[發明專利]增材制造的具有帶非線性冷卻通道的平臺的渦輪轉子葉片

在審

• 申請號: 202011503991.7
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN113153441A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 扎卡里·約翰·斯奈德
• 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;楊忠

本發明題為增材制造的具有帶非線性冷卻通道的平臺的渦輪轉子葉片。本發明提供了一種渦輪轉子葉片(120)，該渦輪轉子葉片是增材制造的并且包括翼型主體(122)，該翼型主體具有用于接收冷卻劑(236)流的徑向延伸的室(134)。平臺(150)相對于翼型主體(122)側向向外延伸并且終止于至少一個斜面(230,230PS,230SS)處。冷卻回路(234)位于平臺(150)內并且與冷卻劑(236)流的源流體連通。冷卻通道(172,240)位于平臺(150)中并且與冷卻回路(234)流體連通。冷卻通道(172,240)以非線性構型從冷卻回路(234)穿過平臺(150)的至少一個斜面(230,230PS,230SS)延伸到出口，從而提供與線性冷卻通道(172,240)相比改善的冷卻。

背景技術

本公開整體涉及渦輪機，并且更具體地，涉及具有多個增材制造的整體特征部的渦輪轉子葉片，該整體特征部諸如整體沖擊套筒、平臺中的非線性冷卻通道、具有冷卻劑傳送通道的翼部以及具有整體格柵支撐結構的中空燕尾部。

渦輪機包括聯接到轉子的多個渦輪轉子葉片。迫使工作流體諸如蒸汽或燃燒的燃料抵靠葉片以迫使它們轉動轉子。渦輪轉子葉片在極熱的條件下工作并且需要冷卻。冷卻特征部可以多種方式提供。

一種提供冷卻的機構是沖擊插入件。沖擊插入件或套筒包括中空主體，該中空主體在其壁中具有冷卻通道，該冷卻通道允許通過冷卻通道遞送冷卻劑以撞擊或沖擊待冷卻表面上。沖擊插入件用于例如渦輪機械中的各種熱氣體路徑(HGP)部件諸如渦輪轉子葉片中，以提高其中的冷卻回路的冷卻性能。沖擊插入件面臨的一個問題是將沖擊插入件以足夠接近的方式定位在HGP部件中的錐形或彎曲腔體內以實現高冷卻性能，但不是如此接近以至于冷卻無效。沖擊插入件的冷卻性能的一個指標是Z/D參數，該Z/D參數為插入件和HGP部件的內表面之間的相隔距離Z與沖擊插入件中的冷卻通道(孔)的直徑D的比率。插入件的Z/D參數值通常被設計成在導致更好冷卻性能的期望范圍內。

在其中無法形成必要的相隔距離的情況下，通常不由插入件提供沖擊冷卻。例如，在HGP部件中的腔體彎曲過于顯著以至于沖擊插入件不能被制造得足夠薄或彎曲到相應的必要相隔距離，則不能提供沖擊冷卻。解決這個問題的一種方法是在多個柔性縱向部分中提供沖擊插入件以使得更容易將它們插入HGP部件中。然而，必須按順序將多個插入件部分定位和聯接在一起或將它們聯接到HGP部件增加了制造的復雜性、時間和成本。柔性沖擊插入件部分也不提供圍繞其周邊(即，橫向(截面))的鄰接元件，這可減損其不連續之處的冷卻性能。

沖擊冷卻以有限的方式應用于渦輪機中的旋轉渦輪轉子葉片，例如用于其前緣。然而，沖擊冷卻尚未更廣泛地應用于渦輪轉子葉片的整個內表面上，因為旋轉葉片所經受的離心力在其旋轉時迫使冷卻劑到達葉片的徑向外末端，從而使沖擊冷卻不太有效。

另一個冷卻特征部包括穿過待冷卻的渦輪轉子葉片的一部分的冷卻通道。例如，渦輪轉子葉片包括平臺，該平臺側向延伸以與相鄰渦輪轉子葉片的平臺協作形成穿過渦輪機的工作流體路徑的一部分。由于工作流體的高溫，平臺通常在其中包括冷卻回路，該冷卻回路向穿過平臺的斜面離開的多個冷卻通道進料。一些平臺在斜面中包括阻尼銷座，該阻尼銷座在其中接納軸向延伸的銷，該軸向延伸的銷與相鄰平臺中的相鄰阻尼銷座配合以密封工作流體路徑。冷卻通道通常被鉆到斜面中以將通道流體聯接到冷卻回路。因此，冷卻通道具有可能無法充分冷卻所有平臺的線性構型。例如，冷卻通道可穿過形成阻尼銷座的延伸部，但不充分地冷卻斜面的其他部分。

冷卻特征部也可與翼部一起使用。就這一點而言，另一個冷卻特征部包括將冷卻劑遞送到翼部中或徑向地圍繞翼部的冷卻通道。用于渦輪轉子葉片的安裝架還可在其中包括冷卻特征部。

發明內容