 肖日松;譚祐祥

技術領域

本申請涉及與本文同時提交的[GE文獻252833]和[GE文獻252769]，這兩份文獻全文以引用方式并入本文中并構成其一部分。

本申請大體上涉及用于冷卻燃氣渦輪轉子葉片的末端的設備、方法和/或系統。更具體地但非限制性地，本申請涉及與在渦輪葉片末端中的微通道設計和實現有關的設備、方法和/或系統。

背景技術

在燃氣渦輪發動機中，公知的是空氣在壓縮機中被加壓并用來在燃燒器中燃燒燃料以生成熱燃燒氣體流，這樣的氣體然后向下游流過一個或多個渦輪，以便能從其中提取能量。根據這樣的渦輪，一般來講，成行的周向間隔開的轉子葉片從支撐轉子盤徑向向外延伸。每個葉片通常包括允許將葉片在轉子盤中的對應燕尾件狹槽中組裝和拆卸的燕尾件，以及從燕尾件徑向向外延伸的翼型件。

翼型件具有在對應的前緣和后緣之間軸向地以及在根部和末端之間徑向地延伸的大體凹形的壓力側和大體凸形的吸力側。應當理解，葉片末端緊靠徑向外渦輪護罩(shroud)以便最小化在渦輪葉片之間向下游流動的燃燒氣體在兩者間的泄漏。發動機的最大效率通過最小化末端間距或間隙以便防止泄漏而獲得，但該策略一定程度上受限于在轉子葉片和渦輪護罩之間不同的熱和機械膨脹與收縮率以及避免在操作期間具有抵靠護罩的過度的末端摩擦的不期望情形的動機。

此外，由于渦輪葉片浸在熱燃燒氣體中，需要有效的冷卻以確保可用部件壽命。通常，葉片翼型件為中空的并且設置成與壓縮機流體連通，使得從壓縮機流出的一部分加壓空氣被接納以用于冷卻翼型件。翼型件冷卻十分復雜并且可采用各種形式的內部冷卻通道和特征以及貫穿翼型件的外壁以用于排放冷卻空氣的冷卻孔。然而，翼型件末端特別難以冷卻，因為它們位于緊鄰渦輪護罩處并且被流過末端間隙的熱燃燒氣體加熱。因此，在葉片的翼型件內部被導引的一部分空氣通常通過末端排放以用于冷卻末端。

應當理解，常規的葉片末端設計包括意圖防止泄漏和增加冷卻效果的若干不同的幾何形狀和構型。示例性專利包括：授予Butts等人的美國專利No.?5,261,789；授予Bunker的美國專利No.?6,179,556；授予Mayer等人的美國專利No.?6,190,129；以及授予Lee的美國專利No.?6,059,530。然而，常規的葉片末端設計均具有某些缺點，包括對于充分減少泄漏和/或在允許最小化降低效率的壓縮機旁路空氣使用的有效末端冷卻方面的大體失敗。此外，如下文更詳細討論地，常規的葉片末端設計(特別是具有“凹槽狀(squealer)末端”設計的那些)未能利用或有效地整合微通道冷卻的有益效果。因此，非常需要一種增加導向至渦輪葉片末端區域的冷卻劑的總體效果的改進的渦輪葉片末端設計。

發明內容

根據本發明的一個方面，本申請描述了一種用于燃氣渦輪發動機的渦輪轉子葉片，其包括具有在翼型件的外徑向端處的末端的翼型件。末端可包括限定末端腔體的橫帶。橫帶可包括包圍橫帶的微通道，其可包括圍繞橫帶內表面的至少大部分長度延伸的微通道。

一種用于燃氣渦輪發動機的渦輪轉子葉片，渦輪轉子葉片包括翼型件，翼型件包括在外徑向端處的末端；其中，末端包括限定末端腔體的橫帶；并且其中，橫帶包括包圍橫帶微通道。

根據一個實施例：翼型件包括在翼型件的前緣和后緣處接合在一起的壓力側壁和吸力側壁，壓力側壁和吸力側壁從根部延伸至末端并限定在其中的翼型件室；末端包括末端板，橫帶設置在末端板附近或周邊；并且橫帶包括向內面朝末端腔體的橫帶內表面和橫帶外表面。

根據一個實施例，包圍橫帶微通道包括圍繞橫帶內表面的至少相當大的長度延伸的微通道。

根據一個實施例，包圍橫帶微通道包括圍繞橫帶內表面的至少大部分長度延伸的微通道。

根據一個實施例，包圍橫帶微通道包括圍繞橫帶內表面延伸以包圍末端腔體的微通道；并且其中，包圍橫帶微通道包括環狀冷卻劑路徑。

根據一個實施例，壓力側壁包括外徑向邊緣并且吸力側壁包括外徑向邊緣，翼型件構造成使得末端板軸向地且周向地延伸以將吸力側壁的外徑向邊緣連接到壓力側壁的外徑向邊緣；其中，橫帶包括壓力側橫帶和吸力側橫帶，壓力側橫帶在翼型件的前緣和后緣處連接到吸力側橫帶；其中，壓力側橫帶從末端板徑向向外延伸，從前緣橫穿至后緣，使得壓力側橫帶與壓力側壁的外徑向邊緣大致對齊；并且其中，吸力側橫帶從末端板徑向向外延伸，從前緣橫穿至后緣，使得吸力側橫帶與吸力側壁的外徑向邊緣大致對齊。