改进的涡轮叶片冷却系统技术方案

本文公开了一种冷却涡轮叶片(440)。所述冷却涡轮叶片具有基部(442)和翼型件(441)，所述基部包括冷却空气入口(481)和通道(483)，所述翼型件包括在所述基部处开始且在所述翼型件的后缘(447)处的冷却空气出口(471)处结束的多弯曲热交换路径(470)。所述翼型件还包括表皮(460)，所述表皮包围尖端壁(461)和内翼梁(462)。(462)。(462)。

【技术实现步骤摘要】
改进的涡轮叶片冷却系统
[0001]本申请是申请日为2018年11月12日、国际申请号为PCT/US2018/060246、国家申请号为201880080260.0、名称为“改进的涡轮叶片冷却系统”的进入中国国家阶段的国际申请的分案申请。
[0002]介绍
[0003]本公开大体上关于燃气涡轮发动机。更具体地，本申请涉及一种具有改进的冷却能力的涡轮叶片。
[0004]内部冷却型涡轮叶片可在叶片内包括通道和叶(空气偏转器)。可以铸造这些中空叶片。在铸造具有内部冷却通路的中空燃气涡轮发动机叶片时，将烧制的陶瓷芯放置在陶瓷熔模型壳模具中，以在铸造翼型件中形成内部冷却通路。用于熔模铸造中空翼型件的烧制的陶瓷芯通常具有翼型形状的区域，其具有薄横截面前缘区和后缘区。在前缘区与后缘区之间，芯可包括细长和其它形状的开口，以便形成多个内部壁、基座、湍流器、肋以及分离铸造翼型件中的冷却通路和/或驻留在其中的类似特征。
[0005]本公开旨在克服专利技术人发现的一个或多个问题。
附图说明
[0006]本公开的实施例的细节(关于其结构和操作)可部分地通过研究附图来搜集，在附图中相同的附图标记指代相同的部分，并且其中：
[0007]图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图；
[0008]图2是示例性涡轮转子组件的轴向视图；
[0009]图3是图2的一个涡轮叶片的等距视图；
[0010]图4是图3的涡轮叶片的剖面侧视图；
[0011]图5是沿着图4的线5
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5截取的冷却涡轮叶片的横截面；
[0012]图6是沿着图4的线6
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6截取的冷却涡轮叶片的横截面；
[0013]图7是沿着图4的线7
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7截取的冷却涡轮叶片的横截面；
[0014]图8是沿着图4的线8
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8截取的冷却涡轮叶片的横截面；
[0015]图9是图3的涡轮叶片的一部分的剖面透视图；
[0016]图10是图3的涡轮叶片的一部分的剖面透视图；
[0017]图11是图3的涡轮叶片的一部分的剖面透视图；
[0018]图12是图3的涡轮叶片的一部分的剖面透视图；以及
[0019]图13是图3的涡轮叶片的一部分的剖面透视图。
具体实施方式
[0020]下文结合附图阐述的详细描述旨在作为对各种实施例的描述，而不旨在表示可以实践本公开的仅有的实施例。为了透彻理解实施例，详细描述包括具体细节。然而，没有这些具体细节，本公开对本领域技术人员也是显而易见的。在一些情况下，为了使描述简洁，以简化形式展示了熟知的结构和部件。
[0021]图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。为了清楚和便于解释起见，(在该图和其它附图中)省略或放大了某些表面。此外，本公开可能提及前向方向和后向方向。通常，除非另有说明，否则对“前向”和“后向”的所有提及均与主空气(即，在燃烧过程中使用的空气)的流动方向相关联。例如，前向为相对于主气流的“上游”，而后向为相对于主气流的“下游”。
