[發明專利]葉片以及渦輪轉子葉片

有效

• 申請號: 201710335015.7
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107366555B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: B.J.利里;G.T.福斯特;M.J.伊杜亞特;D.W.韋伯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18;F01D5/14;F01D9/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;劉林華

本發明提供一種葉片以及渦輪轉子葉片。該葉片包括翼型件，該翼型件由沿前緣和后緣連接的壓力側外壁和吸力側外壁限定，并且壓力側外壁和吸力側外壁形成徑向延伸室以用于接收冷卻劑流。該翼型件還包括肋構造，肋構造可以包括：前緣橫向肋，該前緣橫向肋連接壓力側外壁和吸力側外壁并且將徑向延伸室分隔成位于翼型件前緣內的前緣通道和與前緣通道相鄰的中心通道。一個或兩個中弧線肋在位于前緣橫向肋后部的點處連接到相應的壓力側外壁和/或吸力側外壁，使得中心通道朝向壓力側外壁和吸力側外壁中的一個或兩個延伸，從而形成前緣后部的擴口中心通道。

技術領域

本發明涉及渦輪機翼型件，并且更具體地涉及具有用于使諸如空氣之類的流體通過一對翼型件進行冷卻的內部通道的中空渦輪翼型件、例如轉子和/或定子葉片。

背景技術

燃燒或燃氣渦輪發動機(combustion turbine engine；在下文中稱為“燃氣渦輪機”)包括壓縮機、燃燒器和渦輪。如本領域內眾所周知的，在壓縮機中壓縮的空氣與燃料混合并且在燃燒器中點燃并且隨后膨脹通過渦輪以產生功率。位于渦輪內的部件，特別是周向排列的轉子葉片(blade)和定子葉片經受不利環境的影響，其特征在于膨脹通過其中的燃燒產物的極高溫度和壓力。為了承受該種環境下相應的熱循環以及極端溫度和機械應力，翼型件必須具有堅固結構并且受到主動冷卻。

應當領會，渦輪轉子葉片和定子葉片通常容納內部通路或回路，所述內部通路或回路形成冷卻系統，冷卻劑(通常是從壓縮機放出的空氣)循環通過該冷卻系統。這樣的冷卻回路通常由內部肋(internal ribs)形成，所述內部肋為翼型件提供所需的結構支承，并且包括多個流動路徑布置以使翼型件保持在可接受的溫度分布內。通過這些冷卻回路的空氣通常通過形成在翼型件(airfoil)的前緣(leading edge)、后緣(trailing edge)、吸力側和壓力側上的膜冷卻開孔排出。

應當領會，燃氣渦輪機的效率隨著點火溫度的升高而提高。因此，始終需要能夠使渦輪葉片承受甚至更高溫度的技術優點。這些優點有時包括能夠承受高溫的新的材料，但其同時涉及改進翼型件的內部構造，以便增強葉片結構和冷卻能力。然而，由于使用冷卻劑使發動機的效率降低，過分依賴增加冷卻劑使用等級的新的布置同樣造成效率不高。因此，仍然需要提供了改進冷卻劑效率的內部翼型件構造和冷卻劑循環的新的翼型件布置。

進一步使內冷翼型件的布置復雜的考慮因素在于在翼型件內部和外部結構之間操作期間產生的溫度差。即，由于其暴露于熱氣體路徑，翼型件的外壁通常在操作期間處于比許多內部肋高得多的溫度下，例如可以使冷卻劑流過限定于內部肋每一側的通路。實際上，常見的翼型件構造包括“四壁”布置，其中長形內部肋與壓力側和吸力側外壁平行地延伸。眾所周知，能夠通過形成在四壁布置中的近壁流動通道來實現高冷卻效率。近壁流動通道所面臨的挑戰在于外壁經歷的熱膨脹水平比內壁高得多。該不平衡的增長造成連接內肋的位置(或點)處產生應力，從而可能造成低周疲勞，所述低周疲勞可能縮短葉片壽命。

發明內容

本發明的第一方面提供一種葉片，該葉片包括翼型件，該翼型件由沿前緣和后緣連接的凹形壓力側外壁(concave pressure side outer wall)和凸形吸力側外壁(convexsuction side outer wall)限定，并且凹形壓力側外壁和凸形吸力側外壁在其間形成徑向延伸室以用于接收冷卻劑流。該葉片還包括肋構造，該肋構造包括：前緣橫向肋(leadingedge transverse rib)，該前緣橫向肋連接壓力側外壁和吸力側外壁并且將徑向延伸室分隔成位于翼型件前緣內的前緣通道和與前緣通道相鄰的中心通道(central passage)；和中弧線肋(camber line rib)，該中弧線肋在位于前緣橫向肋后部的點處連接到壓力側外壁和吸力側外壁中選定的至少一個，從而使中心通道朝向壓力側外壁和吸力側外壁中選定的至少一個延伸。