[發(fā)明專利]渦輪葉片

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480008771.3
• 申請日: 2014-02-11
• 公開（公告）號: CN105164376A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: C-P·李
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子能源公司
• 主分類號: F01D5/20
• 分類號: F01D5/20
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華;黃海鳴

關(guān)于聯(lián)邦資助研究或開發(fā)的聲明

本發(fā)明的開發(fā)由合同編號為DE-FC26-05NT42644的美國能源部關(guān)于先進(jìn)渦輪機(jī)開發(fā)計劃部分地支持。因此，美國政府可以具有本發(fā)明中的某些權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體指向于渦輪葉片，并且更特別指向于用于渦輪葉片的翼尖。

背景技術(shù)

典型地，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)包括用于壓縮空氣的壓氣機(jī)、用于將壓縮空氣與燃料混合并將混合物點火的燃燒器和用于產(chǎn)生動力的渦輪葉片組件。燃燒器經(jīng)常在可超過2,600華氏度的高溫下操作。典型的渦輪燃燒器配置使渦輪葉片組件暴露于這些高溫中。作為結(jié)果，渦輪葉片必須由能夠承受這樣的高溫的材料制成。

典型地，渦輪葉片由在一個端部處的根部分和形成從在渦輪葉片的相反端部處聯(lián)接至根部的平臺向外延伸的葉片的細(xì)長部分形成。葉片通常由與根部分相反的葉頂、前緣和后緣組成。渦輪葉片的葉頂常常具有用以減小在渦輪的氣體路徑中環(huán)段與葉片之間的間隙的尺寸的葉頂特征以防止葉頂流量泄漏，其降低了由渦輪葉片產(chǎn)生的扭矩的量。葉頂特征常稱作凹槽狀葉頂(squealertip)并且往往被包含到葉片的葉頂上以幫助減小渦輪級之間的性能損失。這些特征被設(shè)計成使葉頂與環(huán)段之間的泄漏最小化。

發(fā)明內(nèi)容

公開了一種由徑向延伸的壓力側(cè)葉頂壁和從渦輪葉片的由軸向延伸的葉頂壁形成的葉頂徑向向外延伸的徑向延伸的吸入側(cè)葉頂壁形成的凹槽狀葉頂。徑向延伸的壓力和吸入側(cè)葉頂壁可以被分別沿著渦輪葉片的壓力側(cè)壁和吸入側(cè)壁定位。徑向延伸的壓力側(cè)葉頂壁可以包括具有一個或多個膜冷卻孔的倒角前緣，所述膜冷卻孔具有被定位在其中的排出出口。軸向延伸的葉頂壁可以由形成了凹形軸向延伸的葉頂壁的在相交部處被接合到一起的至少兩個外側(cè)線性表面形成。軸向延伸的葉頂壁可以包括形成了形成冷卻系統(tǒng)的內(nèi)腔的徑向外端部的凸形內(nèi)表面。冷卻系統(tǒng)可以包括在軸向延伸的葉頂壁中的接近于吸入側(cè)壁的一個或多個膜冷卻孔，這促進(jìn)了壓力和吸入側(cè)壁處的增加的冷卻。

渦輪葉片可以由具有前緣、后緣、在第一端部處的尖端和在與第一端部基本相反的端部處被聯(lián)接至葉片的用于支撐葉片且用于將葉片聯(lián)接至盤的根部的大體細(xì)長的翼型形成。渦輪葉片也可以由從前緣延伸至后緣的壓力側(cè)壁和從前緣延伸至后緣并被定位在大體細(xì)長的翼型的與壓力側(cè)壁相反側(cè)上的吸入側(cè)壁形成。形成內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的一個或多個腔可以被包括在渦輪葉片中。

凹槽狀葉頂可以被定位在第一端部處。凹槽狀葉頂可以由具有與壓力側(cè)壁的外表面齊平的外表面的徑向延伸的壓力側(cè)葉頂壁、具有與吸入側(cè)壁的外表面齊平的外表面的徑向延伸的吸入側(cè)葉頂壁和在壓力側(cè)葉頂壁與吸入側(cè)葉頂壁之間延伸的軸向延伸的葉頂壁形成。軸向延伸的葉頂壁可以由形成凹形軸向延伸的葉頂壁的在相交部處被接合到一起的兩個或多個外側(cè)線性表面形成。形成軸向延伸的葉頂壁的兩個外側(cè)線性表面被接合所在的相交部可以被定位成：從徑向延伸的壓力側(cè)葉頂壁的內(nèi)表面與軸向延伸的葉頂壁的外側(cè)第一表面的相交部徑向向內(nèi)，并從徑向延伸的吸入側(cè)葉頂壁的內(nèi)表面與軸向延伸的葉頂壁的外側(cè)第二表面的相交部徑向向內(nèi)。

徑向延伸的壓力側(cè)葉頂壁可以包括相對于大體細(xì)長的翼型的形成了壓力側(cè)壁的外表面以銳角定位的倒角表面。徑向延伸的壓力側(cè)葉頂壁的倒角表面可以只針對徑向延伸的壓力側(cè)葉頂壁的整個長度的一部分延伸。徑向延伸的壓力側(cè)葉頂壁可以從前緣延伸并終止于后緣。渦輪葉片也可以包括被定位在徑向延伸的壓力側(cè)葉頂壁中的一個或多個膜冷卻孔，膜冷卻孔具有在徑向延伸的壓力側(cè)葉頂壁的外表面中的出口和將膜冷卻孔與形成了內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的腔聯(lián)接的入口。膜冷卻孔的出口可以被定位在徑向延伸的壓力側(cè)葉頂壁的倒角表面中。

徑向延伸的吸入側(cè)葉頂壁可以從大體細(xì)長的翼型的后緣朝向前緣延伸、終止于前緣并且可以被聯(lián)接至徑向延伸的壓力側(cè)葉頂壁。一個或多個膜冷卻孔可以被定位在軸向延伸的葉頂壁的與徑向延伸的吸入側(cè)葉頂壁接觸的外側(cè)線性表面中。膜冷卻孔可以包括在軸向延伸的葉頂壁中的出口和將膜冷卻孔與形成了內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的腔聯(lián)接的入口。軸向延伸的葉頂壁的形成了形成內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的腔的徑向外邊界的內(nèi)表面可以具有凸形表面，凸形表面具有在與壓力和吸入側(cè)壁的相交部處的凸形表面的徑向最外側(cè)點。形成了內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的腔可以包括將內(nèi)部冷卻系統(tǒng)分成壓力和吸入側(cè)的徑向延伸的中央?yún)^(qū)肋。

本發(fā)明的優(yōu)點在于，軸向延伸的葉頂壁的凸形內(nèi)表面提高了鄰接于經(jīng)受高溫的熱氣體路徑的壓力和吸入側(cè)壁的葉頂轉(zhuǎn)彎處的冷卻。

本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，形成凹槽狀葉頂?shù)陌夹瓮獗砻嫘纬闪擞糜陟o壓恢復(fù)和葉頂泄漏流量降低操作的深的外部葉頂腔。