[0022]另外，本公开通常可提及燃气涡轮发动机的旋转中心轴线95，其一般可由燃气涡轮发动机的轴120(由多个轴承组件150支撑)的纵向轴线限定。中心轴线95可以与各种其它发动机同心部件共有或共用。除非另有说明，否则对径向、轴向和周向方向以及测量的所有提及均指中心轴线95，并且诸如“内”和“外”的术语一般表示远离更小的或更大的径向距离，其中径向96可以是垂直于中心轴线95并且从该中心轴线向外辐射的任何方向。
[0023]在结构上，燃气涡轮发动机100包括入口110、燃气产生器或“压缩机”200、燃烧器300、涡轮机400、排气装置500和动力输出联接装置600。压缩机200包括一个或多个压缩机转子组件220。燃烧器300包括一个或多个喷射器350，并且包括一个或多个燃烧室390。涡轮机400包括一个或多个涡轮转子组件420。排气装置500包括排气扩散器520和排气收集器550。
[0024]如所图示的，压缩机转子组件220和涡轮转子组件420都是轴向流动转子组件，其中每个转子组件包括沿周向填充有多个翼型件(“转子叶片”)的转子盘。当安装时，与一个转子盘相关联的转子叶片通过静止叶(“定子叶”或“定子”)250、450与和相邻盘相关联的转子叶片轴向地分开，所述静止叶周向分布在环形壳体中。
[0025]在功能上，气体(典型地是空气10)进入入口110作为“工作流体”，并且由压缩机200压缩。在压缩机200中，由一系列压缩机转子组件220在环形流动路径115中压缩工作流体。特别地，空气10以编号的“级”被压缩，级与每个压缩机转子组件220相关联。例如，“第四级空气”可与在下游或“后向”方向(从入口110朝排气装置500)上的第四压缩机转子组件220相关联。同样，每个涡轮转子组件420可与编号的级相关联。例如，第一级涡轮转子组件421在大部分涡轮转子组件420前面。然而，也可以使用其它编号/命名惯例。
[0026]一旦压缩空气10离开压缩机200，它就进入燃烧器300，在此处使它被扩散并加入燃料20。空气10和燃料20通过喷射器350被喷射到燃烧室390中并被点燃。在燃烧反应之后，接着由一系列涡轮转子组件420中的每一级通过涡轮机400从燃烧的燃料/空气混合物中提取能量。排出的废气90然后可以在排气扩散器520中扩散，并通过排气收集器550收集、改变方向和离开系统。还可以对排出的废气90进行进一步处理(例如，以减少有害排放和/或以从排出的废气90中回收热)。
[0027]以上部件(或它们的子部件)中的一个或多个可以由不锈钢和/或称为“超合金”的耐用高温材料制成。超合金或高性能合金是表现出优异机械强度、高温下的抗蠕变性、良好的表面稳定性，以及耐腐蚀性和抗氧化性的合金。超合金可以包括诸如HASTELLOY、INCONEL、WASPALOY、RENE合金、HAYNES合金、INCOLOY、MP98T、TMS合金和CMSX单晶合金的材料。
[0028]图2是示例性涡轮转子组件的轴向视图。具体地，在此更详细地示出了图1中示意性图示的第一级涡轮转子组件421，但与燃气涡轮发动机100的其余部分分离。第一级涡轮转子组件421包括涡轮转子盘430，所述涡轮转子盘周向地填充有多个涡轮叶片和多个阻尼
器426，所述多个涡轮叶片被构造成接收冷却空气(“冷却涡轮叶片”440)。此处，出于说明目的，涡轮转子盘430示出为未全部填充，而只填充了三个冷却涡轮叶片440和三个阻尼器426。
[0029]每个冷却涡轮叶片440可以包括基部442，该基部包括平台443和叶片根部480。例如，列举几个例子，叶片根部480可以包含“枞树形”、“灯泡形”或“燕尾形”根部。相应地，涡轮转子盘430可以包括多个周向分布的狭槽或“叶片附接凹槽”432，其被构造成接收和保持每个冷却涡轮叶片440。