[發明專利]用于冷卻轉子葉片天使翼的方法和系統

在審

• 申請號: 201410415661.0
• 申請日: 2014-08-21
• 公開（公告）號: CN104420892A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: M.J.費多爾;D.R.約翰斯;R.W.約翰森
• 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: 李強;嚴志軍

技術領域

本發明總體涉及渦輪機，并且更具體地，涉及用于燃氣渦輪發動機內的天使翼(angelwing)結構的冷卻。

背景技術

至少一些已知的燃氣渦輪發動機包括熱燃燒氣體通過其中的外部轉子/定子腔、以及內部輪空間(inner?wheelspace)，該內部輪空間包括由這樣的材料制成的部件：所述材料具有比存在于外部轉子/定子腔中的溫度低的耐溫性。此外，至少一些已知的燃氣渦輪發動機包括轉子葉片。轉子葉片包括柄以及聯接到柄的連接結構(例如燕尾榫)，該連接結構用于將轉子葉片聯接到轉子輪(rotor?wheel)。翼型件也聯接到柄。在至少一些已知的轉子葉片構造中，柄包括相對于燃氣渦輪發動機的旋轉軸線橫切地(transversely)延伸的前壁和/或后壁。此外，在至少一些已知的燃氣渦輪發動機中，至少一個蓋板聯接到轉子葉片和轉子輪，以有利于阻止轉子葉片與轉子輪之間的氣體泄漏。

在至少一些已知的轉子葉片構造中，通常被稱為“天使翼”的結構從柄向前和/或向后地軸向延伸。在至少一些已知的燃氣渦輪發動機中，提供從轉子葉片的面向上游的柄壁和/或面向下游的柄壁延伸的至少兩個天使翼，使得第一天使翼(在下文被稱為“下部”天使翼)定位在第二天使翼(在下文被稱為“上部”天使翼)的徑向向內處。當存在兩個天使翼并且該兩個天使翼面向相同方向(例如，從柄的前面延伸出)時，上部或最外部天使翼有利于防止熱燃燒氣體被吸入限定于上部天使翼與下部天使翼之間的緩沖腔中，并且上部天使翼和下部天使翼二者有利于防止熱燃燒氣體被吸入內部輪空間中。期望防止熱燃燒氣體被吸入，以有利于防止由于暴露于熱燃燒氣體而對內部輪空間部件造成損壞。

在至少一些已知的燃氣渦輪發動機中，冷卻空氣在壓力下被引導至內部輪空間中，以有利于防止熱燃燒氣體被吸入內部輪空間中。然而，將冷卻空氣引導至內部輪空間中可能具有降低發動機效率的作用。因此，燃氣渦輪發動機設計發展成使得被引導至內部輪空間中的冷卻空氣的量減少。此外，在至少一些已知的燃氣渦輪發動機中，燃燒點火溫度升高。因此，在內部輪空間內的特定部件中為燃氣渦輪發動機部件提供冷卻以及防止吸入熱燃燒氣體對燃氣渦輪發動機的設計者提出挑戰。

在至少一些已知的燃氣渦輪發動機中，如果提供上部天使翼和下部天使翼二者的話，則天使翼的上表面直接暴露于熱燃燒氣體，特別是上部天使翼。因此，期望為天使翼的上表面提供冷卻，以有利于降低天使翼的上表面的溫度并且有利于防止天使翼的潛在的與蠕變相關的失效。還期望提供對下部天使翼的上表面的冷卻(如果存在的話)，以有利于從緩沖空間吹掃熱氣體，從而有利于防止將熱燃燒氣體被吸入緩沖空間中。

發明內容

在一個方面中，提供一種用于冷卻燃氣渦輪發動機中的天使翼的方法。該方法包括將天使翼聯接到燃氣渦輪發動機的轉子葉片的柄，聯接轉子葉片以用于圍繞旋轉軸線沿第一方向旋轉。該方法還包括限定至少一個冷卻通道，該至少一個冷卻通道穿過柄和天使翼從定位在柄上的至少一個進口開口延伸至定位在天使翼的上表面上的至少一個出口開口，使得至少一個進口開口與燃氣渦輪發動機的內部輪空間流體連通地聯接并且至少一個出口開口與燃氣渦輪發動機的外部轉子/定子腔流體連通地聯接。該方法還包括將加壓冷卻空氣供給至內部輪空間，使得加壓冷卻空氣被引導至至少一個進口開口中并且從至少一個出口開口被排出。

其中，所述方法包括將所述至少一個出口開口定向成使得所述加壓冷卻空氣沿相對于旋轉軸線的徑向方向、朝向所述第一方向、和朝向離開所述第一方向的第二方向中的一個方向被排出。

其中，燃燒氣體流被引導穿過所述外部轉子/定子腔，所述方法包括將所述至少一個出口開口定向成使得所述加壓冷卻空氣沿相對于所述燃燒氣體流的上游方向和相對于所述燃燒氣體流的下游方向中的一個方向被排出。

其中，限定所述至少一個冷卻通道包括：限定多個分離的冷卻通道；以及聯接每一個分離的冷卻通道的進口開口和出口開口。

其中，限定所述至少一個冷卻通道包括：限定至少一個冷卻通道；聯接多個分支通道到所述至少一個冷卻通道；以及聯接進口開口和出口開口中的至少一個到每一個分支通道。

其中，進一步將天使翼聯接到轉子葉片的柄包括聯接所述天使翼到所述柄的柄壁部分，將所述柄壁部分定向成朝向被引導穿過所述燃氣渦輪發動機的燃燒氣體流和離開被引導穿過所述燃氣渦輪發動機的燃燒氣體流中的一種。

其中，所述轉子葉片包括聯接到所述柄的翼型件，所述方法包括將所述至少一個進口開口和冷卻通道流體連通地聯接，所述冷卻通道穿過所述柄延伸至所述翼型件。