具体地，叶片附接凹槽432可以被构造成与叶片根部480配合，两者都具有相互往本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于燃气涡轮发动机的涡轮叶片，所述涡轮叶片包括：基部；翼型件，所述翼型件包括表皮，所述表皮从所述基部延伸并且限定前缘、后缘、压力侧和升力侧，所述翼型件具有所述基部远侧的尖端；前缘肋，所述前缘肋从所述表皮的压力侧延伸到所述表皮的升力侧，所述前缘肋从所述基部朝所述尖端延伸，邻近所述前缘，与所述前缘间隔开，并且在所述表皮内；后缘肋，所述后缘肋从所述表皮的压力侧延伸到所述表皮的升力侧，所述后缘肋从所述基部朝所述尖端延伸，邻近所述后缘，与所述后缘间隔开，并且在所述表皮内；在所述表皮内的内翼梁，所述内翼梁从所述前缘肋延伸到所述后缘肋，所述内翼梁从所述基部朝所述尖端延伸；内翼梁盖，所述内翼梁盖从所述前缘肋延伸到所述后缘肋，所述内翼梁盖从压力侧延伸到所述升力侧，所述内翼梁盖设置在所述内翼梁与所述尖端之间；尖端壁，所述尖端壁跨越所述翼型件从所述升力侧延伸到所述压力侧，所述尖端壁设置在所述内翼梁盖与所述尖端之间；前缘室，所述前缘室由从所述表皮的压力侧延伸到所述表皮的升力侧的前缘肋结合所述翼型件的前缘处的表皮限定；前缘壁，所述前缘壁从所述尖端壁朝所述基部延伸，邻近所述前缘，与所述前缘间隔开，并且在所述表皮内，从所述尖端到所述基部分开所述前缘室；和扩散器标记壁，所述扩散器标记壁从所述压力侧延伸到所述升力侧，从所述尖端壁延伸到所述内翼梁盖，所述扩散器标记壁具有第一扩散器输出，所述第一扩散器输出由所述扩散器标记壁中的设置成相比于所述升力侧更靠近所述压力侧的开口限定，和第二扩散器输出，所述第二扩散器输出由所述扩散器标记壁中的设置成相比于所述压力侧更靠近所述升力侧的开口限定；尖端标记通道，所述尖端标记通道与所述第一扩散器输出和第二扩散器输出流体连通，并且设置在所述扩散器标记壁、所述表皮和所述内翼梁盖之间；以及扩散器箱，所述扩散器箱与所述前缘室和所述第一扩散器输出和第二扩散器输出流体连通，所述扩散器箱由所述内翼梁盖、所述升力侧、所述压力侧、所述尖端壁、所述扩散器标记壁和所述前缘壁限定。2.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中，所述涡轮叶片包括平均中弧线，所述扩散器箱具有沿着所述平均中弧线观察的U形横截面。3.根据权利要求0所述的涡轮叶片，其中，所述表皮的后缘包括允许冷却空气从所述翼型件喷射的冷却空气出口。4.根据权利要求2所述的涡轮叶片，其中，所述U形扩散器箱的底部靠近所述尖端设置。5.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中，所述扩散器箱具有沿所述平均中弧线观察的半圆形横截面。6.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中，所述前缘壁包括与所述前缘室流体连通的穿孔。
7.根据权利要求4所述的涡轮叶片，其中，所述扩散器箱将来自所述前缘室的串行室冷却空气流变成经过所述扩散器输出的两个或更多个并行冷却空气流。8.一种用于燃气涡轮发动机的涡轮叶片，所述涡轮叶片包括：基部；翼型件，所述翼型件包括表皮，所述表皮从所述基部延伸并且限定前缘、后缘、压力侧和升力侧，所述翼型件具有所述基部远侧的尖端；和平均中弧线；前缘肋，所述前缘肋从所述表皮的压力侧延伸到所述表皮的升力侧，所述前缘肋从所述基部朝所述尖端延伸，邻近所述前缘，与所述前缘间隔开，并且在所述表皮内；后缘肋，所述后缘肋从所述表皮的压力侧延伸到所述表皮的升力侧，所述后缘肋从所述基部朝所述尖端延伸，邻近所述后缘，与所述后缘间隔开，并且在所述表皮内；在所述表皮内的内翼梁，所述内翼梁从所述前缘肋延伸到所述后缘肋，所述内翼梁从所述基部朝所述尖端延伸；前缘室，所述前缘室由从所述表皮的压力侧延伸到所述表皮的升力侧的前缘肋结合所述翼型件的前缘处的表皮限定；内翼梁盖，所述内翼梁盖从邻近所述前缘室朝所述后缘延伸，所述内翼梁盖从压力侧延伸到所述升力侧；尖端壁，所述尖端壁跨越所述翼型件在尖端附近从所述升力侧延伸到所述压力侧；前缘壁，所述前缘壁从所述尖端壁朝所述基部延伸，从所述尖端到所述基部分开所述前缘室；扩散器箱，所述扩散器箱与所述前缘室流体连通，所述扩散器箱由所述升力侧、所述压力侧、所述尖端壁、扩散器标记壁、前缘壁以及所述前缘肋与所述内翼梁盖的交接部限定；扩散器标记壁，所述扩散器标记壁从所述压力侧延伸到所述升力侧，从所述尖端壁延...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：索拉透平公司，
类型：发明
国别省